《高頻電子電路》課件-第5

第5章振幅調(diào)制與解調(diào)電路非電物理信息轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，其頻譜分布在低頻端，不適合直接以電磁波的形式進(jìn)行傳輸。這類(lèi)信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)或調(diào)制信號(hào)，用uΩ(t)表達(dá)。采用調(diào)制技術(shù)，將低頻信號(hào)加載到高頻載波信號(hào)上，使信息從低頻端搬移到高頻端，便于信號(hào)的傳送或?qū)崿F(xiàn)不同信號(hào)源、不同系統(tǒng)的頻分復(fù)用。在模擬電路中高頻載波信號(hào)為一個(gè)高頻的正弦波信號(hào)，用uc(t)表達(dá)。將uΩ(t)加載到uc(t)后得到的高頻信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)波。調(diào)制分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三類(lèi)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。無(wú)論是調(diào)制電路還是解調(diào)電路都屬于頻率變換電路。振幅調(diào)制定義：用需傳送的信息（調(diào)制信號(hào)）uΩ(t)去控制高頻載波信號(hào)uc(t)的振幅Ucm，使Ucm的變化量隨uΩ(t)成線(xiàn)性關(guān)系變化，并保持載波頻率不變。5.1振幅調(diào)制與解調(diào)概述5.1.1振幅調(diào)制與解調(diào)的基本概念從調(diào)幅波中解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)作檢波，它是調(diào)制的逆過(guò)程。5.1.2調(diào)幅波的基本性質(zhì)令載波信號(hào)電壓為且AM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為1）AM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式普通調(diào)幅波的振幅為1.普通調(diào)幅波（AM波）AM波的調(diào)幅系數(shù)（或調(diào)制指數(shù)）

ma反映了調(diào)幅波振幅的改變量，在數(shù)值上等于調(diào)幅波幅度的最大變化量與載波振幅之比，即幅度變化量的最大值，歸一化的調(diào)制信號(hào)單音調(diào)制，即

顯然ma≤1，這時(shí)包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)uΩ(t)成線(xiàn)性關(guān)系。問(wèn)題：ma=1的AM波波形。

ma>1時(shí)，包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)uΩ(t)不具有線(xiàn)性關(guān)系，產(chǎn)生失真。如圖示。設(shè)多音調(diào)制的AM波結(jié)論：在max{man}<1時(shí)，普通調(diào)幅波的包絡(luò)比例于調(diào)制信號(hào)。2）AM波的頻譜與帶寬單音調(diào)制時(shí)

可見(jiàn)，單音調(diào)制的AM波頻譜成份為為載頻fc、上邊頻fc+F和下邊頻fc-F。頻帶寬度為2F多音調(diào)制的AM波頻譜

普通調(diào)幅信號(hào)的頻譜成份為為載頻fc、上邊頻fc+Fn和下邊頻fc-Fn。頻帶寬度為2×max{Fn}。下邊帶上邊帶平移ωC－Ω1幅度0ωC+Ω3ωC+Ω1ωC－Ω3幅度0Ω3Ω1幅度0ωC結(jié)論：1）AM波的頻譜是將調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻搬移到載頻附近，并上、下邊頻以載頻為對(duì)稱(chēng)軸，頻譜寬度為。2）調(diào)幅過(guò)程是一種頻譜的線(xiàn)性搬移過(guò)程。3）AM波的功率關(guān)系

將AM波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對(duì)應(yīng)的功率可表示為載波功率上邊頻功率調(diào)制一周期內(nèi)的平均總功率即邊頻功率說(shuō)明，傳送AM波時(shí)，含調(diào)制信息的邊帶功率太小，能量浪費(fèi)太大。AM波的特點(diǎn)：

1），包絡(luò)比例于調(diào)制信號(hào)（調(diào)幅指數(shù)小于1的情況下）。

2）頻譜是將調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻平移到載頻附近，并以載頻為對(duì)稱(chēng)軸。調(diào)幅過(guò)程是一種線(xiàn)性頻譜搬移過(guò)程。

