高頻第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻

1、第6章 振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 6.1 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 6.2 調(diào)幅信號的解調(diào)調(diào)幅信號的解調(diào) 6.3 混頻混頻 6.4 混頻器的干擾混頻器的干擾 6.1 振幅調(diào)制 6.1.1振幅調(diào)制信號分析振幅調(diào)制信號分析 1. 調(diào)幅波的分析調(diào)幅波的分析 1) 表示式及波形表示式及波形 設(shè)載波電壓為設(shè)載波電壓為 cos cos CCc uUt uUt 調(diào)制電壓為調(diào)制電壓為 （61） （62） u t0 (a) (b) (c) (d) (e) uC t t t t m1 uAM(t) Uc mUc 0 0 0 uAM(t) m1 m1 uAM(t) 0 )cos1 ( cos)()( C aCCCm tmU

2、tUkUtUUtU （63） 振幅調(diào)制信號振幅振幅調(diào)制信號振幅Um(t)為為 ka為比例系數(shù)，一般由調(diào)制電路確定，為比例系數(shù)，一般由調(diào)制電路確定， 故又稱為調(diào)制靈敏度。故又稱為調(diào)制靈敏度。 式中式中,UC（t）與調(diào)制電壓）與調(diào)制電壓u成成 正比正比,其振幅其振幅UC=ka U與載波與載波 振幅之比稱為調(diào)幅度（調(diào)制度）振幅之比稱為調(diào)幅度（調(diào)制度） Ca CC Uk U m UU (64) u t0 (a) (b) (c) (d) (e) uC t t t t m1 uAM(t) Uc mUc 0 0 0 uAM(t) m1 m1 uAM(t) 0 式中式中,ka為比例系數(shù)為比例系數(shù),一般由調(diào)制電

3、路確一般由調(diào)制電路確 定定,故又稱為調(diào)制靈敏度故又稱為調(diào)制靈敏度。 )cos1 ( cos)()( C aCCCm tmU tUkUtUUtU (67) ttmU ttUtu cC cMAM cos)cos1 ( cos)()( 由此可得調(diào)幅信號的表達(dá)式由此可得調(diào)幅信號的表達(dá)式 （65） u t0 (a) (b) (c) (d) (e) uC t t t t m1 uAM(t) Uc mUc 0 0 0 uAM(t) m1 m1 uAM(t) 0 調(diào)制信號是一連續(xù)頻譜信號調(diào)制信號是一連續(xù)頻譜信號f（t） ( )1( )cos AMCc utUmf tt（66 ） 式中式中, f（t）是均值為零

4、的歸一化調(diào)制信號）是均值為零的歸一化調(diào)制信號, |f（t）|max=1。若將調(diào)制信號分解為。若將調(diào)制信號分解為 (67) 1 cos n nnn tUtf ttmUtu c n nnnCAM coscos1 1 u t0 (a) (b) (c) (d) (e) uC t t t t m1 uAM(t) Uc mUc 0 0 0 uAM(t) m1 m1 uAM(t) 0 Ca CC Uk U m UU 2) 調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜 由圖由圖61（c）可知）可知,調(diào)幅波不是一個簡單的正弦波形。在單調(diào)幅波不是一個簡單的正弦波形。在單 一頻率的正弦信號的調(diào)制情況下一頻率的正弦信號的調(diào)制情況下,調(diào)幅

5、波如式（調(diào)幅波如式（65）所描述。）所描述。 (68) uAM (t) = UM(t) cosct = UC(1+ m cost) cosct （65） tU m tU m tUtu)cos( 2 )cos( 2 cos)( cCcCcCAM U 0F (a) f Uc 0 (b) f fc 1 0 (c) f fcfc Ffc F 2F m/2m/2 圖圖64 單音調(diào)制時單音調(diào)制時 已調(diào)波的頻譜已調(diào)波的頻譜 （a）調(diào)制信號頻譜）調(diào)制信號頻譜 （b）載波信號頻譜）載波信號頻譜 （c）AM信號頻譜信號頻譜 (b) uAM(t) f (t) t t (a) 包絡(luò) 未調(diào)制 0 0 圖62 實際調(diào)制信

6、號的調(diào)幅波形 圖63 AM信號的產(chǎn)生原理圖 tU m tU m tUtu)cos( 2 )cos( 2 cos)( cCcCcCAM 圖65 語音信號及已調(diào)信號頻譜 （a）語音頻譜（b）已調(diào)信號頻譜 振 幅 0 (a) f / Hz 3003 400 振 幅 0 (b) f / Hz fc 3 400fc 3 400fc 3）調(diào)幅波的功率）調(diào)幅波的功率 在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻RL上消耗的上消耗的載波功率載波功率為為 22 1 22 CC cc LL uU Pdt RR (69) (610) 在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻RL上上,一個載波周期一個載波周期 內(nèi)內(nèi)調(diào)幅波消耗的功率調(diào)幅波消耗的功率為為 2 22

7、 2 ( )11 (1cos) 22 (1cos) AM cC LL c ut PdtUmt RR Pmt 由此可見由此可見,P是調(diào)制信號的函數(shù)是調(diào)制信號的函數(shù),是隨時間變化的。上、下邊頻是隨時間變化的。上、下邊頻 的平均功率均為的平均功率均為(通過對表達(dá)式的積分）通過對表達(dá)式的積分） (61 1) (612) AM信號的平均功率信號的平均功率 2 2 1 () 224 C c L mUm PP R 邊頻邊頻 tU m tU m tUtu)cos( 2 )cos( 2 cos)( cCcCcCAM 2 1 (1) 22 avc m PPdtP 兩個邊頻功率的最大值兩個邊頻功率的最大值與載波功率

