第5章 振幅调制与解调

1、振幅调制与解调振幅调制与解调 第五章第五章 振幅调制与解调振幅调制与解调5.1 调幅信号分析调幅信号分析 5.2 低电平调幅电路低电平调幅电路5.3 高电平调幅电路高电平调幅电路5.4 包络检波包络检波5.5 同步检波同步检波振幅调制与解调振幅调制与解调调制的用途：调制的用途： 提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去；提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去； 实现信道复用。实现信道复用。调制、解调的概念：调制、解调的概念：调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频载频)信号上去的信号上去的过程；过程；所要传输的低频信号是指原始电信号，

2、称为调制信号调制信号，用u(t)表示；高频振荡信号是用来携带低频信号的, 称为载波载波，用uc(t)表示；受调后的信号称为已调波已调波；解调是把低频信号从高频载波信号上搬移下来的过程。解调是把低频信号从高频载波信号上搬移下来的过程。5.1 调幅信号分析调幅信号分析 振幅调制与解调振幅调制与解调调制方法：调制方法：()()()()PFMPWMPPMPCMPAMAMDSB AMAMSSB AMVSB AMPMFM 数字调制脉冲调频（）脉冲调宽（）模拟脉冲调制 脉冲调位（）脉冲编码调制（）脉冲调幅（）调制标准振幅调制模拟调制双边带振幅调制 调幅（）单边带振幅调制 模拟连续波调制残留边带振幅调制 调相

3、（）调频（）振幅调制与解调振幅调制与解调 本节的主要内容包括：5.1.1 标准调幅信号的特点标准调幅信号的特点5.1.2 抑制载波的双边带与单边带调幅信号抑制载波的双边带与单边带调幅信号振幅调制与解调振幅调制与解调定义：振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比的变化；经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波，简称调幅波调幅波（AM）。一、普通调幅波的表达式一、普通调幅波的表达式设载波uc(t)的表达式和调制信号u(t)的表达式分别为：5.1.1 标准调幅信号的特点标准调幅信号的特点( )cos( )cosccmcmu tUtutUt振幅调制与解调振幅调制与解

4、调图图5.1.1 调幅波的波形调幅波的波形 Umax表示调幅波包络的最大值，表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的最小值。表示调幅波包络的最小值。振幅调制与解调振幅调制与解调已调幅波表达式为：其中：K为比例系数，是由调制电路决定的比例常数；m a为调幅系数或调幅度，它表示了载波振幅受调制信号控制的程度。( )(cos)cos(1cos)cos(1cos)cos(5.1)mAMcmccmcmcmcmacKUutUKUttUttUUmtt式振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.1.1 调幅波的波形调幅波的波形 Umax表示调幅波包络的最大值，表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的

5、最小值。表示调幅波包络的最小值。maxminminm2cmmacmcmcmcmcKUUmUUUUUUUU( )(cos)cos(1cos)cosAMcmcmcmacutUKUttUmtt振幅调制与解调振幅调制与解调 上式中，Umax表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的最小值。显然，ma表示了载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度表示了载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度，一般要求01，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。图5.1.2所示为不同ma时的已调波波形。 maxminminm2cmmcmacmcmcmcKUUUUUUmUUUU图图5.1.2 不同不同ma时的已

6、调波波形时的已调波波形 ( )(cos)cos(1cos)cosAMcmcmcmacutUKUttUmtt振幅调制与解调振幅调制与解调二、普通调幅波的频谱及信号带宽二、普通调幅波的频谱及信号带宽 为了分析调幅信号所包含的频率成分，可将式（5.1）按三角函数公式展开，得：( )(1cos)coscoscoscos11coscos()cos()22cmaccmccmacAMcmcacmcacmcutUmttUt UmttUtm Utm Ut 振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.1.3 调幅波的频谱调幅波的频谱 振幅调制与解调振幅调制与解调 112211211222121coscoscoscosco