3）頻帶寬度為基帶信號(hào)頻寬的二倍強(qiáng)。即頻帶利用率較低。

4）載波功率占總功率的2/3強(qiáng)，而上、下邊頻功率只占總功率的1/3。即能量利用率較低。2.抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅波（DSB）1）DSB的數(shù)學(xué)表達(dá)式2）DSB的波形3）DSB的波頻譜波形特點(diǎn)：①DSB的包絡(luò)隨調(diào)制信號(hào)絕對(duì)值而變，但不能完全準(zhǔn)確地反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律；②已調(diào)波的相位在調(diào)制信號(hào)為零處突變180°。頻帶寬度？即單音調(diào)制3.單邊帶調(diào)幅波（SSB）1）SSB的數(shù)學(xué)表達(dá)式2）SSB的頻譜3）SSB的特點(diǎn)②全部功率都含有信息，功率有效利用率高。①頻帶只有雙邊帶調(diào)幅波的一半，其頻譜利用率高；單音調(diào)制單音調(diào)制時(shí)三種調(diào)幅方式獲得的調(diào)幅信號(hào)波形及其頻譜多音調(diào)制時(shí)三種調(diào)幅方式獲得的調(diào)幅信號(hào)波形及其頻譜從時(shí)域波形看，只有普通調(diào)幅波的包絡(luò)能反映調(diào)制信號(hào)的變化；從頻譜結(jié)構(gòu)看，調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻端線(xiàn)性搬移到載波頻率附近?！纠?.1】試問(wèn)下面兩個(gè)電壓各代表什么調(diào)制類(lèi)型的信號(hào)？畫(huà)出它們的波形圖與振幅頻譜圖。解：且說(shuō)明，u1是普通調(diào)幅信號(hào)，其波形和頻譜分別如下幅度u1【例5.1】試問(wèn)下面兩個(gè)電壓各代表什么信號(hào)？畫(huà)出它們的波形圖與振幅頻譜圖。解：且說(shuō)明，u2是雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，其波形和頻譜分別如下幅度u2【例5.2】已知，已調(diào)波電壓信號(hào)的幅頻譜如圖所示（設(shè)調(diào)制信號(hào)及載波信號(hào)的初始相位為0）。問(wèn)：1）該信號(hào)是何種調(diào)制方式？2）寫(xiě)出信號(hào)的載頻及調(diào)制信號(hào)頻率；3）寫(xiě)出已調(diào)波的數(shù)學(xué)表達(dá)式。幅度答：1）該信號(hào)是普通調(diào)幅方式2）載波成分頻率：3）載波成分幅度：已調(diào)波的數(shù)學(xué)表達(dá)式邊頻成分幅度：故：調(diào)制信號(hào)頻率：【例5.3】已知，已調(diào)波的電壓波形及其幅頻譜分別如圖所示。u2是何種已調(diào)波；寫(xiě)出它的載波頻率和調(diào)制信號(hào)的頻率；寫(xiě)出u2的函數(shù)表達(dá)式。解：u2是雙邊帶調(diào)幅波調(diào)制信號(hào)的頻率

1=101-100=1krad/s

2=103-100=3krad/s

3=105-100=5krad/s

載波頻率

c=(101-99)/2=100krad/s邊頻

c+

1的幅度為1

邊頻

c+

2的幅度為0.8

邊頻

c+

3的幅度為0.1

【例5.4】某信號(hào)的表達(dá)式為且

2=21<<c。當(dāng)該信號(hào)通過(guò)具有如圖所示頻率特性的濾波器后：1）寫(xiě)出輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)表示式；2）說(shuō)明它的調(diào)制形式。解：1）因?yàn)闉橐种戚d波的單邊帶調(diào)幅經(jīng)濾波器后的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：即：5.1.3振幅調(diào)制與解調(diào)電路的概述1.振幅調(diào)制電路述功能：將輸入的調(diào)制信號(hào)uΩ(t)和載波信號(hào)uc(t)通過(guò)電路變換成高頻調(diào)幅信號(hào)輸出。AM波調(diào)幅電路設(shè)輸入信號(hào)：uc(t)=Ucmcosωct和uΩ(t)=UΩmcosΩt則輸出信號(hào)：

u(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct

普通調(diào)幅波調(diào)幅電路ωcωc±Ωωc從數(shù)學(xué)關(guān)系看電路的本質(zhì)DSB波調(diào)幅電路設(shè)輸入信號(hào)：uc(t)=Ucmcosωct和uΩ(t)=UΩmcosΩt輸出信號(hào)：u(t)=UmcosΩtcosωct

。SSB波調(diào)幅電路設(shè)輸入信號(hào)：uc(t)=Ucmcosωct和uΩ(t)=UΩmcosΩt輸出信號(hào)：u(t)=Umcos(ωc+Ω)t

或u(t)=Umcos(ωc-Ω)t。ωc±Ω雙邊帶調(diào)幅電路ωc單邊帶調(diào)幅電路ωcωc+Ω或ωc－Ω電路的本質(zhì)電路的本質(zhì)振幅調(diào)制電路的分類(lèi)及要求分類(lèi)：低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅。

高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿(mǎn)足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。利用丙類(lèi)高頻功放改變VCC或VBB來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。其優(yōu)點(diǎn)是效率高。設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線(xiàn)性的要求。

低電平調(diào)幅是在低功率電平級(jí)進(jìn)行振幅調(diào)制，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點(diǎn)是提高調(diào)制的線(xiàn)性性，減小不需要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。振幅調(diào)制電路的基本組成原理1)、振幅調(diào)制電路的輸入頻譜為ωc和Ω

，而輸出中必須有新的頻率分量ωc

Ω

，因而電路中必有非線(xiàn)性器件，其特性必含有載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相乘積的項(xiàng)；2)、一般來(lái)說(shuō)，振幅調(diào)制電路由輸入回路、非線(xiàn)性器件和帶通濾波器組成；3)、集成模擬乘法器能實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的相乘，是用于調(diào)幅電路的理想非線(xiàn)性器件；具有平方律特性的二極管或場(chǎng)效應(yīng)管，利用載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相加[uΩ(t)

uc(t)]的平方項(xiàng)中的uΩ(t)uc(t)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生ωc+Ω項(xiàng)，也能用于調(diào)幅電路作為非線(xiàn)性器件。2.調(diào)幅波解調(diào)電路調(diào)幅波的解調(diào)簡(jiǎn)稱(chēng)檢波，從幅度調(diào)制波中不失真地恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)來(lái)。從頻譜上看，就是將幅度調(diào)制波的邊帶不失真地搬回到零頻附近。常用的檢波電路有包絡(luò)檢波和同步檢波等兩類(lèi)。輸出電壓直接反映高頻調(diào)幅包絡(luò)變化規(guī)律的檢波電路，稱(chēng)為包絡(luò)檢波電路，它只適用于普通調(diào)幅波的解調(diào)。同步檢波電路又稱(chēng)相干檢波電路，主要用于解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)幅信號(hào)，有時(shí)也用于普通調(diào)幅波的解調(diào)。對(duì)調(diào)幅波的檢波電路而言，主要關(guān)注的是檢波效率要高，失真小，并具有較高的輸入電阻。小信號(hào)大信號(hào)

