1、* *第第1111章章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應(yīng)用集成模擬乘法器在高頻電路中的應(yīng)用11.1 模擬乘法器模擬乘法器 11.1.1 乘法運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路 11.1.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用 11.2 信息傳輸過(guò)程信息傳輸過(guò)程 11.2.1 信息的傳輸過(guò)程信息的傳輸過(guò)程 11.2.2 信息傳輸處理信息傳輸處理 11.3 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波 11.3.1 調(diào)幅調(diào)幅 11.3.2 模擬乘法器調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路 11.3.3 模擬乘法器檢波電路模擬乘法器檢波電路 * *第第1111章章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應(yīng)用集成模擬乘法器在高頻電路中的應(yīng)用11.4 調(diào)頻與調(diào)相調(diào)頻

2、與調(diào)相 11.4.1 調(diào)頻與調(diào)相調(diào)頻與調(diào)相 11.4.2 調(diào)頻方法調(diào)頻方法 11.5 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 11.5.1 混頻混頻 11.5.2 倍頻倍頻 11.5.3 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 模擬乘法器及集成模擬乘法器模擬乘法器及集成模擬乘法器 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和解調(diào)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和解調(diào) 檢波、鑒頻和鑒相檢波、鑒頻和鑒相本章難點(diǎn)本章難點(diǎn) 混頻及倍頓混頻及倍頓 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路 *第11章 集成模擬乘法器在高頻電路中的應(yīng)用 11.1.1 11.1.1 乘法運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路 變跨導(dǎo)式乘法電路 11.1 11.1 模擬乘法器模擬乘法器圖圖11-1 11-1 乘

3、法運(yùn)算乘法運(yùn)算帶有恒流源的差動(dòng)放大電路，ux和uy作為輸入信號(hào)，uo作為輸出信號(hào)圖中三極管的控制作用可以用跨導(dǎo)來(lái)表示，即圖中三極管的控制作用可以用跨導(dǎo)來(lái)表示，即 (11-1) 其中其中I IE E單位取單位取mA(mA(下同下同) )，當(dāng)工作電流較小時(shí)，當(dāng)工作電流較小時(shí)代入代入(11-1)(11-1)式推得式推得用跨導(dǎo)來(lái)表示差放電路的放大倍數(shù)用跨導(dǎo)來(lái)表示差放電路的放大倍數(shù)電路的輸出電壓為電路的輸出電壓為 （11-2） 其中其中 代入（代入（11-211-2）得）得 （11-311-3） 其中乘法增益系數(shù)其中乘法增益系數(shù)cbmbebebeiiguurbeE26300(1)rIbeE26rIEm2

4、6Igocumcxbe uRAg RuryEE3e122uIIREcomcxx26 I Rug R uucoxyxye52Ruu uKu uR ce52RKR 2. 2. 集成模擬乘法器集成模擬乘法器 集成模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘作用的器件，電路符號(hào)如圖11-3所示。它有兩個(gè)輸入端ux和uy，輸出端為uo，它們之間的關(guān)系是 oxyKuu uK-稱為乘法增益系數(shù) 模擬乘法器的種類很多，如AD634、AD534L、MC1496等，且不需外接元件，無(wú)須調(diào)零即可使用 11.1.2 11.1.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用 1.1.平方電路平方電路若若u uy y = u = ux x，則

5、，此時(shí)，模擬乘法器稱為平方電路。，則，此時(shí)，模擬乘法器稱為平方電路。2. 2. 除法電路除法電路變跨導(dǎo)乘法器還可組成除法電路，如圖變跨導(dǎo)乘法器還可組成除法電路，如圖11-411-4所示。根據(jù)所示。根據(jù)“虛短和虛短和“虛斷虛斷”可得可得 即即則則 由乘法器的功能可得由乘法器的功能可得因此得因此得即輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的商成比例關(guān)系即輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的商成比例關(guān)系 12ii3112 uuRR2311 RuuR302Kuu u321o212uRuuKuKRu 圖圖11-4 11-4 除法電路除法電路11.2 11.2 信息傳輸過(guò)程信息傳輸過(guò)程 11.2.1 11.2.1 信息的傳輸過(guò)程信息的