7、scoscos222coscoscos222,:,AMcmaacaaacmccccaananccncnccccnutUmtmttmmmUttttmmmttt 可见 其频谱为等。 对于单音信号调制的已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度BW=2或BW=2F (=2F)（F为调制频率）， 若调制信号为复杂的多频信号，如有若干个不同频率 、 、 的信号所调制，如下式：12n其频谱如图5.1.4所示。对于多音频的调制信号，若其频率范围是 ，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。此时，调幅波的频带宽度为：BW=2Fn。minmaxFF振幅调制与解调振幅调制与解调 例如，语音信号的频率范围为3

8、003400Hz，则语音信号的调幅波带宽为23400=6800Hz。小结： 调幅波调制过程为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅称为线性调制。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。图图5.1.4 复杂调制信号调幅的频谱复杂调制信号调幅的频谱 振幅调制与解调振幅调制与解调三、普通调幅波的功率关系三、普通调幅波的功率关系 若调制信号为单频余弦信号，负载电阻为RL，则已调波的功率主要有以下几种：1、载波功率、载波功率2、上、下边频功率、上、下边频功率212cmoLUPR222111()22412acmSSBSSBa

9、oLDSBSSBSSBaom UPPm PRPPPm P上下上下( )(1cos)coscoscoscos11coscos()cos()22cmaccmccmacAMcmcacmcacmcutUmttUt UmttUtm Utm Ut 振幅调制与解调振幅调制与解调3、总平均功率、总平均功率 在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是：4、最大瞬时功率、最大瞬时功率 通过功率分析可见，普通调幅波中至少有通过功率分析可见，普通调幅波中至少有2/3的功率不的功率不含信息，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。不经济的。2211(1)2

10、2oDSBoaoaoPPPPm PmP因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。22max(1)2cmaLUPmR振幅调制与解调振幅调制与解调5.1.2 抑制载波的双边带与单边带调幅信号抑制载波的双边带与单边带调幅信号 一、抑制载波的双边带信号一、抑制载波的双边带信号 由于载波不包含有用信息，在传输时，可以仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带抑制载波的双边带调制（调制（DSB AM），其数学表达式为：11( )cos()cos()22( )coscoscoscosDSBacmcacmcDSBacmcmcutm Utm Ututm UttUtt或二、双边带调

11、幅信号的波形及频谱二、双边带调幅信号的波形及频谱 由双边带调幅信号表达式可知其频谱特性，如图5.1.5示：振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.1.5 双边带调幅信号的波形及频谱双边带调幅信号的波形及频谱 可见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max2DSBBWF振幅调制与解调振幅调制与解调三、三、 单边带调幅波单边带调幅波 既抑制载波又只传送一个便带的调制方式称之为单边带既抑制载波又只传送一个便带的调制方式称之为单边带调幅调幅(SSB)。其表达式为：11( )cos()( )cos()22SSBacmcSSBacmcutm Ututm Ut或maxSSBSSBBWFBWF单

12、音频调制时：多音频调制时：其频带宽度为：振幅调制与解调振幅调制与解调电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波(1cos)coscmacUmtt载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波coscosacmcmUtt单边带信号单边带信号cos()2acmcmUt(cos() )2acmcmUt或波形图波形图频谱图频谱图 c- c+ 12acmmU c- c+ 12acmmU 信号信号带宽带宽)2( 2)2( 22 c- c+ 12acmmU cmU 表表5.1.1 三种振幅调制信号三种振幅调制信号振幅调制与解调振幅调制与解调例1：已知信号电压的频谱如下图示，试写出该信号电压的数学表达式，并指出已

13、调波性质，并计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。62222211( )cos()cos()22( )0.3cos1000.10.3cos999.90.6cos200cos(210 )111120.60.09()2441DSBacmcacmcDSBcmDSBSSBaoaLutm Utm UtutttttUPPm PmWR解：根据频谱图可见，该信号频谱符合双边带信号特点，故有：即振幅调制与解调振幅调制与解调四、残留边带调幅四、残留边带调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a) 广播电视台系统发端滤

