1、第6章振幅信號的解調 第第6章章 振幅信號的解調振幅信號的解調 第6章振幅信號的解調 第一節第一節 概述概述一、檢波器的功能一、檢波器的功能所示圖如電壓波形檢波器輸出為脈沖調制若為脈沖調幅波為調制電壓檢波器輸出普通調幅波為直流電壓檢波器輸出高頻等幅波16161:sin:sin)sin1 (:sin:0000PtUuttmuuUutuumiaimiiimi第6章振幅信號的解調 二、檢波器的分類二、檢波器的分類 振幅解調方法可分為包絡檢波包絡檢波和同步檢波同步檢波兩大類。1、包絡檢波是指解調器輸出電壓與輸入已調波的包絡成正比的檢波方法。由于AM信號的包絡與調制信號成線性關系，因此包絡檢波只適用于A

2、M波。2、同步檢波主要是用于雙邊帶和單邊帶調幅波的檢波。因為DSB、SSB的頻譜中缺少一個載波頻率分量，不能用包絡檢波器解調，必須在檢波器輸入端加一個本地載波信號的同步檢波器實現解調。第6章振幅信號的解調 三、檢波器的組成三、檢波器的組成包絡檢波的原理框圖 ui非線性電路(器件)低 通濾波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F第6章振幅信號的解調 四、檢波器的主要技術指標四、檢波器的主要技術指標P161-162第6章振幅信號的解調 一、大信號檢波器的工作原理一、大信號檢波器的工作原理第二節第二節 二極管大信號包絡檢波器（幅度二極管大信號包絡檢波器（幅度0.5V0.5V）電路組成

3、：由輸入回路、D和RC低通濾波器三部分組成。+-第6章振幅信號的解調 1 1、輸入等幅波信號時、輸入等幅波信號時 圖6-33 二極管峰值包絡檢波器(a)原理電路 (b)二極管導通 (c)二極管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo為了分析方便，我們先假設輸入信號為等幅高平電壓。且輸入電壓足夠大，即屬于大信號峰值檢波。11cRRCC()0()cZZR 第6章振幅信號的解調 +-RCRCCrC，Dtudi放充放電時常數放電通過電容充電時常數充電導通給等幅波時當:)(輸入等幅波時檢波器的工作過程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通斷斷通(a)(b)(c)t00 0tUo

4、uoiDUav當輸入等幅載波當輸入等幅載波ui時時DCAVUUm0UU第6章振幅信號的解調 從這個過程可以得出下列幾點: (1) 檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的交替重復過程。 (2) 由于RC時常數遠大于輸入電壓載波周期，放電慢，使得二極管負極永遠處于正的較高的電位(因為輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值，即UoUm)。 (3) 二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。平均分量Iav流經電阻R形成平均電壓Uav（載波輸入時， Uav UDC），它是檢波器游泳的輸出電壓，高頻電流主要被旁路電容旁路，其上殘留很小的高頻電壓u 。檢波器輸出為00Ca

5、vavuuUuUU 第6章振幅信號的解調 2 2、輸入調幅波信號時、輸入調幅波信號時輸入為調幅信號時檢波器的輸出波形圖t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)第6章振幅信號的解調 輸入為調幅信號時，檢波器二極管的電壓及電流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000DiiuuuuU第6章振幅信號的解調 二、大信號檢波器的分析二、大信號檢波器的分析圖6-35 檢波器穩態時的電流電壓波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)00DiiuuuuU大信號工作狀態大信號工作狀態）（）（cos1UgcosU-Ug)u-(ugugimDmmD0iDDDDmax第6章振幅信號的解調 tuuut

6、uuuuuiiimDiimiiDUuUugUuDBZDBZDdBZDcoscos00)(0計算：由于輸入大信號，檢波器工作在大信號狀態，二極管的伏安特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波，采用理想的高頻濾波，并以通過原點的折線表示二極管特性(忽略二極管的導通電壓)，則有:第6章振幅信號的解調 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)2MIimBZBZiimdDiBZiimdDiimDDdDUUuUtUug，itUtUugitUuuugi0000cos0)cos(:0)cos(cos可得到時當第6章振幅信號的解調 )cos1 ()

7、1 ()(:000imdimBZimdBZimdMMDiUgUUuUgUUugI，I，it可得到時當0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)2MI第6章振幅信號的解調 )cos(sin:)cossin(1)cos(sin10010imdimdmimddUrRRIuUrIUgrI為經低通濾波器輸出電壓第6章振幅信號的解調 tnItItIIiinmimimDcos2coscos210) 1()cos1)(1(sincoscossin2)(cos1cossin1)(cos1cossin1)()()()(2101100nnnnnnII

8、IIIInMnnmMmM第6章振幅信號的解調 三三 、大信號檢波器的技術指標、大信號檢波器的技術指標( (一一) )電壓傳輸系數電壓傳輸系數coscos:coscos:00imimimdimiimiUUuukUutUu數為根據等幅波電壓傳輸系若輸入電壓為第6章振幅信號的解調 coscos:cos)cos1 (cos)cos1 (:0imaimaimamdaimiaimiUmUmumuktmUuttmUu數為根據調幅波電壓傳輸系若輸入電壓為第6章振幅信號的解調 ( (二二) )等效輸入電阻等效輸入電阻cossin)cossin()(1111dmimiddimMmmimidrIURrUIIIUR第