工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通電阻rd不考慮電容作用時(shí)的等效電路為：濾波電容特點(diǎn)：加在二極管上的載波電壓同相，調(diào)制電壓反相，電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)對(duì)稱(chēng)。中心抽頭流過(guò)變壓器二次側(cè)的電流為5.2二極管平衡調(diào)幅電路5.2.1原理電路工作條件：且在大信號(hào)高頻載波信號(hào)uc(t)控制下，二極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，于是流過(guò)每個(gè)二極管的電流成為與uc(t)同頻的尖頂脈沖，且脈沖幅度隨調(diào)制電壓u

(t)變化，含有載波頻率與調(diào)制頻率的多種頻率組合，利用帶通濾波器可選出以載波頻率為中心的頻率組合即可獲得調(diào)幅信號(hào)。5.2.2工作原理5.2.3性能分析----開(kāi)關(guān)函數(shù)分析法。1.二極管的大信號(hào)工作模型

實(shí)際二極管的伏安特性如曲線(xiàn)①

大信號(hào)工作時(shí)可近似為曲線(xiàn)②的形式，UBZ稱(chēng)為二極管的導(dǎo)通電壓（又稱(chēng)閾值電壓）。

一般情況下，UBZ較小，或在電路中加一個(gè)固定電壓抵消掉，于是，二極管伏安特性就可以用曲線(xiàn)③表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫(xiě)成若大信號(hào)則稱(chēng)K(

ct)為開(kāi)關(guān)函數(shù)其波形如圖，其傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為從而流過(guò)變壓器二次側(cè)的電流為2.不考慮電容C時(shí)的電路分析電流i中含有設(shè)低頻調(diào)制信號(hào)為，則上式可以表達(dá)為若帶通濾波器的通帶幅度為A，則RL上建立的輸出電壓電容與輸出變壓器的線(xiàn)圈構(gòu)成帶通濾波器，且二極管平衡調(diào)幅電路就是一個(gè)具有乘法運(yùn)算功能的頻譜線(xiàn)性搬移電路。3.考慮電容C時(shí)的電路分析是雙邊帶調(diào)幅波不考慮電容C的濾波作用時(shí)，流過(guò)變壓器副邊的電流為歸納：二極管平衡調(diào)幅原理電路載波大信號(hào)基帶小信號(hào)二極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通電阻rd。理想情況下，負(fù)載電壓是雙邊帶調(diào)幅波形式由于平衡調(diào)制器主要利用電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)來(lái)抑制輸出信號(hào)中的載波成分并抵消一部分無(wú)用頻率成分，而調(diào)制的線(xiàn)性度主要取決于帶通濾波器通帶的平坦特性。由于電子器件特性不可能完全相同，所用變壓器也難于做到完全對(duì)稱(chēng)，必造成載波漏到輸出中去。定義泄漏至輸出電壓中的載波電壓值與輸出信號(hào)電壓值的比值為載漏，即5.2.4主要技術(shù)指標(biāo)一般來(lái)說(shuō)，載漏應(yīng)比有用邊帶信號(hào)低20dB以上。此電路能正常工作的重要條件是電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性并確保二極管工作在理想開(kāi)關(guān)狀態(tài)。為此①盡可能選用特性相同的二極管；②選用開(kāi)關(guān)特性好的二極管；③確保變壓器中心抽頭的準(zhǔn)確對(duì)稱(chēng)；④對(duì)線(xiàn)圈采取屏蔽措施，以防止雜散電磁耦合影響變壓器的對(duì)稱(chēng)性。5.2.5電路元件的選擇電容C3對(duì)高頻短路、對(duì)音頻斷路，因此輸入變壓器次級(jí)的中心抽頭為高頻地電位;電容C1和C2用于平衡反向工作時(shí)兩個(gè)二極管的結(jié)電容;電阻R3和R2與二極管串聯(lián)、同時(shí)用并聯(lián)可調(diào)電阻R1來(lái)使兩個(gè)二極管的正向等效電阻相等;單端輸出已調(diào)信號(hào)，省去了中心抽頭音頻變壓器和輸出變壓器。5.2.6平衡調(diào)幅器的其它電路形式兩個(gè)二極管的方向反向，uc(t)同相、u

(t)反相地加兩個(gè)二極管上，流經(jīng)負(fù)載的電流仍然是兩個(gè)二極管電流之差。四個(gè)二極管組成電橋。在大信號(hào)載波uc(t)>0時(shí)，四個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，輸出電壓uo(t)=0；在uc(t)<0時(shí)，四個(gè)二極管均截止，uo(t)=u

