第4章振幅调制解调与混频电路-2

第4章

振幅调制、解调

与混频电路4.2

检波电路4.2.1

包络检波电路4.2.2同步检波电路4.2.1

包络检波电路

普通调幅波，其载波分量未被抑制掉，可直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，勿须另加同步信号，称包络检波器。最常用的检波器：二极管包络检波器(在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波电路)。一、工作原理

1．电路类似二极管整流电路，由

D和低通滤波器

RLC相串接构成。特点：检波二极管与负载RL

相串联。2．原理（1）输入等幅信号：vS(t)=Vm0cosct，若其幅值足够大，可设二极管伏安特性用在原点转折的两段折线逼近。

D导通时，vS

向

C充电，充

=RDC；

D截止时，C向

RL放电，放

=RLC；0～t1：D导通，vs(t)通过RD对C充电；t=t1：vs(t)=

vo(t)；t1～t2：D截止，vo(t)向RL放电；∵RL>>RD,∴τ放

>>τ充；t=t2：vs(t)=vo(t)；

t2～t3：类似0～t1，vs(t)通过RD对C充电。

同整流电路：VAV值与输入信号幅值

Vm0

成正比：

VAV=dVm0，d

：检波电压传输系数(检波系数)，恒小于1。充放电达到动态平衡后，输出电压便将稳定在平均值

VAV上下按角频率

c

作锯齿状波动。

开始时，Q充>Q放，→vo(t)↑→D的导通时间（t2-t3）↓→Q充↓，Q放↑,最终Q充=Q放当且时，，即，称为理想检波，这时二极管大部分时间是截止的，导通时间极短（导通角极小）。（2）输入调幅信号：vS(t)=Vm0(1+Macos

t)cosct，vAV应近似其包络。充放电达到动态平衡后，输出电压便将稳定在平均值

vAV

上下按角频率

c

作锯齿状波动。

由于，所以当输入信号的幅度变化时，vAV也按同样规律变化。

即vAV

=VAV+Vmcost

且其值与输入调幅信号包络

Vm0(1+Macos

t)成正比：

VAV=dVm0，Vm=dMaVm0=

Ma

VAV

d：检波电压传输系数(检波系数)

。要求：大信号，即vs(t)的最小振幅，二极管的伏安特性才能用在原点转折的两段折线逼近。此外，二极管电流

i为高度按输入调幅信号包络变化的窄脉冲序列，如图(b)所示。

(1)D的作用原理上，D起着受载波电压控制的开关作用。实际上，受

RLC电压反作用，D仅在载波一个周期中接近正峰值的一段时间(vS

>vC)内导通(开关闭合)，而在大部分时间内截止(开关断开)。

(2)D导通与截止时间与RLC大小有关。

RLCC向RL的放电速度

C的泄放电荷量

D导通时间锯齿波动vAV

增大。

为提高检波性能，RLC

取值应足够大，要满足和

RL>>RD的条件。这时，根据上述讨论可以认为，VAV

Vm0，即检波电压传输系数

d趋于

1，而叠加在

vAV

上的残余高频(输出纹波)电压趋于

0。3．讨论二、输入电阻

1．等效电路检波器前有中频放大器，其等效电路如图(b)：

iS

和

L1C1R1—中频放大器折算到检波器输入端的等效电流源和输出谐振回路(调谐在

c)。

2．物理意义检波器作为中频放大器的负载，可以用检波输入电阻

Ri

来表示这种负载效应。

(1)Ri定义：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。

(2)Ri的求法：可近似从能量守恒原理求得。设输入高频等幅电压

vS(t)=Vm

cosct，则检波器从输入信号源获得的高频功率为输出平均功率设D导通时间很短，i在

RD

上消耗的功率可以忽略，故

PL

Pi，又VAV

Vm(检波电压传输系数

d趋于

1)，由此可得：

(3)Ri的作用：使中频谐振回路的谐振电阻由

R1减小到(R1//Ri)，因此，

iS

在谐振回路产生的高频电压振幅由未接检波时的下降到接检波后的

Vm。显然

Ri

越小，Vm

也就越小于

，称负载效应。

(4)负载效应的抑制：减小负载效应，须增大

Ri，即增大

RL。但增大

RL，受检波器惰性失真(下面介绍)的限制。解决办法：采用三极管射极包络检波电路。

原理：

(1)发射结等效检波二极管；

(2)输入电阻比二极管检波器增大了(1+)倍(该检波电路广泛应用于在集成电路中)。三、大信号检波和小信号检波(1)大信号检波(包络检波)

①

条件：二极管伏安特性可用原点转折的两段折线逼近(即输入电压足够大，二极管轮流工作在导通区和截止区时)，故二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波。

②

实际电路：均外加正向偏置电压(或电流)，克服

VD(on)

