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第五章第3次課教案授課時間：第12周星期二12節(jié)授課類型：理論課授課題目：調幅電路（一）二極管調幅電路本授課單元教學目標：介紹調幅電路的概況、主要類型，以低電平調幅中二極管調幅電路為重點討論產生調幅信號的基本原理，學習用開關函數(shù)法分析電路。要求：通過本次課，了解調幅電路的基本類型，熟悉二極管平衡調制電路、二極管環(huán)形調制電路的電路形式、實現(xiàn)原理，掌握開關函數(shù)結合頻譜圖的分析方法。本授課單元教學重點和難點：二極管平衡調制電路的實現(xiàn)原理及開關函數(shù)分析法。本授課單元教學過程設計：1、過程設計：u 首先，復習前面課中調幅信號產生原理及分析方法部分的內容；u 接著，介紹本次課所教的電路的應用領域以引起學生們學習興趣；u 然后，進入正題；u 最后，小結本次課教學內容。2、采用的方法：u 多媒體課件+板書；u 由淺入深，先從最簡單的單二極管調幅電路開始分析，在介紹它的不足之處后引入雙二極管平衡調幅電路，再通過分析其可改進之處引入四二極管的環(huán)形調幅電路。u 為鼓勵學生積極思考，每一個電路講解結束后讓學生們分析該電路的優(yōu)缺點以及可能改進的地方。本授課單元主要教學內容（見后）教學內容從本次課開始主要學習和討論關于調幅波的產生和解調電路，共3次課，主要教學內容、課時安排及與書上章節(jié)的對應關系為：教學內空課時安排上課時間5.4 普通調幅波的產生電路概述5.4.1 低電平調幅電路 二極管調制電路2第12周星期二12節(jié) 差分對調制電路和模擬乘法器5.4.2 高電平調幅電路 基極調幅重點 集電極調幅重點2第13周星期二12節(jié)5.5 普通調幅波的解調電路概述5.5.1 小信號平方律檢波器5.4.2 大信號峰值包絡檢波 第五章小結2第13周星期五12節(jié)概述 調幅的方法主要分兩大類低電平調幅和高電平調幅。 1、低電平調幅 低電平調幅將功率放大和調制分開。調制過程在低電平級進行。需要的調制功率小，電路簡單。調制后的信號電平較低，功率較低，需要再經過功率放大器放大，達到一定的發(fā)射功率后再發(fā)送。一般放置在發(fā)射機的前級。DSB、SSB及FM均采用這種方式。 其主要實現(xiàn)方法有二極管調制器、模擬乘法器調制器等。 2、高電平調幅 高電平調幅將功率放大和調制合二為一，直接產生達到輸出功率要求的已調波。調制過程在高電平級進行，通常在高頻功率放大器（丙類）中進行調制輸出電壓振幅受調制信號控制的調諧功率放大器。不需效率低的線性放大器，有利于提高整機效率，但須兼顧輸出功率、效率和調制線性的要求。通常放置在發(fā)射機的最后一級。主要用于形成AM信號，如許多廣播發(fā)射機都采用這種方式。 其實現(xiàn)方法主要有集電極調幅（調制信號控制集電極電源電壓以實現(xiàn)調幅）和基極調幅（調制信號控制基極電源電壓以實現(xiàn)調幅）。5.4.1 低電平調幅電路 低電平調幅電路主要包括：l 二極管調制電路 單二極管調制電路 二極管平衡電路 二極管雙平衡乘法器（環(huán)形乘法器） 二極管雙平衡乘法器（環(huán)形組件乘法器）l 差分對調制電路 單差分對乘法器 雙差分對乘法器（壓控吉爾伯特乘法器）l 集成電路XFCl596 三差分對乘法器（四象限線性化可變跨導乘法器）l 集成電路BG314 本次課主要討論二極管調制電路。一、二極管調制電路1、單二極管電路 單二極管電路如右圖所示。 當二極管兩端的電壓UD大于二極管的導通電壓時，二極管導通，流過二極管的電流與加在兩端的電壓成正比；當二極管兩端的電壓UD小于二極管的導通電壓時，二極管截止，電流為0；二極管等效為一個受控開關。控制電壓為二極管兩端電壓UD。 當UcmUm且Ucm為大信號（0.5V）時，可進一步認為二極管的通斷主要由Uc控制。一般情況下二極管的開啟電壓UP較小，有UcmUP，可令UP近似為0或在電路中加一固定偏置電壓來抵消UP。忽略輸出電壓的反作用，用開關函數(shù)分析法則可得到 可得到相應的頻譜圖如下： 將它通過以c為中心、通頻帶2為的帶通濾波器后，可得到調幅波。 這里的分析忽略了輸出電壓的反作用。是因為輸出電壓的相對于Uc而言很小。若考慮反作用，輸出電壓對二極管兩端的電壓影響不大，頻率分量不會變化，可能使輸出信號幅度降低（rDrD+RL）。 另外，如果不滿足大信號條件，不能用開關函數(shù)分析法或線性時變分析法，但可用冪級數(shù)分析法，可以知道該電路仍然可以完成頻譜的線性搬移功能。