w第5章-3調(diào)幅信號(hào)解調(diào)

1、高頻電路高頻電路第第5.5 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路概述：概述：調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)是振幅調(diào)制的相反過(guò)程，是從高調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)是振幅調(diào)制的相反過(guò)程，是從高頻已調(diào)信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)。通常將這種解調(diào)稱頻已調(diào)信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)。通常將這種解調(diào)稱為檢波。完成這種解調(diào)作用的電路稱為振幅檢波為檢波。完成這種解調(diào)作用的電路稱為振幅檢波器，一般簡(jiǎn)稱檢波器。器，一般簡(jiǎn)稱檢波器。高頻電路高頻電路檢波電路的功能檢波電路的功能振幅檢波器的功能是從調(diào)幅信號(hào)中不振幅檢波器的功能是從調(diào)幅信號(hào)中不失真地解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)（包絡(luò)）失真地解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)（包絡(luò)）高頻電路高頻電路從信號(hào)的頻譜來(lái)看，檢波電路的功能是將已調(diào)波的邊頻或邊帶信號(hào)頻

2、譜搬移到原調(diào)制信號(hào)的頻譜處。與振幅調(diào)制的頻譜搬移過(guò)程相反。高頻電路高頻電路檢波檢波電路的分類電路的分類包絡(luò)檢波：是指檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律的一種檢波方式。適用于普通調(diào)幅波的解調(diào)。同步檢波：主要是用于雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波的檢波,其它調(diào)幅波也可。高頻電路高頻電路檢波電路的組成檢波電路的組成調(diào)幅信號(hào)的頻譜由載頻和邊頻分量組成，它包含有調(diào)制信號(hào)的信息，但并不包含調(diào)制信號(hào)本身的頻率分量。其頻譜由載頻i和邊頻i+、i-組成，它沒(méi)有包含調(diào)制信號(hào)本身的頻率分量。為了解調(diào)出原調(diào)制頻率，檢波器必須包含有非線性器件，以便調(diào)幅信號(hào)通過(guò)它產(chǎn)生新的頻率分量，其中包含有所需要的分量，然后由

3、低通濾波器濾除不需要的高頻分量，取出所需要的調(diào)制信號(hào)。高頻電路高頻電路5.5.1 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)1、電壓傳輸系數(shù)、電壓傳輸系數(shù)Kd檢波電路的電壓傳輸系數(shù)是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。imamdiaimiimodiimiUmUKttmUtuUUKtUtucos)cos1 ()(cos)(輸入為高頻等幅波：輸入為高頻調(diào)幅波：高頻電路高頻電路2、等效輸入電阻、等效輸入電阻mimidIUR1為什么要考慮等效輸入電阻？為什么要考慮等效輸入電阻？檢波器往往與前級(jí)高頻放大器的輸出端連接，檢波器往往與前級(jí)高頻放大器的輸出端連接，檢波器的等效輸入電阻作為放大器的負(fù)載

4、影響檢波器的等效輸入電阻作為放大器的負(fù)載影響放大器的電壓增益和通頻帶。放大器的電壓增益和通頻帶。高頻電路高頻電路3、非線性失真系數(shù)、非線性失真系數(shù)KfUUUKf23224、高頻濾波系數(shù)、高頻濾波系數(shù)FimomUFU輸入高頻電壓的振幅輸出高頻電壓的振幅(50100)F 通常要求高頻電路高頻電路5.5.2 二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器大信號(hào)包絡(luò)檢波是高頻輸入大信號(hào)包絡(luò)檢波是高頻輸入信號(hào)的信號(hào)的振幅最小大于振幅最小大于0.5V。利用二極管兩端加正向電壓利用二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，通過(guò)二極管對(duì)電容時(shí)導(dǎo)通，通過(guò)二極管對(duì)電容C充電；充電；加反向電壓時(shí)截至，電容加反向電壓時(shí)截至，電容C上

