高頻電子線路第6章振幅調(diào)制解調(diào)及混頻

1、10/24/20211第6章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻 振幅調(diào)制信號分析振幅調(diào)制信號分析 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路 調(diào)幅調(diào)幅 混頻混頻電路電路 混頻器的干擾混頻器的干擾10/24/20212一、振幅調(diào)制信號分析 1. 振幅調(diào)制的概念振幅調(diào)制的概念振幅調(diào)制：振幅調(diào)制：用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而其它參數(shù)(相位、頻率)不變。調(diào)制信號：調(diào)制信號：由原始信號(聲音、數(shù)據(jù)和圖象)轉(zhuǎn)換成的低頻或視頻模擬信號(數(shù)字的或模擬的)，用u或f(t)表示；載波載波：未受調(diào)制的高頻振蕩信號，常用正弦波，用uc或ic表示；已調(diào)波已調(diào)波：受調(diào)制后的高頻振蕩信號。振幅調(diào)制方式：振幅調(diào)制方式：分為

2、三種方式。(1) 普通調(diào)幅方式：am；(2) 抑制載波的雙邊帶調(diào)制(簡稱雙邊帶調(diào)制)：dsb-sc(簡稱dsb)；(3) 擬制載波的單邊帶調(diào)制(簡稱單邊帶調(diào)制)：ssb-sc(簡稱ssb)。 三種已調(diào)波信號稱為：調(diào)幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號調(diào)幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號。10/24/202132、調(diào)幅波、調(diào)幅波(am)載波電壓：uc=uccosct調(diào)制電壓：u=ucost (c)調(diào)幅波的瞬時振幅：um(t) =uc+uc(t)= uc+kaucost = uc(1+m cost) uc(t)：調(diào)制電壓u成正比； ka：比例系數(shù)或調(diào)制靈敏度，由調(diào)制電路決定； m=kau/uc ：調(diào)幅度

3、(調(diào)制度)。am信號表達(dá)式：信號表達(dá)式： uam = um(t)cosct =uc(1+m cost)cosct調(diào)幅度的要求調(diào)幅度的要求：l m1為正常調(diào)制；l m1為過調(diào)制，導(dǎo)致信號產(chǎn)生失真，不能正確解調(diào)，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)。10/24/20214 am調(diào)制過程中的信號波形：調(diào)制過程中的信號波形：調(diào)制信號為余弦波 注意：注意：圖(e)發(fā)生嚴(yán)重失真，無法通過解調(diào)恢復(fù)出調(diào)制信號！10/24/20215連續(xù)譜信號的連續(xù)譜信號的am調(diào)制調(diào)制：uam= uc1+m f(t)cosct，其中f(t)為歸一化調(diào)制信號，而且|f(t)|max=1。1 )cos()(nnnntutf1cos)cos(1)(c1 c

4、amcnannnnnuukmttmutu，展開：展開：調(diào)制信號的傅里葉級數(shù)調(diào)制信號的傅里葉級數(shù) 連續(xù)譜信號的am已調(diào)波又可以表示為：10/24/20216 am信號的產(chǎn)生原理圖信號的產(chǎn)生原理圖：由加法器和乘法器完成。 uamucu常數(shù)(a) uamucu(b)10/24/20217am信號的頻譜：信號的頻譜：(1) 單頻am波：單頻am波可以用三角函數(shù)展開為( )coscos()cos()22amccccccmmutututut下邊頻下邊頻上邊頻上邊頻載頻分量載頻分量三個頻率分量三個頻率分量ccccc,：2/,2amffb：波帶寬波帶寬10/24/20218 下圖中給出語音調(diào)制信號頻譜及其已調(diào)

5、信號頻譜下圖中給出語音調(diào)制信號頻譜及其已調(diào)信號頻譜.(2) 多頻多頻am波：波：包含載頻、上邊帶和下邊帶。 帶寬帶寬 ：b=2fmax，其中fmax為f(t)的最高頻率。說明：說明：am調(diào)制是把調(diào)制信號的頻譜搬移到載頻兩端，但頻譜結(jié)構(gòu)未變，因此這種調(diào)制方式屬于頻譜的線性搬移頻譜的線性搬移。10/24/20219am信號的功率：信號的功率：通常指am波的平均功率(總功率)，包括載波功率和兩個邊帶的平均功率。有時涉及am波的最大功率和最小功率。 假設(shè)負(fù)載阻抗為rl。以單頻am波為例討論。lcclcccrutdrtup2cos21222：載載波波功功率率(1).cclpmmurp4221).2(22

6、邊頻：每每個個邊邊頻頻功功率率212)(am).3(2mppppccav邊頻：總總功功率率信信號號平平均均功功率率( )coscos()cos()22amccccccmmutututut22)cos1 (2)cos1 ()(am).4(tmprtmutpclc：信信號號瞬瞬時時功功率率10/24/202110說明：說明：am信號中雖然載波頻率分量不攜帶信息，卻占有2/3以上的功率，效率較低。但由于其設(shè)備簡單，占的頻帶窄(相對于調(diào)頻)，因此仍然得到廣泛的應(yīng)用。 pmax決定了高頻諧振功放管的額定輸出功率ph，phpmax。22)cos1 (2)cos1 ()(tmprtmutpclc：重重寫寫瞬

