电子线路_非线性部分(第五版)谢嘉奎_第4章

1、第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路1第四章 振幅调制、解调与混频电路u振幅调制、解调、混频的概念振幅调制、解调、混频的概念u振幅调制、解调、混频的实现模型振幅调制、解调、混频的实现模型u振幅调制、解调、混频的实现电路振幅调制、解调、混频的实现电路第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路2一 振幅调制、解调与混频的概念发射机框图发射机框图接收机框图接收机框图第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路3二二 实现模型实现模型波形波形调制度调制度1 振幅调制的数学描述振幅调制的数学描述调制信号调制信号)(tvtVtvccmccos)(载

2、波信号载波信号AM信号（已调信号）信号（已调信号）调制信号调制信号ttmVtvcmocos)cos1 ()(0单音调制单音调制ttvkVtvcamocos)()(0一般形式一般形式第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路4单音调制单音调制2 振幅调制实现模型振幅调制实现模型复杂音调制复杂音调制（语音）（语音）频谱分析频谱分析)(tvttvkVtvcamocos)()(0tVtvccmccos)(第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路5AM波带宽波带宽功率分析功率分析 载波功率载波功率边频功率边频功率 2/200mVP 022021)2(212PMVMP

3、amaSBmax2FBWAM3 3 双边带调制、单边带调制及实现模型双边带调制、单边带调制及实现模型DSBttvktvcaocos)()()(tvtVtvccmccos)(第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路6SSBtVktvccmao)cos()(单音调制波形单音调制波形滤波法（相乘器滤波法（相乘器+带通）带通）移相法移相法 4-1-8第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路74 振幅解调数学描述及实现模型振幅解调数学描述及实现模型AM信号信号同步信号同步信号tVtvcrmrcos)(ttvkVtvcamscos)()(0振幅解调振幅解调 检波检波

4、同步检波同步检波包络检波包络检波第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路85 混频实现模型及数学描述混频实现模型及数学描述频谱分析频谱分析混频是将已调波中混频是将已调波中载波频率载波频率变换为变换为中频频率中频频率，而，而保持保持调制规律不变调制规律不变的频率变换过程。的频率变换过程。实现框图实现框图第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路96 关于调制关于调制用调制的信号用调制的信号 控制高频信号某个物理量（幅度、频率、控制高频信号某个物理量（幅度、频率、相相位）实现频率变换的过程称为调制；解调是调制的逆过程位）实现频率变换的过程称为调制；解调是调制的

5、逆过程调调制制类类型型连续波调制连续波调制（载波为高频正弦波）（载波为高频正弦波）脉冲波调制波脉冲波调制波（载波为脉冲波（载波为脉冲波) )调幅调幅调频调频调相调相调幅调幅调相调相调宽调宽振幅调制与检波振幅调制与检波是频谱的线性搬移，可以用相乘器实现。是频谱的线性搬移，可以用相乘器实现。普通调幅波普通调幅波（AMAM）双边带调制波双边带调制波(DSB)(DSB)单边带调制波（单边带调制波（SSBSSB）第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路10三三 实现电路实现电路实现任意两个互不相关模拟信号相乘的三端口非线性电子器件。实现任意两个互不相关模拟信号相乘的三端口非线性电子器

6、件。（A AM M为相乘增益为相乘增益，亦称比例系数或标尺因子），亦称比例系数或标尺因子）0M12vv v A振幅调制电路、振幅解调电路和混频电路都是典型的振幅调制电路、振幅解调电路和混频电路都是典型的频谱搬频谱搬移电路移电路。在它们的实现模型中，都必须包含。在它们的实现模型中，都必须包含乘法器乘法器。1 1 模拟相乘器模拟相乘器第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路111） 非线性器件的相乘作用非线性器件的相乘作用 当同时作用着两个输入电压时非线性器件的响应当同时作用着两个输入电压时非线性器件的响应电流中出现了两个电压的相乘项电流中出现了两个电压的相乘项 ，它是由特性的

7、二，它是由特性的二次方项产生的。但同时也出现了众多无用相乘项。包含次方项产生的。但同时也出现了众多无用相乘项。包含下列频率通式表示的众多组合频率分量。下列频率通式表示的众多组合频率分量。21vv21,qpqp减少无用组合频率分量的数目减少无用组合频率分量的数目减少无用组合频率分量的幅度减少无用组合频率分量的幅度目标目标 (1) (1)从器件的特性考虑。选用具有平方律特性的场效应管等。从器件的特性考虑。选用具有平方律特性的场效应管等。 (2)(2)从电路考虑。用多个非线性器件组成平衡电路。从电路考虑。用多个非线性器件组成平衡电路。 (3)(3)从输入电压大小考虑。使器件工作在线性时变状态。从输入