5、上電壓對(duì)電阻電壓對(duì)電阻R放電這一特征實(shí)放電這一特征實(shí)現(xiàn)檢波的?，F(xiàn)檢波的。因信號(hào)振幅較大，認(rèn)為二極因信號(hào)振幅較大，認(rèn)為二極管工作于導(dǎo)通和截至兩種狀管工作于導(dǎo)通和截至兩種狀態(tài)，所以其分析方法可采用態(tài)，所以其分析方法可采用折線分析法。折線分析法。didubzUdgddbzdbzdbzdddrgUuUuUugi/10)(高頻電路高頻電路1、大信號(hào)檢波的工作原理、大信號(hào)檢波的工作原理充電時(shí)間常數(shù)：rd C放電時(shí)間常數(shù)：RCrd C RC當(dāng)輸入高頻等幅波：輸出電壓uo(t)起伏很小，可近似認(rèn)為是直流，即等幅波的包絡(luò)線。高頻電路高頻電路當(dāng)輸入為調(diào)幅波信號(hào)時(shí)，其過(guò)程與等幅波當(dāng)輸入為調(diào)幅波信號(hào)時(shí)，其過(guò)程與等幅波

6、相似，相似，輸出電壓輸出電壓uo(t)的變化規(guī)律的變化規(guī)律正好與正好與輸入輸入信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)的包絡(luò)相同。相同。高頻電路高頻電路2、大信號(hào)檢波器的分析、大信號(hào)檢波器的分析cos)0(dbzddiooimidddbzbzuUiuuuuUtuguUU ，首先假設(shè)輸入信號(hào)是高頻等幅波。高頻電路高頻電路0120011012,coscos2cos( )( )( )1 sincos( )P?1cos1sincos( )1cos2 sincoscossin( )(1)(1cos )diMdmiminmiMmMnmMnniIiIItItIntIIIIIInnnn n 為頻率為的周期余弦尖頂脈沖 通角最大值，關(guān)于

7、推導(dǎo)見(jiàn)高頻電路高頻電路00()(cos),(cos)00,()(1)(1cos)1 sincoscos1( )(1cos)1cosodddbzdoimibziddoimbzidobzMdoimbzdimdimimMdimbzimiguUguUtUtiguUUtuUUIiuUIguUUg Ug UUIg U當(dāng)時(shí)，得：當(dāng)時(shí)最大為：，中間結(jié)果111sinc(sincos)1(sos( )(1cos)incos1o)c sMdimimdmimdUrUg UrII 與輸出電壓有關(guān)在求輸入等效電阻時(shí)用高頻電路高頻電路003531(sincos)(sincos)cos() 012631315imdoimdo

8、imimobzddobzbzdIUrRuI RUruRUUtguUrruUUtgRRtgrRid兩邊同時(shí)除后：，或, ，后面求時(shí)用當(dāng)，泰勒級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)，得：，結(jié)果I0idcosobzimuUU高頻電路高頻電路結(jié)論結(jié)論33Rrd通角僅與檢波器的電路參數(shù)rd和R有關(guān)，而與輸入高頻信號(hào)的振幅Uim無(wú)關(guān)。即是說(shuō)，在檢波器的電路確定之后，無(wú)論輸入高頻等幅波還是調(diào)幅波，其通角均保持不變。該結(jié)論的兩個(gè)前提：1、很小，即要求rd R2、Ubz=0，可采用給檢波電路 加固定偏壓的方法來(lái)獲得。高頻電路高頻電路輸出電壓33coscoscoscos(1cos) cos(1cos) cc ssoodobzimim