7、瞬時時功功率率2min2max)1 ()1 (am).5(mppmppcc：信信號號的的最最大大最最小小功功率率242).6(22mppmcc載載波波功功率率兩兩個個邊邊頻頻功功率率功功率率效效率率：舉例舉例：100%調(diào)制(m=1)，兩個邊頻功率為載波功率的1/2，兩個邊頻功率只占am調(diào)幅波總功率的1/3。當(dāng)m值減小時，兩者的比值將顯著減小，邊頻功率所占比重更小。10/24/2021112. 雙邊帶信號雙邊帶信號dsb信號的形成：信號的形成：將am信號中的載波抑制掉就形成了抑制載波的雙邊帶信號(dsb-sc)，簡稱雙邊帶信號(dsb)。雙邊帶信號的表示：雙邊帶信號的表示：udsb(t)=k f

8、(t) cosct，k0說明說明: (1). dsb信號只有上下邊帶，沒有載波分量，因此功率利用較充分；(2). dsb信號的產(chǎn)生原理：僅需要一個模擬乘法器即可。udsbucf(t)10/24/202112dsb和和am信號比較：信號比較：(1) 包絡(luò)不同：am信號的包絡(luò)正比于調(diào)制信號f(t)，而dsb信號的包絡(luò)則正比于|f(t)|；(2) dsb信號的高頻載波相位在f(t)的零交點(diǎn)處(正負(fù)電壓交替處)出現(xiàn)180的相位躍變；10/24/202113 (3) dsb實(shí)質(zhì)上是一個調(diào)幅調(diào)相信號； udsb(t)=|f(t)|cos(ct+) 其中當(dāng)f(t) 0時，=0； 當(dāng)f(t) u。 ttugt

9、ugtugugi cos cos2 cos2 cos2cdccddcddcccdcdccdam4, cos cos12 cos cos2 cos2uumttmugrttugrtugrulllfffnffnnffficcccc，：濾濾波波取取出出, 2 , 1,) 12( ,2 ,:d10/24/202127(2) 單差分對電路單差分對電路：mvuuvueuiibataeboo26,2)1 (ecetclooccabeumtteuvuriutuutuu,coscos12coscos單差分對單差分對am調(diào)制器的輸出波形調(diào)制器的輸出波形 ：10/24/202128關(guān)于關(guān)于am調(diào)制的說明：調(diào)制的說明：

10、(1). 高電平高電平am調(diào)制調(diào)制：集電極調(diào)幅需要諧振功放工作在過壓狀態(tài)，而基極調(diào)幅需要諧振功放在欠壓狀態(tài)，前者優(yōu)點(diǎn)是輸出功率較大，后者優(yōu)點(diǎn)是所需的激勵功率功率較小；(2). 二極管二極管am調(diào)制調(diào)制：合理選擇信號的注入位置，可以用二極管平衡電路直接實(shí)現(xiàn)am調(diào)制；要想用二極管環(huán)形電路實(shí)現(xiàn)am調(diào)制，需要在輸出電壓中再加入載波分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分；(3). 雙差分對雙差分對am調(diào)制電路調(diào)制電路：在小信號狀態(tài)下，雙差分對電路就是一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，要想利用它實(shí)現(xiàn)am調(diào)制，也需要在輸出端再加入載頻分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分。10/24/2021292. dsb調(diào)制電

11、路調(diào)制電路 單二極管和單差分對不能產(chǎn)生dsb信號，平衡二極管、環(huán)形二極管和雙差分對電路可實(shí)現(xiàn)dsb調(diào)制。(1). 平衡二極管dsb調(diào)制器：u1=u，u2= uc，且ucu。ttugttugtugutkgi 3cos cos34 cos cos4 cos)(2cdcddcdlttugrucdldsbcoscos4要求：要求：調(diào)制線性好，載漏(載波泄露)小，調(diào)制效率高，阻抗要匹配。10/24/202130平衡二極管平衡二極管dsb調(diào)制器的波形調(diào)制器的波形： 10/24/202131平衡調(diào)制器的一種實(shí)際線路平衡調(diào)制器的一種實(shí)際線路：輸出變壓器改為可變電阻器；二極管并聯(lián)電容c2和c3用來平衡二極管反向