14、波器特性广播电视台系统发端滤波器特性 (b) 电视接收系统中频滤波器特性电视接收系统中频滤波器特性 残留边带调幅(记为VSB AM)，它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。 在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。图图5.1.6 残留边带调幅信号的滤波特性残留边带调幅信号的滤波特性振幅调制与解调振幅调制与解调222100010.7111000()22250()421500()20.7122.5()421245()aaaaoDSBSSBoaSSBooSSBaaSSBooSSBWmmmmPWPPPmPPWPPPWmmPPWPPPW例：载波功率为，试求和时的总

15、功率和两个边频功率。解： 时并且上、下边频功率为：总功率为：时总功率为：振幅调制与解调振幅调制与解调1212112cos20000.3cos18000.3cos2200;0.3cos18000.3cos22001,212cos20000.3cos18000.3cos22002(1 0.3cos200utttuttu uutttu例：已知某两个信号电压如下：，试求解： 是已调波吗？如果是已调波则计算在单位电阻上消耗的边频功率、总功率及已调波带宽。解： 可以得到：122)cos2000( )(1cos)cos0.3cos18000.3cos22000.6cos200cos2000( )coscos

16、2AMcmacDSBacmcttutUmttuuttttutm Uttu普通调幅波表达式为：知 是普通调幅波。双边带调幅波表达式为：知是抑制载波双边带调幅波。计算在单位电阻上消耗的边频功率、总功率及已调波带宽。振幅调制与解调振幅调制与解调1222222222cos20000.3cos18000.3cos22001111222()24221120.320.09()222.09()2002222022cmcmDSBSSBaoaoLLDSBSSBaoDSBoutttUUPPm PmPWRRPPm PWPPPWBWF计算在单位电阻上消耗的边频功率、总功率及已调波带宽。，又22220()0.6cos20

17、0cos2000( )coscos110.620.09()242000.09()222200()22DSBacmccmacmDSBSSBaoaLDSBHzuttutm UttUm UPPm PmWRPPWBWFHz双边带调幅波表达式为：故振幅调制与解调振幅调制与解调5.2 低电平调幅电路低电平调幅电路 在无线电发射机中，振幅调制的方法按照功率电平的高低振幅调制的方法按照功率电平的高低可以分为低电平调制电路和高电平调制电路可以分为低电平调制电路和高电平调制电路，在实际应用中两种调制电路的应用场合也有所不同：高电平调制：高电平调制：置于发射机的末端，产生大功率的已调信号。低电平调制：低电平调制：置

18、于发射机的前端，产生小功率的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。 本节将对低电平电路进行详细讨论，具体内容如下： 5.2.1 概述概述 5.2.2 二极管调幅电路二极管调幅电路 振幅调制与解调振幅调制与解调一、低电平调幅电路一、低电平调幅电路1用途用途主要用来实现双边带和单边带调制。2要求要求 调制线性好，载波抑制能力强，功率和效率的要求是次要 的。 5.2.1 概述概述 振幅调制与解调振幅调制与解调二、二、 实现调幅的方法实现调幅的方法 1、普通振幅调制、普通振幅调制 带通 u AM(t) u(t) uc(t) 非线性器件 图图5.2.1 (a) 普通调幅波实现框图普通调幅波实现框图 u

19、(t) uDSB(t) uc(t) 图图5.2.1 (b) 双边带调幅波实现框图双边带调幅波实现框图2、双边带振幅调制、双边带振幅调制( )(1cos)coscoscoscos1coscos()21cos()2cmacAMcmccmaccmcacmcacmcutUmttUt UmttUtm Utm Ut振幅调制与解调振幅调制与解调 u(t) u DSB(t) 带通 u SSB(t) u c(t) c+ 或c 图图5.2.1 (c) 单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图3、单边带调制、单边带调制1滤波法 在得到DSB信号后，采用滤除一个频带的方法得到单边带信号。振幅调制与解调振幅调制与解调2