6、傳輸過(guò)程 調(diào)制調(diào)制 就是一個(gè)信號(hào)就是一個(gè)信號(hào)(如光、電磁波等如光、電磁波等)的某些參數(shù)的某些參數(shù)(如振幅、相如振幅、相位、頻率等位、頻率等)按照另一個(gè)擬傳輸?shù)男盘?hào)按照另一個(gè)擬傳輸?shù)男盘?hào)(如聲音、圖像等如聲音、圖像等)的特點(diǎn)變化的過(guò)程的特點(diǎn)變化的過(guò)程 圖圖11-5 11-5 信息傳輸過(guò)程信息傳輸過(guò)程11.2.2 11.2.2 信息傳輸處理信息傳輸處理信息傳輸處理主要包括調(diào)制與解調(diào)兩個(gè)過(guò)程信息傳輸處理主要包括調(diào)制與解調(diào)兩個(gè)過(guò)程 解調(diào)解調(diào) 是調(diào)制的反過(guò)程，亦即把低頻調(diào)制信號(hào)從高頻已調(diào)信號(hào)是調(diào)制的反過(guò)程，亦即把低頻調(diào)制信號(hào)從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出來(lái)的過(guò)程。調(diào)幅波的解調(diào)過(guò)程稱為檢波；調(diào)頻中還原出來(lái)的過(guò)程。

7、調(diào)幅波的解調(diào)過(guò)程稱為檢波；調(diào)頻波的解調(diào)過(guò)程稱為檢頻；調(diào)相波的解調(diào)過(guò)程稱為檢相。波的解調(diào)過(guò)程稱為檢頻；調(diào)相波的解調(diào)過(guò)程稱為檢相。 11.3 11.3 調(diào)幅與檢波調(diào)幅與檢波1. 1. 調(diào)幅信號(hào)的表示方式調(diào)幅信號(hào)的表示方式 調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的振幅，使高頻載波的振幅按調(diào)制信調(diào)幅就是用調(diào)制信號(hào)控制高頻載波的振幅，使高頻載波的振幅按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦波，如圖號(hào)的變化規(guī)律而變化，設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦波，如圖11-6(a)11-6(a)所示。其電壓表達(dá)式所示。其電壓表達(dá)式為為 11.3.1 11.3.1 調(diào)幅調(diào)幅m( )cosutUt（11-5） 載波為一高頻等幅波，如圖11

8、-6(b)所示，表達(dá)式為cmc( )cosu tUt （11-6） 通常滿足，若用調(diào)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)振幅調(diào)制的定義，在通常滿足，若用調(diào)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)振幅調(diào)制的定義，在理想情況下，已調(diào)信號(hào)的振幅應(yīng)隨調(diào)制信號(hào)線性變化，已調(diào)信號(hào)瞬時(shí)幅值理想情況下，已調(diào)信號(hào)的振幅應(yīng)隨調(diào)制信號(hào)線性變化，已調(diào)信號(hào)瞬時(shí)幅值為為其中其中mmccmamcma( )( )cos(1cos)utUu tUk UtUmt (11-7) cmamacmcmUk UmUU(11-8) 式中，式中，m ma a稱為調(diào)幅系數(shù)，表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度；稱為調(diào)幅系數(shù)，表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度；K Ka a

9、為由調(diào)制為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由此可得調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為電路決定的比例常數(shù)。由此可得調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 AMmccmac( )( )cos(1cos)cosutUttUmtt (11-9) 其波形如圖其波形如圖11-6(c)11-6(c)所示所示 圖圖11-6 11-6 調(diào)幅波波形調(diào)幅波波形(a)(a)調(diào)制信號(hào)；調(diào)制信號(hào)；(b)(b)高頻載波；高頻載波；(c)(c)已調(diào)波已調(diào)波 正常情況下，ma1。圖11-6(c)所示調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)ma1，此時(shí)振幅變化的最大值為(1ma)Ucm，振幅變化的最小值為(1-ma)Ucm。當(dāng)ma=1時(shí)，調(diào)幅波最大值為2Ucm，最小值為零。若ma1，就要引起調(diào)

10、幅失真。 從圖11-6(c)可以看出：調(diào)幅波的包絡(luò)信號(hào)振幅各峰值點(diǎn)的連線完全反映了調(diào)制信號(hào)的變化；調(diào)幅波的上下包絡(luò)相位相差180；調(diào)幅波的頻率就是載波的頻率。 實(shí)際要傳送的信號(hào)往往是一個(gè)復(fù)雜的波形，如圖11-7(a)所示，由于調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律與低頻信號(hào)波形一致，因而可做出它的調(diào)幅波波形，如圖11-7(b)所示。 2. 2. 調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜 將式將式11-9展開(kāi)，得展開(kāi)，得 從式從式11-10可以看出，調(diào)幅波有三個(gè)頻率分量，它是由三個(gè)高頻正弦波可以看出，調(diào)幅波有三個(gè)頻率分量，它是由三個(gè)高頻正弦波疊加而成的。第一項(xiàng)的頻率分量是載波的頻率分量，它與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)；疊加而成的。第一項(xiàng)的頻率

