高頻電子線路第5章課件

14三月2024高頻電子線路第5章5.1振幅調(diào)制的基本原理在無線電通信系統(tǒng)中，將信號(hào)從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，信號(hào)的原始形式一般不適合傳輸，必須進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，所謂調(diào)制是將需要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩信號(hào)（載波）上去的過程。在接收端收到了已調(diào)波信號(hào)后，需要將載波去掉，還原成原有的信息，即調(diào)制信號(hào)，這個(gè)過程是與調(diào)制相反的過程，稱為解調(diào)。調(diào)制可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制，簡稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，分別對(duì)應(yīng)的解調(diào)有檢波、鑒頻和鑒相。無線電通信發(fā)射機(jī)的組成框圖振蕩器高頻放大器調(diào)制倍頻話筒調(diào)制信號(hào)放大器載波uc調(diào)制信號(hào)uΩ已調(diào)波uAM5.1.1普通調(diào)幅波所謂調(diào)制，就是使幅度、頻率、或相位隨調(diào)制信號(hào)的大小而線性變化的過程。分別稱為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制，簡稱調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。解調(diào)是調(diào)制的相反過程，即從已調(diào)波信號(hào)中恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的過程。與調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相相對(duì)應(yīng)，有振幅解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，簡稱檢波、鑒頻和鑒相。正弦波一般可表示為：1.AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)：單音調(diào)制信號(hào)載波調(diào)幅信號(hào)（已調(diào)波）包絡(luò)函數(shù)包絡(luò)函數(shù)稱為調(diào)幅度、調(diào)幅指數(shù)或調(diào)制系數(shù)。kf為比例系數(shù)，稱為調(diào)制靈敏度。2.調(diào)幅信號(hào)的波形過調(diào)幅失真包絡(luò)函數(shù)：包絡(luò)的振幅為：調(diào)制度包絡(luò)振幅載波振幅載波分量上邊帶分量下邊帶分量電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖3.AM調(diào)幅波的頻譜及帶寬單音調(diào)幅波頻譜寬度等于調(diào)制信號(hào)頻率的二倍即2)多音調(diào)幅波的頻譜頻譜寬度是最高頻率的二倍即：電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖將單音調(diào)幅波電壓加到電阻RL兩端，得調(diào)幅波各頻率分量在RL上消耗的功率分別是：⑴載波功率⑵上下邊帶功率4.AM調(diào)幅波的功率分配⑴載波功率⑵上下邊帶功率結(jié)論：能量傳送時(shí)，由AM傳送改為邊帶傳送可節(jié)約能量。怎樣能抑制掉載波，只保留兩個(gè)邊帶呢？當(dāng)Ma最大為1時(shí)，邊帶功率只占整個(gè)調(diào)幅波功率的1/3。5.實(shí)現(xiàn)AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)模型在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制掉，就可形成雙邊帶信號(hào)。DSB波數(shù)學(xué)表達(dá)式：5.1.2雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）DSB波的波形與頻譜：雙邊帶調(diào)制波的上下邊帶包含的信息相同，兩個(gè)邊帶發(fā)射是多余的，為節(jié)省頻帶，提高系統(tǒng)的功率和頻帶的利用率，常采用單邊帶調(diào)制系統(tǒng)。SSB的數(shù)學(xué)表達(dá)式上邊帶下邊帶5.1.3單邊帶調(diào)幅信號(hào)（SSB）SSB的波形圖與頻譜圖調(diào)幅過程是把調(diào)制信號(hào)的頻譜從低頻搬移到載頻的兩側(cè)，搬移過程中，頻譜的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，屬于頻譜的線性搬移。高電平調(diào)制（主要用于AM波）基極調(diào)制二極管調(diào)制器晶體管調(diào)制器集成模擬調(diào)制器調(diào)制方法分類低電平調(diào)制（用于AM、DSB、SSB、FM波）集電極調(diào)制相乘器5.2振幅調(diào)制電路若一個(gè)非線性電路有兩個(gè)不同頻率的交流信號(hào)同時(shí)輸入，如果其中一個(gè)交流信號(hào)的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于另一個(gè)交流信號(hào)的振幅時(shí)，可以采用下面介紹的線性時(shí)變分析法來分析該電路的輸出頻譜分量。5.2.1非線性電路的線性時(shí)變分析法設(shè)一個(gè)非線性器件的伏安特性為i=f(u)，器件上的電壓u=UQ+u1+u2，其中UQ是靜態(tài)偏置電壓，u1和u2都是交流信號(hào)：。如果，則可以認(rèn)為器件的工作狀態(tài)主要由UQ與u1決定，若在交變工作點(diǎn)(UQ+u1)處將輸出電流i展開為冪級(jí)數(shù)，可以得到：忽略高次項(xiàng)，得到：其中：分別稱為電導(dǎo)和跨導(dǎo)。(1)單向正向余弦型開關(guān)函數(shù)將波形按傅氏級(jí)數(shù)展開，表示為開關(guān)函數(shù)(2)單向反相余弦型開關(guān)函數(shù)將波形按傅氏級(jí)數(shù)展開，表示為(3)雙向余弦開關(guān)函數(shù)單向正相正弦開關(guān)函數(shù)

