通信电子线路第5章 模拟调幅检波和混频电路ppt课件

1、第第5 5章模拟调幅、检波与混频电路章模拟调幅、检波与混频电路5.1 概述概述5.2 振幅调制与解调原理振幅调制与解调原理5.3 调幅电路调幅电路5.4 检波电路检波电路5.5 混频混频5.6 倍频倍频5.7 实用的振幅调制、解调及混频电路实用的振幅调制、解调及混频电路2本章知识点及结构本章知识点及结构振振幅幅调调制制与与解解调调调幅波的性质数学表达式、频谱特征、功率）调幅波的性质数学表达式、频谱特征、功率） 调幅波的解调电路，评价指标，检波失真）调幅波的解调电路，评价指标，检波失真）调幅波的产生原理，电路，评价指标）调幅波的产生原理，电路，评价指标） 混混频频与与混混频频干干扰扰变频器的基本

2、原理数学表达式、频谱特征）变频器的基本原理数学表达式、频谱特征） 变频信号的产生电路，评价指标）变频信号的产生电路，评价指标） 变频干扰干扰种类，抑制方法）变频干扰干扰种类，抑制方法）35.1 概概 述述回顾问题：（第一章回顾问题：（第一章 调制系统概念）调制系统概念）3. “调制与调制与“解调的方式有哪些？解调的方式有哪些？2. “调制与调制与“解调的过程如何实现？解调的过程如何实现？1. 什么是什么是“调制与调制与“解调解调”？41.“1.“调制与调制与“解调解调”：p调制调制modulation )modulation )p解调解调demodulationdemodulation）p p

3、 电信号通信中，实现低频信号远距离电信号通信中，实现低频信号远距离传输的一种主要方法。传输的一种主要方法。52.“调制与调制与“解调的过程解调的过程: 人人飞机的参数如重飞机的参数如重量、速度等）量、速度等）控制控制 飞机飞机（载体）（载体）载有人的飞机载有人的飞机调调制制人人解解调调低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数如幅度、载波的参数如幅度、频率、相位）频率、相位）已调波已调波复原复原低频信号低频信号装装载载卸卸载载62.“2.“调制与调制与“解调的过程：解调的过程： 用被传送的低频信号去控制高频信号载波用被传送的低频信号去控制高频信号载波的参数幅度、频率、相位），实

4、现低频信的参数幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。号搬移到高频段。是调制的反过程。即：把低频信号从是调制的反过程。即：把低频信号从高频段搬移下来，还原被传送的低频高频段搬移下来，还原被传送的低频信号。信号。调制：调制：解调：解调：3.调制的方式调制的方式:控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数已调波已调波幅度调制简称幅度调制简称“调幅调幅”，AM）频率调制简称频率调制简称“调频调频”，FM）相位调制简称相位调制简称“调相调相”，PM）幅度幅度频率频率 相位相位角度调制角度调制相角相角 按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波按照所采用的

5、载波波形区分，调制可分为连续波( (正弦正弦波波) )调制和脉冲调制。调制和脉冲调制。 本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。一、分类一、分类 连续波调制以单频正弦波为载波，受控参数可以是载波连续波调制以单频正弦波为载波，受控参数可以是载波的幅度的幅度A A，频率，频率或相位或相位，因而有调幅，因而有调幅AMAM）、调频）、调频（FMFM和调相和调相PMPM三种方式。三种方式。二、为什么要调制二、为什么要调制 1 1在无线系统中，只有当天线尺寸与电信号波长可比在无线系统中，只有当天线尺寸与电信号波长可比拟时，电信号才能以电磁波形式有效地被辐射；拟时，电

6、信号才能以电磁波形式有效地被辐射； 2 2多路复用。多路复用。 5.2 振幅调制与解调原理振幅调制与解调原理5.2.15.2.1普通调幅方式普通调幅方式AMAM） 设调制信号为单音音频信号设调制信号为单音音频信号 载波信号为载波信号为 1. 1.调幅信号的波形图调幅信号的波形图tUtu cos)(mtUtuccmccos)( 2. 2.调幅信号的数学表达式调幅信号的数学表达式 ka是由电路决定的常数， 称为调幅指数或调幅度，它表征载波的振幅受调制信号控制的强弱程度，一般0ma1。 未调幅时，ma=0；ma值越大，调幅越深，当ma=1则达到最大值，称为百分之百调幅。ma1时，包络出现过零点，上下

7、包络不反映调制信号的变化，称为过调幅。ttUkUtucmacmAMcos)cos()( ttmUcacmcoscos1 cmma/UUkma 3. 3.调幅信号的频谱调幅信号的频谱两点结论：两点结论： 1 1调制的过程是实现频谱线性搬移的过程；调制的过程是实现频谱线性搬移的过程； 2 2载频仍保持调制前的频率和幅度，因此它没有反映载频仍保持调制前的频率和幅度，因此它没有反映调制信号信息，只有两个边带携带了调制信号的信息。调制信号信息，只有两个边带携带了调制信号的信息。 调幅信号的带宽调幅信号的带宽 B B2F2F 思考题：多音调制，已调波思考题：多音调制，已调波的频谱宽度的频谱宽度 B B？t