9、bziimioimiimaiooimaimrRuUUUUuUtuUuUmtuUmUtut輸由 中 間 結(jié) 果 ：討 論 ：（ 1） 當(dāng) 輸 入 為 等 幅 高 頻 波輸 出 ：， 為 直 流 電 壓（ 2） 當(dāng) 輸 入 為 調(diào) 幅 波輸 出 ：，用 大 電 容 隔 直 后 ， 輸 出 為 頻 率出為：的 正 弦 波高頻電路高頻電路3、大信號(hào)檢波器的技術(shù)指標(biāo)、大信號(hào)檢波器的技術(shù)指標(biāo)（1）電壓傳輸系數(shù)）電壓傳輸系數(shù)coscos ()cos(1cos)cos(1cos)cos ()coscosiimiooimodimiimaioimamimadaimaimuUtuUUUKUuUmttuUmtUU m

10、Km Um U當(dāng)輸入為等幅高頻波:當(dāng)輸入為調(diào)幅波直流電壓頻率為波:的正弦高頻電路高頻電路（2）等效輸入電阻）等效輸入電阻Rid11322333323331(sincos)sincossincos1,31111sin11cos2!23!611()13311112(1)()2626imidmdmimddididURIrIUtgrRrtgRRtgRRRR由 定 義 ：已 知 ：， 高頻電路高頻電路（3）失真）失真耦合電容Cc：檢波器在實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行解調(diào)時(shí)，輸出為一直流量疊加交流量，為了取出原調(diào)制頻率，通常要有隔直電容作為耦合電容Cc與下級(jí)輸入電阻RL相連接，在RL上即可取出所需的調(diào)制信號(hào)。檢波器

11、失真分類檢波器失真分類:頻率失真頻率失真非線性失真非線性失真惰性失真惰性失真負(fù)峰切割失真負(fù)峰切割失真高頻電路高頻電路頻率失真頻率失真假設(shè)輸入信號(hào)是調(diào)制頻率為假設(shè)輸入信號(hào)是調(diào)制頻率為min max （范圍）的調(diào)幅波，載波頻（范圍）的調(diào)幅波，載波頻率率i，檢波器輸出點(diǎn)，檢波器輸出點(diǎn)A點(diǎn)的電壓點(diǎn)的電壓頻率包含頻率包含直流直流、 min max，而，而輸出輸出B點(diǎn)的電壓頻譜包含點(diǎn)的電壓頻譜包含min max。低通濾波器低通濾波器RC的作用是濾除載波頻率分量的作用是濾除載波頻率分量i，保留調(diào)制頻率，保留調(diào)制頻率min max，應(yīng)滿足：，應(yīng)滿足： 1/(i C ) R (保留調(diào)制頻率保留調(diào)制頻率min m

12、ax )要求：要求：C對(duì)高頻對(duì)高頻i近似于短路，對(duì)低頻近似于短路，對(duì)低頻min max近似于開路。近似于開路。 C只能不是太小，也不是太大只能不是太小，也不是太大。高頻電路高頻電路頻率失真頻率失真（a）低通濾波器低通濾波器CR ，(R越大，高頻慮得越干凈越大，高頻慮得越干凈，但但R不能太大不能太大，太大會(huì)產(chǎn)生惰性失真太大會(huì)產(chǎn)生惰性失真)，C總會(huì)對(duì)低頻總會(huì)對(duì)低頻有旁路作用，不能做到完全開路，而且對(duì)不同的有旁路作用，不能做到完全開路，而且對(duì)不同的成分旁路作用不一樣，各頻率分量的成分旁路作用不一樣，各頻率分量的振幅相對(duì)值振幅相對(duì)值發(fā)生發(fā)生了變化，這樣便引起了頻率失真。了變化，這樣便引起了頻率失真。C

