chapter7-2-振幅调制与解调概述.ppt

西安邮电大学2015 11 高频电子线路 第七章调幅信号的解调 无线电发送与接收设备组成 无线通信系统的基本组成 第六章调幅信号的解调 主要内容概述二极管大信号包络检波器二极管小信号检波器同步检波器 第一节概述 振幅解调 检波 是振幅调制的逆过程作用 从已调制高频振荡中恢复出原来的调制信号检波器 属于线性频谱搬移电路从频谱上看 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 检波器的组成 输入回路非线性器件RC低通滤波器 一 检波电路的功能 从调幅波中不失真地解调出原调制信号 1 输入输出波形表示形式 输入为普通调幅波时 检波器输出角频率为的正弦波 2 输入与输出频谱表示形式 检波的过程也是频谱的搬移过程 将频谱由载频附近搬移到低频段 检波电路由输入回路 非线性器件和低通滤波器三部分组成 二 检波电路的组成 用于普通调幅波和高频等幅波的检波 用于双边带和单边带的检波 三 检波电路的分类 二极管检波器 三极管检波器 检波的分类 按器件类型 按信号大小 小信号检波器 大信号检波器 按工作特点 包络检波器 同步检波器 四 检波电路的主要技术指标 1 电压传输系数 检波效率 等幅波检波 调幅波检波 检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比 2 等效输入电阻 3 非线性失真系数 输入等幅高频电压的振幅 输入高频电流脉冲的基波分量的振幅 第二节二极管大信号包络检波器 输入信号振幅大于0 5V 利用二极管两端加正向电压时导通 输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电 二极管两端加反向电压时截止 电容C通过R放电这一特性实现的检波 其输出电压反映输入信号振幅变化的规律 二 大信号检波的工作原理 一 大信号包络检波 1 原理电路 2 检波过程 经过多次反复充放电 直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷量相等 充放电达到动态平衡进入稳定工作状态 二极管导通 对C充电 充电时常数很小 充电快 二极管截止 C通过R放电 放电时常数很大 放电慢 二极管导通 又对C充电 二极管截止 C上电压对R放电 输入为等幅波 输入为普通调幅波 输出电压的变化规律正好与输入信号的包络相同 三 大信号检波器的分析 1 大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示 Id数学表示式为 gd为二极管导通时的电导 即gd 1 rd Ubz为二极管的导通电压 2 二极管两端电压 若 则 3 流过二极管的电流id可表示为 id I0 I1mcos it I2mcos2 it Inmcosn it 其中 I0 0 IM为直流分量 I1m 1 IM为基波分量振幅 Inm n IM为n次谐波分量振幅 输入为等幅波 4 与电路参数的关系 当时 二极管导通当 it 时 id 0 可得gd uo Uimcos Ubz 0当 it 0时 id IM 可得 由于 则 经低通滤波器的输出电压uo I0R Uim sin cos 因为为未知数 不可能直接求解 还需变换 上式两边同时除则在或的条件下 可得当 可展开为可得 在Ubz 0 的条件下 其通角 只与电路参数rd和R有关 而与输入信号的振幅Uim无关 输入等幅波时 输出直流电压 结论 输入调幅波 检波输出 直流 角频率为的交流 负载RL上的电压 输入为普通调幅波ui Uim 1 macos t cos it时 定义 输出的分量振幅与输入高频调幅波包络变化的振幅的比值 四 大信号检波器的技术指标 输入等幅波时 定义 输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值 Kd Kd 二极管大信号检波器的电压传输系数为常数 又称线性检波 1 电压传输系数Kd 在二极管导通角很小的情况下 等效输入电阻 将 展开成级数取前两项代入 2 等效输入电阻 定义 输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比 的表达式 直流电阻 检波器的失真可分频率失真 非线性失真 惰性失真和负峰切割失真 频率失真 不产生频率失真的条件 R R R 保证高频成分被旁路掉 保证最高频率的音频不被旁路掉 保证最低音频能通过Cc 3 失真 产生原因 二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真 非线性 iD v vi不变 vD 如果负载电阻R选得足够大 则检波管非线性特性影响小 它所引起的非线性失真可以忽略 iD 非线性失真 惰性失真 对角线切割失真 产生原因 RC过大 放电太慢 放电速度跟不上包络的变化速度 如图所示 在某一点 如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度 就可能发生惰性失真 电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快 即 其中 U im Uim 1 macos t 设输入为ui Uim 1 macos t cos it 其振幅变化速度为电容器C通过R放电 流过C和R的电流相等 流过C的电流为流过R的电流为则由于uc为检波器输出电压设Kd 1 则令A 则不产生惰性失真的条件为A 1 将A值对t求导数 并令dA dt 0 可得 不产生惰性失真的条件 或 不产生惰性失真的条件是 不产生惰性失真的条件 单音频调幅波检波时 不产生惰性失真的条件 多音频调幅波检波时 不产生惰性失真的条件 负峰切割失真 底边切割失真 产生原因 检波器的直流负载和交流负载不同 且ma过大而引起的 由于Cc的存在检波器的直流电阻为R而交流电阻为R RL R 不产生负峰切割失真的条件是输入调幅波的振幅最小值设Kd cos 1 则 不产生负峰切割失真的条件 交 直流负载电阻越悬殊 ma越大 越容易发生该失真 可见R RL越接近R越不易产生失真 这样必须提高RL 可以引入射随器 负峰切割失真的改进 当R一定时 将R分成两部分 R1和R2 R直 R1 R2R交 R1 R2RL R2 RL R1 R交 即 1 R1足够大时 R交的影响减小 不易出现负峰切割失真 但R1过大时 V 的幅度下降 一般取R1 R2 0 1 0 2 2 检波电路后接射随 Ri大 即检波电路的RL大 3 晶体管和集成电路包络检波 为直接耦合方式 不存在Cc 输入高频信号的振幅小于0 2V 利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换 然后通过低通滤波器实现检波 二 小信号检波器的工作原理 因为是小信号输入 检波器需外加偏压使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分 一 小信号检波 第三节二极管小信号检波器 在工作点Q附近 可用泰勒级数展开 输出电压很小 可忽略 则 低通滤波后 三 小信号检波器的主要技术指标 输入为等幅波时 小信号检波器的电压传输系数为 1 电压传输系数 输入为调幅波时 小信号检波器的电压传输系数为 可近似地认为等于二极管的导通电阻rd 2 检波器的等效输入电阻 电压传输系数小 且不为常数 检波效率低 等效输入电阻 存在非线性失真 3 非线性失真系数 调幅指数越大 非线性失真越严重 四 小信号检波器的特点 第四节同步检波器 一 同步检波器主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波 必须加一个本地载频信号 与原载频同频同相 因此称为同步检波 二 同步检波器的组成由乘法器和低通滤波器组成 经低通滤波器滤除频率分量 得频率为的输出电压 1 双边带调幅波输入为本地载频信号为经乘法器相乘 输出电流为 三 工作原理 输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱 经低通滤波器滤除分量 得到频率为的输出电压 2 单边带调幅波输入为本地载频信号为经乘法器相乘 输出电流为 四 实际应用电路 1 输入为双边带调幅波经乘法器相乘 输出电流为 设本地