《高频电子技术》课件第1章

第一章直接检波接收机：ＬC选频与检波电路1.1直接检波接收机电路1.2调幅信号与检波电路1.3

LC选频电路1.4直接检波接收机的原理

1.1直接检波接收机电路

在绪论中，我们已经对通讯系统的组成有了一个大概的了解。大家都知道，接收设备是完成通讯工作的重要一环。绪论给出了接收机的结构方框图。其实，早期的接收机，电路远没有这么复杂。

将一个由可变电容与磁性天线构成的谐振回路、一个二极管、一个电容器与一个耳机按图1-1连接起来就可以接收从电台发射出来的广播信号。在这个电路中，没有任何放大环节，因此不需要电源，人们称之为直接检波接收机。

可以通过下面的实验来逐渐认识这种简单的接收机。实验一直接检波接收机的安装与试听

一、实验步骤:

1．电路连接

首先在一块面包板或万能板上按图1-1将电路连接起来，为了获得较大的音量，可以用一个有源音箱来代替耳机。图1-1直接检波接收机

2．天、地线连接

如果实验室有良好的室外天线与地线，按图将天线与地线连接好（如果没有室外天线，实验从步骤4往下进行）。

3．收听电台广播

电路安装完毕后，如果检查无误，就可以接收电台播音了。缓慢调节可变电容的旋钮，可以收听到一个本地中波电台的广播。如果收不到音，可能是天、地线不良或电台信号太弱，实验可以继续往下进行，用高频信号发生器代替电台，直接接收高频信号发生器的调幅信号。

4．接收高频信号发生器信号

将高频信号发生器信号频率置于１MHz，调制频率为１kHz，调制度为60％。输出端中心头通过一0.01μF电容接接收机天线，高频信号发生器的“地”与接收机的“地”相接。改变高频信号发生器输出信号的大小并仔细调节接收机可变电容旋钮，可以从扬声器中听到清晰的１kHz

单音。改变高频信号发生器的调制频率，声音的音调跟着变化。

实验中可以体会到，只有当可变电容置于某一小段位置时，才能接收到高频信号发生器的信号，扬声器发出的声音的音调与高频信号发生器的调制频率有关。二、实验分析

通过以上实验，我们安装了一台最简单最原始的接收机，并试听了收音效果。一个由天线线圈与可变电容组成的可变频率的调谐回路、一个二极管、一个耳机在连接上天地线，就能接收空中的无线广播信号，说明这一简单电路已包含了接收机的主要功能。如此简单的接收机是如何工作的，调谐回路、二极管、耳机在这里的主要作用是什么？这正是本章首先要解决的问题。下面我们首先认识一下由二极管D与电容组成的检波电路。

1.2调幅信号与检波电路

从低频电路中我们知道，送到有源音箱去放大并推动喇叭发声的的应是音频电信号。如果把图1-1中二极管VD与电容C1构成的电路看成如图1-2所示的一个四端网络的话，显然，其输出应是音频信号。其输入是什么信号呢？二极管VD与电容C1在电路中起了什么作用？可以通过下面的实验来获得这方面的认识。图1-2检波电路

实验二调幅波的观察与检波电路的认识

一、实验步骤

1．观察输入信号波形

在实验一步骤4的基础上，即在准确地接收到高频信号发生器的信号以后，用示波器依次观测图1-1中高频信号发生器输出、可变电容定片与二极管VD正端的信号波形。示波器的扫描周期置于2ms／div左右。一般情况下，我们说用示波器观测某一点的波形，是观测该点对地的波形。因此，示波器的中心端直接与该点相接，示波器的“地”与电路的“地”相接。

如果操作正确，示波器展示的波形如图1-3所示。但不同测试点的信号幅度不同。

图1-3调幅波

2．测量输入信号有关参数

在示波器上测量图1-3所示波形的正弦包络线的周期，记下读数。注意该读数与高频信号发生器调制信号的频率数有什么关系。

如果测试正确，用示波器测得的包络线的周期约为1ms，恰为高频信号发生器调制信号的周期。

3．观测加至有源音箱的信号波形

用示波器观测图1-1中二极管负端的波形并测量其周期，记下读数。

操作时，小心调节高频信号发生器的频率与输出幅度，可使观测到的波形如图1-4(a)所示为一正弦波。该波形与图1-3所示波形的包络线的形状完全相同，其周期与包络线的周期读数一致。图1－4检波输出波形

