調(diào)幅波的解調(diào)

1、1. 基本內(nèi)容調(diào)幅信號的解調(diào)是調(diào)制的逆過程。本章主要內(nèi)容包括振幅調(diào)制信號的解調(diào)原理、實現(xiàn)方法及電路等。2 基本要求    （1） 理解并掌握調(diào)幅信號解調(diào)的原理、類型及實現(xiàn)模型。    （2） 掌握二極管包絡(luò)檢波器的工作原理和性能參數(shù)的估算方法。    （3） 掌握乘積型和疊加型同步檢波器的組成原理及分析方法。第一節(jié) 概述信號的解調(diào)是振幅調(diào)制的相反過程，是從已調(diào)高頻信號中取出調(diào)制信號。通常將這種解調(diào)稱為檢波。完成這種解調(diào)的電路稱為振幅檢波器。一、檢波電路的功能檢波電路的功能是從

2、調(diào)制信號中不失真的解調(diào)出原調(diào)制信號。當(dāng)輸入信號為高頻等幅波時，檢波器輸出電壓為直流電壓。當(dāng)輸入信號為脈沖調(diào)制調(diào)幅信號的時，檢波器輸出電壓為脈沖波。從信號的頻譜來看，檢波電路的功能是將已調(diào)波的邊頻或邊帶信號頻譜般移到原調(diào)制信號的頻譜處。二、檢波電路的分類檢波電路可分為兩大類，包絡(luò)檢波和同步檢波。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)律的波形特點，顯然只適合于普通調(diào)幅波的解調(diào)。同步檢波主要應(yīng)用于雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波的解調(diào)。三、檢波電路的主要技術(shù)指標    1. 檢波電路的電壓傳輸系數(shù)檢波電路的電壓傳輸系是指檢波電路的輸出電壓和輸入

3、電壓振幅之比。     2. 等效輸入電阻等效輸入電阻定義為輸入等幅高頻電壓的振幅與輸入高頻電流的基波分量振幅的比值。    3. 非線性失真系數(shù)    4.高頻濾波系數(shù)高頻濾波系數(shù)定義為，輸入高頻電壓的振幅與輸出高頻電壓的比值。第二節(jié) 二極管大信號包絡(luò)檢波器大信號包絡(luò)檢波是高頻輸入信號的振幅大于0.5伏時，利用二極管對電容c充電，加反向電壓時截止，電容c上電壓對電阻R放電這一特性實現(xiàn)的。分析時采用折線法。    大信號包絡(luò)檢波的工作原

4、理    1原理電路及工作原理圖61(a)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VD和RC低通濾波器組成。(6-1)式中,c為輸入信號的載頻,在超外差接收機中則為中頻I為調(diào)制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z應(yīng)為(6-2)圖61 二極管峰值包絡(luò)檢波器(a) 原理電路 (b)二極管導(dǎo)通 (c)二極管截止圖62 加入等幅波時檢波器的工作過程     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對電阻R放電的過

5、程。    (2)由于RC時常數(shù)遠大于輸入電壓載波周期,放電慢,使得二極管負極永遠處于正的較高的電位(因為輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值,即UoUm)。     (3)二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。圖63檢波器穩(wěn)態(tài)時的電流電壓波形圖64 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖圖65輸入為AM信號時,檢波器二極管的電壓及電流波形圖66包絡(luò)檢波器的輸出電路    2性能分析    1) 傳輸系數(shù)Kd檢波器傳輸

6、系數(shù)Kd或稱為檢波系數(shù)、檢波效率,是用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Um,輸出直流電壓為Uo,則Kd定義為(6-3)由于輸入大信號,檢波器工作在大信號狀態(tài),二極管的伏安特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波,采用理想的高頻濾波,并以通過原點的折線表示二極管特性(忽略二極管的導(dǎo)通電壓VP),則由圖63有:(6-4)(6-5)式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,為電流通角,iD是周期性余弦脈沖,其平均分量I0為 (6-6)基頻分量為 (6-7)式中,0()、1()為電流分解系數(shù)。由式(643(a)和圖63可得(6-8)由此可見,檢波系數(shù)Kd是檢波器電

7、流iD的通角的函數(shù),求出后,就可得Kd。由式(646)Uo=I0R,有(6-9)等式兩邊各除以cos,可得 (6-10)當(dāng)gDR很大時,如gDR50時,tan-3/3,代入式(6-9),有(6-11)圖67 (a)KdgDR關(guān)系曲線圖圖67 (b) 濾波電路對Kd的影響    2) 輸入電阻Ri     檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻Ri及輸入電容Ci,如圖68所示。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Um與檢波器電流的基頻分量振幅I1之比值,即(6-12)輸入電阻是前級的負載,它直接并入輸入回路,影響著回路的有效Q值及回路