8、UmtUmtUcm)cos(21)cos(21cosccmaccmac ttmUtucacmAMcos)cos1()( 4. 4.调幅波的功率调幅波的功率 载波功率载波功率 边频功率上边频或下边频）边频功率上边频或下边频）因此，在调制信号一周期内，调幅信号的平均功率为因此，在调制信号一周期内，调幅信号的平均功率为 因为因为ma1ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/31/3。调幅波中至少有。调幅波中至少有2/32/3的功率不含信息，从有效地利用发的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。

9、L2cmc21RUP c2aL2cma21411)2(21PmRUmPP c2a21c)21(PmPPPP 13普通，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常普通，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号为一个连续频谱的限带信号 。) t ( f若将若将 )(tf分解为：分解为： 1)cos()(nnnntUtf ttfkUucacmAMcos)(1 则有则有 ttmUucnnnncmAMcos)cos(11 其中：其中： cmmnanUUkm应用例应用例1：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式2.普通调幅波的产生和解调方法普通

10、调幅波的产生和解调方法一、引言一、引言 1.叠加波叠加波调幅波调幅波 调幅波的共同之处是在调幅前后产生了新的频率分量，调幅波的共同之处是在调幅前后产生了新的频率分量，因此需要用非线性器件来完成频率变换。因此需要用非线性器件来完成频率变换。 2.调幅的方法调幅的方法 1二、三极管二、三极管 2大、小信号大、小信号 3高、低电平高、低电平 高电平调幅高电平调幅一般置于发射机的最后一级，是在功率一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。电平较高的情况下进行调制。 低电平调幅低电平调幅一般置于发射机的前级，再由线性功率一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求

11、功率的调幅波。放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。 4从哪个极加入基极、集电极、发射极调幅）从哪个极加入基极、集电极、发射极调幅） 3.实现调幅的方框图普通调幅波实现框图普通调幅波实现框图 普通调幅信号的解调方法有两种普通调幅信号的解调方法有两种, , 即包络检波和同步检波即包络检波和同步检波(1)(1)包络检波包络检波利用普通调幅利用普通调幅AMAM信号的包络反映了调制信号波形变化这一特信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点点, , 如能将包络提取出来如能将包络提取出来, , 就可以恢复原来的调制信号，这就就可以恢复原来的调制信号，这就是包络检波的原理。是包络检波的原理。 c直流

12、直流 带通带通uAM(t)u(t)uc(t)(2) (2) 同步检波同步检波同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位差)的信号, 称为同步信号。同步检波由乘法器和低通滤波器实现,2c2c输出信号中含有直流、输出信号中含有直流、 、 、 、几、几个频率分量。用低通滤波器取出直流和个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量分量, , 再去掉直流再去掉直流分量分量, , 就可就可 恢复原调制信号。恢复原调制信号。 5.2.25.2.2双边带调幅方式双边带调幅方式DSBDSB） 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波

13、，而只发送边带信号。用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。 单音调制时，单音调制时，DSBDSB的表达式为的表达式为 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即BDSB=2FmaxBDSB=2Fmax。)cos()cos(21coscos)(cccmmccmmcDSBttUAUtUtAUuAutu 波形特点：波形特点： 1 1上下包络不再反映调制信号的变化形状；上下包络不再反映调制信号的变化形状； 2 2在调制信号为零的两旁，已调波的相位发生在调制信号为零的两旁，已调波的相位发生180180突突变。变。00.10.20.30.

14、40.50.60.70.80.91-1-0.500.5100.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.500.5100.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.500.51 双边带DSB调幅信号的产生与解调抑制载波的双边带调幅波实现框图抑制载波的双边带调幅波实现框图 由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号, , 所以包络检波法不适用所以包络检波法不适用, , 而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。与普通调幅信号而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。与普通调幅信号同步检波不同之处在于同步检波不同

15、之处在于, , 乘法器输出频率分量有所减少。乘法器输出频率分量有所减少。u(t) uc(t) c 带通带通uDSB(t)5.2.35.2.3抑制载波单边带调幅抑制载波单边带调幅 在在DSBDSB中，上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的中，上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息，可以只发送单个边带信号，称为单边带通信息，可以只发送单个边带信号，称为单边带通SSBSSB）。）。 由由通过边带滤波器后，可得上边带或下边带：通过边带滤波器后，可得上边带或下边带： 下边带信号下边带信号 上边带信号上边带信号 其频带宽度其频带宽度BSSB=FmaxBSSB=Fmax。 tUAUu)cos(21ccm

16、mSSBL tUAUu)cos(21ccmmSSBH tUtAUuAutucccmmDSBcoscos)( 5.2.35.2.3单边带调幅方式单边带调幅方式单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图 单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个。如以发送上边单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个。如以发送上边带为例带为例, , 则单频调制单边带调幅信号为：则单频调制单边带调幅信号为：由上式可见由上式可见, , 单频调制单边带调幅信号是一个角频率为单频调制单边带调幅信号是一个角频率为 的单频正弦波信号的单频正弦波信号, , 但是但是, , 一般的单边带调幅信号波形却比较一般的单边带调幅信号波形却

17、比较复杂。不过有一点是相同的复杂。不过有一点是相同的, , 即单边带调幅信号的包络已不能即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽反映调制信号的变化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同相同, , 是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半。是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半。u(t)u DSB(t) 带通带通uSSB(t)uc(t) c+ 或或 c c产生单边带调幅信号的方法产生单边带调幅信号的方法(1)(1)滤波法滤波法这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点, , 先产生双边带先产生双边带调幅号调幅号, , 再利用