9、6章振幅信號的解調 ( (三三) ) 失真失真1、頻率失真、頻率失真（1）什么是頻率失真？）什么是頻率失真？ 當輸入信號是調制頻率為當輸入信號是調制頻率為 的調幅波時，的調幅波時，輸出端輸出端B點的電壓頻譜應包含點的電壓頻譜應包含 ，且各頻率分，且各頻率分量的振幅比值應該與原調制信號一致，否則將失真。量的振幅比值應該與原調制信號一致，否則將失真。maxmin maxmin （2）產生失真原因）產生失真原因 檢波電路中電容檢波電路中電容C和和Cc對不同的頻率分對不同的頻率分量表現為不同的阻抗。量表現為不同的阻抗。第6章振幅信號的解調 （3）不產生頻率失真的條件）不產生頻率失真的條件電容電容C的影

10、響：的影響： a、電容、電容C的主要作用是的主要作用是濾除脈沖電流濾除脈沖電流iD中的載波中的載波分量分量 及其高次諧波及其高次諧波.應有應有:iDRCi1i b、電容、電容C對高頻分量起旁路作用，但不能影響調對高頻分量起旁路作用，但不能影響調制信號的最高頻率制信號的最高頻率 的輸出，應有：的輸出，應有：maxRCmax1 電容電容Cc的影響：的影響： Cc對對uA分壓分壓,影響影響RL上的電壓輸出，上的電壓輸出， Cc對對 的容抗應盡量小的容抗應盡量小:maxmin LcRCmin1第6章振幅信號的解調 （1）產生失真原因）產生失真原因RC過大過大,放電太慢。放電太慢。換句話說：換句話說：

11、uc(t)(即uo(t) 的變化速度跟的變化速度跟不上包絡線不上包絡線 的的變化速度。變化速度。即：即：dtdUdtduimcimU（2）避免失真條件：）避免失真條件：dtdUdtduimcaammRC2max12 2、惰性失真、惰性失真第6章振幅信號的解調 （3）避免失真條件的推導）避免失真條件的推導：)286(sin)cos1 (cos)cos1 (tUmdtUdtmUUttmUuimaimaimimiaimi包絡線變化速度：則包絡線：設調幅波：電容電容C通過通過R放電，放電時通過放電，放電時通過C的電流為：的電流為：dtduCicc放電時通過放電時通過R的電流為的電流為RuicRRudt

12、duCiiccCRRCtmUkaimd)cos1 (RCudtducc)306()cos1 (RCtmUdtduaimc設設kd=1第6章振幅信號的解調 1,AdtdUdtduimc則應有避免失真條件：dtdudtUdAcim定義tmtmRCAaacos1sin306286代入上式得和式將式aaaammRCmmRCAAA2maxmaxmin2maxmax1),(1111不失真條件變為：當，得由必然成立，當第6章振幅信號的解調 3 3、負峰切割失真、負峰切割失真-+ABu-+RU 對二極管來說對二極管來說, UR相當于負相當于負反饋電壓反饋電壓,當當UR 大于輸入調大于輸入調幅波的最小值時幅波的

13、最小值時,產生負峰切產生負峰切割失真割失真.imimBAABaimBaimAcaimiUUuuutmUutmUuttmUucoscoscoscos)cos1 (cos)cos1 (則設 此電壓在此電壓在Cc上恒定，通過上恒定，通過分壓，在分壓，在R上有：上有：imLABLRURRRuRRRU（1）產生失真原因）產生失真原因第6章振幅信號的解調 （2）避免失真條件）避免失真條件應有應有UR 小于等于輸入調幅波的最小值。小于等于輸入調幅波的最小值。)1 (cos)cos1 (minaimcaimimUuttmUu避免失真條件：避免失真條件：imLRaimURRRUmU)1 (LLaRRRm即：即：

14、CC起隔直流作用起隔直流作用,故交流故交流負載為：負載為：LLRRRRR直流負載為：直流負載為：RR 避免失真條件為：避免失真條件為：RRma第6章振幅信號的解調 例：例：割失真）判斷是否產生負峰切（判斷是否產生惰性失真）等效輸入電阻（、）輸出電壓（試計算：輸入電壓為二極管的檢波電路如圖4)3(21),(104652cos)1010cos5 . 01 (2 . 1, 0,100,33idBAiBZdRuuVttuUR第6章振幅信號的解調 )(2350247002)2(1010cos500. 01010cos5 . 0001. 1)1010cos5 . 01 (001. 1)1010cos5 .

15、 01 (2 . 1) 1 (834. 054.33coscos54.33)(584. 047001003333330033RRttuttkukradRRidBdAdD解：48. 110101001. 04700)3(36RC不產生惰性失真滿足條件,173. 15 . 05 . 011222aaaammRCmm第6章振幅信號的解調 不產生負峰切割失真滿足條件,5 . 068. 07 . 41010)4(RRmmRRRRRRRRRRaaLLLL第6章振幅信號的解調 6-5tUmtUmtUiimaiimaiim)cos(2)cos(2costtmUtuiaimicoscos1 )(1)因為因為KH

16、zfKHzFmca465,3, 6 . 02 . 1236. 0)104652cos()106cos(6 . 01 2 . 1)(33tttui942. 01061001. 0103)2(363RC不產生惰性失真滿足條件,173. 15 . 05 . 011222aaaammRCmm第6章振幅信號的解調 產生負峰切割失真不滿足條件,6 . 05 . 055 . 2RRmmRRRRRRRRRRaaLLLtuttkukradRRBdAdD33333106cos637. 0106cos637. 0062. 1)106cos6 . 01 (2 . 1885. 0cos)(484. 050006033)

