高频电子线路第6章调幅信号的解调

1第六章

调幅信号的解调2解调的方式：控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数调幅波幅度频率相位调频波调相波检波低频信号解调鉴频鉴相调幅波调频波调相波3解调器在接收机中的位置4第一节概述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（又名检波）一、检波电路的功能振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出调制信号。高频等幅波正弦调制的调幅信号直流电压正弦波检波器检波器5检波器输入信号波形检波器输出信号波形高频等幅波直流电压正弦调制的调幅信号正弦波6t调幅波调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω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包络检波输出t从频谱上看，解调跟调制一样，也是一种信号频谱的线性搬移过程，不过正好与振幅调制频谱搬移过程相反，是将高频端的信号频谱搬移到低频端。7振幅调制过程：

解调过程

AM调制

DSB调制

SSB调制包络检波

同步检波二、检波电路的分类

1包络检波

t调幅波调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱Ωω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解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。8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uDSBu'ou'Ω2同步检波解调载波9三、非相干解调检波器电路的组成框图高频输入非线性器件低通滤波为什么检波电路必须由非线性器件才能实现？问题：10

(1)电压传输系数Kd(又称检波效率)四、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)=Uimcosωct时，Kd定义为输出直流电压Uo与输入高频电压振幅Uim的比值，即小于1。设计电路时，尽量使它接近1。当输入高频调幅波ui(t)=Uim(1+macosΩt)cosωct时，Kd定义为输出低频信号Ω分量的振幅UΩm与输入高频调幅波包络变化的振幅maUim的比值，即

12(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

输入阻抗

检波器输入端的等效阻抗（对载波频率）（尽量大，减小对前一级的影响）(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

式中，UΩ、U2Ω、U3Ω…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。

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Uoωm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≥(50～100)。

(4)高频滤波系数F

输出电压与输入调幅波包络的相似程度1.电路与工作原理2.性能指标（检波效率、输入阻抗、

检波失真（重点））调幅信号的解调：非相干解调大信号峰值包络检波（重点）小信号平方律检波（输入调幅波的幅度在500mV以上）相干解调——同步解调一、电路与工作原理ui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)检波器的输出电压：uo(t)=uΩ(t)+UDC第二节二极管大信号包络检波器161、原理电路下图是二极管大信号检波的原理电路，是输入回路、非线性器件和低通滤波器组成输入信号振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压时截止，电容C通过R放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信号振幅变化的规律。17ZLRui+-CrdRC低通滤波电路有两个作用：

①对低频调制信号uΩ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，其两端产生输出低频解调电压

②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:

18①输入为等幅波

经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。，二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。，二极管截止，C通过R放电，放电时常数很大，放电慢。，二极管导通，又对C充电。，二极管截止，C上电压对R放电。2、大信号包络检波的工作原理当uD=ui-uo>0，二极管导通；当uD=ui-uo<0，二极管截止。

+

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。所以二极管的导通与否取决于uD

ui(t)达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，当ui(t)=uo(t)，即uD=ui-uo=0时，二极管VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。

检波器的有用输出电压：uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)tididi充i充i放i放+-+-②输入为普通调幅波检波器的实际输出电压为：uo(t)+Δuc=uΩ(t)+UDC+Δuc当电路元件选择正确时，高频纹波电压Δuc很小，可以忽略，输出电压为：

uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低频调制分量。

图(a)：电容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号uΩ，一般常作为接收机的检波电路。图(b)：电容Cφ的旁路作用，交流分量uΩ(t)被电容Cφ旁路，输出信号为直流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。

UDCuΩ(t)Δuctuo(t)ui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)t

峰值包络检波器的应用型输出电路

+-UDC（b）ui+-CVDRφRCφ+-uoui+-CVDRL+-uΩRCd+UDC

-+-uo（a）21当输入高频调幅波ui(t)=Uim(1+macost)cosct时，检波器的输出电压与输入高频振幅成正比，检波器的输出电压u0=kdUim(1+macost)=UDC+u(t)ui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)二极管的导通：在输入电压的每个高频周期的峰值附近输出电压u0(t)的变化规律正好与输入信号的包络相同。二、大信号检波器的分析udiduoUimθ+ud-ui+-CVDR+-uo对于大信号检波，二极管的伏安特性可近似用折线表示：二极管两端所加电压ud=ui-uo，下面分析，输入电压为高频等幅波时的情况，即ui=Uimcost,则：周期性的电流脉冲id可以用傅氏级数分解为直流分量、基波分量及高次谐波分量，id

可写成为23

检波器稳态时的电流电压波形+ud-ui+-CVDR+-uo24IMto2c直流分量基波分量振幅n次谐波波分量振幅其中与电路参数的关系

当时，二极管导通

当ωit=θ时，id=0，可得gd(-uo+Uimcosθ-Ubz)=0

当ωit=0时，id=IM，可得

由于，则

输出电压上式两边除cos当UbZ=0或u0>>UbZ的条件下上式可写成27代入上式可得：在很小时由于所以，当输入电压为高频等幅波时，检波器输出电压为：由以上的分析可以看出:

当电路一定(管子与R一定)时，在大信号检波器中θ是恒定的，它与输入信号大小无关。其原因是由于负载电阻R的反作用，使电路具有自动调节作用而维持θ不变。例如,

当输入电压增加，引起θ增大，导致I0、Uo增大，负载电压加大，加到二极管上的反偏电压增大，致使θ下降。因θ一定，Kd=cosθ，检波效率与输入信号大小无关。所以，检波器输出、输入间是线性关系——线性检波。

