《高頻電子技術(shù)與應(yīng)用》課件第6章

6.1調(diào)幅原理6.2調(diào)幅電路6.3檢波器6.4混頻器

6.5分立元件調(diào)幅收音機(jī)電路分析6.6仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用小結(jié)

習(xí)題

本章要點(diǎn)

·調(diào)幅、檢波與混頻的基本概念、電路構(gòu)成及工作原理

·利用非線性器件完成的調(diào)幅、檢波與混頻，屬于信號(hào)頻譜線性搬移

·混頻干擾及非線性失真本章難點(diǎn)

·非線性器件完成調(diào)幅、檢波與混頻的基本原理和產(chǎn)生各種干擾與失真機(jī)理及相應(yīng)改善措施

·調(diào)幅、檢波與混頻電路的工作原理分析

·介紹分立元件調(diào)幅收音機(jī)的工作原理

·用Multisim10.0仿真分析調(diào)幅、檢波與混頻電路

6.1調(diào)幅原理在進(jìn)行無(wú)線廣播或通信時(shí)，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸，必須采用調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波某個(gè)參數(shù)的過程，而調(diào)制信號(hào)是由傳送信息所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，常用uΩ(t)表示；載波是高頻振蕩信號(hào)，可以是正弦波、方波、三角波、鋸齒波等，但都是周期信號(hào)，常用uc(t)表示；受調(diào)后的高頻振蕩波稱為已調(diào)波。

如果調(diào)制信號(hào)控制是載波的振幅，稱為調(diào)幅(AmplitudeModulation，AM)，若控制的是載波的頻率，稱為調(diào)頻(FrequencyModulation，F(xiàn)M)，若控制的是載波的相位，稱為調(diào)相(PhaseModulation，PM)。在接收端，進(jìn)行的解調(diào)就是調(diào)制的逆過程，分別對(duì)應(yīng)三種調(diào)制的解調(diào)為檢波、鑒頻、鑒相，將完成載于高頻振蕩信號(hào)上的調(diào)制信號(hào)的恢復(fù)。

6.1.1普通調(diào)幅波原理

1.普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式和波形設(shè)載波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為uc(t)=Ucmcosωct，調(diào)制信號(hào)用單一頻率余弦信號(hào)uΩ(t)=UΩmcosΩt來表示，對(duì)其他類型的調(diào)制信號(hào)也不失一般性分析。根據(jù)調(diào)幅的定義，即載波的振幅受調(diào)制信號(hào)控制，則調(diào)幅波的瞬時(shí)振幅為(6-1)

式中稱為調(diào)幅系數(shù)，其中Ka是一個(gè)與調(diào)幅電路有關(guān)的系數(shù)(根據(jù)調(diào)幅原理，必須要求ωc>>Ω)，則調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

uAM(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct(6-2)調(diào)幅波波形如圖6-1所示。

圖6-1調(diào)幅波波形分析

說明：①普通調(diào)幅波的包絡(luò)就是要傳輸?shù)男畔?。②ma＞1，稱為過調(diào)幅，出現(xiàn)了信息丟失的情況。在實(shí)際調(diào)幅電路中，一般要求ma≤1。

2.調(diào)幅波的頻譜與帶寬

利用三角函數(shù)積化和差公式，將式(6-2)展開，可得由式(6-3)可見，單頻調(diào)制的調(diào)幅波包含三個(gè)頻率分量，分別是：載頻ωc、上邊頻ωc+Ω和下邊頻ωc－Ω，其頻譜圖如圖6-2所示。已調(diào)波的帶寬為(6-3)

圖6-2調(diào)幅波頻譜如果調(diào)制信號(hào)是復(fù)雜頻率的信號(hào)，則頻譜圖如圖6-3所示。已調(diào)波的帶寬B=2Fmax。圖6-3復(fù)雜信號(hào)的調(diào)幅波頻譜綜合上述，不論是單一頻率信號(hào)調(diào)幅還是復(fù)雜信號(hào)調(diào)幅，在時(shí)域上都表現(xiàn)為調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)的相乘過程，在波形圖上是將uΩ(t)不失真地疊加到uc(t)的振幅上，在頻域上則是將uΩ(t)的頻譜不失真地從零點(diǎn)附近搬移一個(gè)頻量ωc，即移到載頻ωc的兩旁。調(diào)幅波的帶寬B=2Fmax，這是決定無(wú)線電臺(tái)頻率間隔的主要因素，通常我國(guó)調(diào)幅廣播電臺(tái)規(guī)定頻道間隔為9kHz。

3.調(diào)幅波的功率關(guān)系

由式(6-3)可寫出調(diào)幅波給負(fù)載RL的功率有三部分，載波功率為上、下邊頻功率為(6-4)(6-5)

邊頻功率為調(diào)幅波在調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)輸出的平均功率為(6-6)(6-7)

6.1.2調(diào)幅其他形式

作為普通調(diào)幅波，其能量主要集中在載頻上，而載頻分量又不含有信息，為提高效率和節(jié)省信道資源，在調(diào)幅系統(tǒng)中還采用其他幾種調(diào)制形式，即雙邊帶調(diào)制(DSB)、單邊帶調(diào)制(SSB)和殘留單邊帶調(diào)制(VSB)。

1.雙邊帶調(diào)制

在調(diào)幅波中，既然載波占據(jù)大部分能量，且又不含有信息，如果在傳輸前將載波抑制掉，只傳輸上下兩個(gè)邊帶，這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱為雙邊帶調(diào)制(DSB)，其頻譜圖如圖6-4(b)所示。

圖6-4實(shí)現(xiàn)DSB信號(hào)電路模型及其頻譜

在中抑制掉載波后，即變成雙邊帶調(diào)幅波，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為利用三角函數(shù)和差化積公式，將式(6-8)變成(6-8)(6-9)

式中，所以模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制最理想的器件。雙邊帶調(diào)制廣泛應(yīng)用于調(diào)頻、調(diào)幅、立體聲廣播、電視等系統(tǒng)。在電視系統(tǒng)中，就是采用雙邊帶調(diào)制，將色差信號(hào)搬移到亮度信號(hào)的頻譜上，完成頻譜交錯(cuò)，進(jìn)行傳輸。

雙邊帶調(diào)幅波有以下特點(diǎn)：①由于雙邊帶調(diào)幅的核心器件是模擬乘法器，因此雙邊帶調(diào)幅波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)大小成比例變化，但包絡(luò)線不再反映原調(diào)制信號(hào)的形狀，不能用一般檢波器解調(diào)，必須用同步檢波器解調(diào)。②雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的高頻載波相位在調(diào)制信號(hào)電壓過零點(diǎn)處要突變180°。③雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)仍與調(diào)制信號(hào)類似，所占據(jù)的頻帶寬度與普通調(diào)幅波相同，即B=2Fmax。