18、带通滤波器取出其中一个边带信号。再利用带通滤波器取出其中一个边带信号。这种方法对于频谱范围为这种方法对于频谱范围为 的一般调制信号的一般调制信号, , 如如 很小很小, , 则上、下两个边带相隔很近则上、下两个边带相隔很近, , 用滤波器完全取出一用滤波器完全取出一个边带而滤除另一个边带是很困难的。个边带而滤除另一个边带是很困难的。 minmaxmin(2)(2)相移法相移法种方法是基于单边带调幅信号的时域表达式:由上式可知, 只要用两个90相移器分别将调制信号和载波信号相移90, 成为 和 ，然后进行相乘和相减, 就可以实现单边带调幅, sintsinct显然显然, , 对单频信号进行对单频

19、信号进行9090相移比较简单相移比较简单, , 但是但是对于一个包含许多频率分对于一个包含许多频率分量的一般调制信号进行量的一般调制信号进行9090相移相移, , 要保证其中每要保证其中每个频率分量都准确相移个频率分量都准确相移9090是很困难的。是很困难的。（3 3相移滤波法相移滤波法*滤波法的缺点在于滤波器的设计困难。若调制信号频率范围 为 ，则上下边带间隔为 。如果要求滤波器取出一个边带而滤除另一个边带, 则过渡带宽度就是 。*当滤波器的过渡带宽度固定, 则工作频率越高, 要求衰减特性越陡峭, 实现越困难。*相移法的困难在于宽带90相移器的设计, 而单频90相移器的设计比较简单。结合两种

20、方法的优缺点而提出的相移滤波法是一种比较可行的方法, 其原理图见下图。minmaxFFmax2Fmax2F*（4 4残留边带调幅方式残留边带调幅方式残留边带调幅是指发送信号中包括一个完整边带、 载波及另一个边带的小部分(即残留一小部分)。 这样, 既比普通调幅方式节省了频带, 又避免了单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的困难, 发送的载频分量也便于接收端提取同步信号。 (a) 发送发送 (b) 接纳接纳 残留边带调幅发送和接收滤波器幅频特性残留边带调幅发送和接收滤波器幅频特性 5.3 5.3 调幅电路调幅电路5.3.15.3.1高电平调幅电路高电平调幅电路丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和

21、集电极调制特性两丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调制特性两种种, , 据此可以分别组成基极调幅电路和集电极调幅电路。据此可以分别组成基极调幅电路和集电极调幅电路。集电极调制特性是指固定丙类谐振功放的集电极调制特性是指固定丙类谐振功放的 和和 , ,当在集电当在集电极回路工作在过压状态下，集电极回路输入一个等幅高频正弦极回路工作在过压状态下，集电极回路输入一个等幅高频正弦波时波时, , 输出高频正弦波的振幅输出高频正弦波的振幅 将随集电极电源电压的变化而将随集电极电源电压的变化而变化。变化。集电极调幅电路原理集电极调幅电路原理 基极调幅电路原理基极调幅电路原理BBVLR大信号基极调

22、幅电路大信号基极调幅电路 1.电路 2.基本工作原理 思绪： u相当于一个缓慢变化的偏压，使icmax按调制信号的大小而变化，从而引起基波电流振幅Ic1m的变化，最后使得输出回路两端电压也跟随u变化。u 3. 3.设计要求设计要求 （1 1关于放大器的工作状态关于放大器的工作状态 欠压状态，设计时应使放大器最大工作点调幅波幅值欠压状态，设计时应使放大器最大工作点调幅波幅值最大处处于临界状态。最大处处于临界状态。 （2 2晶体管的选择晶体管的选择 放大器的工作状态随调制信号而变化，应根据最困难条放大器的工作状态随调制信号而变化，应根据最困难条件选管子。件选管子。 ICM ICM（IcmaxIcm

23、axmaxmax BVceo 2Ec BVceo 2Ec PCM (PC)c PCM (PC)c 载波状态传送语言或音乐信息的休载波状态传送语言或音乐信息的休止止时间集电极损耗功率时间集电极损耗功率 设载波状态在调制特性的中心，那么设载波状态在调制特性的中心，那么 当调制信号为单频正弦信号时，当调制信号为单频正弦信号时， ，因，因EcEc不不变，所以变，所以 由于由于所以所以cr0cc0ccrc1mcc1m)(21)()(21)(IIII c0cav0c)()(II cSc0ccav0ccavS)()()()(PIEIEP )21()()(2coavoamPP cocScCavoavSavC)

24、()()()()()(PPPPPP )1)(1)()(cccocCCM PPP （3 3优缺点优缺点 优点：所需调制信号功率很小；电路比较简单。优点：所需调制信号功率很小；电路比较简单。 缺陷：工作在欠压状态，集电极效率很低。缺陷：工作在欠压状态，集电极效率很低。 （4 4失真波形失真波形 两种：波谷变平、波腹变平两种：波谷变平、波腹变平 波谷变平波谷变平 波腹变平波腹变平 产生波谷变平的原因：产生波谷变平的原因： 过调即反偏压过调即反偏压UmUm过大或激励电压过大或激励电压UmUm过小，呵斥过小，呵斥管子在波谷处截止。管子在波谷处截止。 产生波腹变平的原因：产生波腹变平的原因： 放大器工作在