8、的比值為與載波功率的比值為 (61 3) 邊頻功率邊頻功率 載波功率載波功率 =1/2 2 2 1 () 224 C c L mUm PP R 邊頻邊頻 2 1 (1) 22 avc m PPdtP 同時可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率同時可以得到調(diào)幅波的最大功率和最小功率,它們分別對它們分別對 應(yīng)調(diào)制信號的最大值和最小值為應(yīng)調(diào)制信號的最大值和最小值為 2 max 2 min (1) (1) c c PPm PPm (614) 在調(diào)制過程中在調(diào)制過程中,將載波抑制就形成了抑制載波雙邊帶信號將載波抑制就形成了抑制載波雙邊帶信號,簡稱簡稱 雙邊帶信號。它可用載波與調(diào)制信號相乘得到雙邊帶信號。它可

9、用載波與調(diào)制信號相乘得到,其表示式為其表示式為 ( )( ) DSBC utkf t u 在單一正弦信號在單一正弦信號u=U cost調(diào)制時調(diào)制時, （616） （615） 2. 雙邊帶信號雙邊帶信號 tU m tU m tUtu)cos( 2 )cos( 2 cos)( cCcCcCAM ( )coscos( )cos DSBCcc utkU Uttg tt 圖66 DSB信號波形 u 0 (a) uC t uDSB(t) 0 t (b) (c) t 0 01800 U(t) U cost u 0 (a) u C t u DSB(t) 0 t (b) (c) t 0 01800 U(t) U

10、 cost 3. 單邊帶信號單邊帶信號 單邊帶（單邊帶（SSB）信號是由）信號是由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除信號經(jīng)邊帶濾波器濾除 一個邊帶或在調(diào)制過程中一個邊帶或在調(diào)制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。單直接將一個邊帶抵消而成。單 頻調(diào)制時頻調(diào)制時, uDSB（t）= k uuC。當(dāng)取上邊帶時。當(dāng)取上邊帶時 ( )cos() ( )cos() SSBc SSBc utUt utUt （617） （618） 取下邊帶時取下邊帶時 圖67 單音調(diào)制的SSB信號波形 uSSB(t) 0t fc F U 圖68 單邊帶調(diào)制時的頻譜搬移 0F (a) f 0 (b) f fc fc F0 (c) f 為了

11、看清為了看清SSB信號波形的特點信號波形的特點,下面分析雙音調(diào)制時產(chǎn)生的下面分析雙音調(diào)制時產(chǎn)生的 SSB信號波形。為分析方便。設(shè)雙音頻振幅相等信號波形。為分析方便。設(shè)雙音頻振幅相等,即即 12 ( )coscosutUtUt 且且21,則可以寫成下式則可以寫成下式: （619） (620) 2121 11 2cos()cos() 22 uUtt 受受u調(diào)制的雙邊帶信號為調(diào)制的雙邊帶信號為 (621) 2121 11 2cos()cos() 22 uUtt tttUu c1212DSB cos)( 2 1 cos)( 2 1 cos 取上邊帶取上邊帶 tt U u )( 2 1 cos)( 2

12、1 cos 2 12c12 SSB t U t U u)cos( 4 )cos( 4 2c 1c SSB 進(jìn)一步展開進(jìn)一步展開 圖69 雙音調(diào)制時SSB信號的波形和頻譜 u 0 (a) t 1 2 (21) 1 2 (12) 1 2 (12)c 1 2 (21) t0 uSSB(t) (b) SSB信號頻譜 (c) 等幅雙音調(diào)制信號頻譜 f f 0 0 F1F2 fc F1fc F2 2121 11 2cos()cos() 22 uUtt tt U u )( 2 1 cos)( 2 1 cos 2 12c12 SSB 6.1.2 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路 1.AM調(diào)制電路調(diào)制電路 AM信號的產(chǎn)

13、生可以采用高電平調(diào)制和低電平調(diào)信號的產(chǎn)生可以采用高電平調(diào)制和低電平調(diào) 制兩種方式完成。目前制兩種方式完成。目前,AM信號大都用于無線電廣播信號大都用于無線電廣播, 因此多采用高電平調(diào)制方式。因此多采用高電平調(diào)制方式。 1)高電平調(diào)制高電平調(diào)制 高電平調(diào)制主要用于高電平調(diào)制主要用于AM調(diào)制調(diào)制,這種調(diào)制是在高頻這種調(diào)制是在高頻 功率放大器中進(jìn)行的。通常分為基極調(diào)幅、功率放大器中進(jìn)行的。通常分為基極調(diào)幅、集電極調(diào)集電極調(diào) 幅以及集電極基極幅以及集電極基極(或發(fā)射極或發(fā)射極)組合調(diào)幅。組合調(diào)幅。 圖612 集電極調(diào)幅電路 uc T1 Ec T2 Ec0 u uAM T3 圖613 集電極調(diào)幅的波形

14、uc T1 Ec T2 Ec0 u uAM T3 RL u C1 C2 uc C3 C4 C6 C5 Ec R1 LB CB LB1 圖614 基極調(diào)幅電路 2) 低電平調(diào)制低電平調(diào)制 (1)二極管電路。用單二極管電路和平衡二極管電路作為調(diào)制電二極管電路。用單二極管電路和平衡二極管電路作為調(diào)制電 路路,都可以完成都可以完成AM信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生,圖圖616(a)為單二極管調(diào)制電為單二極管調(diào)制電 路。當(dāng)路。當(dāng)UCU時時,由式由式(538)可知可知,流過二極管的電流流過二極管的電流iD為為 (629) u uo(t)H(j) VD uc uD iDi (a) 0 (b) f Ffc2fc3fc