17、3(第6章振幅信號的解調 的波形如下：，可以畫出）（）產生負峰切割失真。（）（根據BAcimLRBAuuVURRRVtutu531. 0cos32106cos637. 0106cos637. 0062. 1133Aut062. 10.5310.637But0第6章振幅信號的解調 6-72 .4753.932. 0, 3 . 0)()1 (51622221212xRxmRRxRRxRRRxRRRRRRRmxRaLLa即電位器中點在求出由切割失真的條件是失真，根據不產生負峰處不產生負峰切割部為設電位器中點位置在下第6章振幅信號的解調 6-10)cos(21)()cos(21)2cos(21)cos

18、()cos()()(tUKUtutUKUtUKUtUtKUtutKuiomimomimiomimiomiimoi壓為：經低通濾波器，輸出電。為常數時仍有相位失真產生相位失真，第6章振幅信號的解調 第6章振幅信號的解調 6.2 調幅信號的解調調幅信號的解調 一、 調幅解調的方法 振幅解調方法可分為振幅解調方法可分為包絡檢波包絡檢波和和同步檢波同步檢波兩兩大類。包絡檢波是指解調器輸出電壓與輸入已調大類。包絡檢波是指解調器輸出電壓與輸入已調波的包絡成正比的檢波方法。由于波的包絡成正比的檢波方法。由于AMAM信號的包絡信號的包絡與調制信號成線性關系，因此包絡檢波只適用于與調制信號成線性關系，因此包絡檢

19、波只適用于AMAM波。其原理框圖如圖波。其原理框圖如圖6-306-30所示。所示。 第6章振幅信號的解調 圖6-30 包絡檢波的原理框圖 ui非線性電路(器件)低 通濾波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F第6章振幅信號的解調 圖6-31 同步解調器的框圖 插入載波同步解調器低通濾波器uUcos (ctc)DSB信號SSB信號或ffc Ffcfc Fffc F00fF0ttmUcimAMicos)cos1 (t)u(t)utUtutuccmcrcos)()(第6章振幅信號的解調 tUtucrmrcos)(同步檢波器基本原理同步檢波器基本原理(1) 電路特點 對AM、DSB、S

20、SB等調幅波均適用。 工作時需要有一同步參考信號(與載波同頻同相)。(2) 同步檢波原理設：則：ttmUcimicos)cos1 (t)u)()()(riMztutuKtuttmUUKc2acmimMcos)cos1 (分析可知其中含有頻率分量0、F、2fc、(2fcF) 用一低通濾波器后再隔直便得到低頻調制信號低頻調制信號。第6章振幅信號的解調 同步檢波又可以分為乘積型(圖6-32(a)和疊加型(圖6-32(b)兩類。它們都需要用恢復的載波信號ur進行解調。 圖6-32 同步檢波器 低通濾波器us(a)uour包絡檢波器us(b)uourur為恢復的載波信號為恢復的載波信號第6章振幅信號的解

21、調 二、二、 二極管峰值包絡檢波器二極管峰值包絡檢波器 1原理電路及工作原理 圖圖6-33(a)是二極管峰值包絡檢波器的原理電路。它是是二極管峰值包絡檢波器的原理電路。它是由輸入回路、二極管由輸入回路、二極管VD和和RC低低通濾波器組成。通濾波器組成。 11cRRCC 式中，c為輸入信號的載頻，在超外差接收機中則為中頻I ， 為調制信號頻率。在理想情況下，RC網絡的阻抗Z應為：()0()cZZR 由于信號源、非線性器件及RC網絡三者是串聯的，故稱為串聯型。若輸入信號足夠大，則稱為二極管串聯型峰值包絡二極管串聯型峰值包絡檢波器。檢波器。第6章振幅信號的解調 圖6-33 二極管峰值包絡檢波器(a)

22、原理電路 (b)二極管導通 (c)二極管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo（1）當輸入等幅載波時）當輸入等幅載波時 為了分析方便，我們先假設輸入信號為等幅高平電壓。且輸入電壓足夠大，即屬于大信號峰值檢波。11cRRCC()0()cZZR 第6章振幅信號的解調 圖6-34 加入等幅波時檢波器的工作過程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通斷斷通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav當輸入等幅載波當輸入等幅載波ui時時DCAVUUm0UU第6章振幅信號的解調 從這個過程可以得出下列幾點: (1) 檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的交

23、替重復過程。 (2) 由于RC時常數遠大于輸入電壓載波周期，放電慢，使得二極管負極永遠處于正的較高的電位(因為輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值，即UoUm)。 (3) 二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。平均分量Iav流經電阻R形成平均電壓Uav（載波輸入時， Uav UDC），它是檢波器游泳的輸出電壓，高頻電流主要被旁路電容旁路，其上殘留很小的高頻電壓u 。檢波器輸出為00CavavuuUuUU 第6章振幅信號的解調 圖6-35 檢波器穩態時的電流電壓波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)00DiiuuuuU大信號工作狀態大信號工作狀態）（）

24、（cos1UgcosU-Ug)u-(ugugimDmmD0iDDDDmax第6章振幅信號的解調 圖6-36 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)（2）當輸入為）當輸入為AM信號時信號時第6章振幅信號的解調 圖6-37 輸入為AM信號時，檢波器二極管的電壓及電流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000DiiuuuuU第6章振幅信號的解調 圖6-38 包絡檢波器的輸出電路 CRu(a)RgCgCRUdc(b)CR（3）檢波輸出電路）檢波輸出電路 A、若只輸出調制頻率電壓，可采用6-38(a)圖所示電路； B、若只需要與載波電壓成正比的直流電壓，可采用6-38