8、电压大小考虑。使器件工作在线性时变状态。措施措施 第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路122） 非线性器件的线性时变工作非线性器件的线性时变工作)()()(20tvtgtIiP184例例1 单个二极管线性时变工作单个二极管线性时变工作P184例例2 差分对管线性时变工作差分对管线性时变工作线性时变状态的器件最适宜于构成频谱搬移电路线性时变状态的器件最适宜于构成频谱搬移电路虽然线性时变器件输出电流中仍存在着众多无用组合频率分虽然线性时变器件输出电流中仍存在着众多无用组合频率分量，但是它们的频率均远离有用信号频率，因此，用滤波器量，但是它们的频率均远离有用信号频率，因此，用

9、滤波器可以较容易地将它们滤除掉。可以较容易地将它们滤除掉。V1V1、V2V2作用于非线性器件，从输入电压大小考虑：作用于非线性器件，从输入电压大小考虑：V1V1为大信号，为大信号，V2V2为小信号，为小信号，可推得：可推得：)(, )(0tgtI其中其中 只与只与V1V1有关有关211,ppqp输出组合频率输出组合频率第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路133） 非线性器件组成平衡电路非线性器件组成平衡电路I-1 二极管平衡相乘器二极管平衡相乘器工作原理工作原理 V1mV2m V1mVD(on) v1控制控制 D1 、 D2开关工作开关工作 若若v10，D1、D2导通导

10、通 ；若；若v10，D1、D2截止截止 第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路14I-2 二极管双平衡相乘器（环形相乘器二极管双平衡相乘器（环形相乘器）)(,onDLmsmLmVVVVvL正半周正半周vL负半周负半周第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路15II-1 双差分对乘法器双差分对乘法器1 )V1m26mv, V2m26mv 实现近似理想相乘实现近似理想相乘2) 26mvV1m260mv , V2m26mv 3) V1m260mv , V2m26mv 输出输出i经经LC带通滤波器，带通滤波器，（中心频率谐振（中心频率谐振在在 , ）可实现可实

11、现 不失真的相乘不失真的相乘欲实现理想相乘欲实现理想相乘存在的问题：存在的问题：i 实现理想相乘实现理想相乘,要受到要受到V1m26mv，V2m26mv的限制的限制ii 相乘增益与温度相乘增益与温度T2成反比（即成反比（即AM ） 12、13db22BW第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路16II-2 XFC1596集成模拟乘法器集成模拟乘法器改进：改进：扩大扩大 v2 v2 的动态范围的动态范围措施：措施：负反馈技术（接入反馈电阻负反馈技术（接入反馈电阻ReRe）第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路17II-3 四象限模拟乘法器四象限模拟乘法器

12、目的：目的：扩大扩大v1,v2v1,v2的动态范围，实现任意两个模拟信号的相乘。的动态范围，实现任意两个模拟信号的相乘。第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路18国产国产BG314BG314集成模拟乘法器的内部电路集成模拟乘法器的内部电路AD630AD630、AD831AD831第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路194 ） 集成模拟乘法器指标参数集成模拟乘法器指标参数u工作象限工作象限u输出失调电压输出失调电压u馈通误差馈通误差u总误差总误差u非线性误差非线性误差u小信号带宽小信号带宽BWu转移速率转移速率SRu全功率带宽全功率带宽BWPu建立时

13、间建立时间tset第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路202 混频电路混频电路u混频增益（混频损耗）混频增益（混频损耗）u噪声系数噪声系数u1dB压缩电平压缩电平PI1dBmu混频失真混频失真u隔离度隔离度1 1 ）主要性能指标）主要性能指标第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路212 ） 二极管混频电路二极管混频电路作混频器使用，二极管双平衡相乘器各端口间有良好的隔作混频器使用，二极管双平衡相乘器各端口间有良好的隔离，习惯上规定信号输入端口、本振输入端口、中频输出离，习惯上规定信号输入端口、本振输入端口、中频输出瑞口分别用瑞口分别用R R、L L

14、、I I表示，各端口的匹配阻抗均为表示，各端口的匹配阻抗均为5050欧欧, ,二二极管工作在受极管工作在受L L控制的开关状态。控制的开关状态。二极管环形相乘器二极管环形相乘器第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路223） 三极管混频电路三极管混频电路第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路23晶体三极管混频电路晶体三极管混频电路第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路244 ） 集成电路集成电路双差分对平衡混频电路双差分对平衡混频电路u1496 理想乘法理想乘法V1,V2受限受限u1596 扩大扩大V2动态范围动态范围uBG314

