高頻電子電路5.32~5.4課件

1VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1

在平衡電路的基礎(chǔ)上，再增加兩個(gè)二極管D3、D4，使電路中四個(gè)二極管首尾相接。T1的初、次級匝數(shù)比為1:2，T2的2:1，T3的1:1。

1.

電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成環(huán)形。

設(shè)：（3）二極管環(huán)形電路實(shí)現(xiàn)DSB信號(hào)則有

VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1+uL-uΩ+-uΩ+-uΩ+-+

-uc+

-uc22.

工作原理分析當(dāng)時(shí)，平衡電路I在負(fù)載回路中產(chǎn)生的電壓為：時(shí)，平衡電路II在負(fù)載回路中產(chǎn)生的電壓為：當(dāng)

而其中：那么在一個(gè)周期內(nèi)平衡電路I、II在負(fù)載RL上產(chǎn)生的電壓為：3式中稱為雙向開關(guān)函數(shù)。的付里葉級數(shù)展開式為：而有

的頻率成份：只有組合頻率性能更接近理想乘法器。3ωc-Ω3ωc+Ωωc-Ωωc+Ω經(jīng)濾波后的輸出電壓：

T2的次級輸出電壓為：tS(t)uc(t)t1-15.5(29)5.5(8)42.集成模擬乘法器調(diào)幅電路

用集成模擬相乘器來實(shí)現(xiàn)各種調(diào)幅，電路簡單，性能優(yōu)越且穩(wěn)定，調(diào)整方便，利于設(shè)備的小型化。

R151ΩR6RW50kΩ21kΩ3.9kΩ1kΩC2C2uo-EE=-8V964178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21kΩ51Ω51Ω6.8kΩ750Ω750Ω3.9kΩ1）MC1596構(gòu)成的調(diào)幅電路RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EEX通道兩輸入端8腳和7腳直流電位相同，Y通道兩輸入端1腳和4腳之間接有調(diào)零電路

可通過調(diào)節(jié)電位器RW，使1腳電位比4腳高Uo，相當(dāng)于在1、4腳之間加了一個(gè)直流電壓Uo，以產(chǎn)生普通調(diào)幅波

AM。

實(shí)際應(yīng)用中，高頻載波電壓uc加到X輸入端口，調(diào)制信號(hào)電壓uΩ及直流電壓Uo加到Y(jié)輸入端口，從6腳單端輸出AM信號(hào)。5R151ΩR6RW50kΩ21kΩ3.9kΩ1kΩC2C2uo-EE=-8V964178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21kΩ51Ω51Ω6.8kΩ750Ω750Ω3.9kΩ若則AM調(diào)幅DSB調(diào)幅62)BG314構(gòu)成的調(diào)幅電路

RLuxuy13kΩIox10kΩ28.2kΩR11141294Rw8133R13R37-EE=-15V+15V561011IoyEC=15V-15V10kΩRwxRwy2kΩ2kΩRxRyBG314（MC1595）8.2kΩ10kΩ10kΩ10kΩ6.8kΩ3.3kΩCLN1N2uo8腳附加補(bǔ)償調(diào)零電壓UXIS，12腳除附加補(bǔ)償零電壓UYIS,還加上直流電壓-U0。ux=uc=Ucmcosωctuy=uΩ-(-Uo)=Uo+UΩmcosΩt

若2、14腳兩端外接LC諧振回路的等效諧振電阻為RL

，則2(或14)腳與地之間的負(fù)載為RL

由式(4-50)可推出變壓器次級回路輸出的調(diào)幅波電壓為：

如果uy=uΩ=UΩmcosΩt

AM調(diào)幅DSB調(diào)幅7這種調(diào)制是在高頻功率放大器中進(jìn)行的，通常分為：AM信號(hào)大都用于無線電廣播，因此多用高電平調(diào)制。5.3.2高電平調(diào)幅電路

基極調(diào)幅(BaseAM)集電極調(diào)幅電路(CollectorAM)8集電極電流為尖頂余弦脈沖RbCbVTCCcT1T2T3Libo

電路中Cb為高頻旁路電容；Cc對高頻旁路，而對低頻調(diào)制信號(hào)呈高阻抗；Rb為基極自給偏壓電阻。放大器工作在丙類狀態(tài)，集電極電路中除直流電壓EC外，還串有調(diào)制信號(hào)集電極有效動(dòng)態(tài)電源為：

