1、第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 第第6章章 振幅調(diào)制、振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻解調(diào)及混頻 6.1 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 6.2 調(diào)幅信號的解調(diào)調(diào)幅信號的解調(diào)6.3 混頻混頻6.4 混頻器的干擾混頻器的干擾第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 6.2 調(diào)幅信號的解調(diào)調(diào)幅信號的解調(diào) 6.2.1 調(diào)幅解調(diào)的方法調(diào)幅解調(diào)的方法 振幅解調(diào)方法可分為振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波和和同步檢波同步檢波兩大類。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入兩大類。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM信信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線性關(guān)系號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線性關(guān)系,因此因此

2、包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波只適只適用于用于AM波波。其原理框圖如圖。其原理框圖如圖630所示。所示。 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖630 包絡(luò)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章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖631 同步解調(diào)器的框圖 插入載波同步解調(diào)器低通濾波器uUcos (ctc)DSB信號SSB信號或ffc Ffcfc Fffc F00fF0第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 同步檢波分為同步檢波分為乘積型乘積型(a)和疊加型和疊加型(b)兩類。兩類。 都需要用恢復(fù)的載波信號都需要用恢復(fù)的載波信號ur進(jìn)行解調(diào)。進(jìn)行解調(diào)。 圖632 同

3、步檢波器 低通濾波器us(a)uour包絡(luò)檢波器us(b)uour第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 6.2.2 二極管峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器 1原理電路及工作原理原理電路及工作原理 圖圖633(a)是是二極管峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。的原理電路。它是由輸入回路、二極管它是由輸入回路、二極管VD和和RC低低通濾波器組成。通濾波器組成。 11cRRCC 式中式中,c為輸入信號的載頻為輸入信號的載頻,在超外差接收機(jī)中則在超外差接收機(jī)中則為中頻為中頻I為調(diào)制頻率。在理想情況下為調(diào)制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻網(wǎng)絡(luò)的阻抗抗Z應(yīng)為應(yīng)為()0()cZZR 第6章振幅調(diào)制、 解

4、調(diào)及混頻 圖633 二極管峰值包絡(luò)檢波器(a)原理電路 (b)二極管導(dǎo)通 (c)二極管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo11cRRCCc為輸入信號載頻,在超外差接收機(jī)中為中頻,I為調(diào)制頻率,在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z應(yīng)為()0()cZZR 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖634 加入等幅波時檢波器的工作過程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通斷斷通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav1DDCCDDCiCiDCr CuuuuuUuru很小很小充電產(chǎn)生反作用于二極管：時，V 截止時，V 再導(dǎo)通第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 特點(diǎn)特點(diǎn): (1)檢波過程

5、就是信號源通過二極管給檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電電容充電與電容對電阻與電容對電阻R放電放電的交替重復(fù)過程的交替重復(fù)過程。 (2)由于由于RC時間常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期時間常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期,放電慢放電慢, 使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的較高的較高的電位電位(二極管是一窄脈沖序列二極管是一窄脈沖序列, 輸出電壓接近輸出電壓接近于高頻正弦波峰值于高頻正弦波峰值UoUm) (3)二極管電流二極管電流 iD 包含包含平均分量平均分量(直流分量直流分量) Iav及及高高頻分量頻分量。 檢波器輸出電壓檢波器輸出電壓UoUav第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖63

6、5 檢波器穩(wěn)態(tài)時的電流電壓波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)DDoiuuuu 在大部分時間里為復(fù)負(fù)值：第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖636 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)00AM ( ) ( ) DdcdVu tUuuUu t在在高頻周期峰：-值附近導(dǎo)通第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖637 輸入為AM信號時,檢波器二極管的電壓及電流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000AM ( ) ( ) DdcdVu tUuuUu t在在高頻周期峰：-值附近導(dǎo)通第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖638 包絡(luò)檢波器的輸出電路 CRu(

7、a)RgCgCRUdc(b)CR第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 2性能分析性能分析 1) 傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)Kd 檢波器傳輸系數(shù)檢波器傳輸系數(shù)Kd或稱為或稱為檢波系數(shù)檢波系數(shù)、檢、檢波效率波效率,是用來描述檢波器對輸入已調(diào)信號的解是用來描述檢波器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或效率的一個物理量。若輸入載波電壓調(diào)能力或效率的一個物理量。若輸入載波電壓振幅為振幅為Um,輸出直流電壓為輸出直流電壓為Uo,則則Kd定義為定義為odmdCUKUUKmU(643a) (643b)第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 由于輸入大信號由于輸入大信號,檢波器工作在檢波器工作在大信號狀態(tài)大信號狀態(tài),二極管二極管的伏安特性可用的伏安

