模擬振幅調(diào)制和解調(diào)

1、LOGO第四章第四章 模擬振幅調(diào)制和解調(diào)模擬振幅調(diào)制和解調(diào)光學與信息工程學院光學與信息工程學院 通信工程系通信工程系概述概述o調(diào)制：調(diào)制：在發(fā)射端將調(diào)制信號調(diào)制信號從低頻段變換到高頻段, 便于天線發(fā)送或?qū)崿F(xiàn)不同信號源、不同系統(tǒng)的頻分復用o解調(diào)：解調(diào)：在接收端將已調(diào)波信號已調(diào)波信號從高頻段變換到低頻段, 恢復原調(diào)制信號。 o按載波波形分：按載波波形分：脈沖調(diào)制：脈幅調(diào)制(PAM), 脈寬調(diào)制(PDM)和脈位調(diào)制(PPM) 正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制：調(diào)幅(AM)、 調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)o本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：原理、電路組成（混頻、倍頻、調(diào)制、解調(diào)（檢波）4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的

2、基本特性o振幅調(diào)制的方式振幅調(diào)制的方式1.AM( (標準振幅調(diào)制標準振幅調(diào)制) )2.DSBAM(載波的載波的雙雙邊帶振幅調(diào)制邊帶振幅調(diào)制) )3.SSBAM( (抑制載波的單抑制載波的單邊帶振幅調(diào)制邊帶振幅調(diào)制) )4.VSBAM( (殘留邊帶振幅調(diào)制殘留邊帶振幅調(diào)制) )共同特性：共同特性：對頻譜進行不對頻譜進行不 失真的搬移失真的搬移4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMo標準振幅調(diào)制標準振幅調(diào)制(AM)用低頻調(diào)制信號低頻調(diào)制信號去控制高頻正弦波控制高頻正弦波( (載波載波) )的振幅的振幅, 使其隨調(diào)制信號波形的變化而呈線性變化。組成模型tVtvccmccos)(設(shè)載

3、波信號為)(tv調(diào)制信號為ttkvVttvtvccmcmcos)(cos)()(已調(diào)信號為)()()(tvtvtvAccm)(tv)(tvcmA)(tvkVAcmm4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMo單音調(diào)制單音調(diào)制tVtvmcos)(假設(shè)ttmVttVkVVttkVVtvcacmccmmcmcmcmcos)cos1 (cos)cos1 (cos)cos()(ma為調(diào)幅系數(shù)若0 ma 1(過調(diào)),看圖4-2，產(chǎn)生失真，包絡(luò)變化不再與調(diào)制信號相同4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMcmaVmv)1 (max調(diào)幅信號的最大值調(diào)幅信號的最大值cmaVmv)1

4、 (min調(diào)幅信號的最小值調(diào)幅信號的最小值已調(diào)波已調(diào)波振幅包絡(luò)振幅包絡(luò)cmcmcmcmcmaVVvVvVVvvmmaxminminmax)(21ttmVtvcacmcos)cos1 ()(4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMoAM信號的頻譜帶寬信號的頻譜帶寬tVmtVmtVttmVtvccmaccmaccmcacm)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(cmVccccmaVm2上邊頻cmaVm2下邊頻4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMo 若v(t)為一般非周期調(diào)制信號u(t)cmaxcmax0ttmaxminuAM(t)0ccminc

5、minBWu( t )cmaxcmax0ttmaxminuA M( t )0ccmincminB W4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMo 功率功率oaDSBAMPmPPP)21 (20oaSSBDSBPmPP222oaLcmaSSBPmRVmP421)21(22上邊頻或下邊頻LcmoRVP221載波調(diào)幅波的功率利用率2202022)21 (2aaaaAMDSBmmPmPmPPtVmtVmtVtvccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性AMoAM信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法非 線 性 器 件

