第4章振幅调制与解调

1、LOGO第四章第四章 模拟振幅调制和解调模拟振幅调制和解调光学与信息工程学院光学与信息工程学院 通信工程系通信工程系概述概述o调制：调制：在发射端将调制信号调制信号从低频段变换到高频段, 便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用o解调：解调：在接收端将已调波信号已调波信号从高频段变换到低频段, 恢复原调制信号。 o按载波波形分：按载波波形分：脉冲调制：脉幅调制(PAM), 脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM) 正弦波调制正弦波调制：调幅(AM)、 调频(FM)和调相(PM)o本章内容：本章内容：原理、电路组成(混频、调制、解调(检波)4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特

2、性o振幅调制的方式振幅调制的方式AM( (标准振幅调制标准振幅调制) )DSBAM(抑制抑制载波的载波的双双边带振幅调制边带振幅调制) )SSBAM( (抑制载波的抑制载波的单单边带振幅调制边带振幅调制) )VSBAM( (残留边带振幅调制残留边带振幅调制) )共同特性：共同特性：对频谱进行不对频谱进行不 失真的搬移失真的搬移4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo标准振幅调制标准振幅调制(AM)用低频调制信号低频调制信号去控制高频正弦波控制高频正弦波( (载波载波) )的振幅的振幅, 使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。组成模型tVtvccmccos)(设载波信号为)(t

3、v调制信号为ttkvVttvtvccmcmcos)(cos)()(已调信号为)()()(tvtvtvAccm)(tv)(tvcmA)(tvcmmVkA 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo单音调制单音调制tVtvmcos)(假设ttmVttVkVVttkVVtvcacmccmmcmcmcmcos)cos1 (cos)cos1 (cos)cos()(ma为调幅系数4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMcmaVmv)1 (max调幅信号的最大值调幅信号的最大值cmaVmv)1 (min调幅信号的最小值调幅信号的最小值已调波已调波振幅包络振幅包络cmcmcmc

4、mcmaVVvVvVVvvmmaxminminmax)(21ttmVtvcacmcos)cos1 ()(若0 ma 1(过调),看图4-2，产生失真，包络变化不再与调制信号相同4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMoAM信号的频谱带宽信号的频谱带宽tVmtVmtVttmVtvccmaccmaccmcacm)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(cmVccccmaVm2上边频cmaVm2下边频4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo 若v(t)为一般非周期调制信号u(t)cmaxcmax0ttmaxminuA M(t)0ccmincminBW

5、u(t)cmaxcmax0ttmaxminuA M(t)0ccmincminBW4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo 功率功率tVmtVmtVtvccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(oaDSBAMPmPPP)21 (20oaSSBDSBPmPP222oaLcmaSSBPmRVmP421)21(22上边频或下边频LcmoRVP221载波调幅波的功率利用率2202022)21 (2aaaaAMDSBmmPmPmPP314.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMoAM信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法非 线 性 器 件低 通 滤 波

6、器u(t)uAM(t)包络检波原理图包络检波原理图ur(t)uAM(t)u(t)低 通滤 波 器同步检波原理图同步检波原理图 )()()()(tvtvtvAtvccm)(tv)(tvcmA)(tvAM波调制原理图波调制原理图4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSBo 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(Double Sideband Modulation)cos()cos(21)(ttVKVvKvtvcccmmcDSB(a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc)22(2max FBWDSBv 包络不再反映调制信号，但保持频谱搬包络不再反映调制信

7、号，但保持频谱搬移的特征；移的特征；v在调制信号波形过零点处，高频已调波在调制信号波形过零点处，高频已调波有有180 的相位突变；的相位突变；v所占带宽与所占带宽与AM一样。一样。4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSBo DSB信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法ttVKVtvccmmDSBcoscos)(ur(t)uAM(t)u(t)低 通滤 波 器同步检波原理图同步检波原理图 uKuCuDSB4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBo抑制载波的单边带调制抑制载波的单边带调制(Single Sideband Modulation)2maxFBWSSB

8、cmmVKV2ctVKVvccmmSSB)cos(2下边带cmmVKV2ctVKVvccmmSSB)cos(2或上边带4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBoSSB信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法产生uc(t)u(t)带 通滤波器uDSB(t)uSSB(t)频域滤波法频域滤波法v具有陡峭过渡带的带通滤波器v这样的高频高阶带通滤波器不易制作4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBo 当调制波为频带信号，对每个频率分量均准确移相当调制波为频带信号，对每个频率分量均准确移相90的的电路比较复杂电路比较复杂UcmUmsinct sint90相移器90相移器