13、、 Cc是頻率失真產(chǎn)生的根源頻率失真根源有頻率失真根源有2個(gè)：個(gè)：高頻電路高頻電路（b）高通濾波器）高通濾波器R LCc的的作用是濾除解調(diào)信號(hào)中的作用是濾除解調(diào)信號(hào)中的直流分量，保留調(diào)制頻率直流分量，保留調(diào)制頻率min max ，應(yīng)滿足，應(yīng)滿足1/(min Cc ) RL這樣，這樣，Cc對(duì)對(duì)min max 近近似于短路，對(duì)直流近似于似于短路，對(duì)直流近似于開路。開路。但實(shí)際上，但實(shí)際上， 在在Cc上總有電壓降，而且對(duì)于不同上總有電壓降，而且對(duì)于不同頻率的頻率的低頻信號(hào)低頻信號(hào)，電壓降不同，同樣也產(chǎn)生頻電壓降不同，同樣也產(chǎn)生頻率失真。率失真。高頻電路高頻電路非線性失真非線性失真didubzUdgo

14、iduuu(b)、非線性失真產(chǎn)生的原因(a)、非線性失真的現(xiàn)象(c)、輸出電壓起負(fù)反饋(d)、輸入電壓的振幅最小大于0.5 V高頻電路高頻電路惰性失真惰性失真問(wèn)題：?jiǎn)栴}：R是不是越大越好？是不是越大越好？RC不太大時(shí)，不太大時(shí)，（a）輸入等幅波情況）輸入等幅波情況（b）輸入調(diào)幅波情況）輸入調(diào)幅波情況高頻電路高頻電路怎樣才能確保不產(chǎn)生怎樣才能確保不產(chǎn)生惰性失真呢？惰性失真呢？顯然，當(dāng)電容器上電顯然，當(dāng)電容器上電壓變化的速度比調(diào)幅壓變化的速度比調(diào)幅波振幅變化的速度快波振幅變化的速度快時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生惰性時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生惰性失真。失真。dtUddtduimc問(wèn)題：?jiǎn)栴}：R是不是越大越好？是不是越大越好？

15、RC比較大時(shí)情況如下圖：比較大時(shí)情況如下圖：高頻電路高頻電路dtUddtduimccos(1cos) cossinimaiiimiiimaicccRccmccuUtuUmttduCiCdtdUmUtduRiRduuduuCdtRdtRCt 輸 入 高 頻 調(diào) 幅 波電 容放 電 電 流流 過(guò)的 電 流dd1(1cos)(1cos)cimaimaKuUmt KUmt設(shè)大信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)(1cos)cimaduUmtdtRCimcdUduAdtdt定義：sin1cosaamtARCmt高頻電路高頻電路m a x22m in2m a xm a xm a x210c o s,111111aaa

16、aaaaaaAtAAtd Ad ttmmAR CmmR CmmR CmmR Cm m a x是的 函 數(shù) , 不 產(chǎn) 生 惰 性 失 真 的 條 件將對(duì)求 導(dǎo) , 并 令，得 到 代 人若 調(diào) 制 信 號(hào) 的 角 頻 率 為sin1cosaamtARCmt降低降低max，或減小，或減小ma高頻電路高頻電路負(fù)峰切割失真負(fù)峰切割失真ccCLRimBACimBaimAiaimiURRRUUuuUtUutmUuttmUucoscoscoscos)cos1 (cos)cos1 (當(dāng)輸入調(diào)幅信號(hào)振幅的最小值當(dāng)輸入調(diào)幅信號(hào)振幅的最小值附近電壓振幅數(shù)值小于附近電壓振幅數(shù)值小于UR時(shí)，時(shí)，二極管二極管D一直截至

17、，將會(huì)產(chǎn)生一直截至，將會(huì)產(chǎn)生輸出電壓波形的底部被切割。輸出電壓波形的底部被切割。CC足夠大RUD對(duì) 是直流反向偏壓。高頻電路高頻電路負(fù)峰切割失真負(fù)峰切割失真(1co s) co sco scciimaiCimRCLuUmttUURUURRco s1(1)dimaRimLKRUmUURR假 設(shè)不 產(chǎn) 生 負(fù) 峰 切 割 失 真 的 條 件 :輸 入 調(diào) 幅 波 的 振 幅 的 最 小 值=LaLLLRRmRRRR RRRR得CC足夠大交流負(fù)載電阻直流負(fù)載電阻.aLmRRRR當(dāng) 一定時(shí)， 越近于 ，負(fù)峰切割失真越不易產(chǎn)生。提高 需要提高 在檢波器和下級(jí)放大器之間插入一級(jí)射討論：極跟隨器。高頻電路高