6、低 通 濾 波 器u(t)uAM(t)包絡(luò)檢波原理圖包絡(luò)檢波原理圖ur(t)uAM(t)u(t)低 通濾 波 器同步檢波原理圖同步檢波原理圖 )(tv)(tvcmA)(tv調(diào)幅波產(chǎn)生原理圖調(diào)幅波產(chǎn)生原理圖)()()()(tvtvtvAtvccm4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性DSBo 抑制載波的雙邊帶調(diào)制抑制載波的雙邊帶調(diào)制(Double Sideband Modulation)cos()cos(21)(ttVKVvKvtvcccmmcDSB(a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc)22(2max FBWDSBv 包絡(luò)不再反映調(diào)制信號，但保持頻譜

7、搬包絡(luò)不再反映調(diào)制信號，但保持頻譜搬移的特征移的特征v在調(diào)制信號波形過零點處的高頻相位有在調(diào)制信號波形過零點處的高頻相位有180 的突變的突變v所占帶寬不變所占帶寬不變4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性DSBo DSB信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法ttVKVtvccmmDSBcoscos)(ur(t)uAM(t)u(t)低 通濾 波 器同步檢波原理圖同步檢波原理圖 uKuCuDSB4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性SSBo抑制載波的單邊帶調(diào)制抑制載波的單邊帶調(diào)制(Single Sideband Modulation)2maxFBWSSBcmmVKV

8、2ctVKVvccmmSSB)cos(2下邊帶cmmVKV2ctVKVvccmmSSB)cos(2或上邊帶4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性SSBoSSB信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號的產(chǎn)生和解調(diào)方法產(chǎn)生uc(t)u(t)帶 通濾 波 器uDSB(t)uSSB(t)頻域濾波法頻域濾波法v具有陡峭過渡帶的帶通濾波器v這樣的高頻高階帶通濾波器不易制作4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性SSBo 當調(diào)制波為頻帶信號，對每個頻率分量均準確移相當調(diào)制波為頻帶信號，對每個頻率分量均準確移相90的的電路比較復雜電路比較復雜UcmUmsinct sint90相移器90相移器Umsi

9、ntUcmsinctuc Ucmcosctu Umcos tuSSB(t)UcmUmcosct cost時域相移法時域相移法4.1 4.1 調(diào)幅信號的基本特性調(diào)幅信號的基本特性o例：例：已知載波信號為v(t) =Vcmcosct，調(diào)制信號如圖所示，為f1，f2。 ，分別畫出m=0.5及m=1兩種情況 下AM波形以及DSB波形。tT)(tf111Tfc1tT)(tf211解圖4-3解圖4-44.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路o振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路高電平調(diào)制v在發(fā)射極的最后一級直接產(chǎn)生達到輸出功率要求的已調(diào)波，在發(fā)射極的最后一級直接產(chǎn)生達到輸出功率要求的已調(diào)波，有利于提高發(fā)射機的效率；有利于提高

10、發(fā)射機的效率；v諧振功率放大器結(jié)合調(diào)制電路諧振功率放大器結(jié)合調(diào)制電路 基極調(diào)幅基極調(diào)幅 集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅低電平調(diào)制v產(chǎn)生小功率已調(diào)波，再經(jīng)線性功率放大器放大，達到所需產(chǎn)生小功率已調(diào)波，再經(jīng)線性功率放大器放大，達到所需的發(fā)射功率的發(fā)射功率 乘法器乘法器 二極管調(diào)制器二極管調(diào)制器4.2 4.2 調(diào)幅電路丙類諧振功放調(diào)幅電路丙類諧振功放o高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路常用于常用于AM信號調(diào)制信號調(diào)制利用丙類諧振功放的基極或集電極調(diào)制特性；集電極電源電壓UCC(t)=UCC0+u(t), 即一個固定直流電壓直流電壓與一個低頻交流調(diào)制信調(diào)制信號之和號之和。隨著UCC變化, 使靜態(tài)工作點左右平移, 從而

11、使動態(tài)線左右平移。當諧振功放工作在過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)時,Ucm將發(fā)生變化, 近似有UcmUCC(t)的關(guān)系。如輸入信號為高頻載波cosct, 輸出LC回路調(diào)諧在c上, 則輸出信號可寫成:uo(t)=Ucmcosct=kUCC0+u(t)cosct其中k為比例系數(shù)。 uc(t) UBB UCC0uUCC(t) LCuo(t)集電極調(diào)制原理圖集電極調(diào)制原理圖4.2 4.2 調(diào)幅電路丙類諧振功放調(diào)幅電路丙類諧振功放o為實現(xiàn)深度調(diào)幅，放大器需始終工作于過壓區(qū)；為實現(xiàn)深度調(diào)幅，放大器需始終工作于過壓區(qū)； Ucm與與UCC(t)不可能是線性關(guān)系；不可能是線性關(guān)系；o效率高，但調(diào)制信號的功率要大；效率高，但調(diào)