(t)。uo(t)=u

(t)(1-K(

ct))?！纠?.5】調(diào)制電路如圖所示。載波電壓uc(t)=Ucmcosωct控制二極管的通斷（設(shè)調(diào)制信號(hào)為uΩ(t)=UΩmcosΩt，且Ω＜＜ωc）。試分析其工作原理并說(shuō)明R的作用。已知解：當(dāng)uc≥0時(shí)，D1、D2導(dǎo)通，電橋平衡，使變壓器的下端為地電位，變壓器的初級(jí)有電流流過(guò)，則在變壓器的次級(jí)就有電壓uo=uΩ；當(dāng)uc＜0時(shí)，D1、D2截止，使變壓器的下端開(kāi)路，沒(méi)有電流流過(guò)，則有uo=0；

經(jīng)濾波后，輸出電壓為

說(shuō)明，該電路完成了雙邊帶振幅調(diào)制。其中，R的作用是與兩個(gè)二極管構(gòu)成橋式電路，改變中間抽頭可調(diào)節(jié)橋路的平衡。5.3.1二極管環(huán)形調(diào)幅電路原理電路1）在uc(t)>0時(shí)，D1和D2導(dǎo)通，D3和D4截止；2）在uc(t)<0時(shí)，D1和D2截止，D3和D4導(dǎo)通。5.3其它調(diào)幅電路1）對(duì)D1和D2，在uc(t)>0時(shí)導(dǎo)通，在uc(t)<0時(shí)截止；相當(dāng)于一個(gè)二極管平衡調(diào)幅電路，其等效開(kāi)關(guān)用K(ωct)

描述；2）對(duì)D3和D4，在uc(t)>0時(shí)截止，在uc(t)<0時(shí)導(dǎo)通；相當(dāng)于一個(gè)二極管平衡調(diào)幅電路，其等效開(kāi)關(guān)用1-K(ωct)

描述。

不考慮電容濾波作用

在不考慮電容濾波作用流過(guò)變壓器副邊的電流為等效開(kāi)關(guān)K(ωct)

的二極管平衡調(diào)幅電路等效開(kāi)關(guān)1-K(ωct)的

二極管平衡調(diào)幅電路電流i中含有輸出變壓器原邊線(xiàn)圈與電容構(gòu)成帶通濾波器，且中心頻率為ωc，帶寬略大于2Ω。于是，負(fù)載電流環(huán)形調(diào)幅電路的輸出電壓為不考慮電容C的濾波作用時(shí)，流過(guò)變壓器副邊的電流為歸納：二極管環(huán)形調(diào)幅原理電路載波大信號(hào)基帶小信號(hào)二極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通電阻rd。理想情況下，輸出電壓是雙邊帶調(diào)幅波形式由于，【例5.6】在圖示的二極管環(huán)形振幅調(diào)制電路中，調(diào)制信號(hào)電壓u

(t)=U

mcos(

t)；四只二極管的伏安特性完全一致，均為從原點(diǎn)出發(fā)、斜率為gd的直線(xiàn)；載波電壓uc(t)是幅值Ucm、重復(fù)周期Tc=2

/

c的對(duì)稱(chēng)方波，且Ucm>>U

m。試求輸出電壓uo(t)的波形及相應(yīng)的頻譜。解：

uc(t)為正高電平時(shí)D2、D4通，D1、D3斷；uc(t)為負(fù)電平時(shí)D1、D3通，D2、D4斷。即D2、D4的開(kāi)關(guān)函數(shù)為K(

ct)，D1、D3的開(kāi)關(guān)函數(shù)為1-K(

ct)。設(shè)電容電壓為，則各二極管的電壓可以表達(dá)為在不考慮電容濾波作用時(shí)，變壓器原邊電流為考慮電容濾波作用后，負(fù)載的端壓為畫(huà)出輸出電壓uo(t)、調(diào)制信號(hào)u(t)、載波信號(hào)uc(t)和不考慮電容濾波效應(yīng)時(shí)變壓器原邊電流i(t)的波形和頻譜如下：D2、D4的開(kāi)關(guān)函數(shù)為K(

ct)，D1、D3的開(kāi)關(guān)函數(shù)為1-K(

ct)。1）雙差分對(duì)管振幅調(diào)制電路原理電路單差分對(duì)管結(jié)構(gòu)輸出端口輸入信號(hào)③雙端輸出時(shí)①電流、電壓關(guān)系5.3.2模擬乘法器調(diào)幅②晶體三極管特性整理得A）當(dāng)uc、u

的幅度均小于26mV時(shí)

即實(shí)現(xiàn)抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)輸出，且輸出信號(hào)的幅度比例于恒流源I0。B）擴(kuò)大u

的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍

在T5和T6的發(fā)射極之間接入負(fù)反饋電阻Ry

，將恒流源I0均分為兩個(gè)。Ry

足夠大時(shí)，滿(mǎn)足深度負(fù)反饋條件，即分析計(jì)算得：這時(shí)雙端輸出電流為故u

的最大動(dòng)態(tài)范圍為C）當(dāng)uc是大信號(hào)（即Ucm>>2kT/q=26mV），并在T5和T6的發(fā)射極之間接入負(fù)反饋電阻Ry

時(shí)，

在輸出端加一個(gè)中心頻率為ωc，帶寬略大于2Ω的帶通濾波器。經(jīng)濾波處理后負(fù)載可獲得的電流將為

這是一個(gè)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。2）MC1496平衡調(diào)幅電路載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)調(diào)零擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍單端輸出MC1496芯片【例5.7】圖示出了某電器的方框圖。試寫(xiě)出圖中uo1(t)和uo(t)的電壓表示式并畫(huà)出它們的時(shí)域波形。設(shè)圖中濾波系統(tǒng)的幅頻特性H(