單向反相正弦開關(guān)函數(shù)雙向正弦開關(guān)函數(shù)(4)正弦型

若v1(t)=V1msinω1t1.二極管電路a)D1、D2為理想開關(guān)二極管b)v1同相加到D1、D2上，

v2反相加到D1、D2上。Tr1次級(jí)與Tr2初級(jí)具有中心抽頭，并上下嚴(yán)格對(duì)稱。d)差動(dòng)輸出電流i=？

i=iD1-

iD2

5.2.2低電平調(diào)幅電路

（1）二極管電路平衡相乘器v1(t)=V1mcosω1tv2(t)=V2mcosω2tv1為大信號(hào)，v2為小信號(hào)。V1m>>V2m，V1m>>VD(on)

設(shè)：v1控制二極管D1、D2開關(guān)工作。

工作原理設(shè)：V1m>>V2m，V1m>>VD(on)，若v1>0，D1、D2導(dǎo)通；若v1<0，D1、D2截止為什么是2RL

i

含頻譜分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2……二極管平衡相乘器輸出信號(hào)的頻譜圖w1w1+w2w1

w2w2

3w13w1

w23w1+w25w15w1

w25w1+w2w怎樣實(shí)現(xiàn)相乘？(2)二極管環(huán)形調(diào)幅器v1=vc＝Vcmcosωctv2=vΩ＝VΩmcosΩti經(jīng)過LC帶通濾波器中心頻率ωc，BW3dB=2Ω，得輸出vo為不失真的vDSB。Vcm>>VΩm，Vcm>>VD(on)二極管環(huán)形調(diào)幅器的電流波形(3)集成模擬相乘器調(diào)幅電路1.集電極調(diào)幅電路5.2.3高電平調(diào)幅電路

要實(shí)現(xiàn)集電極調(diào)幅，應(yīng)使放大器工作在過壓區(qū)。集電極調(diào)幅的波形2.基極調(diào)幅電路要實(shí)現(xiàn)基極調(diào)幅，應(yīng)使放大器工作在欠壓區(qū)。基極調(diào)幅的波形5.3振幅檢波電路檢波：是從已調(diào)幅波中還原出原調(diào)制信號(hào)的過程。它是振幅調(diào)制的逆過程。檢波器功能：●實(shí)現(xiàn)頻譜線性搬移?！駲z波器分類5.3.1振幅檢波的基本原理檢波器的輸入、輸出波形1.電路組成vS、D、C

RL三者是串聯(lián)關(guān)系。電路工作在大信號(hào)狀態(tài)，輸入信號(hào)在1V左右。5.3.2二極管包絡(luò)檢波電路條件：為什么要滿足這兩個(gè)條件？實(shí)際是一低通電路理想情況下：Z(ωc)=0，Z(Ω)=RL2.工作原理大信號(hào)的檢波過程，主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程。輸出端電壓二極管上電壓由于二極管導(dǎo)通角很小，所以t0(a)(b)t0vC(t)o(t)v輸入為AM波時(shí)檢波器的輸出波形圖3.主要性能指標(biāo)用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)i進(jìn)行分解，其中直流分量為設(shè)輸入為高頻等幅波（1）電壓傳輸系數(shù)負(fù)載RL上得到的平均電壓：兩邊同除得將其中級(jí)數(shù)展開：得流通角4.非線性失真惰性失真負(fù)峰切割失真由能量守恒原理可知，由于很小，消耗在RD上的功率可以忽略，所以檢波器輸入的高頻功率全部轉(zhuǎn)換為輸出的平均功率，而，所以有。（2）等效輸入電阻1)惰性失真現(xiàn)象：RLCL太大，放電速度跟不上包絡(luò)下降的速度所致。這種現(xiàn)象是什么原因引起的？4.非線性失真為了避免惰性失真，應(yīng)使電容C放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度，即因此得到避免產(chǎn)生惰性失真的條件：（多音）2)負(fù)峰切割失真