12、制信號的功率要大；4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路常用于常用于DSB信號信號單片集成模擬乘法器則兩信號相乘后的輸出信號為,cos,cos21222111tUutUu設(shè)兩個輸入信號分別為)cos()cos(221212121ttVkVukuummo乘法運算能夠產(chǎn)生兩個輸入信號頻率的和頻和頻與差頻差頻，這正是調(diào)幅、檢波和混頻等電路所需要的功能。4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 模擬乘法器是利用模擬乘法器是利用非線性器非線性器件件完成兩個模擬信號的相乘完成兩個模擬信號的相乘運算。運算。o 集成模擬乘法器是一種模擬集成模擬乘法器是一種模擬集成電路

13、，它是以集成電路，它是以差分放大差分放大器器為基礎(chǔ)構(gòu)成的信號相乘電為基礎(chǔ)構(gòu)成的信號相乘電路。路。o 模擬乘法器主要指標有工作模擬乘法器主要指標有工作頻率、運算精度、載波抑制頻率、運算精度、載波抑制比、輸入信號動態(tài)范圍等。比、輸入信號動態(tài)范圍等。u1u2uo乘法器的符號乘法器的符號4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 差分放大器原理差分放大器原理差模放大、共模抑制，信號差模放大、共模抑制，信號噪聲比優(yōu)噪聲比優(yōu)單差分放大器單差分放大器單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)12121211211

14、222BETBEToCQCQCQCCoBEBEuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiIeiiIei直流狀態(tài)下直流狀態(tài)下EoEEIR 1時時晶體三極管工作在放大區(qū)時的晶體三極管工作在放大區(qū)時的轉(zhuǎn)移特轉(zhuǎn)移特性曲線性曲線的指數(shù)函數(shù)表達式為：的指數(shù)函數(shù)表達式為：TbeUusCeIi 其中：其中：Is為發(fā)射極反向飽和電流；為發(fā)射極反向飽和電流；熱電壓熱電壓UT26mV4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器12121211211222BETBEToCQCQCQCCoBEBEuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiIeiiIei1112(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithUxx

15、xxeeeexchxshxth)()()(雙曲正切：交流狀態(tài)下交流狀態(tài)下單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)可得：可得：TBETBEUusCUusCeIieIi2121,單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)21 (2)21 (2122121TEEcT

16、EEcUuthRuEiUuthRuEi若，恒流源電路是受電壓若，恒流源電路是受電壓u2控制的受控制的受控恒流源控恒流源CccoRiiu)(21TTTUuUuthUu2212111 時，有當21112222uuURRuURREUuRRuEuTECTECETCEEoEEoRuEI24.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器21112222uuURRuURREUuRRuEuTECTECETCEEop u1為中等大小信號時，thx用傅立葉系數(shù)展開，u1為大信號時，thx近似雙向開關(guān)函數(shù)，不管u1大小如何，uo中都含兩輸入電壓的相乘項，因此單差分電路可用于調(diào)制、解調(diào)、混頻等頻譜搬移的場合；p uo與u

17、2呈線性關(guān)系，即下輸入端為線性，uo與u1為雙曲正切關(guān)系，即上輸入端是非線性，將產(chǎn)生高次諧波，減小上輸入端信號電平，將改善非線性；p uo不僅有相乘項，還有其他成分，因此單差分對乘法電路不是理想的乘法器；4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 雙差分對乘法電路雙差分對乘法電路RCiC1V1V2u1(a )uoRC ECiC2iC3iC4u2IoV5V6iC5iC6V3V4(b )u2IoV5V6iC5iC6RE雙差分電路雙差分電路2526(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithU511512613614(1)22(1)22(1)22(1)22CCTCCTCCTCCTiui