25、(b)圖所示電路。第6章振幅信號的解調 2性能指標分析 檢波器的主要性能指標有非線性失真、輸入阻抗、傳輸系數等。 1) 傳輸系數Kd （決定檢波質量） (1) 定義：檢波器傳輸系數Kd或稱為檢波系數、檢波效率，是用來描述檢波器對輸入已調信號的解調能力或效率的一個物理量。若輸入載波電壓振幅為Um，輸出直流電壓為Uo，則Kd定義為：odmdCUKUUKmU對于對于AM信號：信號：低頻輸出電壓振幅輸入已調波包絡振幅第6章振幅信號的解調 (2) 計算：由于輸入大信號，檢波器工作在大信號狀態，二極管的伏安特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波，采用理想的高頻濾波，并以通過原點的折線表示二極管特性(忽略二極

26、管的導通電壓VP)，則由圖6-35有:000DDDDDg uuiu 式中，uD=ui-uo，gD=1/rD，為電流通角，iD是周期性余弦脈沖，其平均分量（直流分量）平均分量（直流分量）I0為為：max()(1cos )DDmoDmigUUg U第6章振幅信號的解調 式中，0()、1()為電流分解系數。 由式(6-43(a)和圖6-35可得0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia基頻分量基頻分量為 (6-46)(6-47)(6-48) cosodmUKU第6章振幅信號的解調 (sincos )cosooDmmUI Rg RUU(6-

27、49)等式兩邊各除以cos，可得tanDg R(6-50) 代入式(6-50)，有33Dg R(6-51) 當當gDR很大時很大時，如gDR50時，3-tan3由此可見由此可見，檢波系數檢波系數Kd是檢波器電流是檢波器電流iD的通角的通角的函的函數，求出數，求出后，就可得后，就可得Kd。 如何求導通角如何求導通角 ： 由式由式(6-46)Uo=I0R，有，有 第6章振幅信號的解調 (3)討論討論：由：由6-48和和6-51式可得式可得(見教材見教材P195） A、當電路一定（二極管、當電路一定（二極管、R一定）時，在大信號檢波器一定）時，在大信號檢波器中導通角中導通角是恒定的，它與輸入信號大小

28、無關是恒定的，它與輸入信號大小無關，其原因是由，其原因是由于負載電阻于負載電阻R的反作用，使電路具有自動調節作用。的反作用，使電路具有自動調節作用。 B、由于導通角是恒定的，故、由于導通角是恒定的，故檢波器的傳輸系數也是恒定檢波器的傳輸系數也是恒定的，與輸入信號大小無關的，與輸入信號大小無關，因而，因而檢波器的輸入輸出間的關系檢波器的輸入輸出間的關系是線性的是線性的線性檢波器線性檢波器。 C、導通角越小導通角越小，檢波器的傳輸系數檢波器的傳輸系數Kd越接近于越接近于1，而導，而導通角隨通角隨gDR增大而減小，因此傳輸系數增大而減小，因此傳輸系數Kd隨隨gDR增大而增大。增大而增大。 D、實際上

29、理想濾波是做不到的，、實際上理想濾波是做不到的，實際傳輸特性如圖實際傳輸特性如圖6-40.第6章振幅信號的解調 圖6-39 KdgDR關系曲線圖 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC0RC5RC圖6-40 濾波電路對Kd的影響 cosodmUKU33Dg R越小Kd越大并趨于1隨gdR增大而減小因此因此Kd隨隨gdR增加而增加增加而增加為無電容時濾波情況為理想濾波條件0RCRC第6章振幅信號的解調 2) 輸入電阻Ri 檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻Ri及輸入電容Ci，如圖6-41所示。輸入電阻是輸入載波電

30、壓的振幅Um與檢波器電流的基頻分量振幅I1之比值，即1miURI 輸入電阻是前級的負載，它直接并入輸入回路，影響著回路的有效Q值及回路阻抗。由式(6-47)，有(sincos )iDRg第6章振幅信號的解調 圖6-41 檢波器的輸入阻抗 CRisR0LC1ZiRiCi第6章振幅信號的解調 當gDR50時，很小，sin-3/6，cos1-2/2，并利用式6-5，代入上式，可得Ri=R/2；另外，也可利用能量守恒，考慮導通角很小，傳輸系數近似為1，有2202miUURR2iRR 可得：可得：第6章振幅信號的解調 圖6-42 惰性失真的波形 0uCtui3檢波器的失真 (1)惰性失真 1)產生惰性失

31、真的原因：在二極管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數。當RC太大時跟不上調幅波包絡的下降速度 ，出現如圖所示的失真現象。第6章振幅信號的解調 ( )ouU ttt 如果輸入信號為單音調制的輸入信號為單音調制的AM波波，在t1時刻其包絡的變化速度包絡的變化速度為11( )sint tmU tmUtt 2)避免惰性失真的措施避免惰性失真的措施 為了避免產生惰性失真，必須在為了避免產生惰性失真，必須在任何一個高頻周任何一個高頻周期內，使電容期內，使電容C通過通過R放電的速度大于或等于包絡的下放電的速度大于或等于包絡的下降速度降速度，即：，即：第6章振幅信號的解調 二極管停止導通的瞬

