1、高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 第第6章章 振幅调制、振幅调制、解调及混频解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调6.3 混频混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 1.调幅波的分析 1)表示式及波形 设载波电压为coscosCCcuUtuUt调制电压为（61）（62）高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 通常满足c。根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号u线性变化,由此可得振幅调制信号振幅Um（t）为 Um(t)=UC+UC（t）=UC+kaUcost =UC
2、(1+mcost)（63）式中,UC（t）与调制电压u成正比,其振幅UC=kaU与载波振幅之比称为调幅度（调制度）CaCCUk UmUU (64)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 式中,ka为比例系数,一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度。由此可得调幅信号的表达式 uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct （65）上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的,而一般传送的信号并非为单一频率的信号,例如是一连续频谱信号f（t）,这时,可用下式来描述调幅波:()1()cosAMCcutUmf tt（66）高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频
3、 式中,f（t）是均值为零的归一化调制信号,|f（t）|max=1。若将调制信号分解为11()cos()()1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt(67)则调幅波表示式为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)调幅波的频谱 由图61（c）可知,调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制情况下,调幅波如式（65）所描述。将式（65）用三角公式展开,可得()coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt(68)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图61 AM调制过程中的信号波形ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCt
4、tttm1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m1m1uAM(t)0高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图62 实际调制信号的调幅波形(b)uAM(t)f(t)tt(a)包络未调制00高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图63 AM信号的产生原理图 uAMucu常数(a)uAMucu(b)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图64 单音调制时已调波的频谱 （a）调制信号频谱（b）载波信号频谱 （c）AM信号频谱U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc Ffc F2Fm/2m/2高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图65 语音信号及已调信号
5、频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱 振幅0(a)f/Hz3003 400振幅0(b)f/Hzfc 3 400fc 3 400fc高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3）调幅波的功率 在负载电阻RL上消耗的载波功率为2222221221()1(1cos)22(1cos)CCccLLAMcCLLcuUPdtRRutPdtUmtRRPmt(69)(610)在负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由此可见,P是调制信号的函数,是随时间变化的。上、下边频的平均功率均为2221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP(
6、611)(612)AM信号的平均功率 边频 由上式可以看出,AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为边频功率 载波功率 22m(613)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为2max2min(1)(1)ccPPmPPm(614)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.双边带信号 在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号。它可用载波与调制信号相乘得到,其表示式为()()()()cos()cosDSBCDSBCccutkf t kf t u
7、utkU U ttg tt在单一正弦信号u=Ucost调制时,（616）（615）高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 式(624a)对应于上边带,式(624b)对应于下边带。在负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率为3检波器的失真图667 场效应管平衡混频器电路f=pfLqfc (6102)检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci,如图641所示。(a)本振频谱(b)信号频谱(c)输出频谱采用图650所示的同步检波电路,可以减小解调器输出电压的非线性失真。小信号检波是指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。fJ1-fJ2=fc-fJ1 (6109)因为Cg较大,在
8、音频一周内,其两端的直流电压基本不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源。移相法是利用移相网络,对载波和调制信号进行适当的相移,以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。输入电阻是前级的负载,它直接并入输入回路,影响式中,ka为比例系数,一般由调制电路确定,故又称为调制灵敏度。图653 混频器的组成框图图627 理想边带滤波器的衰减特性实际上,不同的t1,U(t)和Cu的下降速度不同,为避免产生惰性失真,必须保证A值最大时,仍有Amax1。ur=Urcosrt=Urcosct(1)回路有载QL值要大,1原理电路及工作原理图66 DSB信号波形 u0(a)uCtuDSB
9、(t)0t(b)(c)t001800U(t)U cost高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.单边带信号 单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。单频调制时,uDSB（t）=kuuC。当取上边带时()cos()()cos()SSBcSSBcutUtutUt（617）（618）取下边带时高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图67 单音调制的SSB信号波形 uSSB(t)0tfc FU高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图68 单边带调制时的频谱搬移 0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f高频电路原理与