18、thUiuithUiuithUiuithUCccccoRiiiiu)()(4231TCCCUuthRii2)(165TCToUuthRUuthI22122124uuURITCo4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器EEeeRuRrrui2652p具有射極反饋電阻的雙差分對乘法電路具有射極反饋電阻的雙差分對乘法電路p加入負反饋電阻解決輸入信號線性范圍太小的問題加入負反饋電阻解決輸入信號線性范圍太小的問題RE遠大于遠大于V5、V6的發(fā)射結(jié)電阻的發(fā)射結(jié)電阻reRCiC1V1V2u1(a)uoRC ECiC2iC3iC4u2IoV5V6iC5iC6V3V4(b)u2IoV5V6iC5iC6REi

19、EoocRuIiIi2522EoocRuIiIi2622u2不是以雙曲正切函數(shù)自變量的形式不是以雙曲正切函數(shù)自變量的形式出現(xiàn)在輸出電壓表達式中，對出現(xiàn)在輸出電壓表達式中，對u2取值取值沒有限制。沒有限制。TCCCoUuthRiiu2)(165TEcUuthuRR22123.9 kUCC(12 V)RciAiBiC1iC2V1V2V3V4uouxiC5iC3iC4iC6V5V6RyV7V8500500V9500uy6.8 kMC1496iR20I20IUEE(8 V)3.9 kRc1262351414810恒流源恒流源在在 腳間接入負反饋腳間接入負反饋電阻電阻Ry，ux小于小于26 mV時時 y

20、xTycouuURRu加入負反饋電阻Ry以后，uy的動態(tài)范圍可以擴大，但ux的幅度大小仍受限制。Motorola公司公司MC1496/15964.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器1 kMC149651515175050 k7500.1 uc(t)載 波u(t)調(diào) 制 信 號Ma值 調(diào) 節(jié) 8 V6.8 k1 k0.1 1 k3.9 k3.9 k 12 V0.1 uAM(t)信 號 輸 出(或 uDSB)2368101414512MC1496組成的普通調(diào)幅或雙邊帶調(diào)幅電路 X通道兩輸入端、腳直流電通道兩輸入端、腳直流電位為位為6V, 可作為載波輸入通道可作為載波輸入通道Y通道兩輸入端、腳

21、之間外接有調(diào)零電路通道兩輸入端、腳之間外接有調(diào)零電路, 可通過調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)50k電位器使腳電位比腳高電位器使腳電位比腳高UY, 調(diào)制信號調(diào)制信號u(t)與直流電壓與直流電壓UY迭加后輸入迭加后輸入Y通道通道輸出端、輸出端、12腳外應(yīng)接調(diào)腳外應(yīng)接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器諧于載頻的帶通濾波器也可作為雙邊帶調(diào)幅電路也可作為雙邊帶調(diào)幅電路, 區(qū)別在于調(diào)節(jié)電區(qū)別在于調(diào)節(jié)電位器的目的是：使位器的目的是：使Y通道、通道、 腳之間的腳之間的直流電位差為零直流電位差為零, 即即Y通道輸入信號僅為交通道輸入信號僅為交流調(diào)制信號流調(diào)制信號4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管調(diào)幅調(diào)幅電路二極管調(diào)幅o簡單的二極管調(diào)幅電路簡單

22、的二極管調(diào)幅電路在小信號運用的條件下,常把非線性器件的物理特性用冪級數(shù)近似表示。332210)()()()(QQQVvaVvaVvaavfi已知二極管2AP27的伏安特性如圖所示，設(shè)偏置電壓 。電壓變化范圍 00.4 V，試用冪級數(shù)(至少三項)表示在此范圍內(nèi)的特性曲線。VVQ 2 . 0解：解： 2210)()(QQVvaVvaai設(shè)在O點：0iVVvQ 2 . 0在A點：mAi 3 . 00QVvmAi 2 . 1在Q點：VVvQ 2 . 0AQ4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管調(diào)幅調(diào)幅電路二極管調(diào)幅o聯(lián)立可解得：聯(lián)立可解得：2)2 . 0(5 . 7)2 . 0( 33 . 0vvi當v0較小