)分別為H1(

)或H2(

)。設(shè)uo1(t)的波形uo1(t)的幅頻譜uo(t)的波形uo(t)的幅頻譜uo(t)的波形uo(t)的幅頻譜解：由題知【例5.8】差分對(duì)管調(diào)制電路如圖所示。1），，，LC并聯(lián)諧振回路對(duì)載波頻率諧振，諧振電阻，帶寬為試求：1）輸出電壓。2）此電路能否得到雙邊帶調(diào)幅信號(hào)？為什么？因Q3管的發(fā)射結(jié)始終正偏。忽略閾值電壓時(shí)Q3管的發(fā)射極靜態(tài)電流為因而，晶體管的跨導(dǎo)為Q3管的發(fā)射極電流可近似表達(dá)為說(shuō)明Q3管的靜態(tài)工作點(diǎn)位于輸入特性曲線(xiàn)的彎曲部分而且由于Ucm=156mV，UT=26mV，則uc可以看作是大信號(hào)，這時(shí)于是，Q2管的集電極電流為且由于選頻回路對(duì)載波頻率

c諧振，且?guī)挒?0krad/s，故經(jīng)過(guò)選頻回路后，加在電阻Rp上的電流頻率成分有

c、

c+

和

c-

。其中輸出電壓的載頻分量為上邊頻的分量為：邊頻分量處于通頻帶的邊界點(diǎn)上，所以幅度下降

，相移量為

/4，則有：下邊頻的分量為：輸出電壓的載頻分量為上邊頻的分量為：下邊頻的分量為：因此輸出電壓為：顯然，在加入隔直電容后，此電路輸出信號(hào)將為普通調(diào)幅信號(hào)，并且，電路不能輸出雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。5.3.3高電平調(diào)幅電路1.集電極調(diào)幅電路A)原理電路AM信號(hào)大都用于無(wú)線(xiàn)電廣播，因此多采用高電平調(diào)制方式。這種調(diào)制是在高頻功率放大器中進(jìn)行的。通常分為基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅。低頻調(diào)制信號(hào)集電極直流電源低頻變壓器高頻變壓器高頻旁路電容高頻載波信號(hào)有效集電極電源電壓諧振頻率

c，通頻帶2

max

由丙類(lèi)功率放大器的集電極調(diào)制特性知B）工作原理有效集電極電源電壓準(zhǔn)基波分量為輸出電壓理解：VCT是未加調(diào)制信號(hào)時(shí)的集電極電源，設(shè)這時(shí)集電極電流的直流分量、基波分量分別為IC0T

、IC1T

，則理想調(diào)幅時(shí)，準(zhǔn)直流分量為該電路只能實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅。即C）分析、計(jì)算1）載波狀態(tài)即直流電源提供的輸入功率載波輸出功率集電極損耗功率集電極效率2）調(diào)幅狀態(tài)即有效電源提供的輸入功率輸出功率集電極損耗功率集電極效率

顯然，在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)，高頻平均功率是變化的，但集電極效率為常數(shù)。3）調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)的平均功率計(jì)算有效電源提供的平均輸入功率直流電源VCT提供的平均輸入功率為P=T

，調(diào)制信號(hào)源uΩ(t)提供的平均輸入功率為m2aP=T/2。平均輸出功率其中，載波輸出功率為POT

，邊頻為m2aPOT/2。平均集電極損耗功率1）必須工作于過(guò)壓區(qū)；2）調(diào)制過(guò)程中，效率不變，可保持在高效率下工作；3）總輸入功率分別由直流電源VCT和調(diào)制信號(hào)源uΩ(t)提供。因而調(diào)制信號(hào)源應(yīng)是功率源；4）載波輸出功率是由直流電源VCT提供，邊頻功率由調(diào)制信號(hào)源uΩ(t)提供；5）在調(diào)制一周期內(nèi)的平均功率都是載波狀態(tài)對(duì)應(yīng)功率的(1+m2a/2)倍；6）集電極平均損耗功率是載波狀態(tài)損耗功率的(1+m2a/2)倍，選管子時(shí)，應(yīng)采用允許損耗功率PCM>Pcav的晶體管。D)特點(diǎn)：2.基極調(diào)幅電路A)原理電路高頻旁路電容高頻變壓器低頻變壓器低頻旁路電容諧振回路：諧振頻率

C通頻帶2

max高頻變壓器D)基極調(diào)幅實(shí)際電路C)基極調(diào)幅電路的特點(diǎn)：1）必須工作于欠壓區(qū)；2）載波輸出功率和邊頻功率都由直流電源提供；3）調(diào)制過(guò)程中，效率是變化的；4）調(diào)制線(xiàn)性范圍小，只能用于輸出功率小，對(duì)失真要求不嚴(yán)的發(fā)射機(jī)中。B）基極調(diào)幅電路的基本原理是利用丙類(lèi)功率放大器的基極調(diào)制特性【例5.9】試分析圖示電路的工作原理，說(shuō)明它是哪一種調(diào)幅電路，有什么優(yōu)點(diǎn)？解：VT1、VT2各構(gòu)成集電極調(diào)幅電路，前級(jí)的輸出uo1是后級(jí)電路的激勵(lì)(載波)電壓，且uo1與uo同方向變化，是雙重集電極調(diào)幅電路。當(dāng)集電極調(diào)幅于底部時(shí)可能使電路進(jìn)入強(qiáng)過(guò)壓狀態(tài)而使得ic的基波電流幅度Ic1m不能跟隨Vcc作線(xiàn)性變化，而當(dāng)集電極調(diào)幅于頂部時(shí)可能使電路進(jìn)入欠壓狀態(tài)而使得Ic1m不能跟隨Vcc作線(xiàn)性變化。