+uc-+uΩ-+uo-+ECUC(t)1.集電極調(diào)幅電路

臨界過壓欠壓ECuΩ(t)UC(t)iC1m(t)icicuCEEcuΩ(t)ic

tiC1

tUc(t)

tuBEmax晶體管工作于過壓狀態(tài)第二章2.3（14）9VTT1T2LCLBC1Ce1Ce2CCC2C3C4CReR1R2

在基極調(diào)幅電路中：LC高頻扼流圈，LB低頻扼流圈，Ce1、Ce2、C2、C3、C4、CC

高頻旁路電容，Re射極偏置電阻。低頻調(diào)制信號(hào)uΩ(t)通過耦合電容C1加在電感線圈LB上。電源EC經(jīng)R1、R2分壓為基極提供直流偏置電壓UBO

，即基極有效動(dòng)態(tài)偏壓為：基極調(diào)幅電路的調(diào)幅效率較低，輸出波形較差，但所要求基極輸入調(diào)制信號(hào)的功率較小。ECUBO+-+uc-+uΩ-+uo-UB(t)2.基極調(diào)幅電路

icuCEuBO臨界過壓欠壓UBouΩ(t)UB(t)ic1m(t)uCE

tic1

tic

tuΩ(t)ic晶體管工作于欠壓狀態(tài)105.3一個(gè)調(diào)幅發(fā)射機(jī)的載波輸出功率為5kW，ma=70%,被調(diào)級的平均效率為50%。試求：（1）邊頻功率；（2）電路為集電極調(diào)幅時(shí)，直流電源供給被調(diào)級的功率；（3）電路為基級調(diào)幅時(shí)，直流電源供給被調(diào)級的功率。解：(1)（2）集電極調(diào)幅（3）基級調(diào)幅,則5.1(10)11解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過程。從頻譜上看，解調(diào)也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過程，是將高頻(中頻）端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過程是和調(diào)制過程相對應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對應(yīng)于不同的解調(diào)方法。振幅調(diào)制過程：

解調(diào)過程

AM調(diào)制

DSB調(diào)制

SSB調(diào)制包絡(luò)檢波：

同步檢波：

峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波

乘積型同步檢波

疊加型同步檢波

5.4調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

5.4.1調(diào)幅解調(diào)（頻率變換）的方法

1包絡(luò)檢波

t調(diào)幅波調(diào)幅波（高）頻譜ωc+Ωωc-Ωωcω輸出信號(hào)（低）頻譜Ωω包絡(luò)檢波輸出t

非線性電路低通濾波器t調(diào)幅波t調(diào)幅波t調(diào)幅波包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t5.5(28)調(diào)幅波（中）頻譜ωI+ΩωI-ΩωIω或12

由于DSB和SSB信號(hào)的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)，不能用包絡(luò)檢

波器，只能用同步檢波器，但需注意同步檢波過程中，為了正常解調(diào)，必須恢復(fù)載波信號(hào)，而所恢復(fù)的載波必須與原調(diào)制載波同步（即同頻同相）。

乘法器低通濾波器uDSBuc'

u'Ω2同步檢波包絡(luò)檢波器

加法器uDSBuc'u'ΩuAM解調(diào)載波乘積型疊加型13

當(dāng)檢波電路的輸入信號(hào)為高頻等幅波，即ui(t)=Uimcosωct時(shí)，Kd定義為輸出直流電壓Uo與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即

(1)電壓傳輸系數(shù)Kd

3.檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)

是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。

當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波ui(t)=Uim(1+macosΩt)cosωct時(shí)，Kd定義為輸出低頻信號(hào)Ω分量的振幅UΩm與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅maUim的比值，即

(2)等效輸入電阻Rid

因?yàn)闄z波器是非線性電路，Rid的定義與線性放大器是不相同的。Rid定義為輸入高頻等幅電壓的振幅Uim，與輸入端高頻脈沖電流基波分量的振幅之比，即

(3)非線性失真系數(shù)Kf

式中，UΩ、U2Ω、U3Ω…分別為輸出電壓中調(diào)制信號(hào)的基波和各次諧波分量的有效值。

(4)高頻濾波系數(shù)F

檢波器輸出電壓中的高頻分量應(yīng)該盡可能的被濾除，以免產(chǎn)生高頻寄生反饋，導(dǎo)致接收機(jī)工作不穩(wěn)定。

高頻濾波系數(shù)的定義為，輸入高頻電壓的振幅Uim與輸出高頻電壓的振幅Uom的比值，即在輸入高頻電壓一定的情況下，濾波系數(shù)F越大，則檢波器輸出端的高頻電壓越小，濾波效果越好。通常要求F≥(50～100)。