15、coscos 22 ()() DDD DCc DD CcCc ggg iUUtUt gg UtUt (2) 利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波。利用模擬乘法器產(chǎn)生普通調(diào)幅波。 0(1 )tanh() 2 bA o cT uu iI EV (630) 若將若將 uC 加至加至 uA ,u加到加到 uB ,則有則有 0 0135 (1cos)tanh(cos) 2 (1cos)( )coscos3cos5 C oc eT ccc UU iItt EV Imtxttt (631) H(j)H(j) Ec uA Ec uB V3 V1V2 uo Re 式中式中,m=U/Ee , x=UCVT。若集電極濾波回

16、路的中心頻。若集電極濾波回路的中心頻 率為率為fc,帶寬為帶寬為2F,諧振阻抗為諧振阻抗為RL,則經(jīng)濾波后的輸出電壓則經(jīng)濾波后的輸出電壓 01( )(1 cos)cos oLc uI Rxmtt (632) 圖617 差分對AM調(diào)制器的輸出波形 H(j)H(j) Ec uA Ec uB V3 V1V2 uo Re 0(1 )tanh() 2 bA o eT uu iI EV 2. DSB調(diào)制電路調(diào)制電路 1)二極管調(diào)制電路二極管調(diào)制電路 單二極管電路只能產(chǎn)生單二極管電路只能產(chǎn)生AM信號信號,不能產(chǎn)生不能產(chǎn)生DSB信號。信號。 二極管平衡電路和二極管環(huán)形電路二極管平衡電路和二極管環(huán)形電路可以產(chǎn)生

17、可以產(chǎn)生DSB信號。信號。 帶 通 濾 波 器 T1 RL T2 uc VD1 VD2 N2 uD1 uD2 A N1 N1 O B N2 O N1 u N2 uo(t) 2() 22 coscos()cos() 22 cos(3)cos(3) 33 LDc DDcDc DcDc ig Kt u g Utg Utg Ut g Utg Ut 2() 22 coscos()cos() 22 cos(3)cos(3) 33 LDc DDcDc DcDc ig Kt u g Utg Utg Ut g Utg Ut (633) iL中包含中包含F(xiàn)分量和分量和(2n+1)fcF(n=0,1,2,)分量分量

18、,若輸出濾若輸出濾 波器波器的中心頻率為的中心頻率為fc,帶寬為帶寬為2F,諧振阻抗為諧振阻抗為RL,則輸出電壓為則輸出電壓為 22 cos()cos() 4coscos oLDcLDc LD c uRg UtRg Ut R g Utt (634) 圖618 利用模擬乘 法器產(chǎn)生AM信號 21 2 T 0 T 2 T 1 0o 222 uu V I V u V u Ii 圖619 二極管平衡調(diào)制電路 帶 通 濾 波 器 T1 RL T2 uc V D1 V D2 N2 uD1 uD2 A N1 N1 O B N2 O N1 u N2 uo(t) 圖620 二極管平衡調(diào)制器波形 帶 通 濾 波

19、器 T1 RL T2 uc VD1 VD2 N2 uD1 uD2 A N1 N1 O B N2 O N1 u N2 uo(t) 圖圖621 平衡調(diào)制器的一種實際線路平衡調(diào)制器的一種實際線路 RL uc V D1 2/5 pF 0.01 C1 C2 V D2 C3 4.7 pF R347 47R2 R2 2 k u T 為進(jìn)一步減少組合分量為進(jìn)一步減少組合分量,可采用雙平衡調(diào)制器可采用雙平衡調(diào)制器(環(huán)形調(diào)環(huán)形調(diào) 制器制器)。在第。在第5章已得到雙平衡調(diào)制器輸出電流的表達(dá)式章已得到雙平衡調(diào)制器輸出電流的表達(dá)式 (549),在在u1=u,u2= uC 的情的情況下況下,該式可表示為該式可表示為 圖圖

20、622 雙平衡調(diào)制器電路及波形雙平衡調(diào)制器電路及波形 44 2()2coscos3cos 3 8 coscos LDcDcc oLDc ig Kt ugttUt uR g Utt (635) (636) 經(jīng)濾波后經(jīng)濾波后,有有 2) 差分對調(diào)制器差分對調(diào)制器 在單差分電路在單差分電路(圖圖57)中中,將載波電壓將載波電壓 uC加到線性通道加到線性通道,即即 uB= uC,調(diào)制信號調(diào)制信號u加到非線性通道加到非線性通道,即即uA=u,則雙端輸出電流則雙端輸出電流 io(t)為為 H(j)H(j) Ec uA Ec uB V3 V1V2 uo Re 0(1 )tanh() 2 bA o eT uu

21、 iI EV 13 ( )(1cos)tanh(cos) 2 (1cos)( )cos( )cos3 ooc T oc U i tImtt V Imtxtxt (639) 式中式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。經(jīng)濾波后的輸出電壓。經(jīng)濾波后的輸出電壓uo(t)為為 01 ( )( )coscoscoscos oLcoc u tI R mxttUtt(640) H(j)H(j) Ec uA Ec uB V3 V1V2 uo Re 圖624 差分對DSB調(diào)制器的波形 H(j)H(j) Ec uA Ec uB V3 V1V2 uo Re 雙差分對電路的差動輸出電流為雙差分對電路的差