工作原理：當(dāng)后級(jí)調(diào)幅于底部時(shí)，后級(jí)的激勵(lì)電壓也是減小的，保證后級(jí)調(diào)幅電路不進(jìn)入強(qiáng)過(guò)壓狀態(tài)；當(dāng)后級(jí)調(diào)幅于頂部時(shí)，后級(jí)的激勵(lì)電壓也增大的，保證后級(jí)調(diào)幅電路不進(jìn)入欠壓狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可使后級(jí)始終工作于弱過(guò)壓狀態(tài)，適當(dāng)控制前級(jí)的調(diào)制度就可使總的調(diào)制特性接近線(xiàn)性。5.3.4單邊帶調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生電路單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法：濾波法和移相法。1.濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)A)原理方框圖

由于雙邊帶信號(hào)的上下邊頻的頻率間隔為2Fmin（一般為幾十Hz），對(duì)邊帶濾波器的選頻特性要求很高。特別是fc>>Fmin，邊帶濾波器的相對(duì)帶寬很小，制作很困難。幅度0

Ω3

Ω1幅度0

ωC

ωC－Ω1幅度0

ωC+Ω3

ωC+Ω1

ωC－Ω3濾波器的幅頻特性調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)濾波器的過(guò)渡帶寬度為2

1，相對(duì)頻寬為2

1/

cB)改進(jìn)濾波法令，fc=f1+f2+f3

，且f1>F，f2>f1+F，f3>f2+f1+F。增大了邊帶濾波器的相對(duì)帶寬。說(shuō)明，第1級(jí)邊帶濾波器的制作要求最高，但它的制作難度比一次平衡調(diào)幅-濾波時(shí)大大降低了。濾波器的性能穩(wěn)定、可靠，且經(jīng)濟(jì)，此法仍是干線(xiàn)通信所采用的標(biāo)準(zhǔn)形式。2.移相法理解為載波理解為載波的90°相移理解為調(diào)制信號(hào)理解為調(diào)制信號(hào)的90°相移移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的原理框圖

移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的原理是利用移相90°來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn)是省去了邊帶濾波器,但要把無(wú)用邊帶完全抑制掉,必須滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件：(1)兩個(gè)調(diào)制器輸出的振幅應(yīng)完全相同；(2)移相網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)載頻及調(diào)制信號(hào)均保證精確的90°相移。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為多頻信號(hào)時(shí)，全都移相90°實(shí)際上是很困難的。改進(jìn)移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的原理框圖所用的相移網(wǎng)絡(luò)都工作于固定頻率和處，且輸出調(diào)幅信號(hào)的載頻為，且滿(mǎn)足圖中的低通濾波器，取的是下邊帶。此法具有制造和維護(hù)都比較簡(jiǎn)單，適用于小型輕便設(shè)備。5.4二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波電路檢波器的目的是從調(diào)幅波中不失真地解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器又稱(chēng)為峰值包絡(luò)檢波器，主要用于解調(diào)振幅大于0.5V的普通調(diào)幅波利用二極管的單向?qū)щ娦钥刂齐娙莸某浞烹娺^(guò)程，使電路的輸出跟隨輸入信號(hào)的包絡(luò)變化而實(shí)現(xiàn)檢波。輸入、輸出頻譜關(guān)系包絡(luò)檢波直流包絡(luò)檢波

此類(lèi)只要通過(guò)具有二次方特性的非線(xiàn)性器件進(jìn)行頻率變換產(chǎn)生新的頻率，再用低通濾波器取出所需解調(diào)的信號(hào)。5.4.1原理電路

大信號(hào)uAM(t)，二極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。即uAM(t)為正時(shí)，通過(guò)二極管對(duì)電容C充電；uAM(t)為負(fù)時(shí)，電容C通過(guò)電阻放電。電容C的充、放電的頻率取決于uAM(t)的載波頻率，是一個(gè)快速過(guò)程。電容Cc：隔直耦合作用電容C：濾除電路中的高頻成分。設(shè)ui(t)為等幅波5.4.2工作原理

檢波二極管D的工作狀態(tài)取決于其兩端的電壓uD(t)=uAM(t)-uc(t)，且負(fù)載電流iL只是二極管電流id中的準(zhǔn)直流成分，故可建立等效電路設(shè)ui(t)為普通調(diào)幅波uc(t)呈現(xiàn)鋸齒狀的。但因二極管導(dǎo)通時(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓的周期，所以電壓uc(t)的起伏是很小的，可看成是與輸入調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。再經(jīng)電容Cc的隔直流處理使得負(fù)載RL獲得的電壓uo(t)比例于原調(diào)制信號(hào)u

(t)，即實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)。5.4.3定量分析A)大信號(hào)理想二極管的伏安特性設(shè)則流過(guò)二極管的電流id是頻率為ωc的尖頂余弦脈沖。即設(shè)id的導(dǎo)通角為θc，振幅最大值為Idm

，則當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，B)由電路知，二極管兩端電壓C)Idm、θc與電路參數(shù)的關(guān)系再考慮由于當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，uc視作常數(shù)解得解得總結(jié)