(a)用示波器交流挡观测到的波形；

（b）用示波器直流挡观测到的波形

（c）移去滤波电容后观测到的波形步骤4：观测信号中的直流成分

在步骤3观测的基础上，将示波器输入选择置于DC位置。可以观测到波形的形状没有变化，但波形整体发生了如图1－4(b)所示沿竖直方向向上的位移。说明观测的信号中，包含直流成分。

步骤5：试验电容C的作用

将电容C从电路中取下来，再一次用示波器观测图1－1中二极管负端的波形。体会一下与步骤3观测到的波形有什么不同。

这时我们看到，示波器展示的波形如图1－4(c)所示，波形不再是正弦波。二、实验分析

对上面的实验，可以作如下分析：

（1）如果将高频信号发生器看成一个电台，则从电台发射出来被天线接收到的信号不是音频信号，而是如步骤1所观测到的带有包络线的高频信号。

（2）步骤2与3说明，加至有源音箱放大的音频信号与包络线的周期完全一致，电台是将音频信号加载在高频信号上通过空间发送出来的。音频信号改变了高频信号的幅度，使高频信号的幅度按照音频信号的变化规律改变。这种信号称为调幅信号，或称为调幅波。高频信号起了运载音频信号的作用，称为载波。音频信号称为调制信号或调制波。为什么不将音频信号直接从电台发射出去而要利用载波呢？主要有两个原因。

其一，要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长λ为同一数量级。波长与信号频率及电波的传播速度有关，即（1.1）

按照式(1.1)所示的关系，可计算出频率为1kHz的音频信号对应的电波波长为300km，要制造出这样巨大的天线显然是不现实的。其二，即使能制造出这样大的天线，不同电台发射的音频信号处于同一频段，在信道中会互相重叠、干扰，接收设备无法选择要接收的信号。

(3)步骤3～5说明，调幅信号通过二极管VD之后，音频信号被分离出来，这种过程称为解调或检波。图1－1中，二极管VD与电容C构成的检波电路的作用就是将音频信号从调幅波中解调出来。其物理过程可以通过图1－5来说明。为使分析问题简单，假设二极管特性曲线是通过原点的一根直线（如图1－5(b)所示），当二极管两端作用的是正向电压时，二极管就导通，在导通期间，二极管可用它的正向内阻来代替；当二极管两端作用的是反向电压时，二极管就截止，在截止期间把二极管当作断路来处理。

设检波电路输入端加上一个调幅波电压Vi，由于二极管只能单向导电，所以只是在输入信号的正半周二极管才能导通。在二极管导通时，输入电压通过二极管的正向电阻C充电，由于正向电阻很小，充电速率很快，C两端电压在很短时间内就接近调幅电压的峰值，例如图1-5（c）图中A点。很明显，C两端的电压又与输入电压相加后加到二极管的两端。因而，二极管导通与否，须视这两个电压相加的结果。例如在A点（时间为），电容两端电压Vo与输入电压Vi相等，二极管两端电压为零，二极管截止。在以后由于Vi的下降，使Vo>Vi，二极管两端电压为反向电压，二极管继续截止。由于C两端有负载电阻并联，C两端电压要通过放电，一般的乘积（即放电时间常数）比输入信号的周期要大得多，因此在输入信号的一个周期里放电较少，电压降低较慢（图中AB段为放电过程），到时间时，输入电压又上升到与Vo相等（B点）二极管仍处于截止状态。但在以后，Vi上升到超过Vo，二极管两端得到正向电压，再次导通。图1－5检波原理对调幅波的解调，除二极管包络检波电路外，还可以用其他一些电路来实现。关于具体电路及其工作原理，将在第二篇中详细讨论。

因为二极管存在一个死区电压，对于锗二极管来说，一般要求加至检波器的载波信号大于0.5V，所以，这种检波器称为大信号包络检波器。

(4)步骤3与4还说明，接上电容C后，检波输出中的高频成分没有了。电容C与电阻Ｒ在这里构成了一个低通滤波器，它滤去了检波后残存的高频信号。

在第二篇的学习中我们还会进一步了解到，Ｒ、C的参数对检波失真会产生影响，应选择合适的值。

通过上面的实验与分析我们知道，原始信息如语言、音乐、图像等非电物理量经换能器转换成电信号后，发送设备用它们去调制一个载波信号，然后经过天线发送出来。接收设备则通过一定的方式，将原始信息的电信号解调出来，再经过换能器还原成原始信号。