8、特性可用折線近似折線近似。在考慮輸入為等幅波。在考慮輸入為等幅波,采用采用理想的高頻濾波理想的高頻濾波,并以通過原點(diǎn)的折線表示二極管特性并以通過原點(diǎn)的折線表示二極管特性(忽略二極管的導(dǎo)通電壓忽略二極管的導(dǎo)通電壓VP),則由圖則由圖635有有:000DDDDDg uuiu(644)(645) 式中式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,為電流通角為電流通角,iD是周期是周期性性余弦脈沖余弦脈沖,其平均分量其平均分量I0為為max()(1cos )DDmoDmigUUg U第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 式中式中,0()、1()為電流分解系數(shù)。為電流分解系數(shù)。 由式由式(643(a)和圖和圖635可

9、得可得0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia基頻分量為 (646)(647)cosodmUKU(648) 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 由此可見由此可見,檢波系數(shù)檢波系數(shù)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(shù)數(shù),求出求出后后,就可得就可得Kd。 由式由式(646)Uo=I0R,有有 (sincos )cosooDmmUI Rg RUU(649)等式兩邊各除以等式兩邊各除以cos,可得可得tanDg R(650) 當(dāng)當(dāng)很小時很小時, ,即即g gD DR R很大時很大時, ,如如g gD DR R5050時時, ,

10、331ta3n3Dg R代入上式，有：第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)特點(diǎn)特點(diǎn) 當(dāng)電路一定時，在大信號檢波器中當(dāng)電路一定時，在大信號檢波器中僅與檢波器的僅與檢波器的電路參數(shù)有關(guān)是恒定的，與輸入信號大小無關(guān)。電路參數(shù)有關(guān)是恒定的，與輸入信號大小無關(guān)。越小，越小，Kd越大，并趨近于越大，并趨近于1。而。而隨隨gDR增大而減增大而減小，因此，小，因此， Kd隨隨gDR增加而增大。增加而增大。實(shí)際上輸出平均電壓還是要小些。實(shí)際傳輸持性與實(shí)際上輸出平均電壓還是要小些。實(shí)際傳輸持性與電容電容C的容量有關(guān)。的容量有關(guān)。理想狀態(tài)：通角為理想狀態(tài)：通角為0第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖639 K

11、dgDR關(guān)系曲線圖 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC0RC5RC圖640 濾波電路對Kd的影響 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 2) 輸入電阻輸入電阻Ri 檢波器的輸入阻抗包括檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻輸入電阻Ri及輸入電容及輸入電容Ci。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Um與檢波器電流的基與檢波器電流的基頻分量振幅頻分量振幅I1之比值之比值,即即1miURI1max1( )(sinsin )tan(sincos )tan(sincos )sincosDmDiDDiDg UI

12、iaRgg RRRg 又第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖641 檢波器的輸入阻抗 CRisR0LC1ZiRiCi第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 3333343523521231511cos2!4113311112!3!3!2!11sin3!5!2itgRRRtRg很小時，將展開成級數(shù)：忽略高次項1-有，則：1-第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 3檢波器的失真檢波器的失真 1)惰性失真惰性失真 在二極管截止期間在二極管截止期間,電容電容C兩端電壓下降的兩端電壓下降的速度取決于速度取決于RC的時常數(shù)。的時常數(shù)。 圖642 惰性失真的波形 0uCtui第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 為了避免產(chǎn)生惰性失真為了

13、避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個高必須在任何一個高頻周期內(nèi)頻周期內(nèi),使使電容電容C通過通過R放電的速度放電的速度大于或等大于或等于包絡(luò)的下降速度于包絡(luò)的下降速度,即即( )ouU ttt(655) 如果輸入信號為單音調(diào)制的如果輸入信號為單音調(diào)制的AM波波,在在t1時時刻其包絡(luò)的變化速度為刻其包絡(luò)的變化速度為1111cos( )()sint tt tmmmUtU tmUttt 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 二極管停止導(dǎo)通的瞬間二極管停止導(dǎo)通的瞬間,電容兩端電壓電容兩端電壓uC近似為輸近似為輸入電壓包絡(luò)值入電壓包絡(luò)值,即即uC=Um(1+mcost)。從。從t1時刻開始通過時刻開始通過R放電的速度