10、分析第6章振幅调制、解调及混频 为了看清SSB信号波形的特点,下面分析双音调制时产生的SSB信号波形。为分析方便。设双音频振幅相等,即12212121212121()coscos112cos()cos()2211cos()cos()cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 且21,则可以写成下式:受u调制的双边带信号为（619）(620)(621)(622)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 进一步展开121cos()cos()424SSBccUUutt(623)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图69 双音调制时SS
11、B信号的波形和频谱u0(a)t12(21)12(12)12(12)c12(21)t0uSSB(t)(b)SSB信号频谱(c)等幅双音调制信号频谱ff00F1F2fc F1fc F2高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由式（617）和式（618）,利用三角公式,可得 uSSB(t)=Ucostcosct-Usintsinct (624a)和 uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct (624b)式(624a)对应于上边带,式(624b)对应于下边带。这是SSB信号的另一种表达式,由此可以推出u(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式()cos()sinSSBc
12、cuf ttf tt(625)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 211()()()1sgn()()sgn()()()sgn()jff tf tttjtFjFFe 由于 sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换(626)(627)(628)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图610 希尔伯特变换网络及其传递函数 f(t)H(j)f(t)100()H(j)22高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱(b)上边带频谱 (c)下边带频谱 0(a)cFDSB()cmcmF(c)2F(c)2ccmcm0(b)FSSBU()
13、cm0(c)FSSBL()cmcmcm高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1.AM调制电路 AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前,AM信号大都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式。1)高电平调制 高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图612 集电极调幅电路 ucT1EcT2Ec0uuAMT3高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包
14、络检波器将调制信号恢复出来。us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct1)高电平调制图64 单音调制时已调波的频谱图659 混频器本振注入方式(a)原理电路(b)二极管导通 (c)二极管截止高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。图653 混频器的组成框图它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。(a)原理电路(b)二极管导通 (c)二极管截止式中,m=Us/Ur。将式（65）用三角公式展开,可得输出信噪比(中频频率)叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利
15、用包络检波器将调制信号恢复出来。AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。当干扰频率等于或接近于接收机中频时,如果接收机前端电路的选择性不够好,干扰电压一旦漏到混频器的输入端,混频器对这种干扰相当于一级(中频)放大器,放大器的跨导为gm(t)中的gm0,从而将干扰放大,并顺利地通过其后各级电路,就会在输出端形成干扰。设干扰电压为uJ(t)=UJcosJt,频率为fJ。图636 输入为AM信号时检波器的输出波形图输入信号为己调波,其频谱为Fs(),则5.图613 集电极调幅的波形(a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区
16、过压区高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图614 基极调幅电路 RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)低电平调制 (1)二极管电路。用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路,都可以完成AM信号的产生,图616(a)为单二极管调制电路。当UCU时,由式(538)可知,流过二极管的电流iD为 coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt(629)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图615 基极调幅的波形 t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0E
17、bmaxEbcr高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图616 单二极管调制电路及频谱 uuo(t)H(j)VDucuDiDi(a)0(b)fFfc2fc3fc高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 (2)利用模拟乘法器产生普通调幅波。0(1)tanh()2bAoeTuuiIEV(630)若将uC加至uA,u加到uB,则有00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)()coscos3cos5oceTcccUUiIttEVImtxttt(631)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 式中,m=U/Ee,x=UCVT。若集电极滤波回路的中心频率为fc,带宽为2F,谐
18、振阻抗为RL,则经滤波后的输出电压01()(1cos)cosoLcuI Rxmtt(632)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图617 差分对AM调制器的输出波形 UU0 U00uut(a)(b)iot0未加调制电 压I0 II0 I高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.DSB调制电路 1)二极管调制电路 单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。2()22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDcDDcDcDcDcig Kt ug Utg Utg Utg Utg Ut(633)高频电路原理
19、与分析第6章振幅调制、解调及混频 iL中包含F分量和(2n+1)fcF(n=0,1,2,)分量,若输出滤波器的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则输出电压为 22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt(634)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图618 利用模拟乘法器产生AM信号 MC1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k12 V0.1 FAM信号输出6.8 k5150 k750750ma值调节510.1F60 mV载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1F51(b)4187300 mV(max)BG3