32、間，電容兩端電壓uC近似為輸入電壓包絡值，即uC=Um(1+mcost)。從t1時刻開始通過R放電的速度為11111(1cos)t tt tRCRCCmu eUmt etRC 將式(6-56)和式(6-57)代入式(6-55)，可得11sin11cosRCmtAmt第6章振幅信號的解調 實際上，不同的t1，U(t)和Cu的下降速度不同，為避免產生惰性失真，必須保證A值最大時，仍有Amax1。故令dAdt1=0，得1costm 代入式(6-58)，得出不失真條件如下不失真條件如下:(6-59) (6-60)(6-61) 2maxmaxmax1 mRCm21 mRCm或第6章振幅信號的解調 (2)

33、 底部切削失真 1) 底部切削失真及產生原因 底部切削失真又稱為負峰切削失真。產生這種失真后，輸出電壓的波形如圖6-43(c)所示。這種失真是因檢波器的交直流負載不同引起的，因為Cg很大，直流負載為R，而低頻交流負載則為R|Rg。 因為Cg較大，在音頻一周內，其兩端的直流電壓基本不變，其大小約為載波振幅值UC，可以把它看作一直流電源。它在電阻R和Rg上產生分壓。在電阻R上的壓降為RCgRUURR第6章振幅信號的解調 圖6-43 底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC相當于給VD加了一額外的反偏電壓，當R比Rg大得多的情況下，UR就很大使得輸入調幅波包絡的大小

34、在某個時段小于UR，導致VD在這段時間截止，產生非線性失真。其底部被切去，形成“負峰切割失真”。RCgRUURR第6章振幅信號的解調 2) 避免和減少底部切削失真的措施 調幅波的最小幅度為UC(1-m)，由圖6-43可以看出，要避免底部切削失真，應滿足 (1)CCggRUmURRRRmRRR 由上式可得要：避免底部切削失真，檢波器的交流負載與直流負載之比應大于調幅波的調幅度。第6章振幅信號的解調 圖6-44 減小底部切削失真的電路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射隨器RRg 減少底部切削失真的措施：減少底部切削失真的措施： A、將將R分為兩部分，如圖分為兩部分，如圖6-44（a)所示所示

35、； B、在檢波器與功放間插入高輸入阻抗的射隨器在檢波器與功放間插入高輸入阻抗的射隨器如圖如圖6-44（b)所示所示。也就是說，負峰切割失真本質上是由于檢波器交、直流負載不等而引起，為此可采用如圖的措施來減小交直流負載的差別。LRR21RR gRRR/21第6章振幅信號的解調 4實際電路及元件選擇(總結)圖6-45 檢波器的實際電路C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2第6章振幅信號的解調 000/12LRRQC11,CCCcRCTTTf0011,2mmR CRC2maxmaxmax1(1)gggmR

36、CmRm RmRRRm (4)(5)(3) (2)(1)回路有載QL值要大，根據上面諸問題的分析，檢波器設計及元件參數選擇的原則如下：為載波周期第6章振幅信號的解調 5. 二極管并聯檢波器 除上面討論的串聯檢波器外，峰值包絡檢波器還有并聯檢波器、推挽檢波器、倍壓檢波器、視頻檢波器等。這里討論并聯檢波器。 (1) 電路結構與工作原理 并聯檢波器：其信號源（輸入）、檢波二極管、負載電阻三者是并聯的。如圖6-46(a)第6章振幅信號的解調 CrD充RC放ciDuuu第6章振幅信號的解調 工作原理分析：定性分析（p200） 輸入阻抗：根據能量守恒原理，實際加到并聯型檢波器中的高頻功率，一部分消耗在R上

37、，一部分轉換為輸出平均功率，即：當UavUC時(UC為載波振幅)有(6-65) RURURUavCiC222223RRi 電壓傳輸系數電壓傳輸系數：其電壓傳輸系數與串聯型完全相其電壓傳輸系數與串聯型完全相同同。推導此處從略。第6章振幅信號的解調 6小信號檢波器 (1)概念：小信號檢波是指輸入信號振幅在幾毫伏至幾十毫伏范圍內的檢波。這時，二極管的伏安特性可用二次冪級數近似，即 (2) 主要參數 當輸入為高頻載波時：一般小信號檢波時Kd很小，可以忽略平均電壓負反饋效應即輸出對輸入的影響，認為：2012DDDiaa ua u(6-66)cosDiaVimcuuuuUt(6-67) 將它代入上式，可求

38、得可求得iD的的平均分量平均分量和和高頻基波高頻基波分分量振幅量振幅為：第6章振幅信號的解調 若用Iav=Iav-a0表示在輸入電壓作用下產生的平均電流增量，則：2212aVaVmUIRa U (6-68) 相應的Kd和Ri為：211121aVdmmmiDUKa RUUURrIa(6-69) (6-70)2021112aVmmIaa UIaU因為a0為輸入uD0時的電流（靜態電流）第6章振幅信號的解調 圖6-47 小信號檢波 iDQ0EQtuD0iDIav(音頻成分)a0tVDuiCREQ第6章振幅信號的解調 若輸入信號為單音調制的AM波，因c，可用包絡函數U(t)代替以上各式中的Um2222

39、2221(1cos)2111(1)2coscos2222aVmmUa RUmta RUmmtmt (6-71) 由上式可以看出，小信號檢波器輸出的平均電壓與輸入信號電壓振幅的平方成正比，故有時也將小信號檢波器稱為平方律檢波器。利用小信號檢波器的上述特性，常在測量儀表及微波檢測中用作信號功率指示。第6章振幅信號的解調 三、三、 同步檢波同步檢波 1乘積型 設輸入信號為DSB信號，即us=Uscostcosct，本地恢復載波ur=Urcos(rt+)，這兩個信號相乘coscoscos()1coscos()cos()2srscrsrrcrcu uUtttU Uttt(6-72) 經低通濾波器的輸出，