14、為放電的速度為111011111( )1(1cos)( )sin( )sin11cost tt tRCRCCmt tmoU tRCmtu eUmt ettRCU tmUtAmtttttuU 又：代入：得到：第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 實(shí)際上實(shí)際上,不同的不同的t1, U(t)和和uC的下降速度不同的下降速度不同,為避免為避免產(chǎn)生惰性失真產(chǎn)生惰性失真,必須保證必須保證A值最大時值最大時,仍有仍有Amax1。故令。故令dadt1=0,得得122maxmaxmaxcos11tmmRCmmRCm 代入式代入式(658),得出不失真條件如下得出不失真條件如下:(659) (660)(661) 第6章振

15、幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖圖643 底部切削失真底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC 2) 底部切削失真底部切削失真底部切削失真又稱為負(fù)底部切削失真又稱為負(fù)峰切削失真。峰切削失真。產(chǎn)生這種產(chǎn)生這種失真是因檢波器的失真是因檢波器的交直交直流負(fù)載不同流負(fù)載不同引起的。引起的。 ggRRRRRRR第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 因?yàn)橐驗(yàn)镃g較大較大,在在音頻一周內(nèi)音頻一周內(nèi),其兩端的直流電壓基本不其兩端的直流電壓基本不變變,大小約為載波振幅值大小約為載波振幅值UC,可以看作一直流電源。它可以看作一直流電源。它在電阻在電阻R和和Rg上產(chǎn)生分壓。在電阻上產(chǎn)生分壓。在電阻

16、R上上的壓降為的壓降為 調(diào)幅波的最小幅度為調(diào)幅波的最小幅度為UC(1-m) ,要避免底部切削要避免底部切削失失真真,應(yīng)滿足應(yīng)滿足 (1)RCgCCgggggRUURRRUmURRRRRRmRRRRRR（）(662) 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖644 減小底部切削失真的電路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射隨器RRg12gRRRR第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 4實(shí)際電路及元件選擇圖645 檢波器的實(shí)際電路C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 根據(jù)上面諸問題的分

17、析根據(jù)上面諸問題的分析,檢波器設(shè)計及元檢波器設(shè)計及元件參數(shù)選擇的原則如下件參數(shù)選擇的原則如下: (1)回路有載回路有載QL值要大值要大, (2) 為載波周期為載波周期 (3) (4) (5) 000/12LRRQC11,CCCcRCTTTf0011,2mmR CRC2maxmaxmax1(1)gggmRCmRm RmRRRm第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 5. 二極管并聯(lián)檢波器二極管并聯(lián)檢波器 除上面討論的串聯(lián)檢波器外除上面討論的串聯(lián)檢波器外,峰值包絡(luò)檢峰值包絡(luò)檢波器還有并聯(lián)檢波器、推挽檢波器、倍壓檢波波器還有并聯(lián)檢波器、推挽檢波器、倍壓檢波器器、視頻檢波器等。這里討論并聯(lián)檢波器。、視頻檢波器等

18、。這里討論并聯(lián)檢波器。 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖646 并聯(lián)檢波器及波形(a)原理電路 (b)波形 (c)實(shí)際電路 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 根據(jù)能量守恒原理根據(jù)能量守恒原理,實(shí)際加到并聯(lián)型檢波器中的高實(shí)際加到并聯(lián)型檢波器中的高頻功率頻功率,一部分一部分消耗在消耗在R上上,一部分轉(zhuǎn)換為一部分轉(zhuǎn)換為輸出平均功率輸出平均功率,即即222223CCaviiUUURRRRR當(dāng)當(dāng)UavUC時時(UC為載波振幅為載波振幅)有有(665) 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 6小信號檢波器小信號檢波器 小信號檢波指輸入信號振幅在小信號檢波指輸入信號振幅在幾至幾十毫伏幾至幾十毫伏范圍內(nèi)范圍內(nèi)的檢波。這時