25、过压状态。激励过强或阻抗匹配不当都放大器工作在过压状态。激励过强或阻抗匹配不当都可能造成此现象；可能造成此现象； 激励功率不够或激励信号源内阻过大，造成波腹处的激励功率不够或激励信号源内阻过大，造成波腹处的基波脉冲增长不上去；基波脉冲增长不上去； 管子在大电流下输出特性不好，造成波腹处集电极电管子在大电流下输出特性不好，造成波腹处集电极电流脉冲增长不上去。流脉冲增长不上去。大信号集电极调幅电路大信号集电极调幅电路 1. 1.电路电路 电路特点：电路特点：1 1Ecc=Ec+uEcc=Ec+u，综合电源电压；，综合电源电压；2 2R1R1、C1C1是基极自给偏压环节。是基极自给偏压环节。 u 2

26、. 2.基本工作原理着重理解各点波形）基本工作原理着重理解各点波形） 由于放大器在载波状态即工作由于放大器在载波状态即工作在过压状态，在过压状态，icic脉冲中心下凹。脉冲中心下凹。EccEcc愈愈小，过压愈深，脉冲下凹愈甚。普通小，过压愈深，脉冲下凹愈甚。普通是当是当EccEcc最大时，将放大器调整到临最大时，将放大器调整到临界界形状，形状，icic脉冲不下凹。脉冲不下凹。 ibib的幅值变化规律与的幅值变化规律与icic相反，相反，过过压愈深，输入特性曲线左移愈多，压愈深，输入特性曲线左移愈多，ibib脉冲愈大。脉冲愈大。 3. 3.设计要点设计要点 （1 1放大器的工作状态放大器的工作状

27、态 最大工作点设计在临界状态，其余时间都处于最大工作点设计在临界状态，其余时间都处于过压状态。过压状态。 （2 2晶体管的选择晶体管的选择 ICM ICM（IcmaxIcmaxmaxmax BVceo 4Ec BVceo 4Ec PCM (PC)av PCM (PC)av 图图5 518 18 集电极瞬时电压波形集电极瞬时电压波形 集电极效率集电极效率 由于调制过程中，由于调制过程中，UcmUcm、Ic1mIc1m、Ic0Ic0都随都随EcEc成正比地变化，成正比地变化，所以集电极效率不变。所以集电极效率不变。 由由得得)11(cooSC PPPP)21()()11)(21()()11()()

28、()()(2acCc2acocavoavoavSavCmPmPPPPP c0c1mccmc21IIEU cccavc)()( （3 3对激励的要求对激励的要求 为保证过压工作，激励的强度应满足最大工作点工作在为保证过压工作，激励的强度应满足最大工作点工作在临界状态。临界状态。 如果激励不足，则产生波腹变平的失真。如果激励不足，则产生波腹变平的失真。 （4 4对调制信号的要求对调制信号的要求 为了获得为了获得ma=1ma=1的深度调幅，的深度调幅，UmEcUmEc。 思索：思索：UmUm过小则调制不深，过大则产生过调失真。集过小则调制不深，过大则产生过调失真。集电极调幅的过调失真波形？电极调幅的

29、过调失真波形？缘由：缘由： 这是因为这是因为Ecc0Eccuo(t) ui(t)uo(t)（导通），（导通），C C充电，时间常数充电，时间常数=CrD=CrD 音频成分音频成分有用输出；高频有用输出；高频滤去滤去 直流成分直流成分隔直流电容滤去，可用于隔直流电容滤去，可用于AGCAGC自动增益自动增益控制电路）。当输入信号很大时，设法把管子发射结偏压降控制电路）。当输入信号很大时，设法把管子发射结偏压降低一些。低一些。（二检波效率（二检波效率（ ） 1. 1.电路参数电路参数cCRLcCRL、RLRL、rDrD对对 的影响的影响 （1 1一定一定RLRL下，下，cCRLcCRL（= = ）大

30、，）大，放电变放电变慢，慢， 高；高； （2 2一定一定cCRLcCRL下，下，RLRL大，大，充电加快，充电加快， 高；高； （3 3rDrD小，充电快，小，充电快， 高。高。 2.uo(t) 2.uo(t)的成分的成分cL/2TCR d d d d d 输入信号小，则检波二极管输入信号小，则检波二极管rDrD大，大， 降低。降低。（三输入电阻（三输入电阻RinRin） 输入电阻定义为输入高频电压振幅对二极管电流中基波输入电阻定义为输入高频电压振幅对二极管电流中基波分量振幅的比值。分量振幅的比值。 设输入为高频等幅信号设输入为高频等幅信号 , ,相应输出为直相应输出为直流电压流电压UoUo，

31、检波器从输入信号源获得的高频功率为，检波器从输入信号源获得的高频功率为经二极管变换作用，一部分转换为有用输出功率经二极管变换作用，一部分转换为有用输出功率 由于由于V V的导通时间很短，近似认为的导通时间很短，近似认为PLPi PLPi ，而，而Uo UcmUo Ucm，因此，因此 3. 3.信号强度对信号强度对 的影响的影响in2cmi2/ RUP L2oL/ RUP LRR21in tUtuccmicos)( d d （四检波失真（四检波失真cmdiLLcma)1(URRREUm iLLda1RRRm 1. 1.割底失真割底失真 （1 1不产生割底失真的条件不产生割底失真的条件 设设 ，则