2.單邊帶調(diào)制

在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，為進(jìn)一步提高發(fā)射功率，節(jié)省信道資源，可將其中一個(gè)邊帶全部抑制掉，這樣只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方式，稱為單邊帶調(diào)制(SSB)，其電路模型及頻譜如圖6-5所示。

圖6-5單邊帶調(diào)制電路模型及頻譜圖

單邊帶調(diào)制可由濾波法和相移法基本電路模型來實(shí)現(xiàn)，除可以節(jié)省能量外，還可以減小信道所占據(jù)的頻帶，常用于無(wú)線通信系統(tǒng)中。

3.殘留單邊帶調(diào)幅

在現(xiàn)行的模擬電視系統(tǒng)中，為了壓縮圖像發(fā)射的頻帶，在有限波譜頻率范圍內(nèi)多增加電臺(tái)數(shù)，最好采用單邊帶調(diào)制，但如果采用單邊帶調(diào)制，則很難濾除載頻附近的下邊帶，嚴(yán)重影響電視圖像的質(zhì)量，為了能用接收普通調(diào)幅信號(hào)的方法來接收?qǐng)D像信號(hào)，避免電視機(jī)的成本提高，則采用發(fā)送一個(gè)完整的上邊帶、載頻和保留一部分的下邊帶，即殘留單邊帶調(diào)制(VSB)，其頻譜如圖6-6所示。我國(guó)電視伴音系統(tǒng)采用FM制，每個(gè)邊帶250kHz。整個(gè)高頻電視信號(hào)的帶寬為8MHz，即理論上每隔8MHz可以安排一個(gè)電視頻道。圖6-6殘留單邊帶調(diào)制頻譜圖6.2調(diào)幅電路從調(diào)幅的四種調(diào)制形式來看，調(diào)幅過程就是頻譜的搬移過程，因此必須采用非線性器件來產(chǎn)生新的頻率分量。實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的電路有多種，按輸出功率的高低分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅。

6.2.1高電平調(diào)幅電路

高電平調(diào)幅電路一般用于發(fā)射機(jī)末級(jí)，將調(diào)制和功放合二為一，調(diào)制后的信號(hào)不需要放大就可直接發(fā)射。根據(jù)調(diào)制信號(hào)控制高頻功率放大器的方式不同，高電平調(diào)幅電路可分為基極調(diào)幅電路、集電極調(diào)幅電路及集電極—發(fā)射極雙重調(diào)幅電路等形式。

1.基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路如圖6-7所示，載波uc(t)由高頻變壓器Tr1耦合至放大器V的基極，調(diào)制信號(hào)uΩ(t)經(jīng)低頻變壓器Tr2也加至V的基極，且與相串聯(lián)，即uBE=VBB+uΩ(t)+uc(t)=VBB(t)+uc(t)，可以分成兩部分，其中VBB(t)=VBB+uΩ(t)作為基極等效的偏置電壓，uc(t)作為激勵(lì)信號(hào)，在第3章分析高頻功率放大器的基極調(diào)制特性時(shí)已知，當(dāng)高頻功率放大器工作在欠壓狀態(tài)時(shí)，集電極電流基波分量振幅Ic1m隨基極偏置電壓VBB(t)的變化而變化。基極調(diào)幅電路必須工作在欠壓狀態(tài)，才能使VBB(t)隨uΩ(t)變化，Ic1m也將隨之而變化，從而得到調(diào)幅信號(hào)。圖6-7基極調(diào)幅電路由于基極調(diào)幅電路工作在欠壓區(qū)，其最大缺點(diǎn)就是效率低，但由于基極電流較小，則對(duì)于調(diào)制信號(hào)只需很小的功率，因此基極調(diào)幅電路比較簡(jiǎn)單，一般只用于功率不大，對(duì)失真要求低的發(fā)射機(jī)中。

2.集電極調(diào)幅電路

集電極調(diào)幅電路如圖6-8所示，載波uc(t)通過高頻變壓器Tr1引到被調(diào)放大器V的基極，調(diào)制信號(hào)uΩ(t)通過低頻變壓器Tr2加到V集電極回路，且與電源電壓VCC相串聯(lián)，此時(shí)EC(t)=VCC+uΩ(t)，即集電極電源電壓隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)而變化。圖6-8集電極調(diào)幅電路要實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，就必須使輸出信號(hào)隨調(diào)制信號(hào)uΩ(t)線性變化，也就要求集電極電流的基波分量Ic1m、集電極輸出電壓Ucm隨Ec(t)線性變化，在第3章分析集電極調(diào)制特性時(shí)已知，放大器工作在過壓狀態(tài)時(shí)，集電極電流的基波分量Ic1m隨集電極偏置電壓變化而變化。所以，集電極調(diào)幅必須要求放大器工作在放大狀態(tài)。若放大器負(fù)載回路L、C調(diào)諧在ωc上，則輸出信號(hào)uo(t)=Ec(t)cosωct=[VCC+uΩ(t)]cosωct，也就實(shí)現(xiàn)了高電平調(diào)幅。針對(duì)于集電極調(diào)幅電路，為進(jìn)一步改善調(diào)制特性，調(diào)制信號(hào)一方面通過低頻變壓器Tr2引到集電極回路的同時(shí)，也引到發(fā)射極回路，構(gòu)成集電極—發(fā)射極雙重調(diào)制電路，如圖6-9所示。圖6-9集電極—發(fā)射極雙重調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路由于調(diào)制信號(hào)接在集電極回路中，供給的功率比基極調(diào)幅時(shí)所需的調(diào)制信號(hào)功率大得多，但經(jīng)改善措施后，其調(diào)幅性能較好，這種電路目前常用于輸出功率較大的發(fā)射機(jī)中。6.2.2低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路常置于發(fā)射機(jī)前級(jí)，產(chǎn)生功率較小的已調(diào)波，再經(jīng)線性功率放大器將它放大到所需的發(fā)射功率，其特點(diǎn)就是輸出功率小，調(diào)制特性好。目前，低電平調(diào)幅電路有場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)幅電路、平衡調(diào)制器、環(huán)形調(diào)制器及模擬乘法器等各種電路形式。這里以模擬乘法器為例，分析低電平調(diào)幅電路。模擬乘法器是一個(gè)典型的較為理想的非線性器件，可以完成調(diào)幅、檢波、混頻等功能。圖6-10就是利用集成模擬乘法器MC1596構(gòu)成的雙邊帶調(diào)幅電路。若uΩ(t)=UΩmcosΩt，uc(t)=Ucmcosωct，當(dāng)UΩm和Ucm都不是很大，模擬乘法器工作在線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)時(shí)，其輸出電壓uo(t)=KmuΩ(t)uc(t)=KmUΩmUcmcosΩtcosωct，顯然uo(t)為雙邊帶調(diào)幅波信號(hào)。圖6-10