8、阻抗。由式(611),有(6-13)當(dāng)gDR50時,很小,sin-3/6,cos1-2/2,代入上式,可得(6-14)圖68檢波器的輸入阻抗    3檢波器的失真1)惰性失真在二極管截止期間,電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數(shù)。圖69 惰性失真的波形為了避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個高頻周期內(nèi),使電容C通過R放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度,即(6-15)如果輸入信號為單音調(diào)制的AM波,在t1時刻其包絡(luò)的變化速度為(6-16)二極管停止導(dǎo)通的瞬間,電容兩端電壓uC近似為輸入電壓包絡(luò)值,即uC=Um(1+mcost)。從t1時刻開始通過R放電的

9、速度為(6-17)將式(615)和式(616)代入式(617),可得 (6-18)實際上,不同的t1,U(t)和Cu的下降速度不同,為避免產(chǎn)生惰性失真,必須保證A值最大時,仍有Amax1。故令dadt1=0,得(6-19)代入式(618),得出不失真條件如下:(6-20)圖610底部切削失真    2) 底部切削失真底部切削失真又稱為負峰切削失真。產(chǎn)生這種失真后,輸出電壓的波形如圖610(c)所示。這種失真是因檢波器的交直流負載不同引起的。因為Cg較大,在音頻一周內(nèi),其兩端的直流電壓基本不變,其大小約為載波振幅值UC,可以把它看作一直流電源。它在電阻R和

10、Rg上產(chǎn)生分壓。在電阻R上的壓降為(6-21)調(diào)幅波的最小幅度為UC(1-m),由圖610可以看出,要避免底部切削失真,應(yīng)滿足 (6-22)圖611 減小底部切削失真的電路第三節(jié) 二極管小信號檢波器     小信號檢波是高頻輸入信號的振幅小于0。2伏，利用二極管伏安特性彎曲部分進行頻率變換，然后通過低通濾波器實現(xiàn)檢波。     一、二極管小信號檢波的工作原理      圖 6-12是二極管檢波器的原理電路。 圖 6-12因為是小信號輸入，需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點位于二極管

11、特性曲線部分的Q點。當(dāng)加的輸入信號為調(diào)幅信號時，二極管中的電流變化規(guī)律如圖 6-13圖6-13    二、二極管小信號檢波的分析    二極管的伏安特性在工作點Q（6-23）因為二極管小信號檢波器輸出電壓很小，忽略輸出電壓的反作用，可得則經(jīng)低通濾波器取出。其中為直流電流增量，它代表二極 管的檢波作用的結(jié)果。輸出電壓增量為。當(dāng)輸入信號為時因為可認為是不變的這樣檢波器的輸出電壓增量為（6-25）經(jīng) 隔直耦合在 上得到電壓為顯然，產(chǎn)生了非線性失真。    三、二極管小信號

12、檢波的性能指標1）輸入為等幅波時，小信號檢波器的電壓傳輸系數(shù)為（6-27）輸入為調(diào)幅波時，小信號檢波器的電壓傳輸系數(shù)為（6-28）上式說明，小信號檢波器的電壓傳輸系數(shù)不是常數(shù)，而是與輸入高頻電壓的振幅成正比。2）小信號檢波器的等效輸入電阻可以近似認為等于二極管的導(dǎo)通電阻。3）小信號檢波器得非線性失真系數(shù)為（6-29）可見，調(diào)制系數(shù) 越大，則 越大，失真越嚴重。第四節(jié) 同步檢波同步檢波器主要用于對抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進行解調(diào)，也可以用來解調(diào)普通調(diào)幅波。同步檢波器是有相乘器和低通濾波器兩部分組成。它與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進行解調(diào)的調(diào)幅信號電壓 外，還必須外加一

13、個頻率和相位與輸入信號載頻完全相同的本地載頻信號電壓 。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號。圖6-14為同步檢波器的方框原理圖。    同步檢波器的原理如動畫D6圖 6-14（6-30）本地載頻信號電壓為（6-31）即本地載頻信號與輸入信號的載頻同頻同相位。經(jīng)相乘器相乘，輸出為（6-32）經(jīng)低通濾波得低頻信號(6-33)    對單邊帶信號來說，解調(diào)過程與雙邊帶相似。設(shè)輸入信號為單頻調(diào)制的上邊帶信號電壓為（6-34）本地載波頻信號電壓為（6-35）經(jīng)相乘器相乘，輸出為（6-36）經(jīng)低通濾波得低頻信號（6-37）對于普通調(diào)幅波，同樣也可以采用同步檢波器來實現(xiàn)解調(diào)。    本地載波的產(chǎn)生方法及不同步的影響為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時，附帶發(fā)射一個載頻信號，其功率遠低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號。本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步，對檢波性能會產(chǎn)生什么樣的影響呢？設(shè)本地載