32、不产生割底失真的条件，则不产生割底失真的条件 ma ma愈大或检波器交直流负载电阻比值愈小，愈容易产生愈大或检波器交直流负载电阻比值愈小，愈容易产生割底失真。割底失真。1d LLiLiiLL1RRRRRRRRma （2 2改进电路改进电路 思绪：减小交、直流负载电阻值的差别 常取 RL1/RL20.10.2 2. 2.对角线失真放电失真，惰性失真）对角线失真放电失真，惰性失真） （1 1失真原因失真原因 放电慢，包络线下降快。放电慢，包络线下降快。 （2 2不失真条件不失真条件 C C通过通过RLRL的放电速度大于的放电速度大于或等于包络的下降速度。或等于包络的下降速度。 （3 3易产生对角线

33、失真的情况易产生对角线失真的情况 放电慢放电慢 调制深，包络线下降快调制深，包络线下降快 周期短，包络线下降快周期短，包络线下降快dttdudtdu)(mc 放放a2aL1mmCR LCR am （五检波器元器件选择与设计原则（五检波器元器件选择与设计原则 1. 1.检波二极管检波二极管 选用正向电阻和结电容小或最高工作频率高的晶体选用正向电阻和结电容小或最高工作频率高的晶体二极管。二极管。 2.RL 2.RL和和C C的选择的选择 （1 1从提高检波效率和高频滤波能力考虑，从提高检波效率和高频滤波能力考虑，RLCRLC应尽应尽可能大；从避免对角线失真考虑，可能大；从避免对角线失真考虑， RL

34、C RLC有一最大允许值。有一最大允许值。 （2 2为保证所需的检波输入电阻，为保证所需的检波输入电阻，RL2RinRL2Rin；为避免；为避免割底失真，割底失真，RLRL有一最大允许值。有一最大允许值。5.4.25.4.2、同步检波电路、同步检波电路 从频谱图上看，调幅波的解调是将调幅波中的边带信号不失真的搬到零频附近。因此，调幅波的解调电路也属于频谱搬移电路。 （1电路模型 （2解调电路uAM(t) 低通滤波器低通滤波器u(t)uc(t)5.5 5.5 混混 频频 概述概述一、什么是混频器一、什么是混频器 混频，又称变频，是将信号的载频从一混频，又称变频，是将信号的载频从一个频率个频率变换

35、到另外一个频率的电路。变换到另外一个频率的电路。 混频器具有两个输入电压，其频率分别混频器具有两个输入电压，其频率分别为为fsfs和和fLfL，输出频率，输出频率fIfI是这两者的差频（是这两者的差频（ fI= fL fI= fL fS fS ，下变，下变频或和频（频或和频（ fI= fL+fS fI= fL+fS ，上变频）。，上变频）。 混频器在频域中起着减加法器的作混频器在频域中起着减加法器的作用。用。1. 混频器将信号频率变换成中频，在中频上放大信混频器将信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定有利于放

36、大）；作稳定有利于放大）；2. 接收机在频率很宽的范围内选择性好有困难，而接收机在频率很宽的范围内选择性好有困难，而对于某一固定频率选择性可以做得很好有利于对于某一固定频率选择性可以做得很好有利于选频）选频） ；3. 混频后所得的中频频率是固定的，使电路结构简混频后所得的中频频率是固定的，使电路结构简化。化。二、为什么要进行混频二、为什么要进行混频 非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器uS(t) 本本 振振uI(t)uL(t)三、混频器的基本组成三、混频器的基本组成 1非线性元件，如二极管、三极管和场效应管和模拟乘法器等； 2中频滤波器； 3本地振荡器。 5.5.1 混频原理及特点混频原理

37、及特点一、变频前后的频谱图一、变频前后的频谱图SLIfff 留意：留意： 输入信号的上边频输入信号的上边频 中频调幅信号的下边频中频调幅信号的下边频 输入信号的下边频输入信号的下边频 中频调幅信号的上边频中频调幅信号的上边频变频是频谱的线性搬移过程。变频是频谱的线性搬移过程。混频电路组成原理框图5.5.1 混频原理及特点混频原理及特点 变频是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。ttmUtuIaImIcos)cos1 ()(数学表达式描述数学表达式描述ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(频谱描述5.5.1 混频原理及特点混频原理及特点 混频器的作用混频器的作用波形描述波形

38、描述混频电路模拟乘法器混频器5.5.1 混频原理及特点混频原理及特点)(ztu)(Itu分析如下：分析如下：经中心频率为经中心频率为fI fI ，带宽为，带宽为2F2F的带通滤波器滤波后，得：的带通滤波器滤波后，得：)()(LsMtutuKttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmMttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmMttmUIaImcos)cos1 (ttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmM假设非线性元件假设非线性元件)()(LS10tutuaa .)(2110 uauaaitUtUtutuuLLmSSmLScoscos)()( 假设假设2LS

39、2LS10)()()()(tutuatutuaai 那么那么2LLSS2coscostUtUamm )cos()cos()2cos2cos(2LSLSLmSm2L2LmS2Sm2ttUUatUtUa )(22Lm2Sm2UUa 中频成分中频成分二、混频原理的数学分析二、混频原理的数学分析幂级数幂级数 结论：结论： 只要电路元件的伏安特性包含有平方项就可只要电路元件的伏安特性包含有平方项就可实现变频。实现变频。 原则上，凡是具有相乘功能的器件都可用来原则上，凡是具有相乘功能的器件都可用来构成变频电路。目前高质量的通信设备中广泛采构成变频电路。目前高质量的通信设备中广泛采用二极管环形变频器和双差分