11、分量是載波的頻率分量，它與調(diào)制信號(hào)無(wú)關(guān)；第二項(xiàng)的頻率稱為上邊頻，等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之和；第三項(xiàng)的第二項(xiàng)的頻率稱為上邊頻，等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之和；第三項(xiàng)的頻率稱為下邊頻，等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之差。調(diào)制信號(hào)的信息包頻率稱為下邊頻，等于載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之差。調(diào)制信號(hào)的信息包含在上、下邊頻分量之內(nèi)。如果把這些頻率分量畫(huà)在頻率軸上，就構(gòu)成單含在上、下邊頻分量之內(nèi)。如果把這些頻率分量畫(huà)在頻率軸上，就構(gòu)成單頻余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜，如圖頻余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜，如圖11-8所示。這兩個(gè)邊頻分量所示。這兩個(gè)邊頻分量c+及及c以載波以載波c為中心對(duì)稱分布，兩個(gè)邊頻幅度相等并與調(diào)制信號(hào)

12、幅度成正比，為中心對(duì)稱分布，兩個(gè)邊頻幅度相等并與調(diào)制信號(hào)幅度成正比，與載頻的相對(duì)位置決定于調(diào)制信號(hào)的頻率，這說(shuō)明上、下邊頻中包含著調(diào)與載頻的相對(duì)位置決定于調(diào)制信號(hào)的頻率，這說(shuō)明上、下邊頻中包含著調(diào)制信號(hào)的幅度及頻率。制信號(hào)的幅度及頻率。 AMcmac( )(1cos)cosutUmttcmcacmcacmc11coscos()cos()22UtmUtmUt(11-10) 圖圖11-7 11-7 非正弦波調(diào)制的調(diào)幅非正弦波調(diào)制的調(diào)幅(a)(a)調(diào)制信號(hào)；調(diào)制信號(hào)；(b)(b)已調(diào)波已調(diào)波 圖圖11-8 11-8 單頻調(diào)制頻譜單頻調(diào)制頻譜(a)(a)調(diào)制信號(hào)頻譜；調(diào)制信號(hào)頻譜；(b)(b)載波頻譜

13、；載波頻譜；(c)(c)已調(diào)波頻譜已調(diào)波頻譜 已調(diào)波的帶寬為已調(diào)波的帶寬為 cc()()2BW(11-11) 復(fù)雜信號(hào)的調(diào)制頻譜如圖復(fù)雜信號(hào)的調(diào)制頻譜如圖11-9所示。所示。 由圖由圖11-9可以看出，調(diào)制后產(chǎn)生的上邊頻和下邊頻不再是一個(gè)，而是許多可以看出，調(diào)制后產(chǎn)生的上邊頻和下邊頻不再是一個(gè)，而是許多個(gè)頻率分量，但頻率分量的上、下邊頻幅度仍然相等且成對(duì)出現(xiàn)，上、下邊頻個(gè)頻率分量，但頻率分量的上、下邊頻幅度仍然相等且成對(duì)出現(xiàn)，上、下邊頻帶的頻譜分布相對(duì)載頻是對(duì)稱的。所占的頻帶寬度為帶的頻譜分布相對(duì)載頻是對(duì)稱的。所占的頻帶寬度為式式11-12表明，多頻調(diào)幅時(shí)，最高頻調(diào)幅波總的頻帶寬度為調(diào)制信號(hào)率

14、的表明，多頻調(diào)幅時(shí)，最高頻調(diào)幅波總的頻帶寬度為調(diào)制信號(hào)率的2倍。倍。 cncnn()()2BW (11-12) 圖圖11-9 11-9 復(fù)雜信號(hào)調(diào)制頻譜復(fù)雜信號(hào)調(diào)制頻譜n為調(diào)制為調(diào)制信號(hào)信號(hào)的最高頻率的最高頻率 1. 不同的調(diào)幅制式不同的調(diào)幅制式11.3.2 11.3.2 模擬乘法器調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路 由式由式11-10可知，載波分量是不包含信息的，因此，為了提高設(shè)備的功率利用可知，載波分量是不包含信息的，因此，為了提高設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào)，這叫做抑制載波雙邊帶調(diào)幅，用率，可以不傳送載波而只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào)，這叫做抑制載波雙邊帶調(diào)幅，用DSB表示，其表達(dá)

15、式為表示，其表達(dá)式為 其頻譜圖如其頻譜圖如圖圖11-10(c)所示所示 DSBacmccoscosumUttacmc1cos()2m Utacmc1cos()2m U(11-13) 由于兩個(gè)邊頻帶所含調(diào)制信息完全相同，從信號(hào)傳輸角度看，只要發(fā)送一個(gè)由于兩個(gè)邊頻帶所含調(diào)制信息完全相同，從信號(hào)傳輸角度看，只要發(fā)送一個(gè)邊帶的信號(hào)即可，這種方式稱為單邊帶調(diào)制，用邊帶的信號(hào)即可，這種方式稱為單邊帶調(diào)制，用SSB表示，其表達(dá)式為表示，其表達(dá)式為SSBacmc1cos()2um UtSSBacmc1cos()2um Ut(11-14) (11-15) 其頻譜圖如圖 11-10(d)所示。 由圖由圖可以看出，