12、工作的結(jié)電容。電容 c1：隔離高頻載波與音頻調(diào)制信號，對高頻載波短路。10/24/202132(2) 雙平衡二極管的雙平衡二極管的dsb調(diào)制器調(diào)制器(環(huán)形調(diào)制器環(huán)形調(diào)制器)：可以進(jìn)一步減少組合分量，減少濾波器壓力。 在u1=u，u2=uc的情況下，可以實(shí)現(xiàn)dsb調(diào)制。 濾波后輸出電壓：濾波后輸出電壓：ttugrtucdldsbcoscos8)(uttgutkgiccdcdl.3cos34cos42)(2平衡調(diào)制器和環(huán)形調(diào)制器比較平衡調(diào)制器和環(huán)形調(diào)制器比較：a. 平衡調(diào)制器：交換調(diào)制信號u和載波信號 uc的位置后不能得到dsb信號，只能得到am信號；b. 環(huán)形調(diào)制器：交換調(diào)制信號u和載波信號 u

13、c的位置后同樣得到dsb信號，即調(diào)制器與輸入信號的位置無關(guān)。10/24/202133雙平衡雙平衡dsb調(diào)制器電路及波形調(diào)制器電路及波形: 10/24/202134雙橋構(gòu)成的環(huán)形調(diào)制器：雙橋構(gòu)成的環(huán)形調(diào)制器：忽略晶體管輸入電阻對平衡調(diào)制器的影響。)()(cd11atkurrrtutturrrrrtureuiiceeaeccoscos4)(d11e1o10/24/202135l 單差分對電路的單差分對電路的dsb調(diào)制調(diào)制：注意信號的注入方式。mvuuvueuiibataeboo26,2)1 (tteuvuriutuutuucectlooccbacoscos2coscosl 雙差分對電路的雙差分對電

14、路的dsb調(diào)制調(diào)制：由于雙差分對電路在小信號狀態(tài)下就是一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，因此不管載波信號和調(diào)制信號怎么注入，均可以實(shí)現(xiàn)dsb調(diào)制。mvuuuuvivuvuiiba26,222ba2t0tbta0ottuurviuccltoocoscos22(3) 差分對電路的差分對電路的dsb調(diào)制調(diào)制：單差分對和雙差分對電路均可。10/24/202136單差分對單差分對dsb調(diào)制器的信號波形調(diào)制器的信號波形:10/24/2021373. ssb調(diào)制電路調(diào)制電路主要有濾波法和移相法兩種。(1) 濾波法濾波法：由二極管平衡調(diào)制器和邊帶濾波器組成。 二極管平衡調(diào)制器二極管平衡調(diào)制器：生成dsb信號； 邊帶濾波器

15、邊帶濾波器：從dsb中取出一個邊帶。它是一個帶通濾波器，可以用l、c元件或等效的l、c元件(如石英晶體)組成。目前常用的邊帶濾波器有：機(jī)械濾波器、晶體濾波器和陶瓷濾波器。下圖是理想的邊帶濾波器傳輸特性。10/24/202138 (2) 移相法：移相法：移相法可以從ssb信號的表達(dá)式來理解。 )sgn()()()sgn()(2/fefjfj優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：省去了邊帶濾波器。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：一是兩個平衡調(diào)制器輸出dsb信號的幅度應(yīng)完全相等； 二是移相網(wǎng)絡(luò)必須對載頻和調(diào)制信號均保證精確的/2相移。ttfttftuccssbsin)(cos)()(10/24/202139提高移相精度的移相法提高移相精度的移相法s

16、sb調(diào)制器結(jié)構(gòu)：調(diào)制器結(jié)構(gòu)：如果調(diào)制信號為音頻信號，為了提高相移精度，可以將兩個平衡調(diào)制器的調(diào)制信號輸入分別產(chǎn)生/4 相移和/4相移，這樣兩路音頻信號的相位差為/2 。兩路載頻由頻率為4f0的振蕩器經(jīng)四次數(shù)字分頻器得到，載頻的/2相位差也由分頻器來保證。 10/24/202140(3) 濾波法和移相法性能比較濾波法和移相法性能比較a. 移相法對平衡調(diào)制器的載漏抑制要求較高，但可以在較高的頻率上形成ssb信號；b. 濾波法對平衡調(diào)制器的載漏擬制要求不高，但由于需要邊帶濾波器，限制了它的最高工作頻率。10/24/202141綜合舉例：綜合舉例：p250:習(xí)題6-4(c)(d)，tuucos；tuu

17、ccccos，cuuc在圖示的四個電路中，調(diào)制信號和載波信號分別為 兩個二極管的伏安特性相同，均為從原點(diǎn)出發(fā)，斜率為gd的直線。 試問哪些電路能實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制？(1) 在能夠?qū)崿F(xiàn)雙邊帶調(diào)制的電路中，試分析輸出電流的頻率分量。10/24/202142解：(c)由電路圖可得：uuuuuucdcd212211)()(dcddcdutkgiutkgiutkguguutkguutkgiiicdcdccdccd)()()(21()()1ccktkt 顯然載波中包含載波頻率的基波分量，因此不能實(shí)現(xiàn)dsb調(diào)制。10/24/202143(d)由電路圖可得：uuuuuucdcd212211)()(dcddcdut