40、对模拟相乘器，而用二极管环形变频器和双差分对模拟相乘器，而在一般接收机中，为了简化电路，仍采用简单的在一般接收机中，为了简化电路，仍采用简单的晶体管混频电路。晶体管混频电路。三、晶体三极管变频电路三、晶体三极管变频电路一、三极管变频电路的几种形式一、三极管变频电路的几种形式 按本振信号接入的不同，一般有四种电路形式。按本振信号接入的不同，一般有四种电路形式。 1. 1.共射极电路共射极电路用于频率较低的情况用于频率较低的情况 (1) (1) 信号：基极信号：基极 本振：射极本振：射极 (2) (2) 信号、本振：基极信号、本振：基极 2. 2.共基极电路共基极电路用于频率较高的情况用于频率较高

41、的情况 (1) (1) 信号：射极信号：射极 本振：基极本振：基极 (2) (2) 信号、本振：射极信号、本振：射极 二、三极管变频电路应用举例二、三极管变频电路应用举例1.1.收音机中的他激式混频器收音机中的他激式混频器 由于由于fSfS、fL fL 、fIfI三者差别较大，各谐振电三者差别较大，各谐振电路路对另一频率可近似看作短路。对另一频率可近似看作短路。2.2.收音机中的自激式变频器收音机中的自激式变频器3.3.电视接收机中的典型变频电路电视接收机中的典型变频电路四、超外差接收机的统调与跟踪四、超外差接收机的统调与跟踪 在超外差接收中，为了调谐方便，希望高频调在超外差接收中，为了调谐方

42、便，希望高频调谐回路输入回路、高放回路与本振回路，实行谐回路输入回路、高放回路与本振回路，实行统一调谐。通常采用同轴可变电容器进行。统一调谐。通常采用同轴可变电容器进行。 收音机中波的最低频率收音机中波的最低频率fmin = 535kHzfmin = 535kHz，而最，而最高高频率频率fmax = 1605 kHzfmax = 1605 kHz，则高频回路的波段覆盖系，则高频回路的波段覆盖系数数为为3CCffKminmaxminmaxd 当中频选用当中频选用 时，如用容量相同的可时，如用容量相同的可变电容，则本振波段将从最低频率变电容，则本振波段将从最低频率 变化到最高频率变化到最高频率而要

43、求的最高频率应为而要求的最高频率应为: : 这说明除最低频率处满足中频这说明除最低频率处满足中频465kHz465kHz外，外，在波段其它频率处均不是在波段其它频率处均不是465kHz 465kHz 。kHz1000465535min LfkHz465kHz30003minmax LLffkHz20704651605 一点跟踪一点跟踪 为使统调要求能基本满足，而又不使电路太复为使统调要求能基本满足，而又不使电路太复杂，目前都在本振回路上采取措施，这种方法称为杂，目前都在本振回路上采取措施，这种方法称为三点统调或称三点跟踪。三点统调或称三点跟踪。 为了满足三点统调，在本振回路上必须附加为了满足三

44、点统调，在本振回路上必须附加电容。电容。串联电容串联电容CpCp，CpCp称为垫整电容，其容量较大，称为垫整电容，其容量较大，与与 Cmax Cmax的容量相近；的容量相近；并联电容并联电容CtCt，CtCt称为垫补电容，其容量较小，称为垫补电容，其容量较小，与与CminCmin的容量相近。的容量相近。p在本振频率高频端，在本振频率高频端，C = CminC = Cmin，由于，由于CtCt与与CminCmin相近，使总的电容增大，所以使高频本振频率相近，使总的电容增大，所以使高频本振频率降低。降低。p在本振频率低频端，在本振频率低频端，C = Cmax,CtC = Cmax,Ct的并联作用的

45、并联作用可忽略。串联可忽略。串联 Cp Cp后，使总的电容减少，所以后，使总的电容减少，所以使低端本振频率提高。这样就达到了三点统调使低端本振频率提高。这样就达到了三点统调的目的。的目的。5.5.2 5.5.2 变频干扰及其抑制方法变频干扰及其抑制方法 由于变频器件特性的非线性，在产生所需由于变频器件特性的非线性，在产生所需频率的同时，还将有大量的不需要的频率分量频率的同时，还将有大量的不需要的频率分量出现。在接收机中，当其中某些频率等于或接出现。在接收机中，当其中某些频率等于或接近中频时，就能顺利的通过中频放大器，经解近中频时，就能顺利的通过中频放大器，经解调后在输出级引起串音、哨叫和各种干

46、扰。调后在输出级引起串音、哨叫和各种干扰。 非线性元件非线性元件中频滤波器中频滤波器uS(t) 本本 振振uL(t)uo(t)一、组合频率干扰一、组合频率干扰信号和本振产生的干扰信号和本振产生的干扰 变频器在信号电压和本振电压共同作用下变频器在信号电压和本振电压共同作用下产生了许多组合频率分量产生了许多组合频率分量|SLnfmff 则在混频器中，中频和寄生信号都将顺利的通则在混频器中，中频和寄生信号都将顺利的通过中频放大器加到检波器，与有用信号在检波过中频放大器加到检波器，与有用信号在检波器中产生差拍，形成低频干扰。器中产生差拍，形成低频干扰。若其中的某些频率分量接近于中频值，即若其中的某些频