16、只要將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)抑制掉一個(gè)邊頻帶，就成為單邊帶調(diào)可以看出，只要將雙邊帶調(diào)幅信號(hào)抑制掉一個(gè)邊頻帶，就成為單邊帶調(diào)幅信號(hào)，由于幅信號(hào)，由于SSB調(diào)制方式只發(fā)送一個(gè)邊帶，因而它不但功率利用高、而且它所調(diào)制方式只發(fā)送一個(gè)邊帶，因而它不但功率利用高、而且它所占用頻帶近似為占用頻帶近似為，比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅減小了一半，提高了波段利用率。，比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅減小了一半，提高了波段利用率。 如果保留一個(gè)邊帶及載波對(duì)另一個(gè)邊帶進(jìn)行部分抑制，稱為如果保留一個(gè)邊帶及載波對(duì)另一個(gè)邊帶進(jìn)行部分抑制，稱為殘留單邊帶調(diào)制殘留單邊帶調(diào)制，用用VSB表示。在電視發(fā)射技術(shù)中，普遍采用表示。在電視發(fā)射技術(shù)中，普遍采用殘

17、留單邊帶調(diào)幅制式殘留單邊帶調(diào)幅制式。 圖圖11-10 11-10 不同制式的調(diào)幅波頻譜不同制式的調(diào)幅波頻譜 改變直流電壓大小可以改變一般調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅度改變直流電壓大小可以改變一般調(diào)幅信號(hào)的調(diào)幅度. .為了增加為了增加調(diào)節(jié)范圍，可將圖調(diào)節(jié)范圍，可將圖11-1111-11中的中的R R1 1、R R2 2阻值由阻值由10k10k改為改為750750。但但U U值不能小于值不能小于UmUm，否則將會(huì)產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象。，否則將會(huì)產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象。 由式由式(11-10)(11-10)、(11-13)(11-13)、(11-14)(11-14)、(11-15)(11-15)可以看出，調(diào)幅的過(guò)程實(shí)可以看出，

18、調(diào)幅的過(guò)程實(shí)際上就是信號(hào)相乘的過(guò)程，因此，利用模擬乘法器就能實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。際上就是信號(hào)相乘的過(guò)程，因此，利用模擬乘法器就能實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制。 圖圖11-1111-11給出了用模擬乘法器給出了用模擬乘法器MC1496MC1496實(shí)現(xiàn)一般調(diào)幅的電路，調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)一般調(diào)幅的電路，調(diào)制信號(hào)u u( (t t) )從芯片的從芯片的1 1腳輸入，載波腳輸入，載波u uc c( (t t) )由由1010腳輸入，已調(diào)信號(hào)由腳輸入，已調(diào)信號(hào)由6 6腳輸出。在腳輸出。在1 1、4 4之之間接兩個(gè)間接兩個(gè)10k10k電阻和一個(gè)電阻和一個(gè)47k47k的電位器，是為了靈活調(diào)節(jié)的電位器，是為了靈活調(diào)節(jié)1 1、4 4之間的直

19、流之間的直流電壓。電壓。 由式由式 11-911-9 可知，只要在調(diào)制信號(hào)可知，只要在調(diào)制信號(hào)u u( (t t) )上附加直流電壓，再與載波信上附加直流電壓，再與載波信號(hào)直接相乘，即可得到一般調(diào)幅信號(hào)。因此，只要調(diào)節(jié)號(hào)直接相乘，即可得到一般調(diào)幅信號(hào)。因此，只要調(diào)節(jié)R RP P，使，使1 1、4 4兩端直流兩端直流電位不相等，就相當(dāng)于給電位不相等，就相當(dāng)于給u u( (t t) )上疊加了一個(gè)直流電壓上疊加了一個(gè)直流電壓U U。這時(shí)，圖中的輸出。這時(shí)，圖中的輸出電壓為電壓為 2. 2. 調(diào)幅電路調(diào)幅電路 其中其中maUmU oc( )( )( )utKut Uutcmcmcos(cos)KUt

20、 Uutmcmc(1cos)cosUKUUttUcmac(1cos)cosKUUmtt(11-16) 圖圖11-11 MC1496型模擬乘法器調(diào)幅電路型模擬乘法器調(diào)幅電路 如果調(diào)節(jié)如果調(diào)節(jié)R RP P使使1 1、4 4之間的直流電位相等，即之間的直流電位相等，即1 1端子上只有調(diào)制信號(hào)端子上只有調(diào)制信號(hào)u u(t)(t)，就實(shí)現(xiàn)了就實(shí)現(xiàn)了u u(t)(t)與與u uc c(t)(t)的直接相乘，可得的直接相乘，可得occmmc( )( )( )coscosu tKu t u tKU Uttcmmcc1cos()cos() 2KU Uttt(11-17) 圖圖11-11所示電路所示電路也可獲得抑