18、kgiutkgi流過負(fù)載電流流過負(fù)載電流: ccdutkgiii)(221 由于負(fù)載電流中沒有載波頻率和調(diào)制信號頻率的組合頻率分量，因此不可能實(shí)現(xiàn)dsb調(diào)制。10/24/202144三、調(diào)幅信號的解調(diào) 振幅解調(diào)的概念：振幅解調(diào)的概念：從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，又稱為檢波。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。振幅解調(diào)原理：振幅解調(diào)原理：屬于頻譜線性搬移，可使用第5章介紹的方法。1. 調(diào)幅解調(diào)方法：調(diào)幅解調(diào)方法：包括包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。(1) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波：解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比。 包絡(luò)檢波器分類包絡(luò)檢波器分類：峰值包絡(luò)檢波器和平均包絡(luò)檢波器。 電路組成電路組成：非線

19、性電路+低通濾波器。 用途用途：只能用于am信號的解調(diào)。(2) 同步檢波同步檢波：接收端需要一個與發(fā)送端同頻同相的參考載波。 兩種同步檢波器兩種同步檢波器：一是乘積型(模擬乘法器+低通濾波器)，二是疊加性(加法器+包絡(luò)檢波器)。 用途用途：可適用于am、dsb、ssb信號的解調(diào)。10/24/202145包絡(luò)檢波器的原理框圖：包絡(luò)檢波器的原理框圖：10/24/202146同步檢波器的原理框圖同步檢波器的原理框圖：(a) 乘積型；(b) 疊加型。同步的解釋同步的解釋：接收機(jī)的參考載波要與發(fā)射機(jī)端載波同步。tuuccccos發(fā)射機(jī)載波：發(fā)射機(jī)載波：tuucrrcos接收機(jī)參考載波：接收機(jī)參考載波：u

20、c和ur的振幅可以不同，但是頻率和相位必須相同。10/24/2021472 二極管峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器電路組成：電路組成：二極管峰值包絡(luò)檢波器由輸入回路、二極管vd和rc低通濾波器組成。(1) 輸入回路：提供信號源，又是末級中放的輸出回路；(2) 二極管：由導(dǎo)通電壓小、rd小的鍺管；(3) rc電路：一方面作為檢波器負(fù)載，另一方面對高頻電流旁路。因此rc電路應(yīng)滿足11crrcc()0()czzr 或說明：說明：在這種檢波器里，二極管工作在大信號狀態(tài)，ui0.5v，信號源、二極管、rc電路串聯(lián)關(guān)系。因此稱為串聯(lián)型峰值包絡(luò)檢波器。10/24/202148檢波過程：檢波過程：檢波過程實(shí)

21、際上就是電容c的充放電過程。(1) 充電過程充電過程：假定輸入電壓為等幅高頻電壓 ui(t)=um cosct。(2) 放電過程放電過程：隨著電容上充電電壓的增加，二極管上壓降不斷減少，當(dāng)ud=uiuo=0時，二極管開始截止，電容通過電阻r放電。 但時間持續(xù)不長，因?yàn)閞c tc(載波周期)，當(dāng)uc下降不多時，ui的下一個正半周已經(jīng)到來，當(dāng)uiuc時，二極管導(dǎo)通，對電容充電。 假設(shè)加輸入電壓前ui=0，加上輸入電壓后，ui處于正半周，二極管導(dǎo)通，對電容充電，由于電容c的高頻阻抗很小、rd很小，充電電流很大，ui全部加到二極管兩端；同時電容上的電壓又反作用于二極管，因此ud=uiuo。10/24/

22、202149(3) 動態(tài)平衡狀態(tài)動態(tài)平衡狀態(tài)：當(dāng)二極管導(dǎo)通時電容上積累的電荷量等于截止時釋放的電荷量，檢波器達(dá)到了動態(tài)平衡。10/24/202150特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) 檢波過程是一個重復(fù)的充放電過程；(2) 充電快、放電慢：rctc，rdctc，因此電容電壓保持在正弦波正半周峰值附近，即uoum，因此這種檢波器稱為峰值包絡(luò)檢波器；(3) 二極管電流：平均分量iav和高頻分量，低通輸出uo=uav ；(4) 穩(wěn)態(tài)時二極管電壓電流波形：10/24/202151輸入為輸入為am信號時檢波器的輸出電壓波形圖信號時檢波器的輸出電壓波形圖：輸入為輸入為am波的檢波器輸出電壓波的檢波器輸出電壓：uo(t)=

23、uav=udc+u。說明說明：udc可以作為自動增益控制(agc)電路的控制電壓。10/24/202152 輸入為輸入為am信號時，檢波器二極管的電壓及電流波形：信號時，檢波器二極管的電壓及電流波形：10/24/202153 包絡(luò)檢波器的輸出電路：包絡(luò)檢波器的輸出電路：(a) 直接輸出解調(diào)輸出的調(diào)制信號；(b) 輸出直流電壓用來進(jìn)行自動增益控制(agc)。10/24/202154性能分析：性能分析：衡量二極管峰值包絡(luò)檢波器的兩個主要性能參數(shù)是傳輸系數(shù)kd、輸入電阻ri。(1) 傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)(檢波系數(shù)檢波系數(shù))kd： kd是用來描述包絡(luò)檢波器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或者效率的物理量。等幅波輸