22、動輸出電流為 0 0 2 ( )tanh()tanh() 22 1 ( ) 4 AB o TT oC T uu i tI VV I i tu u V (641) (642) 若若U、UC均很小均很小,上式可近似為上式可近似為 Ec V2V1V4V3 V6V5 RL uo uA uB I0 i1i2i3i4 i6i5 i1 RL i2 圖625 雙差分調(diào)制器實際線路 12 V 0.47 7501002.7 k W1 100 副載波 12 V 0.1 250 I5I6 I1I2I3I4 V4V3V2V1 W2 100 3 k V5a V5b V6b V6a 1 k W33.9 k W4 15 k3

23、00 300 I0 12 V 300300 V7V8 色差信號 3 k 2 k 3. SSB調(diào)制電路調(diào)制電路 SSB信號是將雙邊帶信號濾除一個邊帶形成的。根據(jù)濾信號是將雙邊帶信號濾除一個邊帶形成的。根據(jù)濾 除方法的不同除方法的不同,SSB信號產(chǎn)生方法有好幾種信號產(chǎn)生方法有好幾種,主要有濾波法和移主要有濾波法和移 相法兩種。相法兩種。 1) 濾波法濾波法 圖圖626是采用濾波法產(chǎn)生是采用濾波法產(chǎn)生SSB的發(fā)射機框圖。的發(fā)射機框圖。 圖626 濾波法產(chǎn)生SSB信號的框圖 圖627 理想邊帶濾波器的衰減特性 +12 -12 J1 J5 J3 J6 R1 1K C2 104 R2 200 R4 1K

24、R3 1K R5 3.3K R6 3.3K R11 10K R12 200 R13 10K R14 200 R15 6.8K R16 1.5K R17 1.5K R10 510 C1 104 C4 104 C3 104 C8 104 12 E1 10uf/16v D2 8.2V 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 U1 MC1496 F1 455K AM,DSB SSB 3 2 1 U2A TL082 5 6 7 U2B TL082 TH3 TH6 C7 104 TH2 TH1 R7 1K W1 5K W2 20K R8 10K R40 1k 6.2 調(diào)幅信號的解

25、調(diào)調(diào)幅信號的解調(diào) 6.2.1 調(diào)幅解調(diào)的方法調(diào)幅解調(diào)的方法 振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。 包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成 正比的檢波方法。由于正比的檢波方法。由于AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線 性關(guān)系性關(guān)系,因此包絡(luò)檢波只適因此包絡(luò)檢波只適用于用于AM波。其原理框圖如波。其原理框圖如 圖圖630所示。所示。 圖圖630 包絡(luò)檢波的原理框圖包絡(luò)檢波的原理框圖 圖631 同步解調(diào)器的框圖 插入載波 同步解調(diào)器低通濾波器u Ucos (ctc) DSB信號

26、SSB信號或 f fc Ffcfc F f fc F 0 0 f F 0 同步檢波又可以分為乘積型同步檢波又可以分為乘積型(圖圖632(a)和疊和疊 加型加型(圖圖632(b)兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波信號兩類。它們都需要用恢復(fù)的載波信號 ur進(jìn)行解調(diào)。進(jìn)行解調(diào)。 低通濾波器 us (a) uo ur 包絡(luò)檢波器 us (b) uo ur 插入載波 同步解調(diào)器低通濾波器u Ucos (ctc) DSB信號 SSB信號或 f fc Ffcfc F f fc F 0 0 f F 0 6.2.2 二極管峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器 1原理電路及工作原理原理電路及工作原理 圖圖633(a)是二

27、極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。它是由是二極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。它是由 輸入回路、二極管輸入回路、二極管VD和和RC低低通濾波器組成。通濾波器組成。 ui CR VD uo (a) CR uo ui (b) CR (c) uo 11 c RR CC 式中式中,c為輸入信號的載頻為輸入信號的載頻,在超外差接收機中則在超外差接收機中則 為中頻為中頻I ， ，為調(diào)制頻率。在理想情況下 為調(diào)制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻網(wǎng)絡(luò)的阻 抗抗Z應(yīng)為應(yīng)為 ()0() c ZZR ui CR VD uo (a) CR uo ui (b) CR (c) uo 11 c RR CC 圖634 加入等幅波時檢

28、波器的工作過程 ui CR VD uo (a) CR uo ui (b) CR (c) uo 從這個過程可以得出下列幾點從這個過程可以得出下列幾點: (1)檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容 對電阻對電阻R放電的交替重復(fù)過程放電的交替重復(fù)過程。 (2)由于由于RC時常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期時常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期,放電慢放電慢,使使 得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的較高的電位較高的電位(因為輸出電壓接近因為輸出電壓接近 于高頻正弦波的峰值于高頻正弦波的峰值,即即 Uo Um)。 (3)二極管電流二極管電流 iD 包含平

29、均分量包含平均分量(此種情況為直流分量此種情況為直流分量) Iav及高及高頻分量。頻分量。 ui CR VD uo (a) CR uo ui (b) CR (c) uo 圖635 檢波器穩(wěn)態(tài)時的電 流電壓波形 DiO uuU iDO uuU 圖636 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖 圖637 輸入為AM信號時,檢波器二極管的電壓及電流波形 tUuu tUuu OAMD ODAM CR u (a) Rg Cg CR Udc (b) C R 2性能分析性能分析 1) 傳輸系數(shù)傳輸系數(shù) Kd 檢波器傳輸系數(shù)檢波器傳輸系數(shù) Kd或稱為檢波系數(shù)、檢波效率或稱為檢波系數(shù)、檢波效率,是用是用 來描述檢波