20、移相法 1( )cos()(coscossinsin)22acmSSBacmcccm Uutm Uttttt 图图5.2.1 (d) 单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图振幅调制与解调振幅调制与解调单边带调制的优、缺点单边带调制的优、缺点优点：优点：1节约频带：在一个波段内，能容纳的频道数增大，可以提高波段利用率；2节省发送功率：只传送带有信息的一个边带的功率；3能获得更好的通信效果；4单边带的选择性衰落现象轻。缺点：缺点：设备复杂，价格昂贵。振幅调制与解调振幅调制与解调一、简单的二极管调幅电路一、简单的二极管调幅电路普通调幅波产生机理普通调幅波产生机理：调制信号和载波信号相加后，通过非线

21、性器件，在电流i中产生了各种组合频率分量，最后将谐振回路调谐于，便能取出和的成分。图图5.2.2 非线性调幅框图非线性调幅框图5.2.2 二极管调幅电路二极管调幅电路 振幅调制与解调振幅调制与解调 + C L R + uo u + uc + uD i 图图5.2.3 二极管调幅电路二极管调幅电路1、 平方律调幅二极管信号较小时的工作状态 平方率调幅又称小信号调幅，它的工作原理可以用幂级数法进行分析。设非线性器件的伏安特性为：若非线性器件的伏安特性可用幂级数近似，则在静态工作点处展开的泰勒级数为： if u;QcQuUuuU式中，其中是静态工作点电压振幅调制与解调振幅调制与解调 20120100

22、01!QQcnccncnnnQnnu Unnn mmccmnn mmncnmQcif Uuuaa uuauuauuaaafUd f uandunnuuuumnmnia uumnmUuu式中， 、 、 、是各项系数，可用下式求得：由二项式定理知道：所以有：又因为是小信号调幅，故很小，级数可以只取前四项。振幅调制与解调振幅调制与解调 采用这种方法时， 是我们所需要的上、下边频，这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅平方律调幅，其中最为有害的分量是 项。c2c 工程上常采用的降低干扰措施：工程上常采用的降低干扰措施：1）选用平方律好的非线性器件；选择器件的合适工作点使它工作在特性接近平方律的区域

23、。2）采用多个器件组成的平衡电路、环形电路，抵消一部分无用组合频率分量。3）减小输入调制信号和载波信号的幅值，以便减小高阶相乘项极其产生的组合频率分量的强度。振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.2.4 二极管开关电路二极管开关电路2、 开关式调幅 在大信号情况时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，二极管相当一个开关。 满足 的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。如图所示的电路， 是一个小信号， uc是一个振幅足够大的信号，二极管D受大信号uc的控制，工作于开关状态，设uc和 分别是频率为fc和f 的正弦电压。cmmUUuu振幅调制与解调振幅调制与解调 在uc的正半周，二极管导通，通过负载

24、RL的电流为（设二极管的正向电阻为rd）：在uc的负半周，二极管截止，电流用下式表示：若二极管的开关作用用开关函数描述：则电流可表示成：1cdLiuurR1000ccdLcuuurRiu 1000ccuS tu振幅调制与解调振幅调制与解调 1cdLiS tuurR由于是周期为 的周期性函数，故可将其展开为傅氏级数：2c 11122coscos3231411cos 212211( )2( )cosccncncdLcS tttntnS tiS tuurRS ttu将带入电流，可得电流的表达式。其中的基波与的相乘项是有用项，可实现频谱搬移的功能，其余项为无用项。振幅调制与解调振幅调制与解调二、平衡调

25、制器（产生二、平衡调制器（产生DSB、SSB波）波） 平衡调制器是两个开关调制器对称连接的电路，载波成分由于对称而被消除。1、电路结构、电路结构图图5.2.5 平衡调制其原理图及等效电路平衡调制其原理图及等效电路(a) (b)振幅调制与解调振幅调制与解调(a)图中上半部分与下半部分电路对称其等效电路如(b)图所示。 2、工作原理分析、工作原理分析11112222coscos( )( )( )( )( )( )mcmmccmcdcddddcddduUtUUuUtuututigS t uuututigS t u设：且(a) (b)振幅调制与解调振幅调制与解调 1111112221212121212