40、且考慮r-c=c在低通濾波器頻帶內，有cos()cosoocuUtt(6-73) 第6章振幅信號的解調 由上式可以看出： (1) 當恢復載波與發射載波同頻同相同頻同相時，即r=c，=0，則 uo=Uocost (6-74)因此，此時可以無失真地將調制信號恢復出來。此時可以無失真地將調制信號恢復出來。 ( 2 ) 若 恢 復 載 波 與 發 射 載 頻 有 一 定 的 頻 差 ， 即r=c+c uo=Uocosctcost (6-75)所以，此時將會引起振幅失真。此時將會引起振幅失真。第6章振幅信號的解調 (3) 若恢復載波與發射載頻有一定的相差，則 uo=Uocoscost (6-76)若相差

41、為恒定的，相當于對振幅進行了衰減；若相差是隨時間變化的，則也將引起振幅失真。 幾種常見乘積型解調器的實際電路如圖6-48所示。第6章振幅信號的解調 圖6-48 幾種乘積型解調器實際線路 10 k2 k10 k10 k10 k10 k10 kC2C1載波輸入7/15 pFT27/15 pFC4T1中頻輸入10 pF10 pFC3音頻輸出(a)220 pF(470 pF)220 pF(470 pF)0.01(0.005) (0.005)0.014.7 k中頻輸入9 MHz(455kHz)載頻輸入500500500 H(2.5 mH)0.01(b)中頻輸入470 pFE47 k470 k100 k2

42、2 pF0.011 k載頻0.011251 k0.014.7 k0.1u(c)0.0151f0 f1681 k1 k0.01輸出1120023中頻輸入22000.01載頻1.5 V0.0017100259 V(d)T112 V10 k10 k2 k2200 pF第6章振幅信號的解調 2. 疊加型 疊加型同步檢波是將DSB或SSB信號插入恢復載波，使之成為或近似為AM信號，再利用包絡檢波器將調制信號恢復出來。對DSB信號而言，只要加入的恢復載波電壓在數值上滿足一定的關系，就可得到一個不失真的AM波。圖6-49就是一疊加型同步檢波器原理電路。 下面以對SSB進行疊加型同步檢波為例進行分析 （1）基

43、本原理 設單頻調制的單邊帶信號(上邊帶)為： us=Uscos(c+)t=Uscostcosct-Ussintsinct第6章振幅信號的解調 圖6-49 疊加型同步檢波器原理電路ususururCR第6章振幅信號的解調 恢復載波為 ur=Urcosrt=Urcosct有：us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct =Um(t)cosct+(t) (6-77)式中 222( )(cos)sinsin( )arctancosmrsssrsUtUUtUtUttUUt(6-78) (6-79) 由式由式(6-77)可知，利用疊加型同步檢波器對可知，利用疊加型同步檢波器對SSB

44、檢波，會出檢波，會出現相差，但由于后面采用的包絡檢波器對相位不敏感，他只現相差，但由于后面采用的包絡檢波器對相位不敏感，他只關心包絡的變化。關心包絡的變化。第6章振幅信號的解調 2222( )2cos1()2cos12cosssmrsrsrrrUUUtUUU UttUUUmmt (6-80) 式中，m=Us/Ur。當mUs時，上式可近似為：( )12cos(1cos)mrrUtUmtUmt (6-81) (6-82)顯然，由顯然，由(6-82)式經隔直后即得原調制信號式經隔直后即得原調制信號。( )(1cos)odmdruK UtK Umt由(6-81)式可得，SSB疊加載波信號后，即得一普通

45、調幅疊加載波信號后，即得一普通調幅AM信號信號。經包絡檢波后可得原調制信號，即：第6章振幅信號的解調 （2）平衡同步檢波電路 采用圖6-50所示的平衡同步檢波電路，可以減小解調器輸出電壓的非線性失真。它由兩個檢波器構成平衡電路，上檢波器輸出和下檢波器的輸出分別為: uo1=KdUr(1+mcost) uo2=KdUr(1-mcost) 則總的輸出 uo=uo1-uo2=2KdUrmcost 總之，實現同步檢波的關鍵是在接收端恢復發送端的載波信號同頻同相的恢復載波。 （讀P226第三段）第6章振幅信號的解調 圖6-50 平衡同步檢波電路 ususV D1V D2urCCRRUo1Uo2uo第6章

46、振幅信號的解調 6.3 混混 頻頻 一、 混頻的概述 1混頻器的功能 (1) 混頻的概念 混頻器是頻譜線性搬移電路，是使信號的頻率從一處線性搬移至另一處的電路。它是一個六端網絡。它有兩個輸入電壓，輸入信號us和本地振蕩信號uL，其工作頻率分別為fc和fL輸出信號為uI，稱為中頻信號，其頻率是fc和fL的差頻或和頻，稱為中頻fI，fI=fLfc(同時也可采用諧波的差頻或和頻)。 第6章振幅信號的解調 圖6-51 混頻器的功能示意圖 混頻器ffcfLfffIus( fc )uI( fI )uL( fL )tt00000(a)(b)輸入信號輸入信號us本地振蕩信號本地振蕩信號uL輸出信號為輸出信號為