9、UmsintUcmsinctuc Ucmcosctu Umcos tuSSB(t)UcmUmcosct cost时域相移法时域相移法4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBAMo 相移滤波法相移滤波法u3 cost cost低 通滤波器u5 cos()t低 频振荡器u1 cost90相移网络低 通滤波器tu11sinu4 cost sintu cos tu2 costtu22sinu6 sin()tu7 cos2t cos()tu8 sin2t sin()tuo cos(1)t90相移网络高 频振荡器4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性VSBAMo 残留边带调

10、幅发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部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分(即残留一小部分即残留一小部分)v比普通调幅方式节省频带；v避免单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的困难；v 发送的载频分量便于接收端提取同步信号。v电视系统中的图像信号AM+滤波器同步解调4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性o普通调幅功率利用率低, 但可采用简单、低成本的包络检波方式, 故广泛用于电台广播系统。o双边带调幅与单边带调幅功率利用率高, 可用于小型通信系统, 其中单边带调幅可节省一半频带, 但需解决如何获得同步信号的问题。o残留边带调幅广泛用于电视广播系统。4.

11、1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性o例：例：已知载波信号为v(t) =Vcmcosct，调制信号如图所示。其中 ，分别画出m=0.5及m=1两种情况下AM波形以及DSB波形。tT)(tf111Tfc1 tT)(tf211解 图4-3解 图4-44.2 4.2 调幅电路调幅电路o振幅调制电路振幅调制电路高电平调制v在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波，在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波，有利于提高发射机的效率；有利于提高发射机的效率；v谐振功率放大器结合调制电路谐振功率放大器结合调制电路 基极调幅基极调幅 集电极调幅集电极调幅低电平调制v产生小功率已调

12、波，再经线性功率放大器放大，达到所需产生小功率已调波，再经线性功率放大器放大，达到所需的发射功率的发射功率 乘法器乘法器 二极管调制器二极管调制器4.2 4.2 调幅电路调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放o高电平调幅电路高电平调幅电路常用于常用于AM信号调制信号调制利用丙类谐振功放的基极或集电极调制特性；集电极电源电压UCC(t)=UCC0+u(t)，即一个固定直流电压直流电压与一个低频交流调制信号调制信号之和。随着UCC变化, 使静态工作点左右平移, 从而使动态线左右平移。当谐振功放工作在过压状态过压状态时，Ucm将发生变化, 近似有UcmUCC(t)的关系。如输入信号为高频载波cosct，输

13、出LC回路调谐在c上, 则输出信号可写成:uo(t)=Ucmcosct =kUCC0+u(t)cosct其中k为比例系数。uc(t)UBB UCC0uUCC(t)LCuo(t)集电极调制原理图集电极调制原理图4.2 4.2 调幅电路调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放o为实现深度调幅，放大器需始终工作于过压区；为实现深度调幅，放大器需始终工作于过压区； Ucm与与UCC(t)不可能是线性关系；不可能是线性关系；o效率高，但调制信号的功率要大；效率高，但调制信号的功率要大；4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器o低电平调幅电路低电平调幅电路常用于常用于DSB信号信号单片集成模拟乘法器则两信号相

14、乘后的输出信号为,cos,cos21222111tUutUu设两个输入信号分别为)cos()cos(221212121ttUkUukuuo乘法运算能够产生两个输入信号频率的和频和频与差频差频，这正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o 模拟乘法器是利用模拟乘法器是利用非线性器非线性器件件完成两个模拟信号的相乘完成两个模拟信号的相乘运算。运算。o 集成模拟乘法器是一种模拟集成模拟乘法器是一种模拟集成电路，它是以集成电路，它是以差分放大差分放大器器为基础构成的信号相乘电为基础构成的信号相乘电路。路。o 模拟乘法器模拟乘法器主要指标主要指标有工作有工作频

15、率、运算精度、载波抑制频率、运算精度、载波抑制比、输入信号动态范围等。比、输入信号动态范围等。u1u2uo乘法器的符号乘法器的符号4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o 差分放大器原理差分放大器原理差模放大、共模抑制，信号差模放大、共模抑制，信号噪声比优噪声比优单差分放大器单差分放大器单差分放大器单差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)12121211211222BETBEToC QC QCQCCoBEBEuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiI eiiI ei直流状态下直流状态下EoEEIR 1时时