24、入等幅波輸入：us(t)=umcosct kd = uo/um 檢波器輸出uo(t)= kdum am 波輸入波輸入：us(t)=uc(1+m cost)cosct kd = u /muc 檢波器輸出uo(t)= kd uc (1+m cost )說明說明：兩種定義方法是完全等價的。10/24/202155kd的計算的計算：大信號工作，忽略二極管導(dǎo)通電壓，考慮等幅波。503tan:333rgrgddocmdcmsommodutuutuuuuuukcoscoscos0cos電流通角：電流通角：cossin)()cos1 ()(,0 , 00 ,0max0maxdddddmdddmdomddugi

25、iuguugiuuugicos)cos(sin:tandmd0modrguriuurg10/24/202156(1) kd由 決定，即由二極管和r決定，與輸入信號無關(guān)；(2) 越小，kd越大；(3) 理想濾波條件不滿足時，傳輸系數(shù)會小一些。33,cosrgkdd傳傳輸輸系系數(shù)數(shù)小小結(jié)結(jié)：10/24/202157crisr0lc1ri(2) 輸入阻抗輸入阻抗ri：表征包絡(luò)檢波器對前級電路的影響程度。ri越小，前級回路諧振阻抗越低，導(dǎo)致q值下降。因此希望ri要大。12222doimikrururr：方方法法二二：小結(jié)小結(jié)：ri由檢波器負(fù)載電阻r決定，r越大，對前級影響越小。50,2)cossin(

26、)(d1max1irgrgiuiurddmdm方法一：方法一：10/24/202158檢波器的失真：檢波器的失真：當(dāng)二極管峰值包絡(luò)檢波器的參數(shù)選擇不當(dāng)時，檢波器輸出波形會產(chǎn)生惰性失真和底部切削失真惰性失真和底部切削失真。(1) 惰性失真：由于rc時間常數(shù)太大，電容c對r的放電速度跟不上am信號的包絡(luò)的下降速度，導(dǎo)致二極管若干高頻周期處于截止?fàn)顟B(tài)，引起的失真。下圖是惰性失真波形。 不產(chǎn)生惰性失真的條件： ，mmrc21maxmax2max1mmrc10/24/202159(2) 底部切削失真：又叫負(fù)峰切削失真，產(chǎn)生失真后，檢波器的輸出電壓波形負(fù)半周的峰值被切削掉。10/24/202160產(chǎn)生失真

27、的原因產(chǎn)生失真的原因：由于檢波器的交流、直流負(fù)載電阻不一致引起的。 在實(shí)際的檢波器電路里，還應(yīng)該加上耦合電容cg和真正的負(fù)載電阻rg。由于cg對交流短路，所以有rr : :直直流流負(fù)負(fù)載載電電阻阻gggrrrrrrr/: :交流負(fù)載電阻交流負(fù)載電阻rrrrrmgg條件：條件：不產(chǎn)生底部切削失真的不產(chǎn)生底部切削失真的10/24/202161減少交直流負(fù)載差別的措施減少交直流負(fù)載差別的措施：21rrrgrrrr/21方法方法a： 將r分解r=r1+r2。方法方法b：插入高輸入阻抗的射極跟隨器。關(guān)于包絡(luò)檢波器失真的說明關(guān)于包絡(luò)檢波器失真的說明：(1). 包絡(luò)檢波器的惰性失真和切削失真是由于線性元件(

28、電阻和電容)的選擇不當(dāng)引起的；(2). 包絡(luò)檢波器的非線性失真是由非線性器件(二極管)引起。10/24/202162實(shí)際檢波電路及元件選擇：實(shí)際檢波電路及元件選擇：以am收音機(jī)的檢波電路為例 。(1) 電路組成電路組成峰值包絡(luò)檢波器峰值包絡(luò)檢波器：二極管，電容c1、c2，電阻r1、r2，以及cg和rg。自動增益控制自動增益控制(agc)濾波電路濾波電路：r4，c3。10/24/202163 (2) 檢波電路元器件的選擇檢波電路元器件的選擇：根據(jù)5個原則 基本約定基本約定：r=r1+r2，c=c1+c2，r1/r2=0.10.2，c1=c2；和和選選擇擇性性決決定定1 1：由由7 . 00002

29、/).(brrcqal；：減小輸出高頻波動：減小輸出高頻波動ctrcb).(；：減小頻率失真：減小頻率失真rcmcrmc1,21).(00；，防防止止惰惰性性失失真真maxmax2max1).(mmrcd。，防防止止底底部部切切削削失失真真ggrrrme).(10/24/202164綜合舉例綜合舉例1：p253習(xí)題6-12。振幅檢波器必須有哪幾個組成部分？各部分作用如何？下列各圖(見圖所示)能否檢波？圖中r、c為正常值，二極管為折線特性。10/24/202165綜合舉例綜合舉例2：p254習(xí)題6-14。已知包絡(luò)檢波電路參數(shù)如下： c=0.01uf，r=4.7k，cg=10uf，rg=10k u

