通信电子线路：第六章 振幅解调(检波)原理与电路

6.1概述振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于频谱搬移电路。

第六章

振幅解调(检波)原理与电路非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号

输入AM信号检出包络信息检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。其如下图所示包络检波（非相干）同步检波——相干解调检波器分类:平方率检波（小信号）峰值包络检波（大信号）载波被抑制的已调波解调原理解调普通调幅波组成原理框图6.1概述乘法器输入电压为v1，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，输出电压v2是已恢复的原调制信号。检波前后的波形图6.1概述v2v1检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)6.1概述电压传输系数是指检波器的输出电压与输入高频电压振幅之比。当输入等幅信号时，Kd的定义为检波器的输出直流电压Uo与输入高频电压振幅Uim之比。当输入调幅信号时，Kd的定义为检波器的输出角频率为Ω的振幅电压UΩm与输入高频电压包络变化的振幅maUim之比。Kd越大可以得到的低频电压输出越大，即检波效率越好。6.1概述2)等效输入电阻Rid检波器常作为高频电压放大器（中频调谐放大器）的负载。因此它的等效输入阻抗成为了高频放大器的RL，并影响到高放调谐回路的Q值、增益和带宽等性能参数。

检波器的电容值主要作用于高频放大器的谐振回路，它的输入电阻Rid定义为输入高频的等幅电压的振幅Uim与输入高频电流中的基波分量振幅I1m之比。等效输入电阻Rid越大，检波器对前一级的高放电路的影响越小。一般希望等效输入电阻Rid越大越好。3)非线性失真系数Kf表示调制信号的二次谐波、三次谐波等等谐波成分的总量与调制信号基本分量的比值。当谐波分量分别为零时，非线性失真系数为零。表示失真度很小。U2Ω——二次谐波分量；U3Ω——三次次谐波分量；……UnΩ——n次次谐波分量；6.1概述6.1概述4)高频滤波系数F高频分量在解调时应该尽可能滤除，用高频滤波系数F来衡量滤除高频分量的能力。高频滤波系数F的定义是输入高频等幅电压的振幅Uim与输出高频电压振幅Uωcm之比。根据表达式看出，Uωcm越小越好，即F越大表示检波器的高频信号的滤波效果越好。6.2二极管大信号包络检波电路二极管包络检波大信号检波小信号检波调幅信号幅度大于0.5V时，原理：利用二极管正向导通、反向截止的特性。调幅信号幅度小于0.2V时，原理：利用二极管非线性区（弯曲部分）进行频谱搬移。包络检波器——对普通调幅信号来说，载波信号没有被抑制，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需解调电压。这种振幅检波器不需要另加同步信号。目前应用最广的有二极管包络检波。集成电路中常用三极管检波。6.2二极管包络检波电路6.2.1电路工作原理电路由非线性器件二极管及其低通滤波器RC串连构成。R——低频电流在R上形成低频电压输出。C——一方面是过滤高频信号、提取低频信号；另一方面大电容使调幅信号全部加载在二极管两端，提高检波效率。6.2二极管包络检波电路当输入信号为：调幅波幅度足够大时，可忽略二极管的导通电压，伏安特性曲线可近似为折线模型，斜率为1/rd的折线。条件：RL>>1/ωcC和RL<<1/ΩC过程：当二极管导通时，vi向C充电。充电时间常数为rdC。当二极管截止时，C向RL放电。放电时间常数为RLC。6.2二极管包络检波电路1.含有锯齿状波动——残余的高频成分。

包含了直流成分UAV和音频成分与输入信号相对比可以得到：Kd为检波电压传输系数或检波效率，大小为1。增大RL和电容C都会使D导通时间减少，锯齿波动也减少。但是如果过大则会造成检波失真。6.2二极管包络检波电路6.2.2振幅检波器的折线分析法uDiDVBBVimθdωtiD(t)θdUbzIDM-θd检波二极管的伏安特性可以近似用折线表示，gd——检波二极管导通电阻rd的倒数。iD——通过检波二极管电流uD——检波二极管两端电压。Ubz——检波二极管的导通电压。当输入等幅载波时6.2二极管包络检波电路6.2.2振幅检波器的折线分析法ωtiD(t)θdIDM-θd通过二极管的电流为角频率为ωc的周期余弦脉冲，将其分解成傅里叶级数：根据高频功放的分析方法，即iD=0时，ωct=θd；

ωct=0时，iD=IDM。可以计算得到通角θd和峰值电流IDM。其中，6.2二极管包络检波电路6.2.2振幅检波器的折线分析法

（rad）在近似条件下，通角θd只与R、rd有关，而与输入高频信号的振幅无关。当检波二极管和负载确定后，通角θd也为定值。大信号的条件下输入调幅波时，通角θd也不变。此时，调幅波振幅的变化，负载电阻的两端电压也相应的变化。6.2二极管包络检波电路6.2.2振幅检波器的折线分析法综合上面的分析，当输入调幅波为且Ubz=0时，检波器的输出电压uo(t)表达式为：其中，直流分量为：