（或稱底部切割失真）原因：檢波器與下一級(jí)級(jí)連時(shí)，必須加入隔直耦合電容Cc，Ri2為下一級(jí)負(fù)載，這樣檢波器的直流負(fù)載為RL，交流負(fù)載為RΩ＝RL∥Ri2，交直流負(fù)載不同，將引起底部失真。電路：RΩ＝RL∥Ri2交流負(fù)載，RL直流負(fù)載。因?yàn)镃c較大，其兩端直流電壓基本不變，近似等于載波振幅值Vcm，可視為一直流電源。它在電阻RL和Ri2上產(chǎn)生分壓為：調(diào)幅波的最小幅值為：要避免底部失真應(yīng)滿足：克服負(fù)峰切割條件：由得到RΩ＝RL∥Ri2交流負(fù)載，RL直流負(fù)載。所以有克服負(fù)峰切割措施：將RL分成RL1和RL2兩部分,并通過隔直電容CC將與Ri2并接在RL2兩端。5.3.3同步檢波電路(1)作用：主要解調(diào)DSB，SSB波，也可解調(diào)AM波(2)類型：本地恢復(fù)載波與原載波嚴(yán)格同步(同頻同相)乘積型乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波與接收信號(hào)相乘，用低通濾波器將低頻信號(hào)提取出來。本地恢復(fù)載波設(shè)理想時(shí)經(jīng)低通濾波器、隔直流電容后，輸出：二極管環(huán)型同步檢波器(3)同步檢波電路2.集成模擬同步檢波器MC1595L限幅器相乘器低通濾波器5.4混頻原理與電路混頻是將某一頻率的輸入信號(hào)變換成另一個(gè)頻率的輸出信號(hào)，而保持原有的調(diào)制規(guī)律不變的一種變頻器，混頻的過程屬于頻譜的線性搬移過程。混頻器ooo（其中fI=

fL-

fC表示中頻頻率，fL表示本振頻率，fC表示載波頻率）000的頻譜的頻譜的頻譜1.混頻器的變頻作用混頻器的實(shí)質(zhì)是什么？用什么器件可以實(shí)現(xiàn)混頻器？5.4.1混頻電路2.混頻原理的數(shù)學(xué)分析

假設(shè)輸入到混頻器的兩個(gè)信號(hào)都是余弦波，混頻器的伏安特性為將代入上式，即得諧波分量和頻分量差頻分量通過中頻濾波器將差頻分量取出，將其它頻率分量濾除。3.混頻的實(shí)現(xiàn)混頻是頻譜的線性搬移過程。完成頻譜線性搬移的關(guān)鍵是要獲得兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積。也可利用非線性器件的頻率變換來實(shí)現(xiàn)混頻。非線性器件帶通濾波器乘法器帶通濾波器晶體管混頻器場(chǎng)效應(yīng)管混頻器二極管混頻器集成模擬混頻器4.常用的混頻器1.晶體管混頻電路LCLC1=Iw諧振于中頻構(gòu)成輸出中頻回路，VCC混頻晶體管的集電極電源VBB混頻晶體管的基極靜態(tài)偏置電壓（輸入高頻信號(hào)）（本地振蕩信號(hào)）集電極電流由于器件參數(shù)基本上是受VLm控制，對(duì)于小信號(hào)來說，近似認(rèn)為工作于線性狀態(tài)。可以認(rèn)為圖示電路是具有信號(hào)電壓，靜態(tài)偏置電壓為的小信號(hào)放大器。工作原理：此電路稱為線性時(shí)變電路。由此可得集電極電流ic

為:將上式用泰勒級(jí)數(shù)在點(diǎn)展開，得由于值很小，可以忽略二次方及以上各項(xiàng)，得近似方程式中為時(shí)的集電極電流，為晶體管跨導(dǎo)。其中經(jīng)集電極濾波回路濾波后得到中頻電流iI稱為中頻利用傅里葉級(jí)數(shù)展開得:式中一般用圖解法近似計(jì)算。和都是受控制的非線性函數(shù)，稱為變頻跨導(dǎo),一般用圖解法近似計(jì)算。為變頻器傳輸跨導(dǎo)的基波分量gf1僅與晶體管特性、直流工作點(diǎn)及本振信號(hào)vL有關(guān)，與vs無關(guān)，故變頻跨導(dǎo)gfc也有上述性質(zhì)。vs

(t)為信號(hào)電壓，vL

(t)為本地振蕩電壓（1）共發(fā)射極混頻電路（2）共基極混頻電路對(duì)vs、vL分別加在不同的電極上，電路工作穩(wěn)定(經(jīng)常被采用)對(duì)vs、vL均加在同一電極上，容易起振，但相互牽制大。（1）二極管平衡混頻器VLm>>VSm2.二極管混頻器其中vL為本振信號(hào)vL=VLmcosωLt為大信號(hào)令vs=Vsmcosωct為小信號(hào)