18、頻電路5.5.3 二極管小信號(hào)檢波器二極管小信號(hào)檢波器小信號(hào)檢波是高頻輸入信號(hào)的最大振幅小于0.2V，利用二極管伏安特性的彎曲（非線性）部分進(jìn)行頻率變換，然后通過(guò)低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波。通常稱為平方律檢波?；貞浺幌露O管的伏安特性，二極管電流與兩端電壓為指數(shù)關(guān)系。/(1)(/1dTdTuVuVdSSdTiIeI euV條 件）21112!(1)xnexxxnx 條件didubzU0高頻電路高頻電路1、小信號(hào)檢波的工作原理、小信號(hào)檢波的工作原理由于二極管伏安特由于二極管伏安特性的非線性，二極性的非線性，二極管的電流變化為失管的電流變化為失真的非對(duì)稱調(diào)幅電真的非對(duì)稱調(diào)幅電流流id。波形失真產(chǎn)生。波形失

19、真產(chǎn)生了新的頻率，其中了新的頻率，其中包含有調(diào)幅信號(hào)頻包含有調(diào)幅信號(hào)頻率率，經(jīng)濾波后，就，經(jīng)濾波后，就可以得到所需要的可以得到所需要的原調(diào)制信號(hào)。原調(diào)制信號(hào)。dQiuVu高頻電路高頻電路2、小信號(hào)檢波器的分析、小信號(hào)檢波器的分析/()/2/20120(1)(260(,)011()2!dTdTQTQiTQTiTiTiTiTuVuVdSSdVViQQQSidQiVuVVVu Vu VdSSQu ViiTTu VdDiiQiIeI eumVuVIII euuVuiI eI eeI euueVViI ebbub ubI 條件）當(dāng)時(shí)，靜態(tài)，當(dāng)時(shí)，didubzU0VQIQ高頻電路高頻電路忽略高次項(xiàng)）(22

20、10iidububbi21221222222221222coscos(cos)cos 21cos211coscos 221212212,iimidQimiimiiQimiimQimimiimiQimimimuUtiIbUtb UttIbUtb UIb Ubb UUtb UtIb Ub UR直流(1)當(dāng)輸入為等幅波低通濾波，二極管的檢波作用的結(jié)果為它代表二極電流增量輸出電壓增量為管檢波作用的結(jié)果高頻電路高頻電路忽略高次項(xiàng)）(2210iidububbi2222222222222222222(1cos)cos11(1cos)221cos21(12cos)22111coscos2244iimaiimi

21、maimaaimaimaimaimcLauUmttb URb RUmttb RUmtmb RUb Rm Ub Rm Utb Rm UtCRb Rm U (2)當(dāng)輸入調(diào)幅波，同樣低通濾波后，為此電壓增量經(jīng)隔直耦合在上得輸出電壓增量到電壓為:22221coscos242imaimtb Rm Ut 但是產(chǎn)生了非線性失真，除分量外，還有的頻率分量高頻電路高頻電路3、小信號(hào)檢波器的主要技術(shù)指標(biāo)、小信號(hào)檢波器的主要技術(shù)指標(biāo)RUbUmRUmbKRUbURUbKimimaimadimimimd2222222121輸入為調(diào)幅波時(shí)輸入為等幅波時(shí)當(dāng)輸入電壓振幅Uim很小時(shí)，電壓傳輸系數(shù)Kd也很小，即檢波效率很低，這是小信號(hào)檢波器的缺點(diǎn)。2222223221144aimmmfam