47、率分量接近于中频值，即ISL|fnfmf 例如：例如：分析：根据分析：根据 若若m=1m=1，n=2n=2，那么，那么 ，接近于，接近于466kHz466kHz，这样，它和有用中频信号同时进入中，这样，它和有用中频信号同时进入中放、检波，产生差拍，在接收机输出产生放、检波，产生差拍，在接收机输出产生1kHz1kHz的哨叫声。的哨叫声。kHz1396L fkHz931S f|SLnfmff kHz4662LS ffkHz1465466 低频信号低频信号 哨叫哨叫 二、副波道干扰二、副波道干扰干扰与本振产生的干扰干扰与本振产生的干扰 凡能加到混频器输入端的外来干扰信号均可凡能加到混频器输入端的外来

48、干扰信号均可以在混频器中与本振电压产生混频作用，若形成以在混频器中与本振电压产生混频作用，若形成的组合频率满足的组合频率满足 就会形成干扰。就会形成干扰。 这类干扰主要有中频干扰、镜频干扰和组合这类干扰主要有中频干扰、镜频干扰和组合副波道干扰。副波道干扰。InL|fnfmf 1. 1.中频干扰中频干扰m=0m=0，n n1 1） 当m=0，n1时， ,称为中频干扰。 对应这种干扰，变频器实际上起到了中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。 对中频干扰的抑制方法-主要是提高变频器前面电路的选择性，增强对中频信号的抑制或设置中频陷波器。Inff 2.2.镜频干扰镜频干扰m=1m=1，n n

49、1 1） 当当m=n=1m=n=1时，时， 称为镜频干扰，显称为镜频干扰，显然，然，fnfn与与fSfS以以fLfL为轴形成镜像关系。为轴形成镜像关系。 抑制镜频干扰的方法：抑制镜频干扰的方法： 1 1提高前级电路的选择性；提高前级电路的选择性； 2 2采用高中频采用高中频 例如，在短波接收机中，接收频段为例如，在短波接收机中，接收频段为230MHz230MHz，中频选，中频选在在70MHz70MHz附近。附近。ISILn2 fffff f0 fcfLfJfIfIf三、交调和互调干扰三、交调和互调干扰1.1.交调干扰交调干扰 电台信号和干扰信号同时作用于接收机的输电台信号和干扰信号同时作用于接

50、收机的输入端时所产生的一种现象。入端时所产生的一种现象。 抑制交调干扰的方法抑制交调干扰的方法-提高前端电路的提高前端电路的选选择性；其次可以通过选择晶体管合适的工作状态，择性；其次可以通过选择晶体管合适的工作状态，减少无用的非线性项实现。减少无用的非线性项实现。 2.2.互调干扰互调干扰 互调干扰是两个或多个干扰电压加到接收机高互调干扰是两个或多个干扰电压加到接收机高放级或变频级的输入端，由于晶体管的非线性作用，放级或变频级的输入端，由于晶体管的非线性作用，干扰信号与本振相互混频，产生的组合频率分量若干扰信号与本振相互混频，产生的组合频率分量若接近中频，从而形成干扰。接近中频，从而形成干扰。

51、 例：例：fs=1200kHzfs=1200kHz，fn1=1190kHzfn1=1190kHz，fn2=1180kHzfn2=1180kHz，则组合频率则组合频率 1665-(2 1665-(2* *1190-1180)=1665-1200=465kHz1190-1180)=1665-1200=465kHz四、减小或避免混频干扰的措施四、减小或避免混频干扰的措施混频干扰的根本原因是器件的非线性特性。混频干扰可分成两类：1.由于非线性特性产生了众多无用组合频率分量而引起的。2.由于非线性特性产生了一些受外来干扰控制或与调制信号不成线性关系的有用频率分量而引起的。 针对混频干扰产生的具体原因,

52、可以采取以下三个方面的措施来减小或避免。(1)选择合适的中频。如果将中频选在接收信号频段之外, 可以避免中频干扰和最强的干扰哨声。(2)提高混频电路之前选频网络的选择性,减少进入混频电路的外来干扰。(3)采用具有平方律特性的场效应管、模拟乘法器或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路,三、三、 混频器的主要技术指标混频器的主要技术指标1 1混频器增益要大混频器增益要大混频增益定义为混频器输出中频信号与输入信号大小之混频增益定义为混频器输出中频信号与输入信号大小之比，有电压增益用比，有电压增益用KVCKVC表示和功率增益表示和功率增益KPCKPC表示表示两种，通常用分贝数表示。两种，通

53、常用分贝数表示。混频器电压增益混频器电压增益: :混频器功率增益混频器功率增益: :=IVCSUKU中频输出电压高频输出电压=IPCSPKP中频输出信号功率高频输出信号功率对接收机而言，对接收机而言，KVC(或或KPC)大，有利于提高接收灵敏度。通常大，有利于提高接收灵敏度。通常在广播收音机中在广播收音机中KPC为为2030db，电视接收机中，电视接收机中KVC为为68dB。2 2噪声系数要小噪声系数要小混频器的噪声系数定义为混频器输入信噪功率比和输出中频信号噪声功率比的比值，也是用分贝数表示的。 由于混频器处于接收机前端，因此要求它的噪声系数很小。3. 隔离度 隔离度是指三个端口输入、本振和