23、(小信號調(diào)幅)vvvvvvcocD332210332210)coscos()coscos()coscos()()(tVtVatVtVatVtVaavavavaaimccmmccmmccmDDD)3coscos3(41)2cos(21)2cos(21cos23)2cos(21)2cos(21cos23)3coscos3(41)2cos1 (21)cos()cos()2cos1 (21coscos3223322210ttVtttVVtttVVttVatVttVVtVatVtVaaimcccmcmccmcmcccmmccmcmccmmccm展開整理展開整理由av2產(chǎn)生的有用的上下邊頻，故稱平方律調(diào)幅

24、失真的來源4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅o開關(guān)調(diào)幅開關(guān)函數(shù)法開關(guān)調(diào)幅開關(guān)函數(shù)法mcmVV當vc正半周，導通當vc負半周，截止二極管受vc(t) 的控制,工作在開關(guān)狀態(tài)。VVCRLRDS(t)i)(cLDvvRR100 cv0 cv4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅VCS ( t )t)(tS0 costc0 costc10ttttSccc552332221coscoscos)()()()()(1vvtaSvvtSRRiccLD則4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅ttVttVttVtVtVtVatttVtVaicc

25、cmcccmccmccmmccmccmccm)3cos()3cos(32cos4cos3)cos()cos()2cos1 (cos21cos21)3cos32cos221)(coscos( 上式包含 (AM波)，沒有包含 最有害的項，其他成分易于濾除。cc ，2c4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器(AM,DSB,SSB)等效等效p 二極管特性實際是指數(shù)曲線，所以實際單個二極管調(diào)制二極管特性實際是指數(shù)曲線，所以實際單個二極管調(diào)制電路中電路中存在著非線性失真存在著非線性失真。為了減小失真，采用了平衡對。為了減小失真，采用了平衡對消技術(shù)，將兩個完全相同的單個二極管調(diào)制器

26、電路組成平消技術(shù)，將兩個完全相同的單個二極管調(diào)制器電路組成平衡式二極管調(diào)制器。衡式二極管調(diào)制器。4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器vvvcD1)(tSvgiDD11vvvcD2)(tSvgiDD22)3cos32cos221(cos2)(221tttVgtSvgiiiccmDDLttVgttVgtVgccmDccmDmD)3cos()3cos(32)cos()cos(2cos經(jīng)濾波，得到經(jīng)濾波，得到ttVgiccmDL)cos()cos(2圖圖4-5用于產(chǎn)生用于產(chǎn)生AM波波、DSB波、波、SSB波波4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器例

27、：二極管平衡調(diào)制器如圖所示，已知例：二極管平衡調(diào)制器如圖所示，已知 繪出繪出若若 與與 對調(diào)位置對調(diào)位置(1)(1) 若將此電路產(chǎn)生若將此電路產(chǎn)生SSB信號，電路應(yīng)如何變化信號，電路應(yīng)如何變化? ?),( 102cos3VtVvm)( 102cos6VtVvcmc,mcmVV)( 5 . 0 VVcm？ )( tvo？ )( tvocvv4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器)3cos32cos221(cos2)(2: ) 1 (tttVgtSvgiccmDD解解經(jīng)濾波后，輸出電壓vo(t)為：(V) )102cos()102cos(4)(63ttRVgRitvLmD

28、Lo是DSB信號)(tSvgiDDD11vvvcD2cDvvv1: )2()(222cDDDTtSvgi4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器)2()()2()(21cDccDDDTtStSvgTtStSvgiiitttVgtVgccmDccmD3cos34cos4coscosttttSccc552332221coscoscos)(ttmvttVRgtVRgRitvcaocmLDccmLDLocos)cos1 (coscos4cos)(經(jīng)濾波AM 信號；其中cmLDoVRgv cmmaVVm44.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器(3) (3

29、) 通過濾波器產(chǎn)生通過濾波器產(chǎn)生SSB信號信號 Ffc上邊頻：cf下邊頻：Ffc21中心頻率：F帶寬：4.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡調(diào)制器）p為進一步提高調(diào)制器的質(zhì)量、減少失真，可將兩個完全相同的單平衡二極管調(diào)制器組合，再一次對消，構(gòu)成雙平衡二極管調(diào)制器等效等效4.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡調(diào)制器）1Li)(tSvgiiiDL22112Li)(22432cDLTtSvgiiivvvcD3vvvcD4vvvcD1vvvcD24.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡

30、調(diào)制器）ttttSccc552332221coscoscos)()2()(221cDLLLTtStSvgiiittttTtSccccc33222133322212coscos)cos()cos()(ttvgttvgiccmDccDL)cos()cos(43cos34cos42輸出輸出DSB4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 檢波（解調(diào)）：檢波（解調(diào)）：從已調(diào)波中提取，恢復調(diào)制信號振幅檢波器us0tCuo0tkdUm0(直流)kdmaUm0 cost(調(diào)制信號)uo kdUm0(1 ma cost)us Um0(1 ma cost)cosCt0Uo()kdUm0kdmaUm00Us()Um0ma

31、Um0C2maUm02CC(a)(b)振幅檢波振幅檢波(a)AM調(diào)幅波及其頻譜；調(diào)幅波及其頻譜； (b)檢波輸出波形及其頻譜檢波輸出波形及其頻譜4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o包絡(luò)檢波：包絡(luò)檢波：要從AM調(diào)幅波中提取振幅變化的信息，可以首先將AM調(diào)幅波變成單極性信號，之后再從單極性信號中取出它的平均值或峰值1.1.包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 2.2.同步檢波同步檢波檢波檢波方式方式：解調(diào)解調(diào)AM波波解調(diào)解調(diào)AM, DSB, SSB波波大信號峰值包絡(luò)檢波大信號峰值包絡(luò)檢波小信號平方律檢波小信號平方律檢波4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波- -原理原理o 大信號峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器大信號峰值包

32、絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器將單極性信號通過電阻和電容組成的惰性網(wǎng)絡(luò)，取出單極性信號的峰值信息輸入信號振幅較大0.5V；二極管處于受控開關(guān)狀態(tài)峰值包絡(luò)檢波器電路峰值包絡(luò)檢波器電路p 二極管導通，信源二極管導通，信源us對對C充電，充電時常數(shù)充電，充電時常數(shù)約等于約等于RDC ,RDC小，小，C充電快充電快p 二極管截至，電容二極管截至，電容C通過電阻通過電阻RL放電，放電，RLC 大，大，C放電慢放電慢p 對對信號，信號，C 相當開路相當開路p 對對c信號，信號，C 相當短路相當短路1 1CRRCLLcLLcCRRC11通常通常RL510K 4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波- -原理原理峰值包

33、絡(luò)檢波器電路峰值包絡(luò)檢波器電路如果如果us是高頻等幅波，則是高頻等幅波，則u0為直流電壓；為直流電壓；如果如果us是調(diào)幅波，則是調(diào)幅波，則u0隨調(diào)幅波得包絡(luò)線而變化，從而獲隨調(diào)幅波得包絡(luò)線而變化，從而獲得調(diào)制信號，完成檢波作用得調(diào)制信號，完成檢波作用4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o對檢波器的要求對檢波器的要求電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）imamdVmVK越大越好越大越好dK 失真失真線性失真線性失真頻率失真使調(diào)制信號中各頻率分量的比例關(guān)系發(fā)生變化，是由于檢波器帶寬不夠或帶內(nèi)增益的起伏而引起非線性失真非線性失真產(chǎn)生調(diào)制信號的諧波分量和各調(diào)制頻率間的組合頻率分量，是由

34、于檢波特性的非線性而引起4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路中 頻放 大 器uiZin振 幅檢 波 器uo中 頻 調(diào) 諧 回路fsfi 輸入阻抗輸入阻抗檢波器前級是中頻放大器，檢波器的輸入阻抗就是中頻放大器的負載，直接影響中頻放大器的性能。檢波器輸入阻抗中的電抗分量可以歸入中頻放大器的中頻諧振回路，作為回路的一部分考慮；輸入電阻分量直接影響中頻諧振回路的品質(zhì)因數(shù)和放大器負載的輕重。輸入電阻越大，諧振回路品質(zhì)因數(shù)越大，帶寬越窄，放大器負載越輕；檢波器與中頻放大器的級聯(lián)檢波器與中頻放大器的級聯(lián)4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路q檢波效率（電壓傳輸系數(shù)）檢波效率（電壓傳輸系數(shù)）Kd q由于