30、器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或效率的一個物來描述檢波器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或效率的一個物 理量。若輸入載波電壓振幅為理量。若輸入載波電壓振幅為Um,輸出直流電壓為輸出直流電壓為Uo,則則 Kd 定義為定義為 o d m U K U (643a) (643b) d C U K mU 由于輸入大信號由于輸入大信號,檢波器工作在大信號狀態(tài)檢波器工作在大信號狀態(tài),二極管的伏安二極管的伏安 特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波,采用理想的高頻濾采用理想的高頻濾 波波,并以通過原點的折線表示二極管特性并以通過原點的折線表示二極管特性(忽略二極管的導(dǎo)通電忽略二極管的導(dǎo)通

31、電 壓壓VP),則由圖則由圖635有有: 0 00 DDD D D g uu i u (644) 式中式中, uD=ui-uo , gD=1/rD , (645) 式中式中, uD=ui-uo , gD=1/rD ,為電流通角為電流通角, iD是周期性余弦脈沖是周期性余弦脈沖,其其平均分量平均分量I0為為 max ()(1) (1 cos ) o DDmoDm m Dm U igUUg U U g U )cos(sin )( mD 0Dmax0 Ug iI )cossin( )( mD 1Dmax1 Ug iI (646) (647) cos o d m U K U (648) 由此可見由此可

32、見,檢波系數(shù)檢波系數(shù) Kd是檢波器電流是檢波器電流 iD的的 通角通角的函數(shù)的函數(shù),求出求出后后,就可得就可得 Kd。 cos om UU 等式兩邊各除以等式兩邊各除以 cos,可得可得 tan D g R (650) 當(dāng)當(dāng) gDR 很大時很大時 , 如如 gDR50時時,tan-3/3, 代入式代入式(6-50),有有 (651) (sincos )cos ooD mm UI Rg R UU (649) Kd= 由由 )cos(sin )( mD 0Dmax0 Ug iI 3 D 3 Rg cos o d m U K U Uo=I0R, 得得 圖圖639 Kd gDR關(guān)系曲線圖關(guān)系曲線圖 圖

33、圖640 濾波電路對濾波電路對 Kd的影響的影響 2) 輸入電阻輸入電阻 Ri 檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻 Ri 及輸入電容及輸入電容 Ci ,如圖如圖641所所 示。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅示。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Um與檢波器電流的基頻與檢波器電流的基頻 分量振幅分量振幅I1之比值之比值,即即 1 m i U R I (652) 輸入電阻是前級的負(fù)載輸入電阻是前級的負(fù)載,它直接并它直接并 入輸入回路入輸入回路,影響著回路的有效影響著回路的有效Q值及回值及回 路阻抗。路阻抗。 1 (sincos ) m i D U R Ig (653) CR is R

34、0LC1 ZiRi Ci )cossin( )( mD 1Dmax1 Ug iI max ()(1cos ) DDmoDm igUUg U 當(dāng)當(dāng)gDR50時時,很小很小, 22 2 mC i UU RR (sincos ) i D R g 3 3 D g R 2 R R i 從能量守恒原理來理解：從能量守恒原理來理解： 代入代入 可得可得 1 (sincos ) m i D U R Ig 3 1 sin 6 m 2 cos1 2 2 i R R 3檢波器的失真檢波器的失真 1)惰性失真惰性失真 在二極管截止期間在二極管截止期間,電容電容C兩端電壓下降的速度取兩端電壓下降的速度取 決于決于RC的

35、時常數(shù)。的時常數(shù)。 圖圖642 惰性失真的波形惰性失真的波形 為了避免產(chǎn)生惰性失真為了避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個高頻周期內(nèi)必須在任何一個高頻周期內(nèi),使電使電 容容C通過通過R放電的速度大于或等于放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度包絡(luò)的下降速度,即即 ( ) o uU t tt (655) U(t) =Um(1+mcost) 1 1 ( ) sin t tm U t mUt t (656) 二極管停止導(dǎo)通的瞬間二極管停止導(dǎo)通的瞬間, uC=Um(1+mcost)。 從從t1時刻開始通過時刻開始通過R放電后的電壓：放電后的電壓： 11 11 1 (1cos) t tt t o RCRC Cm

36、 u u eUmt e ttRC (657) 11 11 (1cos) t tt t RCRC oCm uu eUmt e 放電放電 速度速度 ( ) o uU t tt 1 1 ( ) sin t tm U t mUt t 11 11 1 (1cos) t tt t o RCRC Cm u u eUmt e ttRC (657) 1 1 sin 1 1cos RCmt A mt 可得可得 1 11 1 (1cos)sin t t RC mm Umt emUt RC 實際上實際上,不同的不同的t1,U(t)和和uC的下降速度不同的下降速度不同,為避免產(chǎn)生惰性失真為避免產(chǎn)生惰性失真, 必須保證必

37、須保證A值最大時值最大時,仍有仍有Amax1。故令。故令dAdt1=0,得得 1 2 2 max maxmax cos 1 1 tm m RC m m RC m 代入式代入式(658),得出不失真條件如下得出不失真條件如下: (659) (660) (661) 1 1 sin 1 1cos RCmt A mt 圖圖643 底部切削失真底部切削失真 2) 底部切削失真底部切削失真 RC g R UU RR (662) (1) CC g R UmU RR (1) CC g R UmU RR 正常：正常： 不正常：不正常： 要避免底部切削失要避免底部切削失真真,應(yīng)滿足應(yīng)滿足 (1) CC g R U