47、uI第6章振幅信號的解調 (2) 混頻的幾種形式混頻的幾種形式 用用fI、 fC、 fL稱分別表示中頻、輸入信號頻率（高頻）和稱分別表示中頻、輸入信號頻率（高頻）和本機振蕩頻率，則本機振蕩頻率，則 若取和頻若取和頻：則：則 fI=fLfc 若取差頻若取差頻：則：則 ，fI=fLfc 或或 ，fI=fCfL 常用的中頻常用的中頻有：有：465KHz(455KHz)， 500KHz，10.7MHz，37MHz等等 實際的混頻器分為兩大類實際的混頻器分為兩大類： A、混頻、混頻：由單獨的振蕩器提供本振信號，而混頻器為六：由單獨的振蕩器提供本振信號，而混頻器為六端（三口）網絡端（三口）網絡 B、變頻、

48、變頻：本機振蕩與混頻由同一非線性電路完成，此時：本機振蕩與混頻由同一非線性電路完成，此時表現為四端（雙口）網絡。表現為四端（雙口）網絡。第6章振幅信號的解調 (2) 混頻與調幅、幅度解調的區別混頻與調幅、幅度解調的區別 混頻也是一種頻率變換電路，在頻率域中起加法器或減混頻也是一種頻率變換電路，在頻率域中起加法器或減法器作用，它與調幅、幅度解調均屬頻譜的線性搬移，但由法器作用，它與調幅、幅度解調均屬頻譜的線性搬移，但由于搬遷的位置不同，其功能也就不同于搬遷的位置不同，其功能也就不同；如圖；如圖6-52所示。所示。 另外，由于它們的輸入輸出信號不同，因而其輸入輸出另外，由于它們的輸入輸出信號不同，

49、因而其輸入輸出回路也就不同。回路也就不同。第6章振幅信號的解調 圖6-52 三種頻譜線性搬移功能 (a)調制(b)解調(c)混頻 0000fffcfc00ff(a)(b)ff00(c)ffffcfcfLfI調制調制解調解調混頻混頻第6章振幅信號的解調 2混頻器的工作原理(1) 時域分析：設輸入到混頻器中的輸入已調信號us和本振電壓uL分別為 us=Uscostcosct uL=ULcosLt這兩個信號的乘積為：coscoscos1coscos()cos() 2sLsLLcsLLcLcu uU UtttU Uttt(6-85) (6-86) coscosIIIuUtt則中頻電壓則中頻電壓為：為：

50、第6章振幅信號的解調 圖6-53 混頻器的組成框圖 帶通濾波器usuouLuI(a)帶通濾波器非線性器件uIuouL(b)因此，因此，混頻電路可用乘法器或非線性電路完成，框圖如混頻電路可用乘法器或非線性電路完成，框圖如圖圖6-53所示所示。us第6章振幅信號的解調 (2) 頻域分析：由信號分析知識可知，時域信號相乘，對應其頻域信號的卷積。 設本振為單一頻率信號，其頻譜為 FL()=(-c)+(+c) 輸入信號為己調波，其頻譜為Fs()，則11( )( )( )( ) ()()221()()2osLsccscscFFFFFF (6-87) 圖圖6-54給出了輸入信號、本振信號和輸出信號的頻譜關給

51、出了輸入信號、本振信號和輸出信號的頻譜關系。系。若輸入信號也是等幅信號，則混頻輸出只有和頻和若輸入信號也是等幅信號，則混頻輸出只有和頻和差頻成分。差頻成分。第6章振幅信號的解調 圖6-54 混頻過程中的頻譜變換(a)本振頻譜 (b)信號頻譜 (c)輸出頻譜 (Lc)I(Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()|第6章振幅信號的解調 IvcsUKU spcPPK13混頻器的主要性能指標 1) 變頻增益 變頻電壓增益定義為變頻器中頻輸出電壓振幅UI與高頻輸入信號電壓振幅Us之比，即同樣可定義： 變頻功率增益變頻功率增益為輸出中頻信號功率為輸出中頻信號功率PI

52、與輸與輸入高頻信號功率入高頻信號功率Ps之比之比，即第6章振幅信號的解調 通常用分貝數表示變頻增益通常用分貝數表示變頻增益，有：FN輸入信噪比(信號頻率) 輸出信噪比(中頻頻率) )(lg10)(lg2011dBPPKdBUUKspcsvc2) 噪聲系數 混頻器的噪聲系數NF定義為：第6章振幅信號的解調 3) 失真與干擾 變頻器的失真有頻率失真和非線性失真。除此之外，還會產生各種非線性干擾，如組合頻率、交叉調制和互相調制、阻塞和倒易混頻等干擾。所以，對混頻器不僅要求頻率特性好，而且還要求變頻器工作在非線性不太嚴重的區域，使之既能完成頻率變換，又能抑制各種干擾。第6章振幅信號的解調 4)變頻壓縮

53、(抑制) 在混頻器中，輸出與輸入信號幅度應成線性關系。實際上，由于非線性器件的限制，當輸入信號增加到一定程度時，中頻輸出信號的幅度與輸入不再成線性關系，如圖6-55所示。中頻輸出電平 /dB3dB3dB壓縮電 平輸入電平 /dB 圖6-55 混頻器輸入、輸出電平的關系曲線 第6章振幅信號的解調 5) 選擇性 混頻器的中頻輸出應該只有所要接收的有用信號(反映為中頻，即fI=fL-fc)，而不應該有其它不需要的干擾信號。但在混頻器的輸出中，由于各種原因，總會混雜很多與中頻頻率接近的干擾信號。 第6章振幅信號的解調 二、混頻電路二、混頻電路 1晶體三極管混頻器 (1)工作原理 電路原理如圖6-56所