21、制載也可獲得抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)輸出信號(hào)輸出 1. 1. 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡(luò)成正比的檢波方法。包絡(luò)檢波是指檢波器輸出的電壓與輸入的調(diào)幅波的包絡(luò)成正比的檢波方法。對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，包絡(luò)就代表著它的調(diào)制對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比，包絡(luò)就代表著它的調(diào)制信號(hào)波形。因此，包絡(luò)檢波適用于對(duì)普通調(diào)幅波進(jìn)行檢波，其檢波器的輸出電壓信號(hào)波形。因此，包絡(luò)檢波適用于對(duì)普通調(diào)幅波進(jìn)行檢波，其檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的規(guī)律。收音機(jī)中的檢波電路和電視接收機(jī)中直接反映輸入高頻調(diào)幅波包

22、絡(luò)變化的規(guī)律。收音機(jī)中的檢波電路和電視接收機(jī)中的高頻檢波電路均采用包絡(luò)檢波。其原理可由圖的高頻檢波電路均采用包絡(luò)檢波。其原理可由圖11-12(a)11-12(a)來(lái)表示，圖來(lái)表示，圖11-12(b)11-12(b)為為檢波輸入、輸出頻譜圖檢波輸入、輸出頻譜圖 11.3.3 11.3.3 模擬乘法器檢波電路模擬乘法器檢波電路 圖圖11-12 11-12 包絡(luò)檢波原理圖包絡(luò)檢波原理圖圖圖11-13 11-13 包絡(luò)檢波原理及波形包絡(luò)檢波原理及波形 下邊以二極管峰值包絡(luò)下邊以二極管峰值包絡(luò)檢波器為例進(jìn)行討論，電路檢波器為例進(jìn)行討論，電路如圖如圖11-13(a)11-13(a)所示所示 在圖中，在圖中

23、，u ui i為輸入的普為輸入的普通調(diào)幅信號(hào)，通調(diào)幅信號(hào)，D D為檢波二極為檢波二極管，管，R R、C C構(gòu)成低通濾波器，構(gòu)成低通濾波器，要求要求C C對(duì)高頻短路，而對(duì)低對(duì)高頻短路，而對(duì)低頻阻抗趨于無(wú)窮大。而頻阻抗趨于無(wú)窮大。而C CL L為為檢波器輸出端的耦合電容，檢波器輸出端的耦合電容，其值較大。對(duì)于低頻信號(hào)而其值較大。對(duì)于低頻信號(hào)而言，電容言，電容C CL L相當(dāng)于短路。相當(dāng)于短路。R RL L為下級(jí)電路的輸入電阻。為下級(jí)電路的輸入電阻。 由圖11-13(a)可見(jiàn)，加在二極管的正向電壓為uv=ui-uo，二極管導(dǎo)通與否，不僅與輸入電壓有關(guān)，還取決于輸出電壓。二極管導(dǎo)通時(shí)，電容充電，充電時(shí)

24、間常數(shù)為rvC；二極管截止時(shí)，電容放電，放電時(shí)間常數(shù)為RC。由于二極管導(dǎo)通電阻很小，因而一般有rvCRC。 圖圖11-13(b)11-13(b)中的鋸齒狀變化波形表示了二極管導(dǎo)通與截止時(shí)中的鋸齒狀變化波形表示了二極管導(dǎo)通與截止時(shí)u uo o的波形。的波形。 當(dāng)當(dāng)u ui i u uo o時(shí)，二極管導(dǎo)通，電容器充電，時(shí)，二極管導(dǎo)通，電容器充電，u uo o上升，在圖上升，在圖11-13(b)11-13(b)中表示為中表示為ABAB、CDCD、EFEF等上升段。等上升段。 當(dāng)當(dāng)u ui i u uo o時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)電阻時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)電阻R R放電，放電，u uo o下降，在圖

25、下降，在圖(b)(b)中表示為中表示為BCBC、DEDE等下降段。等下降段。 由分析可知，由分析可知，二極管兩端電壓二極管兩端電壓u uv v在大部分時(shí)間里為負(fù)值，只在輸入電壓的在大部分時(shí)間里為負(fù)值，只在輸入電壓的每個(gè)高頻周期的峰值附近才導(dǎo)通，因此其輸出電壓波形與輸入信號(hào)包絡(luò)相同。此時(shí)，每個(gè)高頻周期的峰值附近才導(dǎo)通，因此其輸出電壓波形與輸入信號(hào)包絡(luò)相同。此時(shí)，平均電壓平均電壓u uo o包含直流及低頻分量，如圖包含直流及低頻分量，如圖11-13(c)11-13(c)所示，經(jīng)所示，經(jīng)C CL L隔直后，將隔直后，將u u耦合至耦合至R RL L上，上，如圖如圖 11-13(d)11-13(d)所