54、中频相互之间的隔离程度,即本端口的信号功率与其泄漏到另一个端口的功率之比。 例如， 本振口至输入口的隔离度定义为: 显然，隔离度应越大越好。由于本振功率较大，故本振信号的泄漏更为重要。/=/iiFooSNNSN输入端载频信号噪声功率比输出端中频信号噪声功率比10lg)db本振口的本振信号功率（泄露到输入口的本振信号功率4 4、1dB1dB压缩点功率和三阶互调截点功率压缩点功率和三阶互调截点功率理想混频器输出的中频信号振幅应该和输入已调波信号的振幅成正比，即混频增益为常数。混频电路的二次方项产生这一线性关系。而四次方项产生的中频分量振幅与输入信号振幅Us的三次方成正比。对于实际混频器来说，其转移

55、特性中参数a4是负数，所以随着Us的加大，增益将会减小，这一现象称为增益压缩。也就是说，在输入信号较小时，输出中频信号随输入信号近似成线性增大。当输入信号较大时，输出中频信号随输入信号的增大速率将会逐渐变小。定义混频实际功率增益低于理想线性功率增益1dB相当于减少了21%）时对应的信号功率点为1dB压缩点、相应的输入、输出信号功率分别用输入P1dB、输出P1dB表示，单位均为dBm，4 4、1dB1dB压缩点功率和三阶互调截点功率压缩点功率和三阶互调截点功率如上图所示。图中虚线PI1是理想输出中频信号功率线，斜率为1，实线PI2是实际输出中频信号功率线。若功率增益公式用分贝数表示，则有Po(d

56、Bm)=Pi(dBm)+Gp(dB)。所以，A点处的功率增益减小1dB，也就是相当于实际输出功率比理想输出功率减小1 dBm。 5.5.4 5.5.4混频电路混频电路 1 1晶体三极管混频器晶体三极管混频器 晶体三极管混频器原理电路晶体三极管混频器原理电路 cosssmcuUtcosLLmLuUtsmLmUUL1C1L1C1调谐于输入调谐于输入信号信号usus的载频的载频fc fc L2C2L2C2调谐于中频调谐于中频fI fI 00012( )( )( )(coscos2)CcmscmmLmLsiItgt uItggtgtu经集电极谐振回路滤波后经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流得到中频电

57、流iI111111111cos()cos22coscosmsLcmsCsig Utg Utg UtIt集电极电流为集电极电流为可以通过求可以通过求gm(t)的基波分量来得到的基波分量来得到gm1(t)，其，其中：中：其中：其中：1111( )cosmmggttdt11111cos()tcost22ImScmSIig Ug U1-Ic 定义混频跨导：定义混频跨导：若若L2C2L2C2回路总谐振电导为回路总谐振电导为 ，则可以求得混频电压增益，则可以求得混频电压增益 11=2mcmSggiU输出中频电流输入高频电压或者：定义混频跨导：或者：定义混频跨导：0( )( ),( )BEBBCBBBBLB

58、EctuUg tUtUiuu同样有同样有: : 121ggcgggUgIUUAcsSuc11给混频电路提供的本振信号可以由单独的振荡电路产生给混频电路提供的本振信号可以由单独的振荡电路产生, , 也可也可以由混频晶体管本身产生。由一个晶体管同时产生本振信号、以由混频晶体管本身产生。由一个晶体管同时产生本振信号、实现混频的电路通常称为变频器。实现混频的电路通常称为变频器。输入信号输入信号 和本振信号和本振信号 分别加在晶体管的基极和发射极上分别加在晶体管的基极和发射极上, , 输输出中频信号出中频信号 由连接集电极的谐振回路取出。本振电路是由晶体由连接集电极的谐振回路取出。本振电路是由晶体管、振

59、荡回路管、振荡回路(L4(L4、C6C6、C7C7、C8)C8)和反馈电感和反馈电感L3L3组成的变压器耦合组成的变压器耦合反馈振荡器反馈振荡器. .双联可变电容作为输入回路和本振回路的统一调谐电双联可变电容作为输入回路和本振回路的统一调谐电容容, ,使得在整个中波波段内使得在整个中波波段内, ,本振频率本振频率 均与输入载频均与输入载频 同步变同步变化化, , 二者之差恒等于中频二者之差恒等于中频典型收音机变频器实用电路典型收音机变频器实用电路suLuIuLfcfIf2.2.二极管混频电路二极管混频电路 在高质量通信设备中以及工作频率较高时在高质量通信设备中以及工作频率较高时,常使用二极管常

60、使用二极管平衡混频器或环形混频器。其优点是噪声低、电路简单、平衡混频器或环形混频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。下图是二极管平衡混频器的原理电路。输入组合分量少。下图是二极管平衡混频器的原理电路。输入信号信号us为已调信号；本振电压为为已调信号；本振电压为uL,有有ULUs,大信号大信号工作工作, 输出电流输出电流io为为 二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路2.2.二极管混频电路二极管混频电路Iu忽略输出电压忽略输出电压 的反的反馈作用馈作用, , 则加在两个则加在两个二极管上的电压分别二极管上的电压分别是是: : 1Lsuuu2LsuuusuLuLu由于由于 很小很小