38、mU RR (663) (664) RR gg RR/RRR g g R R m RRR 1 g gg R R m RRRR 圖644 減小底部切削失真的電路 C1 (a) C2R2Rg Cg R1 (b) 射 隨 器 RRg g g R R m RRR 3) 非線性失真非線性失真 由檢波二極管的非線性引起，由檢波二極管的非線性引起，R遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于rD ，可減小非線性失真。，可減小非線性失真。 3) 頻率失真頻率失真 min 1 gg R C max 1 RC min 1 gg R C max 1 RC 4實際電路及元件選擇實際電路及元件選擇 圖圖645 檢波器的實際電路檢波器的實際電路 C3

39、 放 大 20 R382 k 6 V 10 k R4 Ec 2AP9 C1 R1 680 Rg R2 4.7 k 5 100 pF 5 100 pF Cg 10 C2 檢波器設(shè)計及元件參數(shù)選擇的原則如下檢波器設(shè)計及元件參數(shù)選擇的原則如下: (1)回路有載回路有載QL值要大值要大, (2) 為載波周期為載波周期 (3) (4) (5) 0 00 / 1 2 L RR QC 1 1 , C CCc RC T TTf 2 max maxmax 1 (1) gg g m RC m Rm R mR RRm min 1 gg R C max 1 RC 例例 6.3已知普通調(diào)幅信號載頻已知普通調(diào)幅信號載頻f

40、c=465kHz, 調(diào)調(diào) 制信號頻率范圍為制信號頻率范圍為300 Hz3400 Hz, Ma=0.3, RL=10 k, 如何如何確定圖確定圖6.4.5所示二極管峰值所示二極管峰值 包絡(luò)檢波器有關(guān)元器件參數(shù)包絡(luò)檢波器有關(guān)元器件參數(shù)? 解：解： 一般可按以下步驟進(jìn)行一般可按以下步驟進(jìn)行: 1) 檢波二極管通常選正向電阻小檢波二極管通常選正向電阻小(500以下以下)、反向電阻大、反向電阻大 (500k以上以上)、結(jié)電容小的點接觸型鍺二極管、結(jié)電容小的點接觸型鍺二極管, 注意最高工作頻注意最高工作頻 率應(yīng)滿足要求。率應(yīng)滿足要求。 2) RC時間常數(shù)應(yīng)同時滿足以下兩個條件時間常數(shù)應(yīng)同時滿足以下兩個條件

41、: 電容電容C對載頻對載頻 信號應(yīng)近似短路信號應(yīng)近似短路, 故應(yīng)有故應(yīng)有 , 通常取通常取 ; 為避免惰性失真為避免惰性失真,應(yīng)有應(yīng)有 RC 。代入已知條件。代入已知條件, 可得可得(1.73.4)10-6RC0.1510-3 1 c RC 5 10 c RC max 2 1 a a M M 3) 設(shè)設(shè) =0.2, 則則R1= , R2= 。 為避免底為避免底 部切割失真部切割失真, 應(yīng)有應(yīng)有Ma , 其中其中 。 代入已代入已 知條件知條件, 可得可得R63 k。因為檢波器的輸入電阻。因為檢波器的輸入電阻 Ri 不應(yīng)太小不應(yīng)太小, 而而Ri= , 所以所以R不能太小。不能太小。 取取R=6k

42、, 另取另取C=0.01 F, 這樣這樣, RC=0.0610-3, 滿足上一步對時間常數(shù)的要求。滿足上一步對時間常數(shù)的要求。 因此因此, R1=1k, R2=5k。 4) CC的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號能有效地耦合到的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號能有效地耦合到RL上上, 即即 滿足滿足: 2 1 R R 6 R 6 5R R R L2 L2 1 RR RR RR R 2 1 min 1 LC R C 或或 min 1 C L C R 取取 Cc=47F 6.2.3 同步檢波同步檢波 1乘積型乘積型 設(shè)輸入信號為設(shè)輸入信號為DSB信號信號,即即us= Us cost cosct, 本地恢復(fù)載波本地恢復(fù)載波

43、 ur = Ur cos(rt +) , 這兩個信號相乘這兩個信號相乘 coscoscos() 1 coscos()cos() 2 srsrcr srrcrc u uU Uttt U Uttt (672) 經(jīng)低通濾波器的輸出經(jīng)低通濾波器的輸出,且考慮且考慮r-c=c在低通在低通 濾波器頻帶內(nèi)濾波器頻帶內(nèi),有有 cos()cos ooc uUtt (67 3) 由上式可以看出由上式可以看出,當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相時當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相時,即即 r=c,=0,則則 uo= Uo cost (674) 若恢復(fù)載波與發(fā)射載頻有一定的頻差若恢復(fù)載波與發(fā)射載頻有一定的頻差,即即r=c+c u

44、o= Uo cosct cost (675) 引起振幅失真。若有一定的相差引起振幅失真。若有一定的相差,則則 uo= Uo cos cost (676) cos()cos ooc uUtt 圖648 幾種乘積型解調(diào)器實際線路 10 k 2 k 10 k 10 k 10 k 10 k 10 k C2 C1 載波 輸入 7/15 pF T2 7/15 pF C4 T1 中頻 輸入 10 pF 10 pF C3 音頻輸出 (a) 220 pF (470 pF) 220 pF (470 pF) 0.01 (0.005) (0.005) 0.01 4.7 k 中頻 輸入 9 MHz (455kHz) 載

45、頻輸入 500 500 500 H (2.5 mH) 0.01 (b) 中頻 輸入 470 pF E 47 k 470 k 100 k 22 pF 0.01 1 k 載頻 0.01 125 1 k 0.01 4.7 k0.1 u (c) 0.01 5 1 f0 f1 68 1 k 1 k 0.01 輸出 1 1200 2 3 中頻 輸入 2200 0.01 載頻 1.5 V0.001 7 100 25 9 V (d) T1 12 V 10 k 10 k 2 k 2200 pF 2. 疊加型疊加型 對對DSB信號而言信號而言,只要加入的恢復(fù)載波電只要加入的恢復(fù)載波電 壓，可得到一個不失真的壓，可