MC1596構(gòu)成的平衡調(diào)制器在圖6-10中，⑥腳和⑨腳外接的3.9kΩ電阻為內(nèi)部雙差動(dòng)放大器的集電極負(fù)載電阻；uΩ(t)通過10μF電容加至①腳；uc(t)通過0.1μF電容加至⑦腳；⑧腳通過0.1μF電容交流接地；①、④腳外接的750Ω、51Ω電阻及RP為偏置電阻，其中RP還起輸出失調(diào)調(diào)零的作用；②、③腳外接的1kΩ電阻起擴(kuò)展MC1596的Y輸入端線性動(dòng)態(tài)范圍的作用；⑥腳經(jīng)0.1μF電容輸出雙邊帶調(diào)制信號(hào)uDSB(t)。

MC1596常用作平衡調(diào)制/解調(diào)器，其典型應(yīng)用包括抑制載波的幅度調(diào)制、同步檢波、相位檢波及斬波應(yīng)用等，而在上述電路中，當(dāng)載頻零點(diǎn)失去平衡足以使一定的載頻注入到輸出信號(hào)中時(shí)，MC1596平衡調(diào)制器就如同幅度調(diào)制器一樣工作，在輸出端便可得到普通調(diào)幅波，其調(diào)制系數(shù)由0%~100%調(diào)制都是極好的。6.3檢波器

6.3.1檢波原理

從高頻已調(diào)信號(hào)中取出原調(diào)制信號(hào)的過程，稱為解調(diào)?？梢姡庹{(diào)就是調(diào)制的逆過程，調(diào)幅波的解調(diào)稱為幅度解調(diào)，一般稱為檢波，完成幅度解調(diào)的電路稱為檢波器。檢波實(shí)質(zhì)上就是利用器件的非線性特性對(duì)輸入信號(hào)uAM(t)進(jìn)行頻率變換，產(chǎn)生許多新的頻率分量，其中含有原調(diào)制信號(hào)頻率成分，再通過濾波作用選出原調(diào)制信號(hào)uΩ(t)，濾掉其余的頻率分量。檢波器通常由非線性器件和濾波器兩部分組成，其電路模型如圖6-11所示。圖6-11檢波器的電路模型根據(jù)輸入信號(hào)的大小，檢波器可分為小信號(hào)檢波和大信號(hào)檢波；按檢波方法，檢波器可分為包絡(luò)檢波和同步檢波。檢波器的主要技術(shù)指標(biāo)：①電壓傳輸系數(shù)。電壓傳輸系數(shù)用來表明檢波器對(duì)調(diào)幅波的解調(diào)能力，亦稱檢波效率。當(dāng)輸入信號(hào)為高頻等幅波時(shí)，檢波效率為輸出平均電壓Uav和輸入高頻電壓振幅Ucm之比，用kd表示，。當(dāng)輸入普通調(diào)幅波時(shí)，檢波效率為輸出的低頻電壓振幅UΩm和高頻調(diào)幅波包絡(luò)振幅maUcm之比，用ka表示，。以上兩個(gè)定義是一致的，對(duì)于同一個(gè)檢波器兩個(gè)值相同。一般二極管檢波器的k總小于1，k越接近1越好，說明檢波器檢波能力越強(qiáng)。6.3.2檢波電路

1.大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器常用于無(wú)線電超外差接收機(jī)(如廣播、通信、電視、雷達(dá)接收機(jī)等)中。所謂的大信號(hào)檢波是指檢波器輸入信號(hào)電壓在500mV以上，其原理電路如圖6-12所示。D為檢波二極管，RL為檢波負(fù)載電阻，CL為濾波電容，ui(t)為輸入高頻信號(hào)，這里ui(t)、D、RLCL為串聯(lián)形式，故又稱之為串聯(lián)型檢波器。圖6-12大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器原理電路

1)物理過程當(dāng)檢波器輸入ui(t)為高頻等幅信號(hào)時(shí)，其輸出電壓為uo(t)，這種情況下的輸入、輸出電壓波形和二極管電流波形分別如圖6-13所示。電路接通后，載波正半周二極管導(dǎo)通，并給負(fù)載電容CL充電，充電常數(shù)為CLrD(rD為D的正向?qū)娮?，CL上的電壓uo(t)近似按指數(shù)規(guī)律上升，這個(gè)電壓建立后，又通過信號(hào)源反向加到二極管兩端，此時(shí)二極管上端電壓uD=ui(t)-uo(t)。當(dāng)ui(t)由最大值下降到小于uo(t)時(shí)，二極管D截止，CL通過RL放電，放電常數(shù)RLCL遠(yuǎn)大于高頻電壓的周期，故放電很慢，CL上電荷尚未放完，下一個(gè)正半周的電壓再次超過uo(t)，使二極管導(dǎo)通，CL再被充電。如此反復(fù)，直到在一個(gè)高頻周期內(nèi)電容充電電荷等于放電電荷，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，uo(t)在平均值Uav上下按載波頻率ωc/2π作鋸齒式波動(dòng)，如圖6-13(a)所示。

圖6-13等幅波的檢波波形如果輸入ui(t)是調(diào)幅波，只要ωc>>Ωmax，并且電容CL

充放電速度能跟上包絡(luò)變化速度，那么檢波器輸出電壓就能隨調(diào)幅波的包絡(luò)線變化，如圖6-14所示，這也就是“峰值包絡(luò)檢波”概念的由來。可見，在高頻信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)，D大部分時(shí)間是截止的。圖6-14調(diào)幅波的檢波波形

2)非線性失真大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器若由于元件參數(shù)選擇不當(dāng)，則容易產(chǎn)生惰性失真及負(fù)峰切割失真。

(1)惰性失真。這種失真是由于檢波負(fù)載RLCL取值過大而造成的，通常為了提高檢波效率和濾波效果，要求RLCL數(shù)值越大越好，但RLCL

取值過大，在二極管D截止期間，CL通過RL放電過慢，以致它跟不上輸入的調(diào)幅包絡(luò)線的下降速度，檢波輸出電壓不能跟隨調(diào)幅波包絡(luò)變化，將產(chǎn)生惰性失真(亦稱對(duì)角線失真)，如圖6-15(b)所示。而合理選擇RL、CL值，正常檢波輸出電壓波形如圖6-15(a)所示，uo(t)能夠跟隨輸入調(diào)幅波包絡(luò)線的變化而變化。圖6-15大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的惰性失真為了不產(chǎn)生惰性失真，選擇RL、CL時(shí)，應(yīng)在Ω為最大值時(shí)，滿足但從提高檢波效率和濾波效果來考慮，RLCL又要盡可能大，它的最小值應(yīng)滿足(6-10)(6-11)所以綜合上述兩條件，一般選用RL、CL數(shù)值范圍由下式確定(6-12)