35、vim 足夠大，二極管的伏安特性折線近似i)(DDDVvg0DDVvDDVv4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o若輸入為等幅波若輸入為等幅波( (載波載波) )，輸出為直流，輸出為直流ocimosDVtVVvvcos)cos()(DocimDDDDVVtVgVvgit當0iimoimDoVVVVVcos或或cosimoVVq 若輸入為調(diào)幅波若輸入為調(diào)幅波AMttmVvcaimscos)cos(1則輸出v0正比于tmVaimcos1二極管峰值包絡(luò)檢波器的電壓傳輸二極管峰值包絡(luò)檢波器的電壓傳輸系數(shù)系數(shù)Kd近似等于近似等于cos 。導通角。導通角 越越小，電壓傳輸系數(shù)越高。小，電壓傳輸系數(shù)越高

36、。4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路通過二極管的電流波形鋸齒形包跡線tVsVo4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路時，當0t)cos1 ()(imDDoimDmVgVVVgI)cos(sin)cos1 ()cos(sinimDmmooVgIII直流量oLoIRV 輸出平均電壓)cos(sincosimDLimVgRVLDRgtg13,63tg當33LDRg得導通角導通角 由二極管的電導由二極管的電導gD和電阻和電阻RL確定，確定，增大負載電阻可提高檢增大負載電阻可提高檢波器的檢波效率波器的檢波效率4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o輸入阻抗輸入阻抗iiinjXRZp 檢波電容檢

37、波電容C很大，對高頻呈現(xiàn)的阻抗近似為零，所以很大，對高頻呈現(xiàn)的阻抗近似為零，所以 Ci很小很小mimimiIVIVR)(11)cos1 (cossin)(1基波電流分解系數(shù)：cos0LmdOimRIKVV：根據(jù)電壓傳輸系數(shù)可得cossin)(tanLiRR26LiRR 時，當增大負載電阻可提高檢波器輸入電阻增大負載電阻可提高檢波器輸入電阻Ri4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o例：檢波電路如圖所示例：檢波電路如圖所示, cos)cos1 (ttmVvcsmsV 5 . 0smV畫出畫出RC兩端，兩端，Rg兩端，兩端，Cg兩端，二極管兩端的電兩端，二極管兩端的電壓波形。壓波形。4.3 4.

38、3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路解解 二極管在二極管在vs負半周導通，因此檢波應(yīng)是調(diào)幅波負半周導通，因此檢波應(yīng)是調(diào)幅波vs 的下包絡(luò)的下包絡(luò)。 scDvvvscDvvv橫坐標上，為二極管導通后的結(jié)果，為一脈沖序列4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o 檢波失真檢波失真檢波特性的非線性引起的失真檢波特性的非線性引起的失真v檢波器輸入為一等幅高頻正弦波時，檢波器輸入為一等幅高頻正弦波時，輸出為直流電壓。輸出直流電壓幅輸出為直流電壓。輸出直流電壓幅度度Vo與輸入高頻電壓幅度與輸入高頻電壓幅度Vim之間之間的關(guān)系叫的關(guān)系叫檢波特性檢波特性。由于二極管的。由于二極管的伏安特性是指數(shù)曲線，二極管的內(nèi)伏安特

39、性是指數(shù)曲線，二極管的內(nèi)阻阻RD隨二極管兩端的電壓隨二極管兩端的電壓uD的增加的增加而減小，因此輸出電壓而減小，因此輸出電壓uo就會隨就會隨RD的減小而增加，檢波特性就會隨輸?shù)臏p小而增加，檢波特性就會隨輸入電壓幅度入電壓幅度Vim的增加而向上翹，的增加而向上翹，DaimDaimVVmVVVmV5 . 0)1 (5 . 0)1 (電阻電阻RL應(yīng)選取足夠大，以減小檢波特性非線性引起的失真應(yīng)選取足夠大，以減小檢波特性非線性引起的失真Uo0UsmRkd 1二極管檢波特性VimV04.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o惰性失真惰性失真(Failure-Follow Distortion)從充放電的觀點來看，