26、121411cos 21221( )( )1210( )0022(0)2()2( )()4( )( )nndddddddddLccLcLLLLddLLLLLdddddLdntnigS t uigS t uggrRuS tuS tuui RuiRuuuuRiiR g S tuuR g S t ut ，式中：，而 ；1224coscos3.cos(0)23LdccmcLLR gttUtuuu与有相同的频率成分。振幅调制与解调振幅调制与解调(21)(0,1,2,.)Lcunn的频谱成分为：c+ c-3c+3c-如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率c处，且带宽B=2 ，谐振时的负载阻抗ZL=2RL

27、，则实际输出电压uL为：4coscosLdLmcug R Utt T2的初、次级匝比为2:1，T2的次级输出电压为： 12coscoscoscos2LLdLmcmcuug R UttUtt能实现DSB调幅信号的调幅。 振幅调制与解调振幅调制与解调3、平衡调制器特点、平衡调制器特点1要保证电路平衡，即要求二极管特性完全相同，电子器件完全相同，这样能有效地抑制载波；2如果电路稍不平衡，会产生载波电压泄露到输出端； 因此电路中往往要添加平衡装置，以将载漏降至最小。振幅调制与解调振幅调制与解调三、三、 环形调制器环形调制器 从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流的有用分量： D1 Tr1 Tr2

28、 iL D4 D3 21:1 21:1 u RL u u + uc + u + D2 图图5.2.6 环行调制器原理图环行调制器原理图 振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。4cos()cos() cDccig Ut 振幅调制与解调振幅调制与解调 D1 Tr1 Tr2 i1 21:1 uc 21:1 RL + u + + D2 u i2 iL1 Tr1 Tr2 i3 21:1 uc 21:1 RL + u + + u i4 iL1 iLK D4 D3 (b) (a) 图图5.2.7 环型调制器等效电路环型调制器等效电路振幅调制与解调振幅调制与解调四、四、 产生单边带

29、信号的方法产生单边带信号的方法(1) 滤波法滤波法 u uc u DSB c 带带通通滤滤波波器器 uSSB c+ (或)c 单单边边带带 输输 出出 c cmax c+max c+max c cmax 滤波器法实现单边带调制滤波器法实现单边带调制 DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0max，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。振幅调制与解调振幅调制与解调 F BM1 音频 1 BM2 2 BM3 3 强放 f2+f1+F f1F f1+F f2(f1+F) f2(f2+f1+F) OSC1 OSC2 OSC3

30、 f1 f0+F f1+f2+f3+F=f0+F f2 f3 实际滤波器法单边带发射机方框图实际滤波器法单边带发射机方框图 为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？问题问题 为滤波器，为滤波器，BM为平衡调幅器，为平衡调幅器，OSC为本地振荡器。为本地振荡器。振幅调制与解调振幅调制与解调(2) 相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示 调制信号 Umsint 调制信号 90移相网络 载波 90 移相网络 平 衡 调幅器 A 平 衡 调幅器 B Ucmcosct u 2=Ucostsinct Ucmsinct u1=U

31、sintsinct 合 并 网 络 u3 单边带 输 出 载 波 振荡器 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图 图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90。123121sinsincos()cos() 21coscoscos()cos() 2()cos()cccccccuUttUttuUttUttuK uuKUt因此，输出电压为：振幅调制与解调振幅调制与解调(3) 修正的移相滤波法修正的移相滤波法 BM1 u1= uu 低通 滤波器 BM3 90移相 网络 u=cos1t BM2 低通 滤波器 BM4 u2= uu u=sin1t 音频 振荡器 BM-平衡调幅器 音

32、频输入 u(t)=sint 90移相 网络 u0=cos1t u0=sin2t 载波 振荡器 合并 网络 u3u4 SSB输出 u1=sint sin1t u2=cos(1)t u3=uu3=sin2t cos(1-)t u2=sint cos1t u4=cos(1)t u4=u0u3=sin2t sin(1)t 修正的移相滤波法修正的移相滤波法振幅调制与解调振幅调制与解调Q1:为什么调制必须利用电子器件的非线性特性才能实现？它和放大在本质上有何不同？振幅调制与解调振幅调制与解调5.3 高电平调幅电路高电平调幅电路 一、基极调幅一、基极调幅 cosB BB BmUUUt图图5.3.1 基极调幅