46、得到一個不失真的AM波。波。 usus ur ur CR us=UScos(c+)t= US cost cosct US sint sinct 恢復(fù)載波恢復(fù)載波 ur = Ur cosrt = Ur cosct 圖圖649 疊加型同疊加型同 步檢波器原理電路步檢波器原理電路 單頻調(diào)制的單邊帶信號單頻調(diào)制的單邊帶信號(上邊帶上邊帶)為為 us+ur=(Us cost +Ur) cosct Us sint sinct =Um(t)cosct+(t) (677) 222 2 ( )2cos1 ()2cos 12cos ss mrsrsr rr r UU UtUUU UtUt UU Ummt (678

47、) (679) tUU tU t sr S cos sin arctan 式中式中 us=UScos(c+)t= US cost cosct US sint sinct 恢復(fù)載波恢復(fù)載波 ur = Ur cosrt = Ur cosct tUtUUtU sin) cos()( 22 s 2 srm (680) 式中式中, m=Us/Ur。當(dāng)。當(dāng)mUs時時,上式可近似為上式可近似為 ( )12cos(1cos) ( )(1cos) mrr odmdr UtUmtUmt uK UtK Umt (681) (682) tmmUtU cos21)( 2 rm 圖650 平衡同步檢波電路 us us V

48、 D1 V D2 ur C C R R Uo1 Uo2 uo uo1= Kd Ur(1+ mcost) uo2= Kd Ur(1- mcost) (683) 則總的輸出則總的輸出 uo=uo1-uo2=2KdUrmcost (684) ( )(1cos) odmdr uK UtK Umt 圖圖651 混頻器的功能示意圖混頻器的功能示意圖 混頻器 f fc fL f f fI us( fc )uI( fI ) uL( fL ) tt 00 0 0 0 (a) (b) 6.3 混頻混頻 6.3.1 混頻的概述混頻的概述 圖圖652 三種頻譜線性搬移功能三種頻譜線性搬移功能 (a)調(diào)制調(diào)制(b)解調(diào)

49、解調(diào)(c)混頻混頻 0 0 0 0 f f fcfc 00 f f (a) (b) f f 0 0 (c) f f f fc fc fLfI 2混頻器的工作原理混頻器的工作原理 設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號us和本振電壓和本振電壓uL分別為分別為 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 這兩個信號的乘積為這兩個信號的乘積為 coscos 1 coscos()cos() 2 coscos sLsLL sLLcLc III u uU Utt U Uttt uUtt (685) (686) cosct 3混頻器的主要性能指標(biāo)混頻器的主要性能指標(biāo) 1) 變頻

50、增益變頻增益 變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出電壓振幅變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出電壓振幅UI 與高頻輸入信號電壓振幅與高頻輸入信號電壓振幅Us之比之比,即即 I vc s U K U (688) 同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信號功率同樣可定義變頻功率增益為輸出中頻信號功率PI 與輸入高頻信號功率與輸入高頻信號功率Ps之比之比,即即 s I pc P P K (6-89) 2) 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 混頻器的噪聲系數(shù)混頻器的噪聲系數(shù)NF定義為定義為 1 1 20lg() 10lg() vc s pc s U KdB U P KdB P 通常用分貝數(shù)表示變頻增益通常用分貝數(shù)表示變頻增益,有有

51、 (690) (691) F N 輸入信噪比輸入信噪比(信號頻率信號頻率) 輸出信噪比輸出信噪比(中頻頻率中頻頻率) (692) 3) 失真與干擾失真與干擾 變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外,還還 會產(chǎn)生各種非線性干擾會產(chǎn)生各種非線性干擾,如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào) 制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以,對混頻器不僅要求頻對混頻器不僅要求頻 率特性好率特性好,而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴(yán)重的區(qū)而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴(yán)重的區(qū) 域域,使之既能完成頻率變換使之既能完成頻率變換

52、,又能抑制各種干擾。又能抑制各種干擾。 圖圖655 混頻器輸入、輸出電平的關(guān)系曲線混頻器輸入、輸出電平的關(guān)系曲線 中頻輸出電平/dB 3dB 3dB壓縮 電 平 輸入電平/dB 4)變頻壓縮變頻壓縮(抑制抑制) 在混頻器中在混頻器中,輸出與輸入信輸出與輸入信 號幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實際上號幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實際上,由由 于非線性器件的限制于非線性器件的限制,當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號 增加到一定程度時增加到一定程度時,中頻輸出信號中頻輸出信號 的幅度與輸入不再成線性的幅度與輸入不再成線性關(guān)系關(guān)系, 5) 選擇性選擇性 混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有所要接收的有用信號混頻器的中頻輸出應(yīng)該只有所要接收的有用信號

53、(反反 映為中頻映為中頻,即即fI=fL-fc),而不應(yīng)該有其它不需要的干擾信號。而不應(yīng)該有其它不需要的干擾信號。 但在混頻器的輸出中但在混頻器的輸出中,由于各種原因由于各種原因,總會混總會混雜很多與中頻雜很多與中頻 頻率接近的干擾信號。頻率接近的干擾信號。 6.3.2 混頻電路混頻電路 1晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 圖圖660 收音機用典型變頻器線路收音機用典型變頻器線路 (a)中波中波AM收音機的變頻電路收音機的變頻電路 (b)FM收音機變頻電路收音機變頻電路 圖圖660 收音機用典型變頻器線路收音機用典型變頻器線路 (a)中波中波AM收音機的變頻電路收音機的變頻電路 (b)FM收音