(2)負(fù)峰切割失真。在實(shí)際應(yīng)用中，檢波器的輸出總要和下一級(jí)低頻放大器相連，原理電路如圖6-16(a)所示，其中，Cc為容量很大的耦合電容，等效于下一級(jí)的輸入電阻。當(dāng)檢波器輸入單音頻調(diào)幅波時(shí)，輸出的低頻電壓全部加到上，而直流電壓全都加在Cc兩端，其大小Ud近似等于載波電壓振幅Ucm，由于Cc容量很大，則在調(diào)制信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，可認(rèn)為Cc兩端電壓Ud近似不變，Ud在RL形成的電壓用UA表示，則(6-13)

UA對(duì)二極管D而言相當(dāng)于又加一額外的負(fù)偏置電壓，因而在輸入調(diào)幅波正半周包絡(luò)小于UA的時(shí)間內(nèi)，二極管截止，使檢波器輸出電壓不再隨調(diào)幅波包絡(luò)線的規(guī)律而變化，電壓被維持在UA電平上，出現(xiàn)負(fù)峰切割失真如圖6-16(c)所示。圖6-16負(fù)峰切割失真為避免負(fù)峰切割失真，輸入高頻調(diào)幅電壓包絡(luò)的最小值Ucm(1－ma)必須大于UA，即所以(6-14)(6-15)其中，，稱為低頻交流負(fù)載；RL為直流負(fù)載，顯然越大或RL越小，越不易出現(xiàn)負(fù)峰切割失真。因?yàn)閁d一定，越大，RL越小，則越小，對(duì)二極管的反向偏置越小，越不易出現(xiàn)負(fù)峰切割失真。

對(duì)于負(fù)峰切割失真，通常有兩種解決辦法：一是檢波器與低放之間采用直接耦合方式；二是將RL分成和，通過Cc并接在兩端。收音機(jī)采用的一種檢波電路如圖6-17所示，通常取。圖6-17檢波器改進(jìn)電路之一

2.同步檢波同步檢波電路主要用于抑制載波的雙邊帶及單邊帶調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，通常用模擬乘法器來完成，電路模型如圖6-18所示。當(dāng)然，同步檢波電路也可用于普通調(diào)幅波的解調(diào)。圖6-18同步檢波器的電路模型設(shè)X端輸入調(diào)幅波ug(t)為雙邊帶調(diào)制信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

ug(t)=uDSB(t)=UgmcosΩt·cosωct(6-16)設(shè)Y端輸入的參考信號(hào)ur(t)為

ur(t)=Urmcos(ωct+j)(6-17)模擬乘法器的輸出電壓為(6-18)經(jīng)低通濾波器濾除(2ωc±Ω)頻率分量后，得到uo(t)為調(diào)制信號(hào)，即為獲取最高檢波效率，使j=0，即cosj=1，此時(shí)Ur(t)與Ug(t)中的載波相位相同，這也就是“同步”的由來，此時(shí)uΩ(t)=UΩmcosΩt，即獲得了原調(diào)制信號(hào)。

(6-19)對(duì)于輸入單邊帶調(diào)幅波，分析過程類似。模擬乘法器可采用平衡調(diào)制器、環(huán)形調(diào)制器及模擬乘法器等。例如在彩色電視機(jī)中，集成塊TA7680AP內(nèi)部采用雙差分模擬乘法器構(gòu)成同步檢波器，完成視頻檢波，得到彩色全電視信號(hào)(FBAS)；TA7698AP中采用雙差分模擬乘法器完成(R-Y)、(B-Y)色差信號(hào)的解調(diào)。圖6-19為MC1596構(gòu)成的同步檢波器。其中，ur(t)是由載波恢復(fù)電路提供的參考信號(hào)，通常在100~500mV；ug(t)為雙邊帶調(diào)幅波信號(hào)，在幾mV~100mV之間都能不失真解調(diào)；⑨腳為輸出端，經(jīng)C1、C2和R1構(gòu)成的π型低通濾波器濾波，C3隔直耦合，輸出原調(diào)制信號(hào)。該同步檢波器工作頻率高達(dá)100MHz，且RL≥10kΩ，檢波器性能均較高。圖6-19

MC1596構(gòu)成的同步檢波器在同步檢波器中，關(guān)鍵的問題是參考信號(hào)ur(t)與ug(t)中載波同頻同相，有兩種方法產(chǎn)生ur(t)參考信號(hào)：①直接從調(diào)幅波中提取，例如TA7680AP中視頻檢波用的ur(t)；②利用本機(jī)振蕩的方法產(chǎn)生，例如彩電集成塊TA7698AP中，解碼部分同步檢波器用的副載波，它利用色同步信號(hào)控制鎖相環(huán)路(PLL)產(chǎn)生副載波，經(jīng)其他電路變換，給U同步檢波器提供0°副載波，給V同步檢波器提供±90°副載波，分別完成同步檢波、去壓縮，得到(B-Y)、(R-Y)兩個(gè)色差信號(hào)。6.4混頻器

在無(wú)線電技術(shù)中，常常需要將已調(diào)波的載頻升高或降低，而它的調(diào)制規(guī)律并不改變，能完成這種頻率變換功能的電路稱為混頻器?；祛l器常用于超外差接收機(jī)中，例如收音機(jī)將高頻調(diào)幅波(調(diào)頻波)利用混頻原理變換成中頻(Intermediate

Frequency，IF)為465kHz的調(diào)幅波(10.7MHz的中頻調(diào)頻波)；我國(guó)模擬電視機(jī)將高頻圖像信號(hào)混頻變換成38MHz的圖像中頻信號(hào)等。此外，頻率合成技術(shù)、多路微波通信系統(tǒng)的微波中繼站以及測(cè)量?jī)x器也要常用混頻器。6.4.1混頻原理常用混頻器電路模型如圖6-20所示。在混頻器電路模型中，非線性器件是核心部分，為分析問題方便，設(shè)非線性器件的伏安特性可由下式表示

i=a0+a1u+a2u2

(6-20)設(shè)輸入的高頻信號(hào)為調(diào)幅波信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

ug(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct(6-21)本振信號(hào)為uL(t)=U1mcosωLt(6-22)輸入到混頻器的信號(hào)為u=ug(t)+uL(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct+U1mcosωLt(6-23)則由式(6-24)知，i中含有直流成分及ωc、ωL、2ωc、2ωL、ωc±Ω、Ω、2Ω、2ωc±Ω、ωL－ωc、ωL+ωc等各頻率分量，經(jīng)中心頻率為(ωL－ωc)/2π，帶寬為2F的帶通濾波器后，輸出信號(hào)角頻率為“差頻”(ωL－ωc)，通常稱為中頻ωI，即ωI=ωL－ωc。輸出信號(hào)為uI(t)=UIm(1+macosΩt)cosωIt，顯然uI(t)仍為調(diào)幅波。其變換波形及頻譜如圖6-21和圖6-22所示，可見，“混頻”過程實(shí)質(zhì)就是頻譜的線性搬移過程。圖6-21混頻器ug、uL、uI波形圖6-22混頻器頻譜圖混頻器的性能指標(biāo)有：①在混頻過程中，要保持原調(diào)制規(guī)律不變，原有的信號(hào)包絡(luò)不能有任何畸變，并要有一定的混頻增益，例如在電視機(jī)中，要求混頻器的功率增益為6~8dB左右。②為抑制混頻器中其他不需要的頻率分量，要求混頻器具有良好的選擇性，具有良好的抑制干擾信號(hào)的能力。③本振的頻率穩(wěn)定度要高。④噪聲系數(shù)要小，否則由于混頻電路處在整機(jī)的最前級(jí)，微弱的信號(hào)經(jīng)逐級(jí)放大會(huì)變得很大。⑤混頻電路除了會(huì)產(chǎn)生幅度失真和非線性失真外，還會(huì)產(chǎn)生各種組合頻率干擾，要求選頻回路的幅頻特性要好，降低失真與干擾程度。6.4.2混頻電路