33、原理电路基极调幅原理电路 振幅调制与解调振幅调制与解调 当基极偏置电压UBB变化，引起集电极余弦脉冲电流的最大值ICmax变化，将变化的iC信号通过一个中心频率为fc的带通滤波器滤波，就能得到普通调幅波。 观察基极调制情况可见，在欠压区调制特性曲线才接近线性，所以为了实现基极调幅，基极调幅电路必须工作在欠压状态。振幅调制与解调振幅调制与解调基极调幅的失真波形基极调幅的失真波形:波谷变平或波腹变平。波腹变平的原因波腹变平的原因：（1）放大器工作在过压状态；（2）激励过强或阻抗匹配不当；（3）激励功率或激励信号源内阻过大，造成波腹处的基流脉冲增长不上去； （4）管子在大电流下输出特性不好，造成波腹

34、处集电极电流脉冲增长不上去。 此外，假如调谐电路失谐，也可造成调幅波包络失真。波谷变平的原因波谷变平的原因：由于过调（低频调制信号过大）或激励电压过小（高频载波信号过小） ，造成管子在波谷处截止所致。振幅调制与解调振幅调制与解调 cosCCCCmUUUt二、集电极调幅二、集电极调幅图图5.3.3 集电极调原理电路集电极调原理电路 振幅调制与解调振幅调制与解调 观察集电极调制情况可见，只有在放大器工作在过压区时，集电极电压的变化才会引起集电极电流的明显变化。振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.3.4 集电极调幅波形示意图集电极调幅波形示意图 振幅调制与解调振幅调制与解调检波概述检波概述 一、什么

35、是检波 从高频已调制波中取出调制信号的过程称为解调解调，解调是调制的反过程。5.4 包络检波包络检波 振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.4.1 检波器输入、输出端的波形和频谱检波器输入、输出端的波形和频谱 通过上图可见，检波也是一种频率变换过程，必须通过非线性元器件完成。振幅调制与解调振幅调制与解调二、检波器的组成二、检波器的组成 检波器的组成包括：高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。 解调输出 载波信号 uc(t)=cosct u(t) 调幅信号 us(t) 低 通 滤波器 图图5.4.2 载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制的已调波解调原理振幅调制与解调振幅调制与解调三、检波器分

36、类三、检波器分类1.根据使用器件不同分为：二极管检波器和三极管检波器；2.根据信号大小不同分为：小信号检波器和大信号检波器；3.根据信号特点分为：连续波检波器和脉冲检波器；4.根据工作特点不同分为：包络检波器和同步检波器。包络检波包络检波同步检波同步检波检波器分类检波器分类:平方率检波平方率检波峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波振幅调制与解调振幅调制与解调1包络检波 对于普通调幅信号, 将其经过非线性元器件的频率变换作用, 产生所需的低频信号, 再经低通滤波后, 即可近似地重现原调制信号, 这种检波方式称为包络检波包络检波；2同步检波 对双边带调幅信号和单边带调幅信号, 由于其包

37、络不能直接反映调制信号的变化规律, 所以不能采用包络检波, 而必须借助相乘的方法, 加入与原载波完全同步的相干载波信号进行检波, 这种方法称为同步检波同步检波。图图5.4.3 实现检波的电路模型实现检波的电路模型 振幅调制与解调振幅调制与解调五、检波器设计要求五、检波器设计要求1.检波效率要高；2.检波失真要小； 检波失真指输出电压与输入调幅包络相似程度；3.输入阻抗要高 该阻抗越大，对前级的影响就越小。001,;2()1cmdcmmdacmUUUUUm U若输入等幅电压幅值为检波器输出直流电压为，则检波效率为：若输入调幅波时，检波效率定义为输出低频电压值与输入高频调幅包络幅值之比，即：；3一

