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6 4 1概述 振幅解调 又称检波 是振幅调制的逆过程 它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号 从频谱上看 检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近 因此 检波器也属于频谱搬移电路 6 4振幅解调 检波 原理与电路 1 从已调波中检出包络信息 只适用于AM信号 输入AM信号 检出包络信息 2 检波器分类 振幅调制过程 解调过程 AM调制 DSB调制 SSB调制 包络检波 同步检波 峰值包络检波 平均包络检波 乘积型同步检波 叠加型同步检波 解调过程是和调制过程相对应的 不同的调制方式对应于不同的解调 3 检波器的组成应包括三部分 高频已调信号源 非线性器件 RC低通滤波器 其如下图所示 载波被抑制的已调波解调原理 解调普通调幅波组成原理框图 4 输入电压为v1 输出电压为v2 则检波前后的波形如图所示 输出电压v2是已恢复的原调制信号 检波前后的波形图 5 串联式二极管 大信号 包络检波器如图 a 所示 图中的RL C为二极管检波器的负载 同时也起低通滤波器作用 一般要求检波器的输入信号大于0 5V 所以称为大信号检波器 及 二极管 大信号 峰值包络检波器 6 RLC电路 二是作为检波器的负载 在其两端输出已恢复的调制信号 一是起高频滤波作用 故必须满足 及 7 串联型二极管包络检波器的物理过程 8 1 工作原理 大信号的检波的原理 主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取 9 10 用分析高频功放的折线近似分析法分析 Id S vd VBZ Vd VBZ 0 Vd VBZ 若输入信号为等幅波时 对二极管加一正偏压抵消VBZ 则电容C上的输出电压为 可以证明 11 若输入信号为调幅波时则电容C上的输出电压为 若输入信号为调幅波时则输出电压为 输出电压振幅为 输出电压与输入信号的包络成正比 12 2 包络检波器的质量指标 1 电压传输系数 检波效率 电流通角 R 检波器负载电阻 Rd 检波器二极管内阻 当R Rd时 0 cos 1 即检波效率Kd接近于1 这是包络检波的主要优点 13 2 等效输入电阻Rid Vim 输入高频电压的振幅 Iim 输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响 使输入谐振回路的Q值降低 消耗一些高频功率 这是二极管检波器的主要缺点 即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半 通常 因此 负载R两端的平均电压为KdVim 因此平均电流 14 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率 则由能量守恒的原则 输入到检波器的高频功率 应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率 注意为直流 15 3 失真 产生的失真主要有 惰性失真 负峰切割失真 非线性失真 频率失真 惰性失真 对角线切割失真 现象 16 3 失真 惰性失真 惰性失真 原因 由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的 这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化 从而产生失真 为了防止惰性失真 只要适当选择RC的数值 使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了 也就是要求 现象 不产生失真的条件 17 或写成 在工程上可按 maxRC 1 5计算 电容放电 调幅波包络 包络变化率 实际上 调制波往往是由多个频率成分组成 即 min max 为了保证不产生失真 必须满足 代入 得 18 负峰切割失真 底部切割失真 检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合 如图所示 Rg代表下级电路的输入电阻 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻Rg后的检波电路 为了有效地传送低频信号 要求 在检波过程中 Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压 在R上得到的直流电压为 隔直电容Cc数值很大 可认为它对调制频率 交流短路 电路达到稳态时 其两端电压VC Vim 19 负峰切割失真的现象 20 对于二极管来说 VR是反偏压 它有可能阻止二极管导通 从而产生失真 负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真 调幅波的最小幅度Vim 1 ma 必须大于VR 即 产生负峰切割失真原因 不产生失真的条件 21 实际电路中 为防止出现负峰切割失真 常采用分负载方法 即将R分为R1和R2两部分 如图所示 通常选用 D选用点接触型锗二极管2AP9 RD 100 R1 680 R2 4 7k R4C3构成低通滤波器 C3上仅有直流电压 它与输入载波成正比 并加到中放级的基极作为偏压 以便自动控制该级增益 如果输入信号强 C3上直流电压大 则加到放大管偏压大 增益下降 使检波器输出电压下降 为了更好地滤波 也将负载电容分成C1和C2两部分 22 非线性失真 频率失真 这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的 这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的 Cc的存在主要影响检波的下限频率 min 为使频率为 min时 Cc上的电压降不大 不产生频率失真 必须满足下列条件 或 电容C的容抗应在上限频率 max时 不产生旁路作用 即它应满足下列条件 或 一般Cc约为几 F C约为0 01 F 用失真系数Kf表示 23 抑制载波的双边带信号和单边带信号 因其波形包络不直接反映调制信号的变化规律 不能用包络检波器解调 又因其频谱中不含有载频分量 解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号 此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路 经过频率变换 恢复出调制信号 这种检波方式称为同步检波 同步检波有两种实现电路 同步检波电路 乘积检波电路 24 同步检波实现模型 其原理电路见右 同步检波原理电路 设输入信号为抑制载波的双边带 本地振荡信号 则它们的合成信号 因此 通过包络检波器便可检出所需的调制信号 包络检波器构成同步检波电路 25 已调波为载波分量被抑止的双边带信号 准确地等于输入信号载波的角频率 即 但二者的相位可能不同 这里 表示它们的相位差 这时相乘输出 假定相乘器传输系数为1 低通滤波器滤除 附近的频率分量后 就得到频率为 的低频信号 本地载波电压 本地载波的角频率 乘积检波电路 26 x 低通 27 由式可见 低频信号的输出幅度与 成正比 当 低频信号电压最大 随着相位差 加大 输出电压减弱 在理想情况下 除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外 希望二者的相位也相同 此时 乘积检波称为 同步检波 乘积检波也可用来解调普通调幅波 这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量 由上分析得在同步检波中 需要有与发送端同频同相的本地振荡信号 才能完全恢复原调制信号 时 28 产生本地振荡信号的方法 1 由发送端发出导频信号 控制本地振荡器 使本地振荡器的频率和相位与发送端一致 2 对于双边带调制来说 可以从双边带调制信号中提取所需的同频同相的载波信号作本地振荡信号 对于单边带调制信号来说 无法直接从单边带信号中提取载波信号 因此在发射单边带信号的同时 还发射受到一定程度抑制的载波信号 称为导频信号 在接收端 用导频信号控制本机振荡信号使其同步中 3 采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波 29 通过平方律运算器 输出电压为 式中的K为系数 经中心频率为 的带通滤波器取出 分量 而后由二分频器将其变换为 最后由中心角频率为 的带通滤波器进一步滤除无用分量 并将取出的 分量进行放大 就可作为所需的同频同相参考信号 由DSB信号中取出载波信号的实现框图