的影响。在这种情况下，工程上，可认为输入高频电压振幅大于500mV以上就能保证二极管检波器工作在大信号检波状态。

(2)小信号检波

①

条件：vS

振幅

Vm

足够小(几~十几mV)，此时，二极管应设有很小的偏置电流（图(a)电路：-VCC通过R实现）

②

分析：二极管工作在伏安特性的弯曲部分。二极管伏安特性采用幂级数逼近，即

其中，所需的平均分量

IAV由二次方项产生，其值为a2Vm2/2，相应的输出平均电压

VAV也与

Vm

的平方成正比，故称之为平方律检波。

③

讨论——缺点平方律检波，输出平均电压

VAV与

Vm

的平方成正比，故不能正确反映输入调幅波的包络变化而产生非线性失真。

这时，二极管在整个高频周期内导通，检波器从信号源获得到高频功率大部分消耗在

RD上，加到二极管上的电压

vD

vS(t)=Vmcosct，将它带入

i的展开式：检波器获得到高频功率大部分消耗在

RD上，因而可近似认为即

Ri

RD，其值小于大信号检波(Ri

RL)时的数值。由于小信号检波存在上述缺点，故接收机中先将输入信号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。

在有效值电压表等测量仪器中，利用小信号检波的平方律特性，可以方便地测出被测信号的有效值电压。在这类仪器中，小信号检波获得广泛应用。

四、二极管包络检波电路中的失真

为保证检波器不失真，检波器输入调幅电压

vS

须足够大，使检波器始终工作在大信号检波状态。设

vS(t)=Vm0(1+Macos

t)cosct则包络的最小值

Vm0(1－Ma)

应大于大信号检波时所需的电压值。当二极管的导通电压

VD(on)

由外加偏置电压予以克服时，该电压应在

500mV

以上。因而这种情况下，保证大信号检波的条件为Vm0(1-Ma)500mV其次，当输入为复杂信号调制的调幅波时，若设调制频率为Fmin

Fmax，如果电路参数选择不当，会产生频率失真。除此之外，当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，二极管包络检波器还会产生惰性失真和负峰切割失真。

1．频率失真（1）C的影响（a）C对应等效短路，即（工程上）如C太小，则纹波电压太大。（b）C对F应等效开路，即即C不能太大。如C太大，则Fmax会衰减。而且不同的F，衰减量不一样，这样检出的就会失真。同时还会引起惰性失真。

（2）Cc的影响CC一般为大电解电容，起隔直耦合作用，对FminFmax应相当短路。

2．惰性失真

(1)产生原因要使vAV顺着vs(t)的包络变化，在vs(t)的每个周期内C应充放电一次。

RLC过大时，二极管截止期间

C通过

RL的放电速度过慢跟不上输入调幅波包络的下降速度，输出电平就会产生惰性失真。

(2)避免产生惰性失真的条件为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，C通过

RL的放电速度大于等于包络的下降速度，即可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：

(3)

分析

Ma和

越大，包络的下降速度越快，不产生惰性失真所要求的

RLC

值必须越小。多音调制时，作为工程估算，和

Ma

应取其中的最大值。

3．负峰切割失真——检波器交直流负载比例不当引起

(1)检波器的交直流负载检波器与下级放大器连接采用

阻容耦合电路，避免

vAV

中的直流分量

VAV影响下级放大器的静态工作点。

CC

：

隔直电容，要求它对

呈交流短路；

Ri2：下级电路的输入电阻。检波器的交流负载：

ZL()RL//Ri2直流负载：ZL(0)=RL说明在这种检波电路中，ZL()ZL(0)，且

ZL()

ZL(0)

(2)负峰切割失真当输入调幅波电压的

Ma较大时，由于交、直流负载不等，输出音频电压在其负峰值附近将被削平，出现“负峰切割失真”，如图所示。

(3)失真的原因

①

正常情况——无负峰切割若等幅波输入，CC上产生直流电压：VAV≈Vm0加到D的负端当

Ma

较小时，加到

D正端的包络电压在一个周期内总是大于VRL，二极管导通，工作正常；

②

异常情况——有负峰切割若Ma

较大，可能在t1-t2

内，包络电压Vm<VRL，D截止，底部出现切割失真，故称负峰切割失真，直到包络电压Vm>VRL，D重新导通。Ma

越大，或Ri2

越小，失真越大

③

避免负峰切割失真的条件

(Vm0－MaVm0)VRL

可见，交直流电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的

Ma值就越接近于

1。

④

改进措施出发点：减小交、直流负载电阻的差别。

法1：将

RL分成

RL1和

RL2，当

RL维持一定时，

RL1越大，交、直流负载电阻的差值就越小，但输出音频电压也就越小。为了折衷地解决这个矛盾，实用电路中常取

RL1/RL2=0.1~0.2。

C2：进一步滤除高频分量，对呈开路。

法2：当Ri2

过小时，在RL

和

Ri2

之间插入高输入阻抗的射随器。ZL()=

RL1+RL2//Ri2；ZL(0)=

RL1+RL2

例：广播收音机中检波器的实用电路（P281）分析：（1）二极管正向偏置电路；（2）负峰切割失真的克服；（3）AGC电路AGC作用：（1）使收音机接收不同电台强弱变化较大时，输出音量基本不变；（2）使同一电台的音量不至于有明显的忽大忽小。4.2.2

同步检波电路

一．同步检波作用：

又称为相干检波，解调各种振幅调制信号。二．实现电路相乘器+低通二极管包络检波{1.相乘器+低通（P2284.1.2小节）（1）实现模型vs(t)：输入已调波，可以是AM或DSB或SSB。vr(t):同步信号与载波