40、增大RL和C 值，可以提高檢波效率和濾波能力。但但RL、C 過大，二極管放電速度跟不上調(diào)幅波過大，二極管放電速度跟不上調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，輸出電壓就會產(chǎn)生失真包絡(luò)的下降速度，輸出電壓就會產(chǎn)生失真。通通常將這種失真稱為惰性失真。常將這種失真稱為惰性失真。4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波ttmVtvcaimScos)cos1 ()(4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 為了避免產(chǎn)生惰性失真，為了避免產(chǎn)生惰性失真，C 通過通過RL放電速度必須大于或等放電速度必須大于或等于包絡(luò)的下降速度。于包絡(luò)的下降速度。11)( ttimttottvtv)cos1 ()(tmVtvaimim1sin)(1tVmtt

41、vimattimp C 通過通過RL放電規(guī)律放電規(guī)律CRttooLeVv11 在Kd1的條件下，t1時刻電容器兩端的電壓Vo1=vim(t1)=Vim(1+macost1)。t1時刻以后二極管截止，電容器放電4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波CRttLottoLeCRVtv11 11CRtmVLaim)cos1 ( 111)(ttottimtvttvA1 cos1sin11tmtmCRaaLq 保證A取最大值時滿足A1q 取A對t1時刻的導數(shù)，并令其為零，可知當cost=-ma時，A取最大值。q得單音調(diào)制時不產(chǎn)生惰性失真的充要條件：aaLmmCR21或ma大,則包絡(luò)線變化快，RLC大，則放電慢，

42、都可能發(fā)生惰性失真4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o負峰切割失真（割底失真）負峰切割失真（割底失真）由圖可知，檢波器的直流負載ZL(j0)和交流負載ZL(j )為檢波器和下級放大器連接時，采用下圖所示電路。CC為耦合電容，以避免vo(t) 中的直流分量影響下級放大器的靜態(tài)工作點。 CC為隔直電容，Rg為下一級輸入阻抗LLRjZ)( 0gLLRRjZ/)(4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波)0()(LLZjZttmVvcaimscos)cos1 (tVVtvmoocos)(則tIIimoAVcos輸出電流平均值其中LoLooRVZVI)(0gLmLmmRRVjZVI/)(二極管具有單向?qū)щ娦?，則i

43、AV需為正值，即若 ，則iAV在一段時間內(nèi)變?yōu)樨撝?，二極管截止，檢波器不能正常充放電，不能跟隨包絡(luò)變化，從而產(chǎn)生負峰產(chǎn)生負峰值切割失真值切割失真omII0IIm4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波負峰切割失真圖負峰切割失真圖4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波tVsVtV m要使檢波器不產(chǎn)生負峰切割失真，需滿足omII)()(oZVZVLoLm即：1dK若imoVV imamVmV gLgLLaRRRZZm)()(0為了避免出現(xiàn)負峰切割失真，在設(shè)計檢波器為了避免出現(xiàn)負峰切割失真，在設(shè)計檢波器時應(yīng)盡量使檢波器的時應(yīng)盡量使檢波器的交流負載阻抗接近于直交流負載阻抗接近于直流負載阻抗流負載阻抗ma過大，也容易

44、發(fā)生割底失真過大，也容易發(fā)生割底失真4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o在實際電路中，可以采取各種措施來減少交、直流阻抗值的差別。svBv1CCC2C1LR2gR2LR221/)(gLLLRRRZ交：21)0(LLLRRZ直：4.44.4同步檢波（相干檢波）同步檢波（相干檢波）（Synchronous Detector）o主要用來解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)幅主要用來解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)幅 (DSB、SSB)有兩種實現(xiàn)電路：有兩種實現(xiàn)電路：乘積型乘積型疊加型疊加型4.4 4.4 同步檢波同步檢波o乘積檢波電路乘積檢波電路 低通濾波器低通濾波器svrvvov)2cos1 (cos21coscos2ttVVttVVvvvcimrmcimrmsrtVKVvimrmocos21經(jīng)低通濾波器：）（DSBttVvcims