1.3ＬC选频电路

人们为了不同的目的需要传送许许多多的信息，为使信息之间彼此互不干扰，每个发射设备都必须至少占有一个属于自己的通道，而接收设备如何从众多的信息通道中，识别或选择出自己所需要的通道呢？为此，我们有必要认识一下图1－1中由Lc、C1构成的谐振电路。

实验三ＬC谐振电路的认识

一、实验步骤

步骤1：接收信号并测试频率

这一步就是接收高频信号发生器的信号，并测试接收机接收的最高频率与最低频率。将可变电容旋至容量最小位置，改变高频信号发生器的输出频率，使接收机正常发声，记下此时高频信号发生器的输出频率（记作f1）。将可变电容旋至容量最大位置，改变高频信号发生器的输出频率，使接收机正常发声，记下此时高频信号发生器的输出频率（记作f2）。在操作中体会一下声音是如何由小到大，由不清晰到清晰的。

正常情况下，f1为520kHz左右，f2为1610kHz左右，恰好可以接收我国中波频道535～1605kHz范围内的信号。

步骤2：测量ＬC回路的频率特性

用中波扫频仪观测L2、C1电路的频率特性。扫频仪的输出探头接线圈的初级，输入探头接检波二极管的负极，连接方式如图1－6所示。调节扫频仪扫频频率调节旋钮，在扫频仪的荧光屏上应展示如图1－7所示的曲线。图1－6扫频仪与接收机的连接方式图1－7扫频仪显示的频率特性曲线二、实验分析

(1)ＬC谐振回路是高频电路里最常用、最基本的选频网络。根据电路分析基础知识，ＬC谐振电路的谐振频率由Ｌ与C的值所决定，其表达式为（1.2）由此式可以看出，改变网络中参数Ｌ与C的值，即可改变其谐振频率。为此，LC电路能从各种输入频率分量中选择出有用信号而抑制掉无用信号和噪声。步骤1直观地表明了ＬC电路对频率的选择作用。在一般接收电路中，人们正是通过调节网络中电容的大小来选择输入信号的。电容在最小与最大位置对应的频率f1与f2，实际上就是网络所能选择的最低频率与最高频率。也可以说，ＬC输入回路决定了图1－1所示接收机所能接收的频率范围。

(2)在扫频仪上展示的图1－7所示的曲线，称为谐振回路的频率特性曲线。它形象地反映了所测回路的电压与外加信号频率之间的幅频特性。曲线峰值对应的频率称为谐振频率或中心频率，当外加信号沿正负方向偏离这个频率时，回路电压都降低了。随着外加频率的偏离，回路电压下降得越快，说明回路的选择性越好。也就是说，曲线越尖锐，回路的选择性越好。对于接收机来说，是否选频回路的曲线越尖锐就越好呢？并非如此。在以后的学习中我们会知道，一个幅度被调制的载波信号不再是单一频率的信号，而是以载波频率为中心的一个频带，其频谱宽度为（1.3）图1－8理想谐振曲线

(3)从步骤3中我们看到，改变线圈在磁棒上的位置，就改变了回路的谐振频率。磁棒是由铁氧体材料制作的，它作为线圈的磁性介质对线圈的电感量有影响。线圈越接近磁棒的中心位置，电感量越大。磁棒具有较强的导磁能力，它能聚集空间无线电波中的磁力线，在线圈中感应出较大的信号电压。 1.4直接检波接收机的原理

到此为止，我们对直接检波接收机已有了一个大概的认识，可以用如图1－9所示的方框图来简述其原理。图1－9直接检波接收机方框图天线接收到各个电台发射到空中的高频无线电载波信号，由L2、C1构成的输入回路从许许多多的信号中选择出欲接收的电台的信号。二极管VD则对被调制的载波信号进行检波，解调出调制信号。由电容C与有源音箱的输入电阻构成的低通滤波器滤去了检波后残留的高频信号。经低通滤波器取出的音频