16、晶体三极管工作在放大区时的晶体三极管工作在放大区时的转移特转移特性曲线性曲线的指数函数表达式为：的指数函数表达式为：TbeUusCeIi 其中：其中：Is为发射极反向饱和电流；为发射极反向饱和电流；热电压热电压UT26mV4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器12121211211222BETBEToCQCQC QCCoB EB EuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiI eiiI ei1112(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithUxxxxeeeexchxshxth)()()(双曲正切：交流状态下交流状态下单差分放大器单差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2u

17、BE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)可得：可得：TBETBEUusCUusCeIieIi2121,单差分放大器单差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3REEE(a)u2REEEV3Io(b)21 (2)21 (2122121TEEcTEEcUuthRuEiUuthRuEi若，恒流源电路是受电压若，恒流源电路是受电压u2控制的受控制的受控恒流源控恒流源CccoRiiu)(

18、21EEoRuEI2TCEEUuthRRuE22212 4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器TTTUuUuthUu2212111 时，有当21112222uuURRuURREUuRRuETECTECETCEE TCEEUuthRRuEu222120 u u1为小信号时，uo中含两输入电压的相乘项u u1为中等大小信号时，thx用傅立叶系数展开；u1为大信号时，thx近似双向开关函数，不管u1大小如何，uo中都含两输入电压的相乘项，因此单差分电路可用于调制、解调、混频等频谱搬移的场合；u uo与u2呈线性关系，即下输入端为线性。uo与u1为双曲正切关系，即上输入端是非线性，将产生高次谐波

19、。减小上输入端信号电平，将改善非线性u uo不仅有相乘项，还有其他成分，因此单差分对乘法电路不是理想的乘法器；4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o 双差分对乘法电路双差分对乘法电路RCiC1V1V2u1(a)uoRC ECiC2iC3iC4u2IoV5V6iC5iC6V3V4(b)u2IoV5V6iC5iC6RE双差分电路双差分电路2526(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithU511512613614(1)22(1)22(1)22(1)22CCTCCTCCTCCTiuithUiuithUiuithUiuithUCccccoRiiiiu)()(4231TCCCUuth

20、Rii2)(165TCToUuthRUuthI22122124uuURITCo4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器TCCCoUuthRiiu2)(165EEeeRuRrrui2652p具有射极反馈电阻的双差分对乘法电路具有射极反馈电阻的双差分对乘法电路p加入负反馈电阻解决输入信号线性范围太小的问题加入负反馈电阻解决输入信号线性范围太小的问题RE远大于远大于V5、V6的发射结电阻的发射结电阻reEoocRuIiIi2522EoocRuIiIi2622u2不是以双曲正切函数自变量的形式出现在输出电压表达式中，对不是以双曲正切函数自变量的形式出现在输出电压表达式中，对u2取值只受限于受控恒流

21、源。取值只受限于受控恒流源。TEcUuthuRR2212i为了保证ic5、ic6始终大于零，u2的动态范围为2122222omoEoETIUIRRcuuuRU 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器p 常用的单片集成模拟乘法器pMotorola公司公司MC1496/1596(国内同类型号是国内同类型号是XFC-1596), MC1495/1595(国内同类型号是国内同类型号是BG314)和和MC1494/15943.9 kUCC(12 V)RciAiBiC1iC2V1V2V3V4uouxiC5iC3iC4iC6V5V6RyV7V8500500V9500uy6.8 kMC1496iR20I

22、20IUEE(8 V)3.9 kRc1262351414810恒流源恒流源在在 脚间接入负反馈脚间接入负反馈电阻电阻Ry，ux小于小于26 mV时时 yxTycouuURRu加入负反馈电阻加入负反馈电阻Ry以后，以后，uy的动态范围可以扩大，但的动态范围可以扩大，但ux的幅度大小仍受限制的幅度大小仍受限制。Motorola公司公司MC1496/15964.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器X通道两输入端、脚直流电通道两输入端、脚直流电位为位为6V, 可作为载波输入通道可作为载波输入通道Y通道两输入端、脚之间外接有调零电路通道两输入端、脚之间外接有调零电路, 可通过调节可通过调节50k电位