38、般二极管检波器的检波效率总小于1，设计电路时应尽量使之接近 。振幅调制与解调振幅调制与解调本节具体内容为： 5.4.1 小信号二极管平方律检波小信号二极管平方律检波 5.2.2 大信号二极管峰值包络检波大信号二极管峰值包络检波 5.4.3 二极管并联检波器二极管并联检波器 5.4.4 平均值包络检波平均值包络检波 振幅调制与解调振幅调制与解调一、什么是小信号检波一、什么是小信号检波 小信号检波是指输入已调波的幅度在几十毫伏的数量级或更小，利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波的过程。 二、小信号平方律检波电路二、小信号平方律检波电路5.4.1 小信号二极管平方律检

39、波小信号二极管平方律检波22112215.1100.005 0.0220VRCCRQRkkCFFRA电路如图所示：图中， 是检波二极管，是检波器的负载电阻，是高频旁路电容，是音频信号耦合电容， 是偏置电阻，它使二极管的静态工作点 处在二极管特性的弯曲部分，如图所示，电路的典型参数是：，根据调整确定，一般应使静态偏流为。振幅调制与解调振幅调制与解调图图5.4.4 小信号平方律检波电路模型及相关波形小信号平方律检波电路模型及相关波形 振幅调制与解调振幅调制与解调三、小信号检波电路工作原理三、小信号检波电路工作原理 22201220121coscos1coscos1coscos1coscoscmac

40、cmaccmacAMcmacAMiaaUmtta UmtutUmttuutEUmttEiaa uEauEQ；利用幂级数分析器工作原理：设输入是单频正弦调制的调幅波：二极管输入电压为：二极管特性曲线在 店的幂级数展开式为：将输入电压带入上式，只取前两项，可得：222222022222212211coscos22241coscos12coscos2cos2222cosacmcmacmacmaacmacacncmatmaaUa U mta U mta UmmaUmttmtttia Umt 对应的电流分量为：，它是所需的解调信号，由于它的幅值与输入信号的幅值得平方成正比，故称根据上式可得电流的频谱，其

41、中频率为平方律检波。振幅调制与解调振幅调制与解调222220122222221212231444cmaacmcmaaacmamacdacma UmmaaUCCa Ummma UmUa m Um U通过上述分析，可见检出低频分量振幅为：，频率为；直流分量可被滤除，高频分量被旁路；若二次谐波分量不被滤除干净，将产生非线性失真；为估算失真大小，把二次谐波和基波之比称为二次谐波失真系数，即：，可见越大，失真越严重。检波效率：2222mcmacmRa R Um U振幅调制与解调振幅调制与解调结论结论：1）小信号检波是利用二极管伏安特性非线性段的二次方特性产生频率变换，故称为平方律检波。2）由于检波效率与

42、输入信号幅值有关，故效率低；3）由于二极管始终处于导通状态，其输入阻抗Ri可近似认为等于二极管导通电阻rD;4）当输入为普通调幅波时，有二次谐波分量输出，产生非线性失真较大。振幅调制与解调振幅调制与解调5.4.2 大信号二极管峰值包络检波大信号二极管峰值包络检波一、大信号二极管峰值包络检波电路及原理一、大信号二极管峰值包络检波电路及原理图图5.4.5 大信号峰值包络检波电路模型及相关波形大信号峰值包络检波电路模型及相关波形 振幅调制与解调振幅调制与解调(1) 电路组成电路组成 由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。 RC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号u，

43、其两端产生输出低频解调电压。 对高频载波信号uc，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为: ()0( )( )cLZZZR 振幅调制与解调振幅调制与解调(2) 工作原理分析工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uoRi充充+-uoi放放+-ui+-uiVDRCui+-Crd当当uD= ui- uo0，二极管导通；，二极管导通；当当uD= ui- uo50)3531213153tg333 3ddrgRR代入上式可得：振幅调制与解调振幅调制与解调(1cos)cosiimacuUmtt( )(1cos)odimautK UmtcosdR