(RL>>RD)i經(jīng)LC為中頻帶通濾波器，中心頻率諧振在，帶寬為。BW3dB=2Ω

實(shí)現(xiàn)混頻2.集成混頻器

在混頻器中，通過非線性元件的作用，在信號(hào)和本振之間、干擾和信號(hào)之間、干擾和干擾之間都會(huì)產(chǎn)生一系列的組合頻率分量。當(dāng)其中某些分量的頻率等于或接近于中頻頻率時(shí)，就會(huì)和有用的中頻信號(hào)一起由混頻電路輸出，進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)過檢波后，產(chǎn)生各種哨叫聲或嘈雜的干擾聲，從而影響正常信號(hào)的接收。5.4.2混頻干擾非線性元件中頻濾波器組合頻率干擾的種類(1)信號(hào)與本振的自身組合干擾（干擾哨聲）(2)外來干擾與本振的組合干擾（寄生通道干擾）(3)信號(hào)和外來干擾、本振產(chǎn)生的組合干擾（交調(diào)干擾）(4)兩個(gè)外來干擾和本振產(chǎn)生的組合干擾（互調(diào)干擾）p、q為任意正整數(shù)，代表有用信號(hào)和本振信號(hào)的諧波次數(shù)。1.信號(hào)與本振的自身組合干擾（干擾哨聲）有用的中頻信號(hào)是某些接近中頻的分量，經(jīng)放大，形成干擾，稱干擾哨聲。再則，由于組合頻率分量電流隨p+q的增加而減小，所以對(duì)于p+q較大值產(chǎn)生的干擾哨聲可忽略。非線性元件中頻濾波器設(shè)組合頻率只要滿足的信號(hào)可產(chǎn)生干擾哨聲。上式包括四種情況：如取第三、四種情況不可能，則有將代入，得或者說當(dāng)fc/fI一定，能找到對(duì)應(yīng)的整數(shù)p、q時(shí)，就會(huì)形成干擾。當(dāng)中頻fI一定時(shí)，只要信號(hào)頻率接近上式的值，就可能產(chǎn)生干擾哨聲。若對(duì)應(yīng)的p、q值大，就意味著階數(shù)高，其分量幅度小，形成的干擾小。相反p、q值小，階數(shù)小，則干擾影響大。一部接收機(jī)，當(dāng)中頻頻率確定后，在其工作頻率范圍內(nèi)，由信號(hào)及本振產(chǎn)生的干擾點(diǎn)是確定的。怎樣來抑制干擾哨聲？編號(hào)12345678910111213141516171819200112123123412341231212334445555666677788121341251某短波接收機(jī)，波段范圍為2～30MHz。如fI=1.5MHz，則變比fc/fI=1.33~20，干擾點(diǎn)為2、4、6、7、10、11、14和15號(hào)。若fI=0.5MHz，則變比fc/fI=4~60，干擾點(diǎn)為7號(hào)和11號(hào)。但中頻降低后，對(duì)鏡像干擾的抑制不利，如選用高中頻，如fI=70MHz，則變比fc/fI=0.029~0.43，干擾點(diǎn)為12、16和19號(hào)，影響很小。與、的關(guān)系表抑制干擾哨聲的方法(1)合理選擇中頻數(shù)值，中頻要選在工作波段之外。例如:中波段廣播調(diào)幅收音機(jī)的接收頻段為535kHZ－1605kHZ。而中頻選在465kHZ。調(diào)頻廣播的接收頻段為88MHZ－108MHZ。而中頻選在10.7MHZ。(2)采用合理的電路形式。但中頻降低后，對(duì)鏡像干擾頻率的抑制不利。最好采用高中頻方式。如平衡電路、環(huán)形電路、乘法器等，從電路上抵消一些組合頻率干擾。2.外來信號(hào)與本振的組合干擾（寄生通道干擾）若則干擾信號(hào)fM變換為fI，它通過中頻放大器，表現(xiàn)為串臺(tái)或哨叫聲。非線性元件中頻濾波器這種干擾是指外來干擾電壓與本振電壓由于混頻器的非線性形成的假中頻。在這類干擾中主要有，中頻干擾和鏡像頻率干擾。其中有意義。當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生寄生通道干擾⑴中頻干擾當(dāng)、時(shí)，，稱中頻干擾相當(dāng)于一個(gè)一階的強(qiáng)干擾。抑制中頻干擾的方法：提高前端電路的選擇性，降低作用在混頻器輸入端的干擾電壓。如加中頻陷波電路。中頻陷波電路⑵鏡頻干擾信號(hào)頻率鏡頻干擾的頻率關(guān)系當(dāng)時(shí)，。將會(huì)聽到干擾電臺(tái)的聲音