23、器使脚电位比脚高电位器使脚电位比脚高UY, 调制信号调制信号u(t)与直流电压与直流电压UY迭加后输入迭加后输入Y通道通道输出端、输出端、12脚外应接调脚外应接调谐于载频的带通滤波器谐于载频的带通滤波器也可作为双边带调幅电路也可作为双边带调幅电路, 区别在于调节电区别在于调节电位器的目的是：使位器的目的是：使Y通道、通道、 脚之间的脚之间的直流电位差为零直流电位差为零, 即即Y通道输入信号仅为交通道输入信号仅为交流调制信号流调制信号4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅o 单个二极管调制单个二极管调制二极管内部特性iD=f (uD)uiEDuDVDiDRLuo0iDUBu

24、DgDrD10uDUBQui EDuDuoiDiDRLui ED(a)(b)(c)uiEDuDVDiDRLuo0iDUBuDgDrD10uDUBQui EDuDuoiDiDRLui ED(a)(b)(c)UBuiRLSrD(a)k(it)10t(b)EB二极管可看成一个受输入二极管可看成一个受输入电压控制的开关，等效电路电压控制的开关，等效电路4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅o开关调幅开关函数法开关调幅开关函数法mcmVV当vc正半周，导通当vc负半周，截止二极管受vc(t) 的控制,工作在开关状态。VVCRLRDS(t)i)(1cLDvvRr00 cv0 cv4.

25、2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅VCS ( t )t)(tS0 costc0 costc10ttttSccc552332221coscoscos)()()()()(1vvtSgvvtSRricDcLD则4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 ttVttVttVtVtVtVgtttVtVgicccmcccmccmccmmccmDccmccmD)cos()cos(coscos)cos()cos()cos(coscos)coscos)(coscos( 333243212121332221 上式包含 (AM波)，没有包含 最有害的项，其他成分易于滤除。cc

26、 ，2c4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器(AM,DSB,SSB)等效等效p 二极管特性实际是指数曲线，所以实际单个二极管调制二极管特性实际是指数曲线，所以实际单个二极管调制电路中电路中存在着非线性失真存在着非线性失真。为了减小失真，采用了平衡对。为了减小失真，采用了平衡对消技术，将两个完全相同的单个二极管调制器电路组成平消技术，将两个完全相同的单个二极管调制器电路组成平衡式二极管调制器。衡式二极管调制器。4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器vvvcD1)(tSvgiDD11vvvcD2)(tSvgiDD22)coscos(cos)(

27、tttVgtSvgiiiccmDDL 3322212221ttVgttVgtVgccmDccmDmD)3cos()3cos(32)cos()cos(2cos经滤波，得到经滤波，得到ttVgiccmDL)cos()cos(2用于产生用于产生DSB波、波、SSB波波4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器例：二极管平衡调制器如图所示，已知例：二极管平衡调制器如图所示，已知 (1)(1)写出写出vo(t) =? (2)若若vc与与v 位置互换，输出位置互换，输出vo(t) =?(3)(3)若将此电路产生若将此电路产生SSB信号，电路应如何变化信号，电路应如何变化? ?),(

28、102cos3VtVvm)( 102cos6VtVvcmc,mcmVV)( 5 . 0 VVcm4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器)coscos(cos)(: )( tttVgtSvgiccmDDL 332221221解解经滤波后，输出电压vo(t)为：(V) )102cos()102cos(4)(63ttRVgRitvLmDLo是DSB信号)(tSvgiDDD11vvvcD2cDvvv1: )2()(222cDDDTtSvgi4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器)2()()2()(21cDccDDDTtStSvgTtStSvgiiit

29、ttVgtVgiccmDccmD3cos34cos4coscosttttSccc552332221coscoscos)(ttVRgtVRgRitvcmLDccmLDLocoscos4cos)(经滤波AM 信号ttttTtSccccc3cos32cos221)33cos(32)cos(221)2(4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器(3) (3) 通过滤波器产生通过滤波器产生SSB信号信号, ,滤波器要求：滤波器要求：KHzFfc1001 上截止频率：MHzfc1 下截止频率：KHzFfc5100021. 中心频率：KHzF1 带宽：4.2 4.2 调幅电路环形调制器

30、调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器）p为进一步提高调制器的质量、减少失真，可将两个完全相同的单平衡二极管调制器组合，再一次对消，构成双平衡二极管调制器。等效等效4.2 4.2 调幅电路环形调制器调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器）1Li)(tSvgiiiDL22112Li)(22432cDLTtSvgiiivvvcD3vvvcD4vvvcD1vvvcD24.2 4.2 调幅电路环形调制器调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器）ttttSccc552332221coscoscos)( )()(2221cDLLLTtStSvgiii ttttTtSccc