實(shí)現(xiàn)混頻功能的電路有很多，根據(jù)所用非線性器件不同，混頻器可分為二極管混頻器、三極管混頻器及場(chǎng)效應(yīng)管混頻器和模擬乘法器混頻器等；根據(jù)電路結(jié)構(gòu)形式可分為單管混頻器、平衡混頻器和環(huán)形混頻器等。有時(shí)將本振和混頻合二為一的混頻器，稱為變頻器。這里，我們主要討論三極管混頻器。三極管混頻器實(shí)際上就是將輸入信號(hào)ug、本振信號(hào)uL串聯(lián)后，加到三極管的發(fā)射結(jié)上，利用三極管轉(zhuǎn)移特性ic~uBE的非線性特性進(jìn)行頻率變換，產(chǎn)生許許多多新的組合頻率分量，由集電極回路中的諧振選頻回路，選出中頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)混頻功能。如圖6-23給出分立元件的中波調(diào)幅收音機(jī)的變頻電路。

圖6-23中波調(diào)幅收音機(jī)的變頻電路空間電磁波在磁性天線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過輸入回路選出所要接收的電臺(tái)信號(hào)，經(jīng)L2耦合到變頻管V(具有本振和混頻雙重功能)的基極，而本振信號(hào)是由三極管V、振蕩回路(L4、C5、C3、C1B)和反饋電感L3組成互感反饋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生的，并由C2、R4注入到變頻管V的發(fā)射極，利用變頻管的非線性變換作用，產(chǎn)生許多新的頻率分量，L5、C4是變頻管V的交流負(fù)載，諧振在465kHz(中頻)上，選出中頻信號(hào)，進(jìn)入下一級(jí)中放電路。圖中C1A、C1B為同軸雙聯(lián)電容，在調(diào)臺(tái)時(shí)，同時(shí)變化，即引起fL、fc同時(shí)變化，保證fI=fL－fc不變，差頻出固定中頻信號(hào)來C0、C3為輸入回路、振蕩回路的微調(diào)補(bǔ)償電容，C5為墊整電容，C0、C3、C5保證中波調(diào)幅收音機(jī)在接收范圍內(nèi)600kHz、1000kHz、1500kHz三點(diǎn)頻率準(zhǔn)確跟蹤。6.4.3混頻失真

在混頻電路輸出中，除中頻信號(hào)外還有一些組合頻率干擾信號(hào)，如寄生通道干擾等；在混頻過程中，也還會(huì)產(chǎn)生各種非線性失真，像包絡(luò)失真等。組合頻率干擾和非線性失真是混頻器中固有的非線性現(xiàn)象，必須加以抑制。

1.組合頻率干擾在混頻過程中，除了產(chǎn)生直流成分、信號(hào)頻率成分、本振頻率成分和各次諧波外，還有組合頻率為f=|±pfL±qfc|的成分，雖然選頻網(wǎng)絡(luò)選出中頻信號(hào)，濾除其他頻率分量，但仍有若干接近中頻的成分，通過中頻放大器，并產(chǎn)生干擾或嘯叫。因此組合頻率干擾是指沒有外來干擾信號(hào)時(shí)，由有用信號(hào)fc與本振fL的不同組合中產(chǎn)生的干擾。典型的組合頻率干擾有干擾哨聲和寄生通道干擾等。

1)干擾哨聲產(chǎn)生組合頻率干擾的條件是fk=|±pfL±qfc|≈fI(6-25)假定fL＞fc，且頻率不能為負(fù)值，只有以下兩種情況是合理的，即pfL－qfc≈f1(6-26)－pfL+qfc≈fI(6-27)式(6-26)和式(6-27)合并可寫成pfL－qfc≈±fI(6-28)又因?yàn)?/p>

fL=fc+fI

所以(6-29)式(6-29)表明，當(dāng)信號(hào)頻率fc和中頻頻率fI滿足此式，就可能產(chǎn)生組合頻率干擾，也稱為干擾哨聲。理論上q、p取不同的正整數(shù)，可能產(chǎn)生干擾哨聲的信號(hào)頻率有無(wú)限多個(gè)，但具體無(wú)線電接收機(jī)而言，其接收范圍總是有限的，只有對(duì)應(yīng)于p和q值較小的信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾哨聲。例如，超外差中波調(diào)幅收音機(jī)的中頻fI=465kHz，收聽頻率fc=931kHz的電臺(tái)信號(hào)時(shí)，其本振頻率fL=931+465=1396kHz，對(duì)于組合頻率fk=2fc－fL=2×931－1396=466kHz，顯然466kHz與465kHz只差1kHz，中頻放大器的輸入、輸出回路無(wú)法將其抑制，而產(chǎn)生1kHz的干擾哨聲。抑制干擾哨聲的方法是合理地選擇中頻頻率，使接收機(jī)中頻處在接收范圍外。例如中波調(diào)幅收音機(jī)接收范圍535~1605kHz，而中頻為465kHz。

2)寄生通道干擾由于接收機(jī)輸入端的選擇性不夠理想，可能會(huì)有部分干擾信號(hào)進(jìn)入混頻器。若干擾信號(hào)與本振信號(hào)作用產(chǎn)生頻率等于fI的中頻干擾信號(hào)，則中頻放大器對(duì)它無(wú)法抑制，造成對(duì)有用信號(hào)的干擾，稱為寄生通道干擾(或組合副波道干擾)。寄生通道干擾主要是鏡像干擾和中頻干擾。

(1)鏡像干擾。某接收機(jī)調(diào)諧在接收頻率為fc的電臺(tái)上，相應(yīng)地本振頻率為fL，則fI=fL－fc。若有一干擾信號(hào)頻率為fm，且fm－fL=fI，則干擾中頻信號(hào)可順利通過中放，造成鏡像干擾(fm、fc對(duì)稱于fI)，如圖6-24所示。圖6-24鏡像干擾頻率fm與載頻fc關(guān)系示意圖

