高頻電子線路第四章

4.4

振幅調(diào)制與解調(diào)電路4.4.1

振幅調(diào)制電路地位：無線電發(fā)射機的重要組成部分。

分類(按功率高低)：

(1)

高電平調(diào)制：調(diào)制置于發(fā)射機的末端，產(chǎn)生大功率的已調(diào)信號。

(2)低電平調(diào)制：調(diào)制置于發(fā)射機的前端，產(chǎn)生小功率的已調(diào)信號，再通過多級線性功率放大器放大。

高電平調(diào)制低電平調(diào)制一、高電平調(diào)幅電路

1.優(yōu)點：可不必采用效率較低的線性功率放大器，使發(fā)射機整機效率高。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!

3.電路：多采用高效率的丙類諧振功放，包括：

(1)集電極調(diào)幅電路：根據(jù)諧振功率放大器的集電極調(diào)制特性，調(diào)制信號加到集電極上；

(2)基極調(diào)幅電路：根據(jù)諧振功率放大器的基極調(diào)制特性，調(diào)制信號加到基極上；

(3)復合調(diào)幅電路：將調(diào)制信號同時加到集電極和基極上，以提高調(diào)制線性。2.要求：(1)

要達到所需調(diào)制線性。(2)高效率地輸出足夠大的已調(diào)信號功率。

二、低電平調(diào)制電路1.用途：主要用來實現(xiàn)雙邊帶和單邊帶調(diào)制

2.要求：調(diào)制線性好，載波抑制能力強，功率和效率的要求是次要的。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!載波抑制能力的強弱可用載漏（輸出泄漏的載波分量低于邊帶分量的分貝數(shù)）表示，分貝數(shù)越大，載漏就越小。

3.種類：前介紹的各種乘法器均可構(gòu)成性能優(yōu)良的平衡調(diào)制器，例1596、AD630平衡調(diào)制器等。

實用的低電平調(diào)制電路不再作討論。下面僅討論：4.采用濾波法的單邊帶發(fā)射機(1)原理采用濾波法的技術難度與載波頻率的高低密切相關。例如，假設調(diào)制信號的最低頻率為100Hz，若

①

載波頻率為2000kHz，則雙邊帶調(diào)制信號的兩個邊頻分別為

2000.1kHz和1999.1kHz，兩邊頻間隔為0.2

kHz。取上邊頻，兩邊頻的相對間隔為(0.2/2000.1)×100%=0.01%；

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!平衡調(diào)制器第一混頻器第二混頻器本振頻率(kHz)相對頻率間隔邊帶最小頻率間隔(kHz)100(載波)2000260000.2200.24200.20.2%9.4%14.9%高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!一、工作原理

1.電路

類似二極管整流電路，由

D和低通濾波器

RLC相串接構(gòu)成。2.原理特點：檢波二極管與負載RL相串聯(lián)

輸入調(diào)幅信號：vS(t)=Vmc(1+Macost)cosct，若其值足夠大，可設二極管伏安特性用在原點轉(zhuǎn)折的兩段折線逼近。

(1)D導通時，vS向

C充電，τ充=RDC；

(2)D截止時，

C向

RL放電，τ放=RLC；充放電達到動態(tài)平衡后，輸出電壓便將穩(wěn)定在平均值

vAV上下按角頻率

c

作鋸齒狀波動(a)。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!原理上，D起著受載波電壓控制的開關作用。實際上，受

RLC電壓反作用，D僅在載波一個周期中接近正峰值的一段時間(vS>vC)內(nèi)導通(開關閉合)，而在大部分時間內(nèi)截止(開關斷開)。(1)D的作用

RLC↑→C向

RL的放電速度↓→

C的泄放電荷量↓→D導通時間↓→鋸齒波動↓→vAV

增大。

為提高檢波性能，RLC

的取值應足夠大，滿足和

RL>>RD的條件。這時，根據(jù)上述討論可以認為，VAV

Vm，即檢波電壓傳輸系數(shù)

d趨于

1，而疊加在

vAV上的殘余高頻(輸出紋波)電壓趨于

0。(2)D導通與截止時間與RLC大小有關。高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!設輸入高頻等幅電壓

vS(t)=Vmcosct，則檢波器從輸入信號源獲得的高頻功率為

Pi=/2Ri

輸出平均功率設D導通時間很短，i在

RD

上消耗的功率可以忽略，故

PL

Pi，又VAV

Vm（檢波電壓傳輸系數(shù)

d趨于

1

），由此可得：(2)Ri的求法：可近似從能量守恒原理求得。

(3)Ri的作用：使中頻諧振回路的諧振電阻由

R1減小到(R1//Ri)，因此，

iS

在諧振回路產(chǎn)生的高頻電壓振幅由未接檢波時的下降到接檢波后的

Vm。顯然

Ri越小，Vm也就越小于

，稱負載效應。高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!三、并聯(lián)型二極管包絡檢波電路1．電路