31、cc 33222133322212coscos)cos()cos()( ttVgttvgiccmDccDL)cos()cos(coscos 433442输出输出DSB4.3 4.3 包络检波包络检波o 检波（解调）：检波（解调）：从已调波中提取，恢复调制信号振幅检波器us0tCuo0tkdUm0(直流)kdmaUm0 cost(调制信号)uo kdUm0(1 ma cost)us Um0(1 ma cost)cosCt0Uo()kdUm0kdmaUm00Us()Um0maUm0C2maUm02CC(a)(b)振幅检波振幅检波(a)AM调幅波及其频谱；调幅波及其频谱； (b)检波输出波形及其频谱

32、检波输出波形及其频谱4.3 4.3 包络检波包络检波o包络检波：包络检波：要从AM调幅波中提取振幅变化的信息，可以首先将AM调幅波变成单极性信号，之后再从单极性信号中取出它的平均值或峰值。1.1.包络检波包络检波 2.2.同步检波同步检波检波检波方式方式：解调解调AM波波解调解调AM, DSB, SSB波波大信号峰值包络检波大信号峰值包络检波小信号平方律检波小信号平方律检波4.3 4.3 包络检波包络检波- -原理原理o 大信号峰值包络检波器二极管峰值包络检波器大信号峰值包络检波器二极管峰值包络检波器将单极性信号通过电阻和电容组成的惰性网络，取出单极性信号的峰值信息输入信号振幅较大0.5V；二

33、极管处于受控开关状态p 二极管导通，二极管导通，信源信源us对对C充电，充电时常数充电，充电时常数约等于约等于RDC ，RDC小，小，C充电快充电快p 二极管截止，二极管截止，电容电容C通过电阻通过电阻RL放电，放电，RLC 大，大，C放电慢放电慢p 对对 信号，信号， C 相当开路相当开路p 对对 c信号，信号，C 相当短路相当短路1 1CRRCLLcLLcCRRC11通常通常RL510K 峰值包络检波器电路峰值包络检波器电路4.3 4.3 包络检波包络检波- -原理原理峰值包络检波器电路峰值包络检波器电路如果如果us是调幅波，则是调幅波，则u0随调幅波的包络线而变化，从而获随调幅波的包络线

34、而变化，从而获得调制信号，完成检波作用得调制信号，完成检波作用如果如果us是高频等幅波，则是高频等幅波，则u0为直流电压；为直流电压；4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路o对检波器的要求对检波器的要求电压传输系数（检波效率）电压传输系数（检波效率）描述检波器将高频调幅波转换为低频描述检波器将高频调幅波转换为低频电压的能力。电压的能力。v输出低频电压振幅与输入高输出低频电压振幅与输入高频电压包络线的振幅之比，频电压包络线的振幅之比，实际上是输出平均电压实际上是输出平均电压V0与与输入载波电压振幅之比输入载波电压振幅之比imimamdVVVmVK0 越大越好越大越好dK4.3 4.3 包络检波

35、电路包络检波电路q检波效率（电压传输系数）检波效率（电压传输系数）Kd 二极管导通与否, 不仅与输入电压us有关, 还取决于输出电压uo, 即输出信号有反馈作用；充放电过程交替中，除起始几个周期外, 二极管导通时间均在输入高频振荡信号的峰值附近, 且时间很短, 或者说, 其导通角很小 ；导通角越小, uo曲线与us的包络线越接近。若趋近于0, 则uo曲线就几乎完全反映了us的包络线即调制信号波形, 此时检波效率最高, 失真最小峰值包络检波器电路峰值包络检波器电路4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路导通角导通角 由二极管的电导由二极管的电导gD和电阻和电阻RL确定，确定，增大负载电阻增大负载

36、电阻可提高检波器的检波效率可提高检波器的检波效率336LDRg 时，当二极管峰值包络检波器的电压传输系数二极管峰值包络检波器的电压传输系数Kd近似等于近似等于cos 。导。导通角通角 越小，电压传输系数越高。越小，电压传输系数越高。4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路中频放大器uiZin振幅检波器uo中频调谐回路fsfi 输入阻抗输入阻抗检波器前级是中频放大器，检波器前级是中频放大器，检波器的输入阻抗就是中频放大检波器的输入阻抗就是中频放大器的负载器的负载，直接影响中频放大器的性能。检波器输入阻抗中的，直接影响中频放大器的性能。检波器输入阻抗中的电抗分量可以归入中频放大器的中频谐振回路，作