20、1415 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10 k(调节ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 设干扰电压为uJ(t)=UJcosJt,频率为fJ。叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包络检波器将调制信号恢复出来。图642 惰性失真的波形通常满足c。通常满足c。图635 检波器稳态时的电流电压波形4 混频器的干扰us=Uscos(c+)t=Uscostcosct-Ussintsin
21、ctf=pfLqfc (6102)由图61（c）可知,调幅波不是一个简单的正弦波形。图633 二极管峰值包络检波器但在混频器的输出中,由于各种原因,总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号。图654 混频过程中的频谱变换4)变频压缩(抑制)图中输入变压器是用磁环绕制的平衡不平衡宽带变压器,加负载电阻200以后,其带宽可达0530MHz。图644 减小底部切削失真的电路(2)由于RC时常数远大于输入电压载波周期,放电慢,使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即UoUm)。3.图619 二极管平衡调制电路 带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1
22、N1OBN2ON1uN2uo(t)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图620 二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uu高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图621 平衡调制器的一种实际线路 RLucVD12/5 pF0.01C1C2VD2C34.7 pFR34747R2R22 kuT高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 为进一步减少组合分量,可采用双平衡调制器(环形调制器)。在第5章已得到双平衡调制器输出电流的表达式(549),在u1=u,u2=uC的情况下,该式可表示为 442()2co
23、scos3cos38cosLDcDccoLDcig Kt ugttUtuR g U tt(635)(636)经滤波后,有 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图622 双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 调制电压反向加于两桥的另一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响,则图中ua(t)为 1111()()4()coscosacdLocedRu tu KtRrRRu tUttR Rr 因晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re,所以输出
24、电压为(637)(638)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图623 双桥构成的环形调制器 BR2R2AABL2L2uL2uCL3R1ua(t)Re EeRLLCf0 fcEcuo(t)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)差分对调制器 在单差分电路(图57)中,将载波电压uC加到线性通道,即uB=uC,调制信号u加到非线性通道,即uA=u,则双端输出电流io(t)为13()(1cos)tanh(cos)2(1cos)()cos()cos3oocTocUi tImttVImtxtxt (639)式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。经滤波后的输出电压uo
25、(t)为 01()()coscoscoscosoLcocu tI R mxttUtt(640)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图624 差分对DSB调制器的波形 UCUC0 UC0uioioU0utuDSB(t)(a)(b)(c)tt00高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 双差分对电路的差动输出电流为 002()tanh()tanh()221()4ABoTToCTuui tIVVIi tu uV(641)(642)若U、UC均很小,上式可近似为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图625 双差分调制器实际线路 12 V0.477501002.7 kW1100副
26、载波12 V0.1250I5I6I1I2I3I4V4V3V2V1W21003 kV5aV5bV6bV6a1 kW33.9 kW415 k300300I012 V300300V7V8色差信号3 k2 k高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.SSB调制电路 SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同,SSB信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移相法两种。1)滤波法 图626是采用滤波法产生SSB的发射机框图。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图626 滤波法产生SSB信号的框图 音 放F1第路话调制器上边带滤波器音 放F2第路话调制器上边带滤波器单边带信
27、号产生器fc F1fc F2频率合成器第 一混频器第 二混频器线性放大功放f1f2fc500 kHz高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图627 理想边带滤波器的衰减特性 阻带40通带阻带过滤带b/dB0fcfc Fminfc Fminfc Fmaxf高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)移相法 移相法是利用移相网络,对载波和调制信号进行适当的相移,以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。在SSB信号分析中我们已经得到了式(625),重写如下:()()cos()cosSSBccutf ttf tt高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图628 移相法
28、SSB信号调制器 平 衡调制器A/2平 衡调制器B/2f(t)f(t)cos ctcosctsinctf(t)sin ctuSSB上边带下边带0F()0cc0F()j0cc高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 移相法的优点是省去了边带滤波器,但要把无用边带完全抑制掉,必须满足下列两个条件:(1)两个调制器输出的振幅应完全相同 (2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图629 移相法的另一种SSB调制器4545低 通高频功放SSB信号输出2224f0DECBA(a)tAtBtCtDtE(b)00000高频电路原理与分析第6章振幅
29、调制、解调及混频 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于AM信号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适用于AM波。其原理框图如图630所示。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图630 包络检波的原理框图 ui非线性电路(器件)低 通滤波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图631 同步解调器的框图 插入载波同步解调器低通滤波器uUcos(ctc)DSB信号SSB信号或ffc Ffcfc Fffc F00f
30、F0高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 同步检波又可以分为乘积型(图632(a)和叠加型(图632(b)两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。图632 同步检波器 低通滤波器us(a)uour包络检波器us(b)uour高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1原理电路及工作原理 图633(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。11cRRCC 式中,c为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频I为调制频率。在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为()0()cZZR 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图633 二极管峰