C：負載電容，兼作中頻放大器和檢波器之間的隔直電容，

RL：負載電阻，與二極管并接，故稱之為并聯(lián)型電路。

2．原理（與串聯(lián)型相同）當

D導通時，vS通過

D向

C

充電，充電常數(shù)為

RDC；當

D

截止時，C

通過

RL

放電，放電常數(shù)為

RLC。動態(tài)平衡后：

(1)C

上產(chǎn)生與串聯(lián)型電路相類似的鋸齒狀波動電壓

vC，該電壓的平均值為

vAV。（電流，“負半周輸出”）特點：中放-檢波工作點隔離高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!

②

實際電路：均外加正向偏置電壓(或電流)，克服

VD(on)

的影響。在這種情況下，工程上，可認為輸入高頻電壓振幅大于500mV以上就能保證二極管檢波器工作在大信號檢波狀態(tài)。(2)小信號檢波

①

條件：vS

振幅

Vm

足夠小(幾～十幾mV)，此時，二極管應設有很小的偏置電流。②

分析：二極管伏安特性采用冪級數(shù)逼近，即i=a0+a1vD+a2+….

這時，二極管在整個高頻周期內(nèi)導通，檢波器從信號源獲得到高頻功率大部分消耗在

RD上，加到二極管上的電壓

vD

vS(t)=Vmcosct，將它帶入

i的展開式：高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!檢波器獲得到高頻功率大部分消耗在

RD上，因而可近似認為即

Ri

RD，其值小于大信號檢波(Ri

RL)時的數(shù)值。由于小信號檢波存在上述缺點，故接收機中先將輸入信號放大再進行檢波，以保證工作在大信號檢波狀態(tài)。

在有效值電壓表等測量儀器中，利用小信號檢波的平方律特性，可以方便地測出被測信號的有效值電壓。在這類儀器中，小信號檢波獲得廣泛應用。

五、二極管包絡檢波電路中的失真

為保證檢波器不失真，檢波器輸入調(diào)幅電壓

vS須足夠大，使檢波器始終工作在大信號檢波狀態(tài)。高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!1．惰性失真(1)產(chǎn)生原因增大

RL和

C

值，可提高檢波電壓傳輸系數(shù)和高頻濾波能力。但過大，二極管截止期間

C通過

RL的放電速度過慢，跟不上輸入調(diào)幅波包絡的下降速度，輸出電平就會產(chǎn)生惰性失真。(2)

避免產(chǎn)生惰性失真的條件高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!2．負峰切割失真(1)

檢波器的交直流負載檢波器與下級放大器連接采用

阻容耦合電路，避免

vAV中的直流分量

VAV影響下級放大器的靜態(tài)工作點。

CC

：

隔直電容，要求它對

呈交流短路；

Ri2：下級電路的輸入電阻。檢波器的交流負載：

ZL(j)RL//Ri2直流負載：ZL(0)=RL說明在這種檢波電路中，ZL(j)ZL(0)，且

ZL(j)

ZL(0)(2)負峰切割失真高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!

（Vm0－MaVm0）≥VRL②

異常情況——有負峰切割若Ma較大，可能在t1-t2內(nèi)，包絡電壓Vm＜VRL，D截止，低部出現(xiàn)切割失真，故稱負峰切割失真，直到包絡電壓Vm＞VRL，D重新通。

Ma越大，或Ri2越小，失真越大③

避免負峰切割失真的條件

可見，交直流電阻越接近，不產(chǎn)生負峰切割失真所允許的

Ma值就越接近于

1。負峰切割失真高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!2.電路：相乘器+低通二極管包絡檢波*3.原理：vS與vr疊加，合成為普通調(diào)幅信號例：單音調(diào)制的雙邊帶調(diào)制若Vrm＞Vm0，Ma＜1，合成了不失真的調(diào)幅信號，可通過包絡檢波器檢波。

4.同步檢波的關鍵：產(chǎn)生與載波同頻同相的同步信號

(1)對雙邊帶，可從調(diào)制信號取出例：雙邊帶調(diào)制信號：高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!

相對間隔越大，濾波器就越容易實現(xiàn)。故單邊帶發(fā)射機在低載波頻率上產(chǎn)生單邊帶信號，而后用混頻器將載波頻率提升到所需的載波頻率上。

(2)組成

②

載頻減小為

50kHz，上、下邊頻間隔仍為0.2kHz，則兩邊頻的相對間隔為(0.2/50.1)×100%=0.4%。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!