44、K（2）检波的等效输入电阻idR 峰值检波器常作为超外差接收机中放末级的负载，故其输入阻抗对前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响，这也是峰值检波器的主要缺点。讨论： 当VD和R确定后，即为恒定值，与输入信号大小无关，亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入已调波的包络与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波 则输出信号为： 当1dK 1dK 但理想值50gR 0.9dK 一般当，一般计算方法为：当输入信号为：3333Ddrg RR 检波器的输入电阻Rid是为研究检波器对其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，Rid是对载波频率信号呈现的参量。若设输入信号为等幅载波信号cosiimcuUt+

45、-uo中放末级RsVDRCsCLsisRid+-uiKdUimui(t)t 忽略二极管导通电阻rd上的损耗功率，由能量守恒的原则，检波器输入端口的高频功率 22imidUR22dimK UR 全部转换为输出端负载电阻R上消耗的功率 即有 2222imdimidUK URR又因Kd=cos 1 12idRR所以 振幅调制与解调振幅调制与解调二、二、 失真失真1、惰性失真（对角切割失真）、惰性失真（对角切割失真） o ui t uc t1 t2 惰性失真惰性失真 由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容 C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。防止惰性失真条件：(

46、 )CAMuUttt或写成 21aamRCm在工程上可按 RC1.5 计算。振幅调制与解调振幅调制与解调另外，在二极管截止瞬间，电容两端所保持的电压近似等于输入信号的峰值。即0(1cos)cosiimauUmtt( )(1cos)AMimaUtUmt1( )sinAMaimUtmUtt(1cos)CimauUmt11( )(1cos)t tRCCimautUmt e111(1cos)CimattuUmttRC111(1cos)sinimaimaUmtUmtRC 若设输入信号AM信号： 包络信号为：在t1时刻包络的变化率:那么电容C通过R放电的电压关系为：时刻不产生惰性失真的条件为：1t所以要求

47、在则有：11sin11cosaaRCmtAmt1t()AMUtCu实际上不同的 ，和下降速度不同。为在任何时刻都避免产生惰性失真，必须保证A值取最大时仍有max1A故令:0dAdt22222(1cos)cossin01cosaaaaRCmmttRCmtdAdtmt 即：cos;atm 22sin1cos1attm 可解得：21aamRCm有 实际应用中，用最大调制度mamax和最高调制频率max来检验有无惰性失真，其检验公式为可见，ma，越大，信号包络变化越快，要求RC的值就应该越小。2a maxmaxa max1mRCm振幅调制与解调振幅调制与解调2、负峰切割失真、负峰切割失真(底部切割失真

48、底部切割失真)(1cos)imaUmt Uim(1-ma)1) 原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求： Ui mLDCRLgLUURRR URL二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。当 URL Uim(1-ma)ttmUucaimi cos)cos1( URL或min1gcRCmin1gcR C 通常Cc取值较大(一般为510F)，在Cc两端的直流电压UDC，大小近似等于载波电压振幅UDC=KdUim UDC经RL和Rg分压后在RL上产生的直流电压为： 由于URL对检波二极管VD来说相当于一个反向

49、偏置电压，所以可能阻止二极管的导通状态。 在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于URL ,后级放大器ui+-CRgRLVDCc+UDC -+-URL+u(t)-避免底部切割失真的条件为： /gLgaLgLLRRRRmRRRR式中，R=RL/Rg为检波器输出端的交流负载电阻，而RL为直流负载电阻。 振幅调制与解调振幅调制与解调3、 非线性失真非线性失真4、频率失真、频率失真由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。1Cc的存在主要影响检波的下限频率min。为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：min1gcRCmin1cgCR或2电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：max1LRC或max1LCR一般Cc约为几F，C约为0.01F。振幅调制与解调振幅调制与解调振幅调制与解调振幅调制与解调212,0.152150.1552aLaLimR CCFmpFCFRRK解得：对大信号检波器而言：振幅调制与解调振幅调制与解调5.5 同步检波同步检波 相乘器输出