非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)Kf表示。當(dāng)輸入信號(hào)為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為

145.4.2二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器

1.大信號(hào)包絡(luò)檢波的工作原理

(1)電路組成

ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd它是由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。

RC低通濾波電路有兩個(gè)作用：

①對低頻調(diào)制信號(hào)uΩ來說，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。②對高頻載波信號(hào)uc來說，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。

理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為:

151.大信號(hào)(0.5—1V)包絡(luò)檢波的工作原理(2)工作原理分析

+

uD-+-uoiduD=ui-uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd

當(dāng)輸入信號(hào)ui(t)為調(diào)幅波時(shí)，那么載波正半周時(shí)二極管正向?qū)ǎ斎敫哳l電壓通過二極管對電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)為rdC。因?yàn)閞dC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓uo(t)很快增長。

作用在二極管VD兩端上的電壓為ui(t)與uo(t)之差，即uD=ui-uo。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于uD

當(dāng)uD=ui-uo>0，二極管導(dǎo)通；當(dāng)uD=ui-uo<0

，二極管截止。

ui(t)達(dá)到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當(dāng)ui(t)=uo(t)，即uD=ui-uo=0時(shí)，二極管VD截止。C把導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的電荷通過R放電。因放電時(shí)間常數(shù)RC較大，放電較緩慢。

檢波器的有用輸出電壓：uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)tididi充i充i放i放+-+-2916而檢波器的實(shí)際輸出電壓為：uo(t)+Δuc=uΩ(t)+UDC+Δuc當(dāng)電路元件選擇正確時(shí)，高頻紋波電壓Δuc很小，可以忽略，輸出電壓為：

uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低頻調(diào)制分量。

圖(a)：電容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔離，輸出信號(hào)為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號(hào)uΩ，一般常作為接收機(jī)的檢波電路。

圖(b)：電容Cφ的旁路作用，交流分量uΩ(t)被電容Cφ旁路，輸出信號(hào)為直流分量UDC，一般可作為自動(dòng)增益控制信號(hào)（AGC信號(hào)）的檢測電路。

UDCuΩ(t)Δuctuo(t)ui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)t

峰值包絡(luò)檢波器的應(yīng)用型輸出電路

+-UDC（b）ui+-CVDRφRCφ+-uoui+-CVDRL+-uΩRCd+UDC

-+-uo（a）17若設(shè)輸入信號(hào)輸出信號(hào)為,則加在二極管兩端的電壓uDiDuoUimθ如果以右圖所示的折線表示二極管的伏安特性曲線（注意在大信號(hào)輸入情況下是允許的），則有：當(dāng)時(shí)有：可見有兩部分：低頻調(diào)制分量：其中：直流分量：(1)電壓傳輸系數(shù)Kd

（檢波效率）定義：2.

電路主要性能指標(biāo)

+uD-ui+-CVDR+-uo有為電流導(dǎo)通角。其中另外，還可以證明導(dǎo)通角的表達(dá)式：而當(dāng)很大時(shí)，(如>50)代入上式可得：18（2）檢波的等效輸入電阻

峰值檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級的負(fù)載，故其輸入阻抗對前級的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是峰值檢波器的主要缺點(diǎn)。討論：①當(dāng)VD和R確定后，θ即為恒定值，與輸入信號(hào)大小無關(guān)，亦即檢波效率恒定，與輸入信號(hào)的值無關(guān)。表明輸入已調(diào)波的包絡(luò)與輸出信號(hào)之間為線性關(guān)系，故稱為線性檢波。

則輸出信號(hào)為：②

當(dāng)?shù)硐胫狄话惝?dāng)，一般計(jì)算方法為：當(dāng)輸入信號(hào)為：

檢波器的輸入電阻Rid是為研究檢波器對其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，Rid是對載波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量。若設(shè)輸入信號(hào)為等幅載波信號(hào)+-uo中放末級RsVDRCsCLsisRid+-uiKdUimui(t)t

忽略二極管導(dǎo)通電阻rd上的損耗功率，由能量守恒的原則，檢波器輸入端口的高頻功率

全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻R上消耗的功率

即有

又因Kd=cosθ≈1

所以

5.5(29)直流電壓19(1)

惰性失真(對角線失真）會(huì)造成輸出波形不隨輸入信號(hào)包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。

在二極管峰值型檢波器中，存在著兩種特有失真：

惰性失真

底部切割失真3.