2、二極管平衡調制器 在單二極管電路中，由于工作在線性時變工作狀態(tài)，因而二極管產生的頻率分量大大減少了，但在產生的頻率分量中，仍然有不少不必要的頻率分量，因此有必要進一步減少一些頻率分量。二極管平衡電路可以滿足這一要求。其原理電路如右圖。 該電路由兩個性能一致的二極管及中心抽頭變壓器Tr1、Tr2接成平衡電路。電路上下兩部分完全一樣?？刂菩盘枺ㄝd波信號）加在兩個變壓器的中心抽頭處，輸入信號（調制信號）接在輸入變壓器，即載波信號同相加到D1、D2上；調制信號u2反相加到D1、D2上輸出變壓器接濾波器，用以濾除無用的頻率分量。從Tr2次向右看的負載電阻為RL。則該電路可等效成如左的原理電路形式。 由于加到兩個二極管的控制電壓是同相的，利用開關函數(shù)分析法，可得到負載上總電流為 其頻譜圖如下（學生們分析） 與單二極管電路相比，i含有頻譜：、1、31、，經中心角頻率為c的3dB帶寬為2 的LC帶通濾波器后，可在負載RL得到頻譜c 電壓分量，可見是實現(xiàn)了DSB調制。這是不難理解的，由于控制電壓uC同相地加在兩個二極管的兩端。當電路完全對稱時，兩個相等的C分量互相抵消，因此在輸出中不再有C及其諧波分量。即在輸出中，不必要的頻率分量進一步減少了。（DSB調幅） 以上分析中假設電路是完全對稱的，因而可以抵消一些無用的頻率分量，但實際上很難做到這點。例如由于兩個二極管特性不一致，兩個電流值將不同，從而形成載波信號的泄漏。 為減少這種泄漏，首先要保證電路的對稱性。一般采用以下方法： 使二極管的特性相同用小電阻與二極管串接，使二極管等效正反電阻彼此接近；（會使電流減小，因此阻值不能大，一般為幾十到幾百歐。 使變壓器中心抽頭準確對稱，分布電容及漏感對稱雙線并繞法，在中心抽頭處加平衡電阻；注意兩線圈對地分布電容的對稱性；為了防止雜散電磁耦合影響對稱性，可采用屏蔽措施。 為改善電路性能，應使其工作在理想開關狀態(tài)，且二極管的通斷只取決于載波電壓，而與調制信號無關。為此： 理想開關狀態(tài)選擇開關特性好的二極管，如熱載流子二極管。載波遠大于調制信號（10倍以上）。*二極管橋式調制器二極管平衡調制器的另一形式（討論） 不需要中心抽頭的變壓器，四個二極管接成橋式，控制電壓直接加到二極管上。當u2(uC) 0時，四個二極管同時截止；u直接加到T2上；u2(uC) 0時，四個二極管導通，A、B兩點短路， u無輸出，可得uAB(t)K(c) u。3、二極管雙平衡調制器二極管環(huán)形調制器 在二極管平衡調制電路中，通過兩個單二極管電路的上下對稱平衡接法，大大減少了不必要的頻率分量，同時使有用頻率分量的幅度增加了一倍。但依然有不必要的頻率分量如調制信號的頻率分量存在，且所得到的有用頻率分量的幅度依然不是很大。那么，是否可以通過再平衡的方法進一步減少不必要的頻率分量且讓有用分量的幅度再增加一倍呢？二極管雙平衡電路可以滿足這一要求。其原理電路如圖。 該電路由兩個雙二極管平衡電路組成，由于四個二極管環(huán)接形成環(huán)路，所以該電路又稱二極管環(huán)形調制器。載波從變壓器T1接入，調制信號接到兩個變壓器的中心抽頭間，變壓器T2輸出已調信號。 其分析條件與單二極管電路和二極管平衡電路相同。 各二極管工作情況如下圖。 則可得（學生們分析） 其頻譜圖如下。i中含有頻譜：c ，3c經中心為c、3dB帶寬為2的帶通濾波器后，在負載RL 上可得到頻譜c電壓頻譜分量，實現(xiàn)了DSB調制。 從頻譜圖中可以看出，環(huán)形電路在平衡電路的基礎上，又消除了低頻調制信號的頻率分量，且輸出的DSB信號幅度為平衡電路的二倍。其無調制信號分量是兩次平衡抵消的結果，每個平衡電路自身抵消載波及諧波分量，兩個平衡電路抵消調制信號分量，所以環(huán)形電路的性能更接近理想相乘器。 前述平衡電路中的實際問題同樣存在于環(huán)形電路中，在實際電路中仍需采取措施加以解決。 另外還有一種更為有效的方法是采用環(huán)形電路組件（又稱雙平衡混頻器組件或環(huán)形混頻器組件）。 其工作原理與二極管環(huán)形調制電路相同。 現(xiàn)已有從短波到微波波段的系列產品提供。它由精密配對的肖特基二極管及傳輸線變壓器裝配而成，內部元件用硅膠粘接，外部用小型金屬殼屏蔽。二極管和變壓器在裝入混頻器前經過嚴格的篩選，能隨強烈的震動、沖擊和溫度循環(huán)。其特點是：動態(tài)范圍大、損耗小、頻譜純、隔離度高。 部分國產雙平衡混頻器組件的特性參數(shù)見下表。思考題1、在二極管平衡調幅電路中，設二極管工作在開關狀態(tài)。若一個二極管極性接反，能否實現(xiàn)平衡調幅？若一個二極管極性