理想條件下，電容C的端電壓D)輸入為普通調(diào)幅波時(shí)等效振幅為U’cm=Ucm(1+macosΩt)再經(jīng)隔直電容CC，得負(fù)載電壓推廣到多音調(diào)制的普通調(diào)幅波時(shí)，負(fù)載電壓應(yīng)為5.4.4主要技術(shù)指標(biāo)A)電壓傳輸系數(shù)檢波器的電壓傳輸系數(shù)又稱(chēng)作檢波效率或檢波系數(shù)用來(lái)描述檢波器對(duì)輸入已調(diào)信號(hào)的解調(diào)能力它定義為檢波器的音頻輸出電壓振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅之比。即當(dāng)，因而，，這是大信號(hào)包絡(luò)檢波電路的主要優(yōu)點(diǎn)。B）等效輸入電阻檢波器的等效輸入電阻是前一級(jí)的負(fù)載，直接并于前級(jí)的輸出回路，影響著回路的品質(zhì)因數(shù)、阻抗等。檢波器的等效輸入電阻定義為輸入已調(diào)信號(hào)中載波振幅與二極管電流的基波振幅之比。即電流基波分量振幅等效輸入電阻顯然，為減小檢波器對(duì)前級(jí)的影響，應(yīng)增大輸入電阻Rid的值。3）失真①頻率失真產(chǎn)生的原因：由電路知，電容C和CC對(duì)不同頻率具有不同的容抗值。電容C主要用于濾除調(diào)幅波中的載波頻率分量，當(dāng)參數(shù)值過(guò)大時(shí)也會(huì)對(duì)調(diào)制信號(hào)Ωmax產(chǎn)生旁路失真。而電容CC將會(huì)影響Ωmin的輸出電壓。減小頻率失真的條件：②非線(xiàn)性失真產(chǎn)生的原因：二極管伏安特性起始彎曲部分引起的信號(hào)失真。

二極管大信號(hào)檢波的非線(xiàn)性失真非常小。這是由于輸出電壓是二極管的反向偏壓，具有負(fù)反饋?zhàn)饔?，能使非線(xiàn)性失真減?、鄱栊允д娈a(chǎn)生原因：

當(dāng)RC過(guò)大時(shí)，放電太慢，使輸出電壓高于輸入電壓，二極管截止。不產(chǎn)生惰性失真的條件：

電容上電壓變化的速度比調(diào)幅波振幅變化的速度快，即設(shè)輸入為

則包絡(luò)為調(diào)幅波振幅變化的速度為電容的伏安關(guān)系為大信號(hào)檢波器的導(dǎo)通角很小，cos

C=1整理可得若不產(chǎn)生惰性失真的條件為解得從而，不產(chǎn)生惰性失真推廣到多音調(diào)制時(shí)，不產(chǎn)生惰性失真的條件是RC為放電時(shí)間常數(shù)。由放電回路知UR④負(fù)峰切割失真設(shè)輸入為ui(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωctB點(diǎn)電壓為uB=maUcmcosΩtcosθcA點(diǎn)電壓為uA=Ucm(1+macosΩt)cosθc電容CC上的電壓為uAB=Ucmcosθc

由于CC的值較大，其上的電壓可認(rèn)為在低頻一周內(nèi)保持不變，這個(gè)電壓經(jīng)R和RL分壓，將在R上建立一個(gè)直流電壓UR

。＋UR－當(dāng)輸入調(diào)幅信號(hào)的幅度小于UR時(shí)，二極管截止，使輸出電壓波形的底部被切割，出現(xiàn)失真。A

B

現(xiàn)象：產(chǎn)生原因：不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的條件輸入調(diào)幅波振幅的最小值大于或等于UR。即設(shè)Kd=cosθc=1，則URui(t)=Ucm(1+macosΩt)cosωct交流負(fù)載直流負(fù)載顯然，R

與RDC的值越接近越好。1、電壓傳輸系數(shù)2、等效輸入電阻在UBZ=0條件下，3、失真減小頻率失真不產(chǎn)生惰性失真的條件大信號(hào)歸納：二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的條件5.4.5電路參數(shù)計(jì)算

電路中元器件參數(shù)的選取一般可按以下步驟進(jìn)行：1）檢波二極管通常選正向電阻小(500Ω以下)、反向電阻大(500kΩ以上)、結(jié)電容小、最高工作頻率高（滿(mǎn)足）；2）檢波電阻R、檢波電容C的選取應(yīng)綜合考慮，需同時(shí)滿(mǎn)足：①?gòu)奶岣邫z波系數(shù)、減小輸出波紋考慮，RC應(yīng)盡可能大。②C對(duì)載頻信號(hào)應(yīng)近似短路；③避免惰性失真和負(fù)峰切割失真④檢波器的輸入電阻Rid是前一級(jí)電路的負(fù)載，不能太小。⑤R選定后，可按RC的值求得C值且使得C>10Cj(檢波二極管的結(jié)電容);3）耦合電容Cc的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號(hào)能有效地耦合到負(fù)載電阻RL上。5.4.6改進(jìn)在電路中，通過(guò)合理選擇電路元器件的參數(shù)值，可減小頻率失真，并避免惰性失真和負(fù)峰切割失真的出現(xiàn)。但待解調(diào)普通調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅度較大時(shí)，如ma=0.8~0.9，這時(shí)需要交流負(fù)載和直流負(fù)載的差別不能超過(guò)10%~20%。愈大，這個(gè)條件愈難滿(mǎn)足。方法一：在R和RL之間插入高輸入阻抗的射極跟隨器，如圖所示。這時(shí)R=R