当输入AM信号时，输出电压

uo=KdUim(1+macost)。由于29当输入电压为高频等幅波时检波器输出电压为：当输入电压为AM信号时检波器输出电压为：即即当输入普通调幅波时，检波器的输出直流角频率为的交流负载RL上的电压:为所需的调制信号若设输入信号输出信号为,则加在二极管两端的电压uDiDuoUimθ如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特征曲线（注意在大信号输入情况下是允许的），则有：当时有：可见有两部分：低频调制分量：其中：直流分量：1、电压传输系数Kd

（检波效率）定义：三、电路主要性能指标

+uD-ui+-CVDR+-uo32有为电流导通角。其中当电路一定(管子与R一定)时，在大信号检波器中θ是恒定的，它与输入信号大小无关。有两部分：低频调制分量：其中：直流分量：UDCuΩ(t)tuo(t)33讨论：①当VD和R确定后，θ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：②

当但理想值一般当，一般计算方法为：当输入信号为：Kd～gDR关系曲线图342、检波的等效输入电阻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。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。+-uo中放末级RsVDRCsCLsisRid+-ui35检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci，如下图所示。输入电阻是输入载波电压的振幅Uim与检波器电流的基频分量振幅I1m之比值，即检波器输入电容包括检波二极管结电容Cj和二极管引线对地分布电容Cf，Ci≈Cj+Cf。Ci可以被看作是输入回路的一部分。的表达式将、、展开成级数取前两项代入在二极管导通角很小的情况下,等效输入电阻直流电阻全部转换为输出端负载电阻R上消耗的功率

KdUimui(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即有

又因Kd=cosθ≈1所以

若设输入信号为等幅载波信号

由此可见，串联二极管峰值包络检波器的输入电阻与二极管检波器负载电阻R有关。当θ较小时，近似为R的一半。R越大，Ri越大，对前级的影响就越小。也可以以下列方式导出Rid的表达式38

(1)

惰性失真在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3、检波器的失真

一般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

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，从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。tui(t)与uc(t)uc(t)ui(t)39①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②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uc(t)uc(t)ui(t)③分析另外，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，放电时，通过C的电流为：通过R的电流为：因为iC=iR的电流即：41时刻不产生惰性失真的条件为：所以要求在则有：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值取最大时仍有故令:42即：可解得：有实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带(min～max)，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Ωmax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。不产生惰性失真的条件①单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:②多音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:44不难看出调制信号角频率越高，调幅系数ma越大，包络下降速度越快，惰性失真越严重。要克服这种失真，必须减小RC的数值，使电容器的的放电速度加快，因此要求：tui(t)与uc(t)uc(t)ui(t)式中的调制信号角频率取最高调制角频率，调幅系数ma越应取最大调幅系数，因为这种情况下最容易产生惰性失真记忆理解

Uim(1-ma)(2)底部切割失真（负峰切割失真）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：

Uim

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(一般为5～10μF)，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,后级放大器ui+-CRLRVDCd+UDC

-+-UR+uΩ(t)-46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。

要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值Uim(1-ma)大于直流电压UR。即避免底部切割失真的条件为：

式中，RΩ=RL//R为检波器输出端的交流负载电阻，而R为直流负载电阻。

后级放大器ui+-CRLRVDCc+UDC

-+-UR+uΩ(t)-当检波器接有Cc、RL后，检波器的直流负载R=仍等于R，而低频交流负载R等于R与RL的并联，即R=RRL/(R+RL)。因R=≠R，将引起底部失真在工程上，减小检波器交、直流负载的差别有两种常用的措施：一是在检波器与下一级低放级之间插入高输入阻抗的射极跟随器;二是将R分成R1和R2，R=R1+R2。此时，直流负载电阻：R=R1+R2

，交流负载电阻：R=R1+R2∥Rg，如图所示。减小底部切削失真的电路由隔直耦合电容Cc

和滤波电容C引起的。为使频率在min时,Cc上压降不大,不产生频率失真:为使频率在max时,C断开,不把低频电流旁路掉:综上,一般,隔直耦合电容Cc取几个微法(F),滤波电容C取0.005F~0.02F。（3）频率失真对于C一般：

(1)

回路有载要大：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：

ΩminΩmax(4)

为了避免惰性失真：要求：(5)

为了避免底部切割失真：或+-uΩ中放末级RidRLCVDRCsLsRsisCd50调幅信号的解调：非相干解调大信号峰值包络检波小信号平方律检波1.电路3.性能指标（检波效率、输入阻抗）2.工作原理（输入调幅波的幅度在几十mV,或更小）第三节二极管小信号检波器

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波。二、小信号检波器的工作原理小信号检波的原理电路如右图所示。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。一、小信号检波检波器需外加偏压VQ使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。高频输入非线性器件低通滤波当加的输入信号为调幅信号时。二极管中电流变化规律如右图所示。三、小信号检波器的分析（幂级数分析法）将iD进行泰勒展开：忽略高次项，有：其中直流电流增量：直流分量输出电压增量：若输入信号为单音调制的AM波，因Ω<<ωc，可用包络函数U(t)代替上式中的Uim，检波器输出电压增量为：输入等幅波时，输出电压增量为由以上分析可知，小信号检波器输出电压与输入信号电压振幅Uim的平方成正比，故将这种检波器称为平方律检波器。利用其检波电流与输入高频电压振幅平方成正比这一特性，可以作功率指示，在测量仪表及微波检测中广泛应用。这种检波器的电压传输系数Kd和输入电阻Ri都小，而且还有非线性失真，这是它的缺点。输出电压增量为直流分量调制信号分量二次谐波分量经Cc隔直电容耦合在RL上得到的输出电压为调制信号分量二次谐波分量产生非线性失真四、小信号检波器的主要技术指标①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②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