(2)中頻干擾。若干擾信號(hào)的頻率恰好等于中頻fI，此時(shí)混頻器相當(dāng)于中放，具有比有用信號(hào)更強(qiáng)的傳輸能力。減小鏡像干擾和中頻干擾的主要方法是提高混頻電路前級(jí)的選擇性。例如在電視技術(shù)中，靠在高頻調(diào)諧器內(nèi)部電路，提高高放級(jí)、混頻級(jí)的選擇性來完成抑制鏡像干擾和中頻干擾。

2.非線性失真

在混頻電路中，除產(chǎn)生干擾信號(hào)外，還會(huì)產(chǎn)生各種非線性失真。

(1)包絡(luò)失真和強(qiáng)信號(hào)阻塞。包絡(luò)失真是由于混頻器件的非線性特性而造成的，使中頻調(diào)幅波包絡(luò)不同于原高頻調(diào)幅波包絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中，盡量選用產(chǎn)生組合頻率較少的非線性器件，像集成模擬乘法器等。強(qiáng)信號(hào)阻塞是由于輸入混頻器的高頻信號(hào)過強(qiáng)，使混頻管進(jìn)入飽和與截止區(qū)，造成了強(qiáng)信號(hào)阻塞。

(2)交叉調(diào)制(交調(diào))失真。若混頻器輸入端有干擾信號(hào)且也為調(diào)幅波形式，由理論可知，在輸出中頻電流振幅中，也會(huì)包含干擾信號(hào)的振幅包絡(luò)規(guī)律，即這種失真是等效于將干擾信號(hào)的包絡(luò)交叉地轉(zhuǎn)移到輸出中頻有用信號(hào)上去的一種非線性失真，稱為交叉調(diào)制失真，簡(jiǎn)稱為交調(diào)失真。其現(xiàn)象為：當(dāng)接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)調(diào)諧時(shí)，不僅可以收聽到有用信號(hào)電臺(tái)的聲音，還能聽到干擾電臺(tái)的聲音，若接收機(jī)對(duì)有用信號(hào)失諧，干擾電臺(tái)也隨之消失。抑制交調(diào)失真的措施有：①提高混頻電路前級(jí)的選擇性，盡量減小干擾信號(hào)的幅度。②選擇合適的器件和工作狀態(tài)，使混頻器的非線性高次方項(xiàng)盡可能小。③采用抗干擾能力較強(qiáng)的混頻電路，像模擬乘法混頻電路等。

(3)互相調(diào)制(互調(diào))失真。當(dāng)混頻器輸入端出現(xiàn)兩個(gè)(或多個(gè))干擾信號(hào)時(shí)，在混頻過程中會(huì)產(chǎn)生互相調(diào)制作用，從而引起輸出中頻有用信號(hào)的包絡(luò)失真，稱為互相調(diào)制失真，簡(jiǎn)稱為互調(diào)失真。防止互調(diào)失真的方法同抑制交調(diào)失真措施，不再重述。6.5分立元件調(diào)幅收音機(jī)電路分析

圖6-25為分立元件的七管收音機(jī)電路。超外差分立元件七管收音機(jī)從電路結(jié)構(gòu)組成來看，可分為兩大部分：高頻部分和低頻部分。

1.高頻部分

高頻部分就是將天線接收到的微弱電臺(tái)信號(hào)進(jìn)行放大、差頻及檢波，得到原調(diào)制信號(hào)(音頻信號(hào))的電路組成部分。(1)變頻級(jí)。變頻級(jí)是由天線、輸入回路、變頻管、振蕩反饋回路等組成。其中Tr1是磁性天線，V1是變頻管。空間電磁波在磁性天線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過輸入回路完成選臺(tái)，經(jīng)磁棒上L1、L2耦合至變頻管V1的基極。同時(shí)，變頻管V1、振蕩調(diào)諧回路(L5、C6、C1b、C4)及反饋電感L4組成互感反饋式正弦波振蕩器，由電容C5注入到變頻管V1的發(fā)射極，利用變頻管的非線性特性完成混頻，并由中周Tr3初級(jí)電感L6與C7并聯(lián)選頻回路(L6、C7相當(dāng)于V1的集電極交流負(fù)載)選出465kHz的中頻信號(hào)，通過中周Tr3、Tr4耦合至第一級(jí)中放(V2)電路。在這部分電路中，C1a、C1b為同軸雙聯(lián)電容，完成“統(tǒng)調(diào)”選臺(tái)，C2、C6為輸入回路、振蕩回路的微調(diào)補(bǔ)償電容，C4為墊整電容，C2、C6、C4保證接收頻率的“三點(diǎn)跟蹤”，滿足不同的頻率覆蓋系數(shù)。R1為調(diào)整變頻管V1的靜態(tài)工作點(diǎn)，以獲得最佳混頻增益。D1、D2的設(shè)置可以穩(wěn)定變頻管V1、一中放管V2、二中放管V3、前置放大管V4的靜態(tài)工作點(diǎn)，不受電源電壓的影響。L3外接天線。

(2)中放級(jí)。中放級(jí)是由V2、V3構(gòu)成的兩級(jí)小信號(hào)單調(diào)諧放大器組成，其工作原理如下：變頻級(jí)輸出中頻信號(hào)由中周Tr3、Tr4作用，C9耦合至一中放管V2的基極，中周Tr5初級(jí)電感L10與并聯(lián)電容C12構(gòu)成V2的交流負(fù)載，進(jìn)一步選出放大后的465kHz的中頻信號(hào)，經(jīng)Tr5耦合，V3完成第二級(jí)中頻放大，由中周Tr6耦合至檢波電路。

在這部分電路中，與L10、C12相并聯(lián)的R7起降低Q值，展寬頻帶的作用。電容C11、C16為中和電容，防止中放級(jí)的自激振蕩。R13、C10從檢波級(jí)引入信號(hào)，經(jīng)R13、C10構(gòu)成的低通濾波器后，取出直流分量加到V2的基極，完成自動(dòng)增益控制(AGC)的作用，同時(shí)R5、D3也起自動(dòng)增益控制作用。

(3)檢波級(jí)。經(jīng)過兩級(jí)中放電路，放大后的中頻信號(hào)由中周Tr6耦合至檢波二極管D4，其中C19、C18為檢波負(fù)載電容，R14、RP為檢波負(fù)載電阻，其中RP完成音量調(diào)節(jié)，且RP

還帶有開、關(guān)機(jī)開關(guān)。

2.低頻部分

低頻部分就是將高頻部分輸出的音頻信號(hào)進(jìn)一步前置放大、功率放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器正常工作。低頻部分是由前置級(jí)和功放級(jí)組成的，其中V4、V5為前置放大級(jí)，對(duì)檢波后輸入的音頻(低頻)信號(hào)完成電壓放大，給功放級(jí)提供驅(qū)動(dòng)作用。V6、V7為互補(bǔ)推挽OTL功放電路，把低頻信號(hào)進(jìn)一步功率放大，完成對(duì)揚(yáng)聲器的推動(dòng)作用。在這部分電路中，D5及并聯(lián)熱敏電阻R22的設(shè)置起共同穩(wěn)定V6、V7的靜態(tài)工作點(diǎn)，防止出現(xiàn)交越失真。6.6仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用6.6.1調(diào)幅波形的研究