31、值包络检波器(a)原理电路(b)二极管导通 (c)二极管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图634 加入等幅波时检波器的工作过程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 从这个过程可以得出下列几点:(1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交替重复过程。(2)由于RC时常数远大于输入电压载波周期,放电慢,使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即UoUm)。(3)二极
32、管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图635 检波器稳态时的电流电压波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图636 输入为AM信号时检波器的输出波形图t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图637 输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 0iDuDUo(t)uDiDt0高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图638 包络检波器的输出电路 CRu(a)RgCgCRUdc(b)CR高频电路原理与分
33、析第6章振幅调制、解调及混频 2性能分析 1)传输系数Kd 检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入载波电压振幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为odmdCUKUUKmU(643a)(643b)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由于输入大信号,检波器工作在大信号状态,二极管的伏安特性可用折线近似。在考虑输入为等幅波,采用理想的高频滤波,并以通过原点的折线表示二极管特性(忽略二极管的导通电压VP),则由图635有:000DDDDDg uuiu(644)(645)式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,为电流通
34、角,iD是周期性余弦脉冲,其平均分量I0为max()(1cos)DDmoDmigUUg U高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 式中,0()、1()为电流分解系数。由式(643(a)和图635可得0max01max1()(sincos)()(sinsin)DmDDmDg UIiag UIia基频分量为(646)(647)cosodmUKU(648)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由此可见,检波系数Kd是检波器电流iD的通角的函数,求出后,就可得Kd。由式(646)Uo=I0R,有(sincos)cosooDmmUI Rg RUU(649)等式两边各除以cos,可得tanD
35、g R(650)当gDR很大时,如gDR50时,tan-3/3,代入式(6-50),有33Dg R(651)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图639 KdgDR关系曲线图 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC0RC5RC图640 滤波电路对Kd的影响 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)输入电阻Ri 检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci,如图641所示。输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值,即1miURI(652)输入电阻是前级的负载
36、,它直接并入输入回路,影响着回路的有效Q值及回路阻抗。由式(647),有(sincos)iDRg(653)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图641 检波器的输入阻抗 CRisR0LC1ZiRiCi高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 当gDR50时,很小,sin-3/6,cos1-2/2,代入上式,可得2222mCiiUURRRR高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3检波器的失真 1)惰性失真 在二极管截止期间,电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。图642 惰性失真的波形 0uCtui高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 为了避免产生惰性失真,必
37、须在任何一个高频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度,即()ouU ttt(655)如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时刻其包络的变化速度为11()sint tmU tmUtt(656)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 二极管停止导通的瞬间,电容两端电压uC近似为输入电压包络值,即uC=Um(1+mcost)。从t1时刻开始通过R放电的速度为1111111(1cos)sin11cost tt tRCRCCmu eUmt etRCRCmtAmt 将式(656)和式(657)代入式(655),可得高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 实际上,不同的t1,
38、U(t)和Cu的下降速度不同,为避免产生惰性失真,必须保证A值最大时,仍有Amax1。故令dadt1=0,得122maxmaxmaxcos11tmmRCmmRCm 代入式(658),得出不失真条件如下:(659)(660)(661)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图643 底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)底部切削失真 底部切削失真又称为负峰切削失真。产生这种失真后,输出电压的波形如图643(c)所示。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。因为Cg较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本
39、不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源。它在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的压降为 RCgRUURR(662)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 调幅波的最小幅度为UC(1-m),由图643可以看出,要避免底部切削失真,应满足(1)CCggRUmURRRRmRRR(663)(664)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图644 减小底部切削失真的电路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 4实际电路及元件选择图645 检波器的实际电路C3放 大20R382 k 6 V10 kR4 Ec2AP9C1R