15、 扩大扩大V1、V2动态范围动态范围uAD630 大动态范围，高增益、高隔离度大动态范围，高增益、高隔离度uAD831 高增益、高隔离度高增益、高隔离度第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路255） 混频失真混频失真1 1 干扰哨声干扰哨声u表现：听到频率为表现：听到频率为F的哨叫声的哨叫声u原因：有用输入信号原因：有用输入信号 fc 满足满足 (4-3-7)式式u最强干扰：最强干扰：fc = fI (p=0,q=1)u预防预防: 中频中频fI在接收频段之外在接收频段之外2 2 寄生通道干扰寄生通道干扰u表现：听到干扰（电台）信号的声音表现：听到干扰（电台）信号的声音u原

16、因：原因： fM干扰信号进入混频器干扰信号进入混频器,满足满足 (4-3-9)u最强两个干扰：中频干扰、镜像干扰最强两个干扰：中频干扰、镜像干扰u预防预防: 低中频方案；高中频方案，二次混频低中频方案；高中频方案，二次混频Icfpqpf1IcMfqpfqpf1第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路263 交调失真交调失真4互调失真互调失真u表现：听到干扰（电台）信号的声音表现：听到干扰（电台）信号的声音u原因：原因： 干扰信号的包络交叉转移到中频信号上干扰信号的包络交叉转移到中频信号上u消除消除: 有用电台停止发送有用电台停止发送u表现：听到干扰（电台）信号的声音表现：听

17、到干扰（电台）信号的声音u原因：原因： 两个干扰信号进入混频器两个干扰信号进入混频器 满足满足 (4-3-12)式式u最强干扰：最强干扰： 三阶互调失真三阶互调失真 fM1 、fM2靠近有用频率靠近有用频率 r+s=3 上式容易满足上式容易满足第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路273 振幅调制电路振幅调制电路1 1 ）振幅调制电路的基本组成）振幅调制电路的基本组成输入回路输入回路 非线性器件非线性器件 带通滤波器带通滤波器输入回路作用输入回路作用: : 将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非线性器件上。线性器件上。

18、非线性器件非线性器件( (二极管、三极管、乘法器二极管、三极管、乘法器) )作用作用: : 实现产生新的频率（频谱搬移）。实现产生新的频率（频谱搬移）。带通滤波器作用带通滤波器作用: : 取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分。取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分。按输出功率高低，分为高电平调制电路和低电平调制电路按输出功率高低，分为高电平调制电路和低电平调制电路第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路282 ） 高电平调幅电路高电平调幅电路I I 集电极调幅集电极调幅(1)(1)基本原理基本原理: :用调制信号控制丙类谐振功放（过压状态）用调制信号控制丙类谐振功

19、放（过压状态）的集电极电压，从而实现调幅。的集电极电压，从而实现调幅。(2)(2)电路及波形电路及波形 图图4 44 41 p92 1 p92 图图2 22 27 7既能调制又能功率放大既能调制又能功率放大II II 基极调幅基极调幅(1)(1)基本原理基本原理: :用调制信号控制丙类谐振功放（欠压状态）用调制信号控制丙类谐振功放（欠压状态）的基极偏压，从而实现调幅。的基极偏压，从而实现调幅。(2)(2)电路及波形电路及波形 图图4 44 42 p92 2 p92 图图2 22 28 8上述两种调制均属于普通振幅调制上述两种调制均属于普通振幅调制第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非

20、线性电子线路293 ） 低电平调幅电路低电平调幅电路低电平调制电路主要实现低电平调制电路主要实现DSBDSB波，波，SSBSSB波，要求调制线性好，波，要求调制线性好，抑制载波能力强。抑制载波能力强。二极管平衡二极管平衡DSBDSB调制器调制器二极管环形二极管环形DSBDSB调制器调制器tVCcmC1cosC0thth22qqiiiIkTkT2mcosVt模拟乘法器模拟乘法器第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路30第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路314 振幅解调电路振幅解调电路包络检波包络检波同步检波同步检波对对AM波进行检波波进行检波对对D

21、SB、SSB解调解调A A 串联型二极管包络检波电路串联型二极管包络检波电路C 并联型并联型二极管包络检波电路二极管包络检波电路输入电阻、大信号检波条件输入电阻、大信号检波条件1 1） 包络检波电路包络检波电路B B 三极管包络检波电路三极管包络检波电路第4章 振幅调制、解调与混频电路非线性电子线路非线性电子线路322 2） 二极管包络检波电路中的失真二极管包络检波电路中的失真A .A .惰性失真惰性失真（或称对角失真）（或称对角失真） 现象现象 原因：原因：R RL LC C 太大，放电速度跟不上包络下降的速度太大，放电速度跟不上包络下降的速度 克服条件：克服条件：aaLMMCR21第4章 振幅调制、解调与混频电路