調(diào)幅波形的測(cè)量電路如圖6-26所示。信號(hào)源S是幅度為5V、載波頻率為1kHz、調(diào)制信號(hào)頻率為100Hz的調(diào)幅波。其中調(diào)幅度ma=0.3時(shí)的波形如圖6-27所示，調(diào)幅度ma=0.5時(shí)的波形如圖6-28所示，調(diào)幅度ma=1時(shí)的波形如圖6-29所示(臨界調(diào)幅)，調(diào)幅度ma=2時(shí)的波形如圖6-30所示(出現(xiàn)過調(diào)幅)，調(diào)幅度ma=5時(shí)的波形如圖6-31所示(很明顯出現(xiàn)過調(diào)幅)。圖6-26調(diào)幅波形測(cè)量電路圖6-27

ma=0.3時(shí)的調(diào)幅波形圖6-28

ma=0.5時(shí)的調(diào)幅波形圖6-29

ma=1時(shí)的調(diào)幅波形圖6-30

ma=2時(shí)的調(diào)幅波形圖6-31

ma=5時(shí)的調(diào)幅波形6.6.2調(diào)幅電路仿真設(shè)計(jì)

1.高電平調(diào)幅高電平調(diào)幅仿真電路如圖6-32所示，三極管V沒有設(shè)置基極偏置，工作在非線性區(qū)域。信號(hào)源S1的峰值電壓為2V，工作頻率為10kHz，可視為載波；S2的峰值電壓為1V，工作頻率為1kHz，可視為調(diào)制信號(hào)；S1和S2串聯(lián)后加到調(diào)幅管V的發(fā)射結(jié)上，利用V的非線性完成頻率變換。C4和Tr初級(jí)線圈并聯(lián)，一起構(gòu)成調(diào)幅管V的交流負(fù)載，R1為負(fù)載電阻。A路測(cè)量S1和S2的疊加信號(hào)，B路測(cè)量經(jīng)過調(diào)幅后的輸出波形，如圖6-33所示。圖6-32高電平調(diào)幅仿真電路圖6-33輸入、輸出波形圖6-34給出高電平調(diào)幅電路輸出信號(hào)的頻譜，最左側(cè)一根為1kHz的調(diào)制信號(hào)。與測(cè)試基準(zhǔn)線重合的那根為10kHz的載波信號(hào)，左側(cè)一根為9kHz頻率，顯然為下邊頻，右側(cè)一根為11kHz頻率，顯然為上邊頻。可見，利用三極管的非線性能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)幅。圖6-34輸出信號(hào)的頻譜

2.低電平調(diào)幅

假設(shè)調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)=2+0.5cos(2π×0.5×103t)+cos(2π×103t)＋0.5cos(2π×1.5×103t)，載波信號(hào)為uc(t)=cos(2π×10×103t)，利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，仿真原理圖如圖6-35所示，其輸出信號(hào)波形、頻譜分析圖如圖6-36、圖6-37所示。調(diào)制信號(hào)波形如圖6-38所示，與輸出調(diào)幅波信號(hào)相比，顯然調(diào)制信號(hào)的信息含在輸出調(diào)幅波信號(hào)包絡(luò)上。頻譜分析也證明，此調(diào)幅電路完成調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移，在載波兩側(cè)形成上下兩個(gè)邊帶。圖6-35乘法器構(gòu)成調(diào)幅電路圖6-36調(diào)幅波形輸出圖6-37輸出信號(hào)頻譜分析圖6-38調(diào)制信號(hào)波形6.6.3檢波電路仿真設(shè)計(jì)

1.峰值包絡(luò)檢波器

圖6-39給出大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器，假設(shè)輸入載波幅度為1.25V，載波頻率為465kHz，調(diào)制信號(hào)頻率為5kHz，調(diào)幅系數(shù)為0.5的正弦調(diào)幅波信號(hào)，RL、CL為檢波器負(fù)載，檢波器輸入、輸出波形如圖6-40所示。檢波器輸出的波形基本能夠反應(yīng)輸入調(diào)幅波的包絡(luò)，即完成解調(diào)。在軟件仿真過程中，減小示波器的掃描頻率，能夠清楚地觀察到是含有鋸齒波的輸出波形來反應(yīng)調(diào)幅波的包絡(luò)，如圖6-41所示。圖6-39峰值包絡(luò)檢波電路圖6-40峰值包絡(luò)檢波器輸入/輸出波形

(1)峰值包絡(luò)檢波器的惰性失真。在峰值包絡(luò)檢波器中，往往由于參數(shù)選擇不當(dāng)，引起惰性失真。根據(jù)式(6-12)的要求，假定RL為4.7kΩ固定值，可以計(jì)算得到，只要CL大于0.012μF即可產(chǎn)生惰性失真。如圖6-42給出CL=0.068μF檢波器的輸出波形，可見輸出波形跟不上輸入調(diào)幅波的包絡(luò)變化，而產(chǎn)生惰性失真。圖6-42

CL=0.068μF時(shí)，檢波器輸入和輸出電壓波形

(2)峰值包絡(luò)檢波器的負(fù)峰切割失真。峰值包絡(luò)檢波器在實(shí)際應(yīng)用中，總要和下一級(jí)相連，如圖6-43所示，其中Cc為耦合電容，Ri為等效于下一級(jí)的輸入電阻。信號(hào)源S1為調(diào)幅波，其中載波幅度為2V，載波頻率為200kHz，調(diào)制信號(hào)頻率為1kHz，調(diào)幅系數(shù)為0.5。由于Cc電容容量較大，RL、Ri參數(shù)選擇不合適，往往會(huì)造成負(fù)峰切割失真。為避免負(fù)峰切割失真，必須要求。根據(jù)圖6-43所給出的元器件參數(shù)，要求Ri≥4.7kΩ，我們選用Ri為1kΩ，測(cè)量輸入下一級(jí)的波形，即B點(diǎn)波形，如圖6-44所示，顯然出現(xiàn)了負(fù)峰切割失真。圖6-43負(fù)峰切割失真實(shí)驗(yàn)電路

2.同步檢波器同步檢波器仿真電路如圖6-45所示，模擬乘法器A1用來完成雙邊帶調(diào)幅，A2用來完成同步檢波，R1、L1、C、R2構(gòu)成同步檢波器的低通濾波器。信號(hào)源S1為1V峰值、10kHz的正弦波，作A1的調(diào)制信號(hào)。信號(hào)源S2為1V峰值、100kHz的正弦波，既作A1的載波，又作A2的同步參考信號(hào)。模擬乘法器A1輸出信號(hào)的波形圖如6-46所示、頻譜如6-47所示。同步檢波器輸出信號(hào)的波形如6-46所示、頻譜如圖6-48所示。從同步檢波器的輸入、輸出波形及頻譜可以看出，該同步檢波器可以很理想地完成檢波，還原出原調(diào)制信號(hào)。