30、s=0.8(1+0.5cost)cosct(v)，f=5khz， fc=465khz，rd=125求ri、kd，并檢驗(yàn)有無惰性失真和底部切削失真。10/24/202166解：ri=r/2=2.35k1 .3663. 033radrrd81. 0cosdksrc563107 . 41001. 0107 . 4sfmm5322105 . 55 . 010525 . 0121，不產(chǎn)生惰性失真。fmmrc2125 . 068. 0107 . 410mrrrgg不產(chǎn)生底部切削失真。10/24/202167vdu scr(a) 原理電路3、二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器、二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器 并聯(lián)包絡(luò)檢波器

31、的二極管、負(fù)載電阻和信號源是并聯(lián)的，但它的工作原理是一樣的。(1) 電壓傳輸系數(shù)kd：和串聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器相同。(2) 輸入電阻ri：在并聯(lián)檢波器里，高頻電流能夠通過負(fù)載電阻r，因此r要消耗高頻載波功率。322222rrrururuavcic)(avcuu假假設(shè)設(shè)10/24/202168二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器：二極管并聯(lián)峰值包絡(luò)檢波器：實(shí)際電路和波形。10/24/2021694 4小信號檢波器小信號檢波器 輸入信號振幅為幾mv幾十mv。2d2d10duauaai二極管近似伏安特性：二極管近似伏安特性：d11mim2mavd2m2avavm112m20av1,2121,21,cosraiurr

32、uauukuariuuaiuaaiutuudcmitmtmmruatmruauuttmuudcmi 2cos21 cos221121) cos1 (21:cos cos1222m222m2av特點(diǎn)特點(diǎn)：輸出平均電壓uav與輸入電壓振幅um的平方成正比，故又稱平方律檢波器。應(yīng)用應(yīng)用：在測量儀表及微波檢測中廣泛用作功率指示器；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：傳輸系數(shù)kd和輸入電阻ri都小，而且還有非線性失真。10/24/2021705、同步檢波器：分乘積型和疊加型、同步檢波器：分乘積型和疊加型(1) 乘積型：先考慮完全同步情況ttuudsbcsscoscos信號：輸入tuucrrcos本地參考載波：ttuutuuttu

33、tuuucrsrscrcsrs2coscos21cos21coscoscos乘法器輸出：tutuuuorsocoscos21低通濾波輸出：10/24/202171參考載波的同步誤差對乘積型同步檢波器的影響：參考載波的同步誤差對乘積型同步檢波器的影響：ttuutuucooccrrcoscoscos檢波器輸出：檢波器輸出：載波頻率存在誤差載波頻率存在誤差 ：ttuucsscoscos輸輸入入d ds sb b信信號號：coscoscostuutuuoocrr檢檢波波器器輸輸出出：載載波波相相位位存存在在誤誤差差：結(jié)論結(jié)論1：參考載波的頻率誤差引起檢波器輸出失真。結(jié)論結(jié)論2：如果為常數(shù)，相位誤差只會

34、引起檢波器輸出幅度衰減；如果隨著時間變化，相位誤差將引起檢波器輸出失真。10/24/202172(2) 疊加型：疊加型：考慮單邊帶(上邊帶)已調(diào)波)(cos)(sinsincos)cos(cos)cos(tttuttututututuuuucmcscrscrcsrsi2222( )(cos)sin12cos,/12cos(1cos),1,mrssrsrrrsrutuututummtmuuumtumtmuu 即包絡(luò)檢波器輸出：包絡(luò)檢波器輸出： )cos1 ()()(tmuktukturdmdo1| ,1814112132xxxxxx10/24/202173(3) 平衡同步檢波電路：平衡同步檢波電

35、路：由兩個疊加型同步檢波器組成，可以減少輸出電壓中的非線性失真。 1/),cos1 (11rsrdorsiuumtmukuuuu1/),cos1 (22rsrdorsiuumtmukuuuu總的輸出：uo=uo1uo2=2kdurmcosttuutuucrrcsscos,)cos(10/24/202174(4) 同步檢波器小結(jié)同步檢波器小結(jié) 實(shí)現(xiàn)同步檢波的關(guān)鍵是要產(chǎn)生一個與發(fā)射機(jī)載波同頻、同相的本地參考載波。 如果發(fā)射機(jī)發(fā)送的載波與本地恢復(fù)的參考載波存在相位和頻率上的偏差，同步檢波器的輸出信號會產(chǎn)生失真。本地參考載波產(chǎn)生方法：本地參考載波產(chǎn)生方法：a. 分頻法：直接從dsb信號中提?。?dsb