低频分量为：低频分量的大小与输入电压的包络变化的振幅和θd的余弦成正比。6.2二极管包络检波电路6.2.3大信号检波器的技术指标1)电压传输系数(检波效率)当输入等幅信号时，根据定义以及cosθd的表达式可以得到：其中，Ubz=0。同理，当输入调幅波为时，6.2二极管包络检波电路6.2.3大信号检波器的技术指标由上述的推导可以得到：大信号二极管检波器中，输出信号中的低频成分

与输入信号的包络变化的振幅成正比。也称为线性检波器。大信号二极管检波器中，电压传输系数Kd都是cosθd，不随输入电压的变化而变化，与二极管导通电阻rd和负载RL相关。当后者远远大于前者时，例：rd=80Ω、负载R=5.6kΩ时，θd=29.4°，Kd=0.86。当R>>rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1，这是包络检波的主要优点。6.2二极管包络检波电路6.2.3大信号检波器的技术指标2）等效输入电阻Rid考虑到实际应用中，检波器前一般接有中频放大，等效图为：Rid为中频放大电路的输出负载，即检波电路的输入电阻。定义为：输入高频电压振幅对二极管电流i中基波分量振幅的比值。假设只输入高频等幅电压：忽略在二极管rd上消耗的功率时，Uim≈UoRid6.2二极管包络检波电路6.2.3大信号检波器的技术指标*

输入电阻Rid与负载电阻RL的大小有关。Rid的大小影响着谐振回路的谐振电阻。Rid越小，旁路的作用越大，输出电压也会相应减小。解决方法：采用三极管射极包络检波电路。利用发射结形成与二极管包络检波相似的工作原理。优点是输入电阻比二极管检波增大了（1＋β）倍。2）等效输入电阻Rid3）二极管包络检波的失真避免失真：保证大信号检波的条件，Vm0（1－Ma）>=500mV

为了不引起频率失真，检波器的相关元件参数应该满足下列约束式。二极管的非线性区会产生新的频率分量，检波器无法完全滤除

选择参数造成的失真：对角线失真和负峰切割失真。6.2二极管包络检波电路（1）、惰性失真（对角线失真）

R的增大有利于Kd趋近1、Rid增大和减少非线性失真。R

和C过分增大，造成二极管截止期间C通过R的放电速度过慢，跟不上输入调幅波包络的下降速度，使输出平均电压产生的失真。

避免失真必须在任何一个高频周期内，C通过R的放电速度大于或等于把包络的下降速度。6.2二极管包络检波电路电容放电速度信号包络变化的速度6.2二极管包络检波电路（1）惰性失真（对角线失真）当包络的变化曲线表示为：包络变化率电容C的放电规律为Uo1表示检波器在t1时刻的输出，当Kd近似等于1时，可以得到电容在t1时刻的放电速度为：1、惰性失真（对角线失真）最终求得不产生惰性失真的条件：ma和Ω越大，包络下降速度越快。6.2二极管包络检波电路实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即Ω=Ωmin～Ωmax。为了保证不产生失真，必须满足或者（2）负峰切割失真

6.2二极管包络检波电路

检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。RL代表下级电路的输入电阻。由于检波器的交直流负载不相等，且交流负载电阻(R//RL)小于直流负载电阻(R)。直流负载大，检波器输出的直流电压可能（电容两端电压）高于输入调幅波负峰时的电压，二极管截止。当输入调幅波电压的ma较大，造成输出音频电压在负峰附近出现削平的失真现象。2.负峰切割失真6.2二极管包络检波电路假设输入高频信号为：R两端的电压为：RL两端的电压为低频信号隔直电容Cc数两端电压为直流压降。由于电容容量大，直流电压保持不变。那么该直流电压将通过R和RL分压。2.负峰切割失真6.2二极管包络检波电路R上的直流分压为：当输入的调幅信号的振幅最小值电压小于UR时，二极管截止，将会产生输出电压波形的底边被切割。不产生负峰切割失真的条件是输入调幅信号的振幅最小值必须要大于或等于UR，即输入的调幅信号为：2.负峰切割失真不产生负峰切割失真的ma所需要满足的条件是：解决措施如图所示：RL1越大，交直流负载电阻差别越小。但是导致输出电压很小。实用电路中，常取RL1/RL2=0.1~0.2。6.2二极管包络检波电路当cosθd≈1时，上式也常改写为：6.4同步检波电路同步检波也叫相干解调，可以用于任何一种调制方式的解调，即一般调幅波、双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。

同步检波器主要由乘法器、低通滤波器和载波恢复电路组成，载波恢复电路必须产生一个与发射端同频同相的信号。其基本原理是，恢复的载波信号与输入的已调波在乘法器中相乘，乘积信号中包括了原调制信号和其他频率分量的信号。再经过低通滤波器可选取原调制信号。假设一个双边带调幅波为：再假设被恢复的载波为：6.4同步检波电路乘法器载波恢复电路已调信号低通滤波器由乘法器相乘可以得到：经过低通滤波器后：同步检波（相干检波）——用于解调双边带和单边带调制信号。方法：相乘器配合滤波电路。二极管包络检波。*二极管包络检波构成同步检波电路（双边带）同步信号：双边带调制信号：合成信号：6.4同步检波电路输入为单边带信号时，合成信号为：其中：无法不失真的反映出调制信号的包络。6.4同步检波电路

当满足角频率Ω和2Ω分量的振幅之比（即二次谐波失真系数kf2）小于2.5％，则Vrm应比Vm