26、示。所示。 2. 2. 同步檢波同步檢波 由于DSB和SSB信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)不同，它們的包絡(luò)并不真實(shí)地反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，因而不能用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，而必須采用同步檢波，電路原理框圖如圖 11-14(a)所示。 圖11-14(a)是利用模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波電路原理框圖。圖11-14(b)、(c)、(d)為頻譜圖。 圖圖11-14 11-14 同步檢波原理圖同步檢波原理圖 圖圖11-14(a)11-14(a) 它有兩個(gè)輸入電壓，一個(gè)是調(diào)幅信號(hào)電壓它有兩個(gè)輸入電壓，一個(gè)是調(diào)幅信號(hào)電壓u ui i；另一個(gè)是本地載波；另一個(gè)是本地載波電壓電壓u ur r。為了能不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，本地載

27、波和原調(diào)制端的載波必須保持。為了能不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，本地載波和原調(diào)制端的載波必須保持同頻同相，所以稱為同步檢波。設(shè)輸入信號(hào)為抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，即同頻同相，所以稱為同步檢波。設(shè)輸入信號(hào)為抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，即同步信號(hào)同步信號(hào) 要求要求 因此可得乘法器輸出電壓因此可得乘法器輸出電壓u uo o為為 rrmrcosuUtrciimccoscosuUttoiruKuuimcrmrcoscoscosKUttUtimrmimrmc11coscoscos222KU UtKU Utt(11-18) 式中，項(xiàng)式中，項(xiàng) 是解調(diào)所需要的原調(diào)制信號(hào)，是解調(diào)所需要的原調(diào)制信號(hào)，而而cos2cos2c

28、 ct t項(xiàng)是高頻分量，用低通濾波器將其濾除，就可得到項(xiàng)是高頻分量，用低通濾波器將其濾除，就可得到imrm1cos2KU Utimrm1cos2uKU Ut(11-19)經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號(hào)輸出。經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號(hào)輸出。 同樣同樣，若輸入信號(hào)為單邊帶調(diào)幅信號(hào)，若輸入信號(hào)為單邊帶調(diào)幅信號(hào)，即即 ，則乘法器的輸出電壓，則乘法器的輸出電壓u uo o為為iimccos()uUtoiruKu uimrmcccos() cosKU Uttimrmimrmc11coscos(2)22KU UtKU Ut(11-20) 由集成模擬乘法器構(gòu)成由集成模擬乘法器構(gòu)成的

29、實(shí)際同步檢波電路如圖的實(shí)際同步檢波電路如圖11-11-1515所示，圖中模擬乘法器的所示，圖中模擬乘法器的型號(hào)為型號(hào)為MC1596MC1596，普通調(diào)幅信，普通調(diào)幅信號(hào)或雙邊帶調(diào)幅信號(hào)經(jīng)耦合號(hào)或雙邊帶調(diào)幅信號(hào)經(jīng)耦合電容后從電容后從y y通道通道1 1、4 4腳輸入，腳輸入，同步信號(hào)同步信號(hào)u ur r從從x x通道通道8 8、1010腳腳輸入，輸入，1212腳單端輸出后經(jīng)腳單端輸出后經(jīng)RCRC型低通濾波器取出調(diào)制型低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)信號(hào)u u。圖圖11-15 11-15 模擬乘法器模擬乘法器MC1596MC1596組成的同步檢波電路組成的同步檢波電路 11.4 調(diào)頻與調(diào)相調(diào)頻與調(diào)相11.4

30、.1 調(diào)頻與調(diào)相調(diào)頻與調(diào)相 1. 調(diào)頻調(diào)頻 調(diào)頻信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅不變，而高頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變調(diào)頻信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅不變，而高頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，且瞬時(shí)頻率變化的大小與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系的已調(diào)信號(hào)。化，且瞬時(shí)頻率變化的大小與調(diào)制信號(hào)的強(qiáng)度成線性關(guān)系的已調(diào)信號(hào)。 設(shè)低頻調(diào)制信號(hào)設(shè)低頻調(diào)制信號(hào) ，高頻載波信號(hào)，高頻載波信號(hào) ，則已，則已調(diào)波的角頻率為調(diào)波的角頻率為mcosuUtccmc( )cosu tUtcfcfm( )( )costk utk utcmcost (11-21) mfm k u 其中 (11-22) kf為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)；c為未調(diào)制時(shí)