40、1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 根据上面诸问题的分析,检波器设计及元件参数选择的原则如下:(1)回路有载QL值要大,(2)为载波周期 (3)(4)(5)000/12LRRQC11,CCCcRCTTTf0011,2mmR CRC2maxmaxmax1(1)gggmRCmRm RmRRRm高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 5.二极管并联检波器 除上面讨论的串联检波器外,峰值包络检波器还有并联检波器、推挽检波器、倍压检波器、视频检波器等。这里讨论并联检波器。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图
41、646 并联检波器及波形(a)原理电路(b)波形(c)实际电路 uiR(a)(c)(b)uCVDuDR1CgRgC1RVDEcCcuDttt000uCui高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 根据能量守恒原理,实际加到并联型检波器中的高频功率,一部分消耗在R上,一部分转换为输出平均功率,即2222223CCaviiUUURRRRR当UavUC时(UC为载波振幅)有(665)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6小信号检波器 小信号检波是指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。这时,二极管的伏安特性可用二次幂级数近似,即 一般小信号检波时Kd很小,可以忽略平均电压负反馈效
42、应,认为2012DDDiaa ua u(666)cosDiaVimcuuuuUt(667)将它代入上式,可求得iD的平均分量和高频基波分量振幅为2021112aVmmIaa UIaU高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 若用Iav=Iav-a0表示在输入电压作用下产生的平均电流增量,则2212aVaVmUIRa U(668)相应的Kd和Ri为211121aVdmmmiDUKa RUUURrIa(669)(670)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 若输入信号为单音调制的AM波,因c,可用包络函数U(t)代替以上各式中的Um22222221(1cos)2111(1)2cosco
43、s2222aVmmUa RUmta RUmmtmt(671)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图647 小信号检波 iDQ0EQtuD0iDIav(音频成分)a0tVDuiCREQ高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1乘积型 设输入信号为DSB信号,即us=Uscostcosct,本地恢复载波ur=Urcos(rt+),这两个信号相乘coscoscos()1coscos()cos()2srscrsrrcrcu uUttttU Uttt(672)经低通滤波器的输出,且考虑r-c=c在低通滤波器频带内,有cos()cosoocuUtt(673)高频电路原理与分析第6章振幅调制
44、、解调及混频 由上式可以看出,当恢复载波与发射载波同频同相时,即r=c,=0,则 uo=Uocost (674)无失真地将调制信号恢复出来。若恢复载波与发射载频有一定的频差,即r=c+c uo=Uocosctcost (675)引起振幅失真。若有一定的相差,则 uo=Uocoscost (676)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图648 几种乘积型解调器实际线路 10 k2 k10 k10 k10 k10 k10 kC2C1载波输入7/15 pFT27/15 pFC4T1中频输入10 pF10 pFC3音频输出(a)220 pF(470 pF)220 pF(470 pF)0.01
45、(0.005)(0.005)0.014.7 k中频输入9 MHz(455kHz)载频输入500500500 H(2.5 mH)0.01(b)中频输入470 pFE47 k470 k100 k22 pF0.011 k载频0.011251 k0.014.7 k0.1u(c)0.0151f0 f1681 k1 k0.01输出1120023中频输入22000.01载频1.5 V0.0017100259 V(d)T112 V10 k10 k2 k2200 pF高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.叠加型 叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包络检
46、波器将调制信号恢复出来。对DSB信号而言,只要加入的恢复载波电压在数值上满足一定的关系,就可得到一个不失真的AM波。图649就是一叠加型同步检波器原理电路。设单频调制的单边带信号(上边带)为 us=Uscos(c+)t=Uscostcosct-Ussintsinct高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 恢复载波 ur=Urcosrt=Urcosct us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct =Um(t)cosct+(t)(677)式中 22()(cos)sin()arctancosmrsssrsUtUUtUtUttUUt(678)(679)高频电路原理与分析
47、第6章振幅调制、解调及混频 2222()2cos1()2cos12cosssmrsrsrrrUUUtUUU UttUUUmmt(680)式中,m=Us/Ur。当mUs时,上式可近似为()12cos(1cos)()(1cos)mrrodmdrUtUmtUmtuK UtK Umt(681)(682)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图649 叠加型同步检波器原理电路ususururCR高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图650 平衡同步检波电路 ususV D1V D2urCCRRUo1Uo2uo高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 采用图650所示的同步检波电路,
48、可以减小解调器输出电压的非线性失真。它由两个检波器构成平衡电路,上检波器输出如式(682),下检波器的输出 uo2=KdUr(1-mcost)(683)则总的输出 uo=uo1-uo2=2KdUrmcost (684)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.3 混频混频 1混频器的功能 混频器是频谱线性搬移电路,是一个六端网络。它有两个输入电压,输入信号us和本地振荡信号uL,其工作频率分别为fc和fL输出信号为uI,称为中频信号,其频率是fc和fL的差频或和频,称为中频fI,fI=fLfc(同时也可采用谐波的差频或和频)。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图651 混频
49、器的功能示意图 混频器ffcfLfffIus(fc)uI(fI)uL(fL)tt00000(a)(b)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图652 三种频谱线性搬移功能 (a)调制(b)解调(c)混频 0000fffcfc00ff(a)(b)ff00(c)ffffcfcfLfI高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2混频器的工作原理 设输入到 混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 这两个信号的乘积为111coscos1coscos()cos()2coscossLsLLsLLcLcu uU UttU UtttuUtt
50、(685)(686)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图653 混频器的组成框图 带通滤波器usuouLuI(a)带通滤波器非线性器件uIuouL(b)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 本振为单一频率信号,其频谱为 FL()=(-c)+(+c)输入信号为己调波,其频谱为Fs(),则11()()()()()()221()()2osLsccscscFFFFFF (687)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图654 混频过程中的频谱变换(a)本振频谱(b)信号频谱(c)输出频谱(Lc)I(Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL
