通信电子线路讲义62

1、教学要求掌握典型调幅信号解调电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。了解数字调幅的典型解调方式及其实现电路。第一页，共二十三页。解调：是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。调幅信号的解调器又称振幅检波器。从频谱上看：解调也是信号频谱的线性搬移过程，将高频端的信号频谱搬移到低频端。解调过程和调制过程相对应，不同的调制方式对应于不同的解调。振幅调制 解调AM调制 DSB调制 SSB调制包络检波 同步检波 峰值包络检波平均包络检波 乘积型同步检波 叠加型同步检波 6.1 概述调幅解调的分类第二页，共二十三页。调幅解调的方法 1. 包络检波 t调幅波调幅波频谱c+c-c输出信号

2、频谱包络检波输出t非线形电路低通滤波器t调幅波t调幅波t调幅波包络检波输出t包络检波输出t包络检波输出t第三页，共二十三页。由于DSB和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检波器，只能用同步检波器，但需注意：同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。乘法器低通滤波器uDSBuou2. 同步检波包络检波器 加法器uDSBuouuAM解调载波第四页，共二十三页。 (1) 电压传输系数Kd 检波电路的主要技术指标 是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。 当检波电路的输入信号为高频等幅波，即ui(t)=Uimcosct时，Kd定义为

3、输出直流电压Uo与输入高频电压振幅Uim的比值，即 当输入高频调幅波ui(t)=Uim(1+macost)cosct时，Kd定义为输出低频信号分量的振幅Um与输入高频调幅波包络变化的振幅maUim的比值，即 (2) 等效输入电阻Rid 因为检波器是非线性电路，Rid的定义与线性放大器是不相同的。Rid定义为输入高频等幅电压的振幅Uim，与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即 (3) 非线性失真系数 Kf 非线性失真的大小，一般用非线性失真系数Kf表示。当输入信号为单频调制的调幅波时，Kf定义为： U、U2、U3分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。 (4) 高频滤波系数F

4、检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。 高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅Uim与输出高频电压的振幅U om的比值，即在输入高频电压一定的情况下，滤波系数F越大，则检波器输出端的高频电压越小，滤波效果越好。通常要求F(50100)。 第五页，共二十三页。6.2 二极管大信号包络检波器 1. 大信号包络检波的工作原理 (1) 电路组成 ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd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： 对低频调制信号u来说，电容C的容抗 ，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两

5、端产生输出低频解调电压。 对高频载波信号uc来说，电容C的容抗 ，电容C相当于短路，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: 第六页，共二十三页。(2) 工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数为rdC。因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快，输出电压uo(t) 很快增长 。 作用在二极管VD两端上的电压为ui(t)与uo(t)之差，即uD= ui- uo

6、。所以二极管的导通与否取决于uD 当uD= ui- uo0，二极管导通；当uD= ui- uo50)代入上式可得：第九页，共二十三页。（2）检波的等效输入电阻峰值检波器常作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： 当但理想值一般当，一般计算方法为：当输入信号为：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

7、呈现的参量。若设输入信号为等幅载波信号:+-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，由能量守恒原则，检波器输入端的高频功率 全部转换为输出端负载电阻R上消耗的功率 即有 又因Kd=cos 1 所以第十页，共二十三页。 (1) 惰性失真二极管峰值型检波器中存在着两种特有失真： 惰性失真底部切割失真为了提高检波效率和滤波效果，（C越大，高频波纹越小），总希望选取较大的R、C值，但如果R、C 取值过大，使R、C的放电时间常数= RC 所对应的放电速度小于输入信号(AM)包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失

8、真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。(2) 产生惰性失真的原因：输入AM信号包络的变化率RC放电的速率(3) 避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即：tui(t)与uo(t)uo(t)ui(t)3. 检波器的失真 第十一页，共二十三页。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：所以要求在(4)分析：则有：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

9、取最大时仍有故令:即：可解得：有实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带(minmax)，并且各频率分量所对应的调制系数ma也不相同，设计检波器时，应该用最大调制度mmax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。第十二页，共二十三页。 Uim(1-ma)(5) 底部切割失真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 m UR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 UR Uim(1-ma) UR或 通常Cd取值较大(一

10、般为510F)，在Cd两端的直流电压UDC，大小近似等于载波电压振幅UDC=KdUim UDC经R和RL分压后在R上产生的直流电压为： 由于UR对检波二极管VD来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。 在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR ,显然，RL越小，UR分压值越大，底部切割失真越容易产生；另外，ma值越大，调幅波包络的振幅maUim越大，调幅波包络的负峰值Uim(1-ma)越小，底部切割失真也越易产生。 后级放大器ui+-CRLRVDCd+UDC -+-UR+u(t)-要防止这种失真，要求调幅波包络的负峰值Uim(1-ma)须大于直流电压UR。即：避免底部切割失真的

11、条件为： 式中：R=RL/R为输出端的交流负载电阻，而R为直流负载电阻。 第十三页，共二十三页。一般： (1) 回路有载Q L要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。为高频载波周期(2)为发保证输出的高频纹波小要求： 即 4. 检波器设计及元件参数的选择 (3) 为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）要求： min max(4) 为了避免惰性失真：要求：(5) 为了避免底部切割失真：或+-u中放末级RidRLCVDRCsLsRsisCd第十四页，共二十三页。1. 小信号检波概念输入高频信号的振幅小于0.2V，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

12、波。 2. 小信号检波器的工作原理因为是小信号输入，检波器需外加偏压VQ使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。 6.3 二极管小信号检波器小信号检波的原理电路二极管的伏安特性在工作点 Q 附近，可表示为：第十五页，共二十三页。由于输出电压很小，忽略输出电压的反作用，可得 ud=ui+VQ ，则忽略高次项可得：经低通滤波器取出 。其中 为直流电流增量，它代表二极管的检波作用的结果。输出电压增量为：在输入信号为高频等幅波 ui=Uimcosit 时，第十六页，共二十三页。 输入信号为普通调幅波 时，因为 i，可以认为在i 一周内：可见输出电压除分量外。还有2的频率成分，也就是产生了非线性失真

13、。此电压增量经Cc隔直耦合在RL上得电压为：这样检波后的输出电压增量为：是不变的第十七页，共二十三页。3. 小信号检波器的特点 (1) 是利用二极管伏安特性非线性段的二次方特性实现频率变换，故又称为平方律检波。 输入为等幅波时的电压传输系数 kd = b2RUim/2 ， 输入为普通调幅波时的电压传输系数 kd = b2RUim 。 它们都与输入信号振幅Uim成正比， Uim越小，则 kd 越小，故小信号检波的电压传输系数小。(3) 由于二极管始终处于导通状态，其等效输入电阻 Rid可近似等于二极管的导通电阻rd 。(4) 当输入为普通调幅波时，有2分量输出产生非线性失真大。 第十八页，共二十

14、三页。4. 小信号检波器的主要技术指标输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为： (1) 电压传输系数输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为: (2) 检波器的等效输入电阻 可近似地认为等于二极管的导通电阻rd (3) 非线性失真系数 第十九页，共二十三页。叠加型乘积型同步检波器可分为：6.4 同步检波器(Synchronous Detection)注意：两种检波器都需要接收端恢复载波1. 乘积型乘法器低通滤 波器uDSBuc 本地载波u(t)设输入已调波：而恢复的本地载波为： So 相乘器输出为：，则经低通滤波器后的输出信号为： 令本地载波DSB信号第二十页，共二十三页。讨论： (

15、1)当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）则有：c=0，=0。能够无失真将调制信号恢复出来。(2) 若本地载波与调制载波有频差，即：即引起频率和相位失真。则引入一个振幅衰减因子cos，若随时间变化，会引起频率和相位失真。乘法器低通滤 波器uDSBuc 本地载波u(t)(3) 若本地载波与调制载波有相位差，即：第二十一页，共二十三页。乘积型同步检波器的实用电路 低通滤波器谐振限幅放大器乘法器CDIoyRw-15V-15V15k R+15VR13-EEVT35.1kRwx121k100k121kR11Rc141294Rc8133R327+15V561011IoxRwZEC=15V-+11k1M25k-15V10k10kRwy2k2kRxRy