檢波器的失真

一般為了提高檢波效率和濾波效果（C越大，高頻波紋越小），總希望選取較大的R、C值，但如果R、C取值過大，使R、C的放電時(shí)間常數(shù)所對應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)(AM)包絡(luò)下降速度時(shí)，(2)產(chǎn)生惰性失真的原因：

輸入AM信號(hào)包絡(luò)的變化率>RC放電的速率(3)避免產(chǎn)生惰性失真的條件：

在任何時(shí)刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化率，即tui(t)與uc(t)uc(t)ui(t)20另外，在二極管截止瞬間，電容兩端所保持的電壓近似等于輸入信號(hào)的峰值。即若設(shè)輸入信號(hào)AM信號(hào)：包絡(luò)信號(hào)為：在t1時(shí)刻包絡(luò)的變化率:那么電容C通過R放電的電壓關(guān)系為：

時(shí)刻不產(chǎn)生惰性失真的條件為：所以要求在(4)分析：則有：實(shí)際上不同的，和下降速度不同。為在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值取最大時(shí)仍有故令:可解得：有

實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶(Ωmin～Ωmax)，并且各頻率分量所對應(yīng)的調(diào)制系數(shù)ma也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)該用最大調(diào)制度mmax和最高調(diào)制頻率Ωmax來檢驗(yàn)有無惰性失真，其檢驗(yàn)公式為即：可見，ma、Ω越大，信號(hào)包絡(luò)變化越快，要求RC的值就應(yīng)該越小。21

Uim(1-ma)(2)底部切割失真1)原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器與后級低頻放大器的連接如圖所示，為能有效地傳輸檢波后的低頻調(diào)制信號(hào)，要求：Uim

UR二極管截止，檢波輸出信號(hào)不跟隨輸入調(diào)幅波包絡(luò)的變化而產(chǎn)生失真。當(dāng)UR>

Uim(1-ma)UR或

通常Cd取值較大(一般為5～10μF)，在Cd兩端的直流電壓UDC，大小近似等于載波電壓振幅UDC=KdUim

UDC經(jīng)R和RL分壓后在R上產(chǎn)生的直流電壓為：

由于UR對檢波二極管VD來說相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會(huì)影響二極管的工作狀態(tài)。

在輸入調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)半周峰值處可能會(huì)低于UR,

顯然，RL越小，UR分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，ma值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的振幅maUim越大，調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值Uim(1-ma)越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。

后級放大器ui+-CRLRVDCd+UDC

-+-UR+uΩ(t)-

要防止這種失真，必須要求調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值Uim(1-ma)

大于直流電壓UR。即避免底部切割失真的條件為：

式中，RΩ=RL//R為檢波器輸出端的交流負(fù)載電阻，而R為直流負(fù)載電阻。因此必須限制交、直流負(fù)載的差別。

22一般：

(1)

回路有載要大：這應(yīng)該從選擇性及通頻帶的要求來考慮。為高頻載波周期(2)

為了保證輸出的高頻紋波小要求：

或4.檢波器設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的選擇

(3)

為了減少輸出信號(hào)的頻率失真（若輸出信號(hào)為一個(gè)低頻限帶信號(hào)）要求：

ΩminΩmax(4)

為了避免惰性失真：要求：(5)

為了避免底部切割失真：或+-uΩ中放末級RidRLCVDRCsLsRsisCd低頻信號(hào)中的高頻部分不要被C旁路了23+-ui+-uiVDRCui+-Crd+-ui+-uiVDR2C2CRLRVDCd+-限制交、直流負(fù)載的差別的措施

一般較小C12425

疊加型乘積型同步檢波器可分為：三﹑同步檢波(SynchronousDetection)注意：兩種檢波器都需要在接收端恢復(fù)載波1.

乘積型乘法器低通濾波器uDSBu'c

本地載波uΩ(t)設(shè)輸入已調(diào)波：

而恢復(fù)的本地載波為：

則相乘器輸出為：則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號(hào)為：令本地載波DSB信號(hào)26討論：(1)當(dāng)恢復(fù)的本地載波與發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相）則有：無失真將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(2)若本地載波與調(diào)制載波有頻差，即：即引起振幅失真。