54、機變頻電路收音機變頻電路 2二極管混頻電路二極管混頻電路 輸入信號輸入信號us為已調(diào)信號；為已調(diào)信號； 本振電壓為本振電壓為uL, 有有ULUs, usUI fsfI uL 圖圖661二極管平衡混頻器原理電路二極管平衡混頻器原理電路 2() oDLs ig Kt u 122 2(coscos3)cos 23 oDLLsc igttUt 2 cos()cos IL ILDsLsII uR iR g UtUt 圖圖662為二極管環(huán)為二極管環(huán) 形混頻器形混頻器,其輸出其輸出 電流電流io為為 2() 44 2(coscos3) 3 4 cos()cos oDLs DLLsc IDDLcII ig K

55、t u gttUt ug UtUt 經(jīng)中頻濾波后經(jīng)中頻濾波后,得輸出中頻電壓得輸出中頻電壓 (6100) (6101) us uL i2 ii i1 i3 i4 i i UI 3其它混頻電路其它混頻電路 圖中輸入變壓器是用磁環(huán)繞制的平衡圖中輸入變壓器是用磁環(huán)繞制的平衡不平衡寬帶變壓器不平衡寬帶變壓器,加加 負(fù)載電阻負(fù)載電阻200以后以后,其帶寬可達(dá)其帶寬可達(dá)0530MHz。XCC型乘法型乘法 器負(fù)載電阻單邊為器負(fù)載電阻單邊為300,帶寬為帶寬為030MHz,因此因此,該電路為寬該電路為寬 帶混頻器。帶混頻器。 5 1 68 2 3 2.2 k 0.01 本振輸入 (500) 1.5V 0.00

56、1 7 100 0.01 9 V V 1 V 2 1.2 k 信號輸入 (50) 1:6.6 T112.6:1 信號輸出 (50 ) T2 V3 圖664 差分對混頻器線路 MC1596G 7 8 1 4 10 5 9 6 32 51 50 k 51 uL us 0.001 F 51 0.01 F 100 H 100 H 0.001 F 9.5 H 580 pF 580 pF 輸出 6.8 k 8 V ZL RL50 L1 9 MHz ZL 10 k 10 k 100 mV 0.001 F 1 k1 k 8V 200 120 120 120 200 120 9 10 7 8 546 123 1

57、1 620 0.033 F 12 620 620 0.033 F 0.033 F 1.2 k1.2 k 輸出 12 V ZLZL 1 k ZL 0.033 F 0.033 F 3.3 k 3.3 k uL us (a) (b) V1 V2 12 V 調(diào)零 100 圖665 用模擬乘法器構(gòu)成混頻器 圖665 用模擬乘法器構(gòu)成混頻器 Ec V2V1V4V3 V6V5 RL uo uA uB I0 i1i2i3i4 i6i5 i1 RL i2 6.4 混頻器的干擾 6.4.1 信號與本振的自身組合干擾信號與本振的自身組合干擾 對混頻器而言對混頻器而言,作用于非線性器件的兩個信號為輸入作用于非線性器件

58、的兩個信號為輸入 信號信號 us(fc)和本振電壓和本振電壓 uL(fL),則非線性器件產(chǎn)生的組合頻則非線性器件產(chǎn)生的組合頻 率分量為率分量為 f= p fL q fc (6102) f0 fI EcEbuL us ic 式中式中 p、q為正整數(shù)或零。當(dāng)有用中頻為差頻時為正整數(shù)或零。當(dāng)有用中頻為差頻時, 即即 fI =fL fL fc 或或fI = fc-fL , 只存在只存在pfL qfc = fI 或或 qfc pfL = fI 兩種情況可能會形成干擾兩種情況可能會形成干擾,即即 pfL qfc fI (6103 這樣這樣,能產(chǎn)生中頻組合分量的信號頻率、本振頻率與中能產(chǎn)生中頻組合分量的信號

59、頻率、本振頻率與中 頻頻率之間存在著下列關(guān)系頻頻率之間存在著下列關(guān)系 I 1 cL p fff qq (6104) 當(dāng)取當(dāng)取fL - fc = fI 時時,上式變?yōu)樯鲜阶優(yōu)?I 1 c fp fqp (6105) I 1 c p ff qp 或或 fcfI 稱為變頻比。稱為變頻比。 fcfI 稱為變頻比。如果取稱為變頻比。如果取 fc-fL= fI ,可得可得 I 1 c fp fpq (6106) 根據(jù)式（根據(jù)式（6105 ） I 1 c fp fqp 得表得表61 例調(diào)幅廣播接收機的中頻為例調(diào)幅廣播接收機的中頻為465 kHz465 kHz。某電臺發(fā)射頻率。某電臺發(fā)射頻率 fc=931KH

60、zfc=931KHz。當(dāng)接收該臺廣播時，接收機的本振頻率。當(dāng)接收該臺廣播時，接收機的本振頻率 f fL L=f=fC C+f+fI I=1396 KHz=1396 KHz。顯然。顯然f fI I=f=fL L-f-fC C ，這是正常的變頻過程 ，這是正常的變頻過程( (主主 通道通道) )。但是，由于器件的非線性，在混頻器中同時還存在著。但是，由于器件的非線性，在混頻器中同時還存在著 信號和本振的各次諧波相互作用。變頻比信號和本振的各次諧波相互作用。變頻比f fC C/f/fI I=931=93146524652， 查表查表6 61 1，對應(yīng)編號，對應(yīng)編號2 2和編號和編號1010的干擾。對