兩混頻器的輸出濾波器很容易取出所需分量，濾除無用分量。在某些單邊帶發(fā)射機中，為了使接收機便于產(chǎn)生同步信號，還發(fā)射低功率的載波信號，稱為導頻信號，這個信號直接由100kHz的振蕩信號通過載波抑制器衰減(10～30)dB后疊加在單邊帶調(diào)制信號上。

普通調(diào)幅波，其載波分量未被抑制掉，可直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，勿須另加同步信號，稱包絡檢波器。4.4.2

二極管包絡檢波電路最常用的檢波器：二極管包絡檢波器（在集成電路中，主要采用三極管射極包絡檢波電路)。高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

電流

i

為高度按輸入調(diào)幅信號包絡變化的窄脈沖序列，如圖(b)所示。

即vAV=VAV+Vmcost

且其值與輸入調(diào)幅信號包絡

Vm0(1+Macost)成正比：

VAV=dVm0，Vm=dMaVm0d：檢波電壓傳輸系數(shù)(檢波系數(shù))，恒小于1。二極管包絡檢波3.討論高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!二、輸入電阻1．等效電路檢波器前有中頻放大器，如等效電路(b)：

iS和

L1C1R1—中頻放大器折算到檢波器輸入端的等效電流源和輸出諧振回路(調(diào)諧在

c)。2．負載效應檢波器作為中頻放大器的輸出負載，可以用檢波輸入電阻

Ri來表示這種負載效應。

(1)Ri定義：輸入高頻電壓振幅對二極管電流

i中基波分量振幅的比值。高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

(4)負載效應的抑制：減小負載效應，須增大

Ri，即增大

RL。但增大

RL，受檢波器惰性失真(下面介紹)的限制。解決辦法：采用三極管射極包絡檢波電路。

原理：

(1)發(fā)射結(jié)等效檢波二極管；

(2)輸入電阻比二極管檢波器增大了(1+)倍(該檢波電路廣泛應用于在集成電路中)。

可見，二極管包絡檢波器的輸入電阻Ri

與輸出負載電阻

RL直接相關。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!

(2)

輸出電壓

vO中還包括(直接通過

C在輸出端產(chǎn)生的)高頻電壓，故檢波后需加低通濾波器，濾除高頻成份。

Ri值：根據(jù)能量守恒原理，實際加到檢波器中的高頻功率，一部分直接消耗在

RL上，一部分轉(zhuǎn)換為有用的輸出平均功率，即當

VAVVm

時，輸入電阻比串聯(lián)型電路小。四、大信號檢波和小信號檢波(1)

大信號檢波（包絡檢波）

①

條件：二極管伏安特性可用原點轉(zhuǎn)折的兩段折線逼近（即輸入電壓足夠大，二極管工作在導通區(qū)和截止區(qū)時）故二極管包絡檢波的這種工作狀態(tài)稱為大信號檢波。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!

其中，所需的平均分量

IAV由二次方項產(chǎn)生，其值為a2Vm2/2，相應的輸出平均電壓

VAV也與

Vm

的平方成正比，故稱之為平方律檢波。

③

討論——缺點平方律檢波，輸出平均電壓

VAV與

Vm

的平方成正比，故不能正確反映輸入調(diào)幅波的包絡變化而產(chǎn)生非線性失真。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!設

vS(t)=Vm0(1+Macost)cosct則包絡的最小值

Vm0(1－Ma)

應大于大信號檢波時所需的電壓值。當二極管的導通電壓

VD(on)

由外加偏置電壓予以克服時，該電壓應在

500mV

以上。因而這種情況下，保證大信號檢波的條件為Vm0(1-Ma)500mV其次，當輸入為復雜信號調(diào)制的調(diào)幅波時，若設最高調(diào)制頻率為

Fmax，為了不產(chǎn)生失真，

RLC

的低通濾波器帶寬應大于

Fmax。除此之外，當解調(diào)調(diào)幅波時，如果電路參數(shù)選擇不當，二極管包絡檢波器還會產(chǎn)生惰性失真和負峰切割失真。

高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!內(nèi)，C通過

RL的放電速度大于等于包絡的下降速度，即(4-4-6)為了避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個高頻周期可推得單音調(diào)制時不產(chǎn)生惰性失真的充要條件：(3)分析

Ma和

越大，包絡的下降速度越快，不產(chǎn)生惰性失真所要求的

RLC

值必須越小。多音調(diào)制時，作為工程估算，和

Ma

應取其中的最大值。一般按

maxRLC≤1.5計算

。惰性失真高頻電子線路第四章共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!