19、的檢波。這時,二極管的伏安特性可用二次冪級數(shù)近似二極管的伏安特性可用二次冪級數(shù)近似,即即 一般小信號檢波時一般小信號檢波時Kd很小很小,可以忽略平均電壓負(fù)反可以忽略平均電壓負(fù)反饋效應(yīng)饋效應(yīng),認(rèn)為認(rèn)為2012DDDiaa ua u(666)cosDiaVimcuuuuUt(667) 將它代入上式將它代入上式,可求得可求得iD的平均分量和高頻基波分的平均分量和高頻基波分量振幅為量振幅為2021112aVmmIaa UIaU第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 若用若用Iav=Iav-a0表示在輸入電壓作用下產(chǎn)生的平均表示在輸入電壓作用下產(chǎn)生的平均電流增量電流增量,則則2212aVaVmUIRa U (66

20、8) 相應(yīng)的相應(yīng)的Kd和和Ri為為211121aVdmmmiDUKa RUUURrIa(669) (670)第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 若輸入信號為單音調(diào)制的若輸入信號為單音調(diào)制的AM波波,因因c,可用包絡(luò)函數(shù)可用包絡(luò)函數(shù)U(t)代替以上各式中的代替以上各式中的Um22222222221(1cos)21(12coscos)2111(1)2coscos2222aVmmmUa RUmta RUmtmta RUmmtmt 小信號檢波器輸出的平均電壓與輸入信號電壓振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，故將這種檢波器稱為幅的平方成正比，故將這種檢波器稱為平方律檢平方律檢波器波器。

21、可以作功率指示?？梢宰鞴β手甘?。第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖647 小信號檢波 iDQ0EQtuD0iDIav(音頻成分)a0tVDuiCREQ第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖631 同步解調(diào)器的框圖 插入載波同步解調(diào)器低通濾波器uUcos (ctc)DSB信號SSB信號或ffc Ffcfc Fffc F00fF06.2.3 同步檢波同步檢波第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 同步檢波分為同步檢波分為乘積型乘積型(a)和疊加型和疊加型(b)兩類。兩類。 都需要用恢復(fù)的載波信號都需要用恢復(fù)的載波信號ur進(jìn)行解調(diào)。進(jìn)行解調(diào)。 圖632 同步檢波器 低通濾波器us(a)uour包絡(luò)檢波器us(b)uo

22、ur第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 1乘積型乘積型 設(shè)輸入信號為設(shè)輸入信號為DSB信號信號,即即us=Uscostcosct,本地恢本地恢復(fù)載波復(fù)載波ur=Urcos(rt+),這兩個信號相乘這兩個信號相乘coscos cos()coscoscos()1coscos()cos()2sscrrsrscrsrrcrcuUttutu uUtttU Uttt 經(jīng)低通濾波器的輸出經(jīng)低通濾波器的輸出,且考慮且考慮r-c=c在低通在低通濾波器頻帶內(nèi)濾波器頻帶內(nèi),有有cos()cosoocuUtt(673) 第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 由上式由上式,當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相同頻同相時時

23、,即即r=c,=0,則則 uo=Uocost (674) 無失真無失真地將調(diào)制信號恢復(fù)出來。若恢復(fù)載波地將調(diào)制信號恢復(fù)出來。若恢復(fù)載波與發(fā)射載頻有一定的頻差與發(fā)射載頻有一定的頻差,即即r=c+c uo=Uocosctcost (675) 引起引起振幅失真振幅失真。若有一定的相差。若有一定的相差,則則 uo=Uocoscost (676) 相當(dāng)于引入一個振幅的衰減因子。相當(dāng)于引入一個振幅的衰減因子。cos()cosoocuUtt第6章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 圖648 幾種乘積型解調(diào)器實(shí)際線路 10 k2 k10 k10 k10 k10 k10 kC2C1載波輸入7/15 pFT27/15 pFC

24、4T1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 k22 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章振幅調(diào)制、 解調(diào)及混頻 2. . 疊加型同步檢波疊加型同步檢波將將DSB或或SSB信號信號插入恢復(fù)載波插入恢復(fù)載波,使之成為或使之成為或近似近似為為AM信號信號,再利用包絡(luò)檢波器恢復(fù)調(diào)制信號。再利用包絡(luò)檢波器恢復(fù)調(diào)制信號。對對DSB信號信號,只要加入的只要加入的恢復(fù)載波電壓恢復(fù)載波電壓在數(shù)值上在數(shù)值上滿足一定的關(guān)系滿