圖6-45同步檢波器仿真電路圖6-46模擬乘法器A2輸入/輸出信號(hào)波形圖6－47模擬乘法器A1輸出信號(hào)的頻譜圖6－48同步檢波器輸出信號(hào)的頻譜6.6.4混頻電路仿真設(shè)計(jì)模擬乘法器是完成頻率變換非常理想的非線性器件，圖6-49給出混頻仿真電路。其中以模擬乘法器A1為中心，構(gòu)成雙邊帶調(diào)幅電路，輸出的波形、頻譜如圖6-50、6-51所示。以模擬乘法器A2為中心構(gòu)成混頻電路，其中輸入本振信號(hào)頻率為30kHz的正弦波，輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)為A1的輸出信號(hào)，即中心頻率為20kHz，下邊頻為19kHz，上邊頻為21kHz的雙邊帶調(diào)幅波信號(hào)。R1、C1構(gòu)成低通濾波器，C2、R2構(gòu)成高通濾波器，一起與R3、U1(741)、Rf、R4構(gòu)成有源帶通濾波器。根據(jù)低通、高通、帶通濾波器的基礎(chǔ)理論知識(shí)，選取低通濾波器截止頻率為14kHz，根據(jù)，選取R1＝11kΩ、C1＝1nF。再根據(jù)高通、有源帶通濾波器的基礎(chǔ)理論知識(shí)，選取C2＝1nF、R2＝22kΩ、R3＝11kΩ，根據(jù)，因電路設(shè)計(jì)要求中心頻率fo＝10kHz，通頻帶寬度至少要求大于2kHz，選取B=4kHz，故選取Rf＝80kΩ、R4＝50kΩ。圖6-49混頻仿真電路圖6-50混頻仿真電路測(cè)試波形圖6-51混頻電路輸入高頻信號(hào)的頻譜從圖6－50可以看出，混頻電路輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)波形，含有載波頻率高、密集；輸出信號(hào)經(jīng)有源帶通濾波器后，中頻信號(hào)波形頻率低、稀疏，二者之間能夠很直觀地反映出頻率變換，完成混頻功能。圖6-51、6-52從頻譜角度，更加精確地分析混頻電路完成差頻功能。圖6-51中心頻率為20kHz、下邊頻為19kHz、上邊頻為21kHz，而圖6－52中，中心頻率變?yōu)?0kHz、下邊頻為9kHz、上邊頻為11kHz，說明從高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)，頻率變換而攜帶的信號(hào)成分沒有變，非常理想地完成差頻。圖6-52混頻電路輸出中頻信號(hào)的頻譜小結(jié)

1.調(diào)幅波常有普通調(diào)幅波、雙邊帶調(diào)幅波、單邊帶調(diào)幅波和殘留單邊帶調(diào)幅波等形式。

2.常用的調(diào)幅電路分為高電平調(diào)幅和低電平調(diào)幅電路。

3.檢波是調(diào)幅的逆過程，其實(shí)質(zhì)是利用非線性器件完成頻譜的線性搬移。對(duì)于雙邊帶、單邊帶調(diào)幅波需采用同步檢波器來完成。大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器由于參數(shù)選擇不當(dāng)易產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。

4.在接收機(jī)中，常采用超外差接收方式，即利用混頻器把接收的不同射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為某一固定的中頻信號(hào)?；祛l實(shí)質(zhì)也是利用非線性器件完成頻譜的線性搬移，通過帶通網(wǎng)絡(luò)選出需要的中頻信號(hào)。混頻失真有組合頻率干擾(干擾哨聲、中頻干擾和鏡像干擾)和非線性失真(包絡(luò)失真、交調(diào)失真和互調(diào)失真)。

5.模擬乘法器具有理想的非線性特性，是產(chǎn)生調(diào)幅、檢波和混頻等功能的理想器件。

6.利用Multisim10.0軟件可以仿真調(diào)幅、檢波和混頻等頻譜的線性搬移過程及參數(shù)變化對(duì)電路輸出結(jié)果的影響。習(xí)題

1.選擇題：

(1)調(diào)制的描述______。

A.用載波信號(hào)去控制調(diào)制信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù)按一定的規(guī)律發(fā)生變化

B.用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù)按一定的規(guī)律發(fā)生變化

C.用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的某一參數(shù)，使該參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化

(2)調(diào)幅的描述______。

A.用載波信號(hào)去控制調(diào)制信號(hào)的振幅，使載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化

B.用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的振幅，使載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化

C.用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的振幅，使調(diào)制信號(hào)的振幅隨載波信號(hào)的規(guī)律而變化

(3)檢波的描述，不正確的是______。A.DSB信號(hào)的解調(diào)B.AM信號(hào)的解調(diào)C.普通調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

(4)DSB信號(hào)的特點(diǎn)為______。

A.包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)值，載波相位在調(diào)制電壓零點(diǎn)處突變

B.包絡(luò)與AM過調(diào)制時(shí)相似，載波相位在調(diào)制電壓零點(diǎn)處突變

C.包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)值，載波相位在調(diào)制電壓零點(diǎn)處突變180°

(5)在電視信號(hào)發(fā)射中，為了壓縮圖像帶寬，但又能用普通的接收機(jī)接收，采用_______調(diào)制方式。

A.AM

B.SSB

C.DSB

D.VSB

(6)若調(diào)制信號(hào)的頻率范圍為F1~Fn時(shí)，用來進(jìn)行調(diào)幅，則形成已調(diào)波的帶寬為_______。

A.2F1

B.2Fn

C.2(Fn－F1)

D.2(F1＋Fn)

(7)若調(diào)幅波包絡(luò)的最大振幅為10V，最小振幅為6V，調(diào)幅系數(shù)ma應(yīng)為________。

A.0.25

B.0.05

C.0.75

D.不能確定

(8)DSB信號(hào)的檢波采用_______；SSB信號(hào)的檢波采用_______。

A.大信號(hào)檢波B.小信號(hào)檢波

C.同步檢波D.以上三種均可

(9)超外差接收機(jī)混頻器的任務(wù)是________。

A.增大通頻帶B.抑制干擾C.提高增益

D.把接收到的各種不同頻率的有用信號(hào)的載頻變換為某一固定中頻

(10)我國(guó)調(diào)幅收音機(jī)的中頻信號(hào)頻率為______，調(diào)頻收音機(jī)的中頻信號(hào)頻率為________，電視機(jī)中頻信號(hào)頻率為________。

A.465kHzB.10.7MHzC.38MHzD.不能確定

(11)調(diào)幅器、同步檢波器和變頻器都是由非線性器件和濾波器組成，但所用的濾波器有所不同，調(diào)幅器所用的為_______，同步檢波器所用的為_______，變頻器所用的為_______。

A.低通濾波器B.高通濾波器

C.帶通濾波器