36、信號平方得2fc 二分頻得fc b. 導(dǎo)頻法：在發(fā)射機(jī)發(fā)射ssb信號時，附加發(fā)射一個功率較低的載波信號，稱為導(dǎo)頻信號。10/24/202175四、混頻器 1、混頻的概念、混頻的概念 混頻混頻(又稱為變頻又稱為變頻)，是將信號的載頻變換成另外一個頻率。，是將信號的載頻變換成另外一個頻率。具有這種功能的電路稱為混頻器具有這種功能的電路稱為混頻器(或變頻器或變頻器)。 混頻器具有兩個輸入電壓，頻率分別為混頻器具有兩個輸入電壓，頻率分別為fc和和fl，輸出信號，輸出信號的頻率的頻率fi是兩者的差頻或和頻，是兩者的差頻或和頻， fi= flfc。因此混頻器在頻域。因此混頻器在頻域起著減起著減(或加或加)

37、法器的作用，是頻譜線性搬移的一種應(yīng)用。法器的作用，是頻譜線性搬移的一種應(yīng)用。10/24/202176超外差接收機(jī)：超外差接收機(jī)：混頻器是基礎(chǔ)，可以獲得高靈敏度和選擇性。輸入信號us：接收到的已調(diào)波信號，載波頻率為fc。輸入信號ul：本地載波ul=ulcos2flt，fl為本振頻率。輸出信號：載頻變?yōu)橹蓄l頻率 fi ，但ui仍然是已調(diào)波信號?；祛l方式：混頻方式：(1) 下變頻：fi=fcfl， fi fc。幾種超外差接收機(jī)的中頻頻率：幾種超外差接收機(jī)的中頻頻率：(1) 調(diào)幅收音機(jī)：調(diào)幅收音機(jī)： fi=465(455)khz；(2) 調(diào)頻收音機(jī)：調(diào)頻收音機(jī)： fi=10.7mhz；(3) 微波接收

38、機(jī)微波接收機(jī)(衛(wèi)星接收機(jī)衛(wèi)星接收機(jī))： fi=70或或140mhz；(4) 電視接收機(jī)：圖象中頻電視接收機(jī)：圖象中頻=38mhz，伴音中頻，伴音中頻=6.5mhz。10/24/202177混頻電路的實(shí)現(xiàn)原理：混頻電路的實(shí)現(xiàn)原理：混頻屬于是頻譜線性搬移，可用線性線性時變電路和帶通濾波器來完成。時變電路和帶通濾波器來完成。理想混頻器理想混頻器：由模擬乘法器和帶通濾波器組成，如果輸入已調(diào)信號為us=uscostcosct和本振電壓為ul=ulcoslt，那么)cos()cos( cos21clcllslstttuuuulsicliuuuttuufff5 . 0,cos cosiii取取10/24/2

39、02178)()(21 )()(*21)(*)(21)(cscsccslsoffffff混頻過程的頻譜變換：混頻過程的頻譜變換：10/24/2021792、混頻器的主要性能指標(biāo)、混頻器的主要性能指標(biāo)(1) 變頻增益變頻增益: 可以用變頻電壓增益和功率增益描述。變頻電壓增益：輸出電壓振幅ui與高頻輸入電壓振幅us之比。sivcuuk變頻功率電壓增益： sipcppk物理意義物理意義：變頻增益表征了變頻器將高頻信號變換為輸出中頻信號的能力。增大變頻增益，還有利于提高接收機(jī)的接收靈敏度。(2) 噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)： 混頻器對接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)影響比較大，特別是沒有高放級時，影響更大。所以nf越小越

40、好。)()(中中頻頻頻頻率率輸輸出出信信噪噪比比信信號號頻頻率率輸輸入入信信噪噪比比fn10/24/202180(3) 失真與干擾：失真與干擾：失真包括頻率失真和非線性失真。另外還有非線性干擾，包括組合頻率、交叉調(diào)制和互調(diào)制、阻塞和倒易混頻等干擾。(4) 選擇性：選擇性：指中頻輸出中應(yīng)該只有接收的有用信號，而不應(yīng)該有不需要的干擾信號。因此要求中頻輸出回路有良好的選擇性，即回路有理想的諧振曲線(矩形系數(shù)為1)。(5) 變頻壓縮變頻壓縮(抑制抑制)：在混頻器中，輸出與輸入信號幅度應(yīng)成線性關(guān)系。實(shí)際上，由于非線性器件的限制，當(dāng)輸入信號增加到一定程度時，中頻輸出信號的幅度與輸入不再成線性關(guān)系，稱為變頻

41、壓縮。(6) 動態(tài)范圍動態(tài)范圍：大的動態(tài)范圍是指輸入信號的變化范圍要大。(7) 隔離度隔離度：隔離度好，是指信號端口、本振端口與中頻輸出端口的相互泄露要小。(8) 穩(wěn)定度穩(wěn)定度：本振頻率的穩(wěn)定度要高。10/24/202181混頻器變頻壓縮示意圖：混頻器變頻壓縮示意圖：10/24/2021823、混頻電路、混頻電路(1) 晶體三極管混頻器 用線性時變分析法來分析，假設(shè)us0.5v，時變偏置電壓eb(t)=ebul，輸出回路諧振于fi=flfc，集電極電流為 00012( )( )( )(coscos2)ccmscmmlmlsiitgt uitggtgtu10/24/202183。則經(jīng)濾波后得中頻