31、載波的中心頻率；m為調(diào)頻波最大角頻偏。cf00( )( )d( )dttttttkutt瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻波的波形如圖調(diào)頻波的波形如圖11-1611-16所示所示 FMcmcf0( )cos( )d tutUtkutt (11-23) (11-24) (a)(a)為高頻載波信號(hào)波形為高頻載波信號(hào)波形(b)(b)為低頻調(diào)制信號(hào)為低頻調(diào)制信號(hào)u u的波形的波形(c)(c)為調(diào)頻波波形為調(diào)頻波波形(d)(d)為調(diào)頻波的角頻率波形為調(diào)頻波的角頻率波形 當(dāng)當(dāng)u u為波峰時(shí)，調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻為波峰時(shí)，調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率最大，等于率最大，等于( (c c+m m) )，調(diào)頻波波形，調(diào)頻波波

32、形最密；當(dāng)最密；當(dāng)u u為波谷時(shí)，調(diào)頻波的瞬時(shí)角為波谷時(shí)，調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率最小，等于頻率最小，等于( (c c-m m) )，調(diào)頻波波，調(diào)頻波波形最疏。調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率按低頻信形最疏。調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率按低頻信號(hào)變化規(guī)律而變化，由圖號(hào)變化規(guī)律而變化，由圖11-16(d)11-16(d)可見(jiàn)，可見(jiàn)，它是在載頻的基礎(chǔ)上加了受低頻調(diào)制信它是在載頻的基礎(chǔ)上加了受低頻調(diào)制信號(hào)控制的變化部分。號(hào)控制的變化部分。 圖圖11-16 11-16 調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的波形調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)的波形2. 調(diào)相調(diào)相 調(diào)相信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅不變，而高頻信號(hào)的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)調(diào)相信號(hào)是高頻信號(hào)的振幅不變，而高頻信號(hào)的瞬時(shí)相

33、位隨調(diào)制信號(hào)u u( (t t) )而而變化的已調(diào)信號(hào)。變化的已調(diào)信號(hào)。 設(shè)高頻載波為設(shè)高頻載波為 ，調(diào)制信號(hào)為，調(diào)制信號(hào)為 ，則調(diào)，則調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相位為相信號(hào)的瞬時(shí)相位為 ccmc( )cosu tUtm( )cosutUtcpcpm( )( )costtk uttk Ut(11-25) 瞬時(shí)角頻率為瞬時(shí)角頻率為 PMPM信號(hào)最大角頻偏為信號(hào)最大角頻偏為調(diào)相信號(hào)的表達(dá)式為調(diào)相信號(hào)的表達(dá)式為 pmd ( )( )sindttck Uttmpmk UPMcmcpm( )cos(cos)utUtk utcmcpcos(cos)Utmt(11-28) (11-26) (11-27) k kp p為

34、由調(diào)制電路為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)決定的比例常數(shù) ppmmk u 調(diào)相信號(hào)的波形如圖調(diào)相信號(hào)的波形如圖11-16(e)11-16(e)、(f)(f)所示，其中，所示，其中，(e)(e)為調(diào)相波波形、為調(diào)相波波形、(f)(f)為調(diào)為調(diào)相波的角頻率波形相波的角頻率波形 綜上分析可知：綜上分析可知：調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)都是等幅信號(hào)，二者的頻率和相位都隨調(diào)制調(diào)頻與調(diào)相信號(hào)都是等幅信號(hào)，二者的頻率和相位都隨調(diào)制信號(hào)而變化，但二者的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不同，由于頻率與相位信號(hào)而變化，但二者的頻率和相位隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律不同，由于頻率與相位是微積分關(guān)系，因而二者是有密切聯(lián)系的。是微積分關(guān)系，因而二者

35、是有密切聯(lián)系的。 11.4.2 調(diào)頻方法調(diào)頻方法 能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻的方法很多，歸納起來(lái)有兩種：能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻的方法很多，歸納起來(lái)有兩種：直接調(diào)頻和間接調(diào)頻直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。直。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。間接調(diào)頻接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率，以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。間接調(diào)頻是先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果也可產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。是先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果也可產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。 在調(diào)頻電路中，常常利用在調(diào)頻電路中，常常利用變?nèi)荻O管與電感線圈變?nèi)荻O管與電感線圈構(gòu)成的構(gòu)成的LCLC諧振回路進(jìn)行諧振回路進(jìn)行調(diào)頻。隨著集成電路的發(fā)展，涌現(xiàn)出