。方法二：將檢波電容、檢波電阻分解成兩部分，以減小交流負(fù)載與直流負(fù)載的差別，如圖所示。直流負(fù)載為交流負(fù)載為

當(dāng)RDC一定時(shí)，R1越大，交、直流電阻的差值越小，負(fù)峰切割失真就不易產(chǎn)生，或者說(shuō)允許的調(diào)幅度ma比較大，但輸出電壓減小。為兼顧二者，通常取R1=(0.1~0.2)R2。

電容C2是為進(jìn)一步濾除高頻分量，這時(shí)電路的時(shí)間常數(shù)為

(R1+R2)C1+R2C2

通常取C1=C2

即，不產(chǎn)生惰性失真的條件為圖所示為調(diào)幅收音機(jī)常用的檢波電路之一。①電容C對(duì)載頻信號(hào)應(yīng)近似短路,故應(yīng)有

通常取【例5.10】已知普通調(diào)幅信號(hào)的中心頻率fc=465kHz，調(diào)制信號(hào)頻率范圍為F=300Hz～3400Hz，ma=0.3，RL=10kΩ。如何確定圖示二極管峰值包絡(luò)檢波器有關(guān)元器件參數(shù)?1)檢波二極管通常選正向電阻小(500Ω以下)、反向電阻大(500kΩ以上)、結(jié)電容小的點(diǎn)接觸型鍺二極管,

注意最高工作頻率應(yīng)滿(mǎn)足要求。2)RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：解：

代入已知條件,可得(1.7～3.4)×10-6≤RC≤0.15×10-3②為避免惰性失真,應(yīng)有3)設(shè)為避免負(fù)峰切割失真,應(yīng)滿(mǎn)足取R=6kΩ,另取C=0.01μF,這樣,RC=0.06×10-3,滿(mǎn)足上一步對(duì)時(shí)間常數(shù)的要求。因此,R1=1kΩ,R2=5kΩ。(1.7～3.4)×10-6≤RC≤0.15×10-3即R的值越小，比值R

/R就越小。但檢波器的輸入電阻R=R/2不應(yīng)太小，所以R不能太小。4)Cc的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號(hào)能有效地耦合到RL上，即滿(mǎn)足即取

Cc=47μF

【例5.11】圖示電路中，待解調(diào)信號(hào)先通過(guò)小信號(hào)諧振放大器放大后再送入檢波器進(jìn)行解調(diào)。已知小信號(hào)諧振放大器的諧振頻率f0=10.7MHz，電感線(xiàn)圈的參數(shù)L13=4

H、Q0=80、N13=10、N12=4、N45=5，晶體管的參數(shù)gie=2860

S、Cie=18pF、goe=200

S、Coe=7pF、|yfe|=45mS、

fe=45、yre=0，二極管的參數(shù)rd=100、UBZ=0，其余參數(shù)如圖所示。若待解調(diào)信號(hào)為試求電路的輸出電壓uo(t)。解：小信號(hào)放大器的交流通路檢波器的等效輸入電阻放大器的小信號(hào)等效電路如圖電感線(xiàn)圈的空載損耗電導(dǎo)放大器的諧振電壓增益3dB通頻帶寬度由于輸入信號(hào)的頻寬為2×103Hz，它小于2

f0.7，且遠(yuǎn)小于f0，說(shuō)明輸入信號(hào)可視作窄帶而被放大器有效放大。因此，放大器的輸出電壓可以表達(dá)為其包絡(luò)為在檢波環(huán)節(jié)，由于說(shuō)明在檢波過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)惰性失真和負(fù)峰切割失真。又，檢波器的電壓傳輸系數(shù)為則，電路的輸出電壓為且【例5.12】檢波器電路如圖所示，圖中大信號(hào)ui(t)為普通調(diào)幅波。根據(jù)圖示極性，畫(huà)出電壓uc(t)、uD(t)、uo(t)的波形。解：設(shè)5.5其它調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)電路

C是負(fù)載電容，并兼做隔直流電容；R是負(fù)載電阻，與二極管D并聯(lián)，為二極管電路中的平均分量提供通路；R>>rd。5.5.1并聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器

二極管導(dǎo)通時(shí)輸入信號(hào)uAM(t)向C充電，二極管截止時(shí)C通過(guò)R放電,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，uc(t)呈現(xiàn)出跟隨輸入信號(hào)包絡(luò)變化的鋸齒狀波形。uD(t)=uAM(t)-uc(t)。

uD(t)中含有平均分量、高頻分量，需隔直電容和低通濾波電路才能得到所需的低頻分量，電路結(jié)構(gòu)為二極管的導(dǎo)通角電壓傳輸系數(shù)Kd=cos

c≈1。輸入等效電阻約為Rid≈R/3。5.5.2同步檢波器

同步檢波又稱(chēng)作相干檢波，主要用于對(duì)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)和單邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)。由于待解調(diào)信號(hào)的頻譜中不含有載頻成分，要實(shí)現(xiàn)檢波就必須提供一個(gè)與待解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)同頻同相的本地載頻信號(hào)（又稱(chēng)作同步信號(hào)）作為頻譜搬移時(shí)的參考。1.乘積型同步檢波電路待解調(diào)信號(hào)