42、電流則經(jīng)濾波后得中頻電流若若,costuucss變頻跨導(dǎo)變頻跨導(dǎo)gc：不僅決定著變頻增益(kvc=gcrl)，還影響著混頻器的噪聲系數(shù)nf。變頻跨導(dǎo)gc只與晶體管特性、直流工作點(diǎn)及本振電壓ul有關(guān)，與us無關(guān)。 121msicguig輸入高頻電壓振幅輸入高頻電壓振幅輸出中頻電流振幅輸出中頻電流振幅:輸輸出出中中頻頻電電壓壓turguislcicostitugtugtugiiiiscism1clsm1icoscoscos21)cos(21llmm1dcos)(1tttggllmm1cdcos)(2121tttggg10/24/202184(a) 基極串饋?zhàn)⑷耄簎s和ul直接串聯(lián)在基極同極注入；(

43、b) 基極并饋?zhàn)⑷耄簎l通過耦合電容cl與us并聯(lián)于基極，目的是減少us的調(diào)諧回路對本振頻率的影響；(c) 射極注入：ul在發(fā)射極注入，缺點(diǎn)是要求本振注入功率較大。本振電壓的注入原則：本振電壓的注入原則：(a) 要盡量避免us和ul的相互影響；(b) 不要妨礙中頻電流的流通。本振電壓的注入方式：本振電壓的注入方式：有三種方式。10/24/202185中波中波am收音機(jī)混頻電路收音機(jī)混頻電路(圖圖(a)：混頻、本地振蕩由同一個三極管完成，輸出中頻回路調(diào)諧于465khz。(a)混頻：輸入信號由天線回路加到基極，本振信號加到發(fā)射極；(b)本地振蕩器：l3l4c7c8和晶體管組成變壓器反饋振蕩器；(c

44、) 輸出中頻回路：l5和1000pf電容組成。10/24/202186fm調(diào)頻收音機(jī)混頻電路調(diào)頻收音機(jī)混頻電路(圖圖(b)：混頻、本地振蕩由同一個三極管完成，輸出中頻回路調(diào)諧于10.7mhz 。(a) 混頻：輸入信號和本振信號均由發(fā)射極注入，為共基放大器；(b) 本地振蕩器：為電容反饋式振蕩器，由c2、c5和l2回路組成。(c) 輸出中頻回路：由由c9和和t1組成組成。l1、c3也串聯(lián)調(diào)諧于10.7mhz、為中頻陷波電路，防止中頻信號流入發(fā)射極。10/24/202187 (2) 二極管混頻電路二極管混頻電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是噪聲低、電路簡單、組合分量少。在高質(zhì)量通信設(shè)備中以及工作頻率較高時，常

45、使用二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器。平衡混頻器：平衡混頻器： ulus，且ul0.5v。tuttgutkgicslldsldocos3cos32cos2212 )(2diislsdlili2,cos)cos(2ggtutugriruc10/24/202188環(huán)形混頻器：環(huán)形混頻器：(3) 其它混頻電路其它混頻電路 除了二極管、晶體三極管混頻電路外，還有雙差分對和場效應(yīng)管混頻電路。雙差分對電路在小信號時就是標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，而場效應(yīng)管可以組成平衡混頻器和環(huán)形混頻器。tuttgutkgicslldsdocos3cos34cos42 )(2ldiiclsdi4,cos)cos(4ggtuturgucl

46、10/24/202189場效應(yīng)管平衡混頻器和環(huán)形混頻器：場效應(yīng)管平衡混頻器和環(huán)形混頻器：可以用平方律特性分析(平衡混頻器平衡混頻器)，也可以用開關(guān)分析法(環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器)。平方律特性平方律特性平衡混頻器平衡混頻器 :場效應(yīng)管環(huán)形混頻器場效應(yīng)管環(huán)形混頻器lssddtlslsdlslsdubuauiiiuubuuaiuubuuai422122212slslmtuuutkgi,)(22：工工作作在在開開關(guān)關(guān)狀狀態(tài)態(tài)10/24/202190混頻電路綜合舉例：混頻電路綜合舉例：已知某混頻器的變頻跨導(dǎo)為gc，本振電壓為ululcoslt，usfc：fj=fl+fi時，fjfl=flfc=fi，fj稱為鏡像頻率，干擾稱為鏡像干擾。如左圖。b) flfc：鏡像頻率fj=flfi， flfj= fjfc= fi。如右圖。coff lfjfififf鏡像干擾的擬制方法鏡像干擾的擬制方法:(a) 提高前端電路的選擇性；(b) 提高中頻頻率，高中頻對鏡像干擾是非常有利的。10/24/202197組合副波道干擾組合副波道干擾：只觀察p=q時的部分干擾。iljfqff1頻