36、了各種由集成電路構(gòu)成的調(diào)頻電路。調(diào)頻。隨著集成電路的發(fā)展，涌現(xiàn)出了各種由集成電路構(gòu)成的調(diào)頻電路。11.5 11.5 混頻、倍頻與鎖相環(huán)路混頻、倍頻與鎖相環(huán)路 11.5.1 11.5.1 混頻混頻 混頻就是將高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率變換，成為另一個(gè)固定的新的頻率的過(guò)程。這種混頻就是將高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率變換，成為另一個(gè)固定的新的頻率的過(guò)程。這種頻率變換，通常是把已調(diào)高頻信號(hào)的載波從高頻變?yōu)橹蓄l，同時(shí)保持其調(diào)制規(guī)律不頻率變換，通常是把已調(diào)高頻信號(hào)的載波從高頻變?yōu)橹蓄l，同時(shí)保持其調(diào)制規(guī)律不變。變。 用非線性器件和模擬乘法器均能實(shí)現(xiàn)混頻。分立元件超外差式收音機(jī)中的混頻用非線性器件和模擬乘法器均能實(shí)現(xiàn)混頻。分立元件

37、超外差式收音機(jī)中的混頻電路就是由晶體三極管及電路就是由晶體三極管及LCLC諧振回路組成的。在這里，僅介紹由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混諧振回路組成的。在這里，僅介紹由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻的原理，其原理框圖如圖頻的原理，其原理框圖如圖11-1711-17所示。所示。 圖圖11-17 11-17 由模擬乘法器混頻的原理圖由模擬乘法器混頻的原理圖 設(shè)輸入到混頻器的已調(diào)波為設(shè)輸入到混頻器的已調(diào)波為 本地振蕩為本地振蕩為 乘法器的輸出電壓為乘法器的輸出電壓為 可利用帶通濾波器取出所需的邊帶，即可得到中頻信號(hào)電壓為可利用帶通濾波器取出所需的邊帶，即可得到中頻信號(hào)電壓為 其中其中 ， (11-29)(11-29)從式從式

38、11-2911-29可看出，混頻后得到的中頻信號(hào)可看出，混頻后得到的中頻信號(hào)u uo o( (t t) )與輸入信號(hào)與輸入信號(hào)u ui i相似，中相似，中頻信號(hào)所包含的信息沒(méi)變，只是載頻由原來(lái)的頻信號(hào)所包含的信息沒(méi)變，只是載頻由原來(lái)的c c變?yōu)樽優(yōu)閛 o。 iimccoscosuUttLLmLcosuUtoimLmcL( )coscoscosu tKU UtttimLmLcLc1coscos()cos() 2KU UtttoimLmLcomo1( )coscos()coscos2u tKU UttUttomimLm12UKU UoLc 11.5.2 11.5.2 倍頻倍頻 倍頻電路輸出信號(hào)的頻

39、率是輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍，即倍頻電路可以成倍數(shù)倍頻電路輸出信號(hào)的頻率是輸入信號(hào)頻率的整數(shù)倍，即倍頻電路可以成倍數(shù)地把信號(hào)頻譜搬移到更高的頻段。地把信號(hào)頻譜搬移到更高的頻段。 能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻的電路很多，而由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻的原理如圖能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻的電路很多，而由模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻的原理如圖11-1811-18所示。所示。 圖圖11-18 11-18 用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)二倍頻的原理圖用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)二倍頻的原理圖設(shè)設(shè) (11-30) (11-30) (11-31) (11-31) 經(jīng)高通濾波器選出二倍頻，可得經(jīng)高通濾波器選出二倍頻，可得 (11-32) (11-32) 倍頻在電子系統(tǒng)及通信系統(tǒng)中均有廣

40、泛的應(yīng)用，如利用倍頻器可以實(shí)現(xiàn)倍頻在電子系統(tǒng)及通信系統(tǒng)中均有廣泛的應(yīng)用，如利用倍頻器可以實(shí)現(xiàn)頻率合成；利用振蕩器的輸出進(jìn)行倍頻，可以得到更高的所需振蕩頻率等。頻率合成；利用振蕩器的輸出進(jìn)行倍頻，可以得到更高的所需振蕩頻率等。 iim( )cosu tUt222oimimcos(1cos2)2KuKUtUt 2oim( )cos22Ku tUt11.5.3 11.5.3 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路 鎖相環(huán)路鎖相環(huán)路(PLL)(PLL)是一種自動(dòng)相位控制系統(tǒng)，它能使受控振蕩器頻率和相位均是一種自動(dòng)相位控制系統(tǒng)，它能使受控振蕩器頻率和相位均與輸入信號(hào)保持確定的關(guān)系，即保持相位同步，因此稱為鎖相。與輸入信號(hào)保持確定的關(guān)系，即保持相位同步，因此稱為鎖相。 鎖相環(huán)路的基本組成如圖鎖相環(huán)路的基本組成如圖11-1911-19所示，它由檢相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩所示，它由檢相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成閉合環(huán)路。器組成閉合環(huán)路。 圖圖11-19 11-19 鎖相環(huán)路基本組成