54、示，當UsUs，大信號工作，由第5章可得輸出電流io為：2()1122(coscos)cos223oDLsDLLscig Kt ugttUt(6-98) 輸出端接中頻濾波器，則輸出中頻電壓輸出端接中頻濾波器，則輸出中頻電壓uI為為：2cos()cosIL ILDsLsIIuR iR g UtUt(6-99) 第6章振幅信號的解調 (2) 二極管環形混頻器 圖6-62為二極管環形混頻器，其輸出電流io為：2()442(coscos3)cos3oDLsDLLscig Kt ugttUt經中頻濾波后，得輸出中頻電壓輸出中頻電壓(6-100) (6-101) 4cos()cosIDDLcIIug Ut

55、Ut 二極管環形混頻器輸出是平衡混頻器輸出的兩倍，且二極管環形混頻器輸出是平衡混頻器輸出的兩倍，且減少了電流頻譜中的組合分量。減少了電流頻譜中的組合分量。第6章振幅信號的解調 圖6-62 環型混頻器的原理電路 usuLi2iii1i3i4iiUI第6章振幅信號的解調 圖6-63 正交混頻器 分配器90環 形混頻器環 形混頻器分配器0usuI1uLuI2(3) 正交混頻器 圖6-63為正交混頻器框圖。第6章振幅信號的解調 3其它混頻電路 變頻電路除了前述的三極管、二極管變頻電路外，前一章所講的頻譜線性搬移電路均可以作為變頻電路，包括差分對變頻電路、模擬乘法器變頻電路、場效應管變頻電路等。 圖中輸

56、入變壓器是用磁環繞制的平衡不平衡寬帶變壓器，加負載電阻200以后，其帶寬可達0.530MHz。XCC型乘法器負載電阻單邊為300，帶寬為030MHz，因此，該電路為寬帶混頻器。 第6章振幅信號的解調 圖6-64 差分對混頻器線路 5168232.2 k0.01本振輸入(500)1.5V0.00171000.019 VV1V21.2 k信號輸入(50)1:6.6T112.6:1信號輸出(50 )T2V3第6章振幅信號的解調 圖6-65 用模擬乘法器構成混頻器 MC1596G781410596325150 k51uLus0.001 F510.01 F100 H100 H0.001 F9.5 H58

57、0 pF580 pF輸出6.8 k8 VZLRL50 L19 MHzZL10 k10 k100 mV0.001 F1 k1 k8V20012012012020012091078546123116200.033 F126206200.033 F0.033 F1.2 k1.2 k輸出12 VZLZL1 kZL0.033 F0.033 F3.3 k3.3 kuLus(a)(b)V1V212 V調零100第6章振幅信號的解調 圖6-66 場效應管混頻器的實際線路 L2C30.5/8 pF0.001Lc3.9 H0.5/8 pFC4C50.5/8 pFL30.15 HL1C70.5/8 pF5/30 p

58、F0.001250 MHzuL(50 )200 MHzus(50 )C1C20.5/8 pF(a)50 MHz(50 )15V0.15 HC4470 pFuLC6C5L3L1C2L215 V EG0us200 MHz(b)C3Lc3.9 H第6章振幅信號的解調 加在兩管柵極的交流電壓分別為uGS1=us+uL和uGS2=-us+uL，兩管的漏極交流電流分別為 iD1=a(us+uL)+b(us+uL)2 iD2=a(-us+uL)+b(us+uL)2 流過變壓器T2的交流電流為 iD=iD1-iD2=2aus+4busuL第6章振幅信號的解調 圖6-67 場效應管平衡混頻器電路 C1C2T1u

59、sususuLV1V20.01C1C2L1 kEDT2uIL第6章振幅信號的解調 圖6-68 場效應管環形混頻器 T2IFT3V4V2cV1V3aefT1usduLb第6章振幅信號的解調 盡管混頻器的使用使超外差接收機的性能得到改盡管混頻器的使用使超外差接收機的性能得到改善，但同時混頻器又會給接收機帶來一些干擾。善，但同時混頻器又會給接收機帶來一些干擾。一、概述 1、干擾信號的形成方式有： A、直接從接收天線進入（特別是混頻欠沒有高放時）； B、由高放非線性產生； C、由混頻器本身產生； D、由本振的諧波產生。6.4 混頻器的干擾混頻器的干擾第6章振幅信號的解調 我們把除有用信號以外的所有信號

60、統稱為干擾。我們把除有用信號以外的所有信號統稱為干擾。2、在實際中判斷能否形成干擾主要看以下兩個條件： A、是否滿足一定的頻率關系； B、滿足一定頻率關系的分量的幅度是否較大。3、混頻器干擾的種類： A、信號與本振的自身組合干擾； B、外來干擾與本振的組合干擾（副波道干擾、寄生通道干擾）； C、外來干擾信號互相作用形成互調干擾； D、外來干擾與信號形成的交叉調制干擾（交調干擾）； E、阻塞、倒易混頻干擾。第6章振幅信號的解調 二、信號與本振的自身組合干擾 1、形成干擾的原理 對混頻器而言，作用于非線性器件的兩個信號為輸入信號us(fc)和本振電壓uL(fL)，則非線性器件產生的組合頻率分量為