37、为回路的一电抗分量可以归入中频放大器的中频谐振回路，作为回路的一部分考虑；输入电阻分量直接影响中频谐振回路的品质因数和部分考虑；输入电阻分量直接影响中频谐振回路的品质因数和放大器负载的轻重。放大器负载的轻重。输入电阻输入电阻越大越大，谐振回路谐振回路品质因数越大品质因数越大，带宽越窄，放大器负载越轻；带宽越窄，放大器负载越轻；检波器与中频放大器的级联检波器与中频放大器的级联4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路o 输入阻抗输入阻抗iiinjXRZ p 检波电容检波电容C很大，对高频呈现的阻抗近似为零，所以很大，对高频呈现的阻抗近似为零，所以 Xi很小很小mimimiIVIVR)(11dLmd

38、oimKRIKVV0：根据电压传输系数可得dmLmiKIRIR10dLiKRR2增大负载电阻可提高检波器输入电阻增大负载电阻可提高检波器输入电阻Ri尖顶余弦脉冲序列的分析方法, 在导通角很小的时候，21104.3 4.3 包络检波电路包络检波电路o 检波失真检波失真检波特性的非线性引起的失真检波特性的非线性引起的失真v检波器输入为一等幅高频正弦波时，检波器输入为一等幅高频正弦波时，输出为直流电压。输出直流电压幅输出为直流电压。输出直流电压幅度度Vo与输入高频电压幅度与输入高频电压幅度Vim之间之间的关系叫的关系叫检波特性检波特性。v由于二极管的伏安特性是指数曲线，由于二极管的伏安特性是指数曲线

39、，二极管的内阻二极管的内阻RD随二极管两端的电随二极管两端的电压压uD的增加而减小，因此输出电压的增加而减小，因此输出电压uo就会随就会随RD的减小而增加，检波特的减小而增加，检波特性就会随输入电压幅度性就会随输入电压幅度Vim的增加的增加而向上翘而向上翘电阻电阻RL应选取足够大，以减小检波特性非线性引起的失真应选取足够大，以减小检波特性非线性引起的失真Uo0UsmRkd1二极管检波特性VimV04.3 4.3 包络检波电路包络检波电路o例：检波电路如图所示例：检波电路如图所示, cos)cos1 (ttmVvcsmsV 5 . 0smV画出画出RC两端，两端，Rg两端，两端，Cg两端，二极管

40、两端的电两端，二极管两端的电压波形压波形。4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路解解 二极管在二极管在vs负半周导通，因此检波应是调幅波负半周导通，因此检波应是调幅波vs 的下包络的下包络。 scDvvvscDvvv横坐标上，为二极管导通后的结果，为一脉冲序列4.3 4.3 包络检波包络检波o惰性失真惰性失真(Failure-Follow Distortion)从充放电的观点来看，增大RL和C 值，可以提高检波效率和滤波能力。但但RL、C 过大，二极管放电速度跟不上调幅波过大，二极管放电速度跟不上调幅波包络的下降速度，输出电压就会产生失真包络的下降速度，输出电压就会产生失真。通通常将这种失真

41、称为惰性失真。常将这种失真称为惰性失真。4.3 4.3 包络检波包络检波ttmVtvcaimScos)cos1 ()(4.3 4.3 包络检波包络检波o 为了避免产生惰性失真，为了避免产生惰性失真，C 通过通过RL放电速度必须大于或等于包络的下放电速度必须大于或等于包络的下降速度。降速度。111 ttottimtvttvA)(11)( ttimttottvtv)cos()(tmVtvaimim 111tVmttvimattimsin)( p C 通过通过RL放电规律放电规律CRttotoLeVv11 在Kd1的条件下，t1时刻电容两端的电压t1时刻以后二极管截止，电容放电)cos()(1111

42、tmVtvVaimimot 4.3 4.3 包络检波包络检波11111ttCRttLotttoLeCRVtv CRtmVLaim)cos( 11 11ttottimtvttvA )(1111 cossin tmtmCRaaLq 保证A取最大值时满足 A1q 取取A对对t1时刻的导数，并令其为零，可知当时刻的导数，并令其为零，可知当cos t=-ma时，时，A取最大值。取最大值。q得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：aaLmmCR21或ma大,则包络线变化快，RLC大，则放电慢，都可能发生惰性失真负峰切割失真（割底失真）负峰切割失真（割底失真） 检波器输出

43、 与下级放大器连接时，常采用下图所示电路。为有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路, 要求耦合电容CC的容抗远远小于RL, 所以CC值很大 vo(t)中的直流分量Vo几乎都落在CC上, 当检波系数Kd1时，这个直流分量的大小近似为输入载波的振幅Vim。所以CC等效为一个电压为Vim的直流电压源。 此电压源在R上的分压为：4.3 4.3 包络检波包络检波ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)tVVtvmoocos)( imLRVRRRV CC隔直电容，避免vo(t) 中的直流分量影响下级放

44、大器的静态工作点。RL为下一级输入阻抗4.3 4.3 包络检波包络检波o 检波器处于稳定工作时, 其输出端R上将存在一个固定电压VR。当输入调幅波vi(t)的值小于VR时, 二极管将会截止。o 电平小于VR的包络线不能被提取出来, 出现了失真。o 这种失真出现在调制信号的底部, 故称为底部切割失真imLaimVRRRmV )(1LLaRRRm ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)RU4.3 4.3 包络检波包络检波ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(

45、t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)RjZL )( 0)(/)(0jZRRRRRRjZLLLLL )()(0jZjZRRRmLLLLa ma过大，也容易发生割底失真过大，也容易发生割底失真 为了避免出现负峰切割失真，在设计检波器时应为了避免出现负峰切割失真，在设计检波器时应尽量使检波器的尽量使检波器的交流负载阻抗接近于直流负载阻抗交流负载阻抗接近于直流负载阻抗4.3 4.3 包络检波包络检波o在实际电路中，可以采取各种措施来减少交、直流阻抗值的差别。sv0vCCC1LRLR2LRLLLLRRRZ/)(21交：21)0(LLLRRZ直：RL2相对越小，交直流负载

46、的差别就越小；但由于RL1和RL2的分压作用，输出的低频电压也减小；通常，两者比值在0.10.2。4.3 4.3 包络检波包络检波o 例例:已知普通调幅信号载频fc=465kHz, 调制信号频率范围为300 Hz3400 Hz, ma=0.3, RL=10 k, 如何确定下图所示二极管峰值包络检波器有关元器件参数。1) 检波二极管通常选正向电阻小(500 以下)、 反向电阻大(500k以上)、结电容小的点接触型锗二极管, 注意最高工作频率应满足要求。2) 电容C对载频信号应近似短路,故应有 通常取,1,1ccRCRC或cRC1053) 为避免惰性失真，应有 ，代入已知条件可得(1.73.4)1

47、0-6 RC 0.1510-3max21aammRC4.3 4.3 包络检波包络检波4) 设 ， 则 。为避免底部切割失真, 应有 ma R/R , 其中R=R1+R2RL/(R2+RL)。代入已知条件, 可得R 63 k。2 . 021RR65,621RRRR5) 因为检波器的输入电阻Ri不应太小, 而Ri=R/2, 所以R不能太小。取 R=6k, 另取C=0.01F, 这样, RC=0.0610-3, 满足第一步对时间常数的 要求。因此, R1=1k, R2=5k。 6) Cc的取值应使低频调制信号能有效地耦合到RL上, 即满足: LCRCmin1min1LcRC则取 Cc=47F4.44

48、.4同步检波（相干检波）同步检波（相干检波）（Synchronous Detector）o主要用来解调双边带和单边带调幅主要用来解调双边带和单边带调幅 (DSB、SSB)有两种实现电路：有两种实现电路：乘积型乘积型叠加型叠加型4.4 4.4 同步检波同步检波o乘积检波电路乘积检波电路 低通滤波器低通滤波器svrvvov)cos(coscoscosttVVttVVvvvcimrmcimrmsr 21212 tVKVvimrmocos21 经低通滤波器：）（DSBttVvcims coscos. 1)()cos(.SSBtVvcims 2tVKVvimrmocos21 经低通滤波： ttVVttVVvvvcrmimccrmimrs)cos(coscos)cos( 221本地恢复载波本地恢复载波vr必须与输入信号保持严格同步：同频同相必须与输入信号保持严格同步：同频同相4.4 4.4 同步检波同步检波u1R151 FX1596R251 C20.05 F1