调幅、检波与变频

第六章 调幅、检波与变频,2、调幅电路,主要内容：,1、调幅波的基本性质,3、检波器,4、变频电路,5、混频干扰,6.1 调幅波的性质,一、普通调幅波的性质,1、数学表达式,幅度调制（调幅）：用调制信号的大小去控制高频载波信号的振幅， 使载波的振幅随调制信号的大小而变化的过程。,幅度调制的方式：,设载波为uc=UcmcosCt，调制信号为u=Umcost,调幅度（调幅系数） Ma=KaUm/Ucm,调幅灵敏度 Ka：表示单位调制电压 引起高频载波幅度的变化。,3、频谱与带宽,2、波形：如右图所示,（a）调制信号（b）载波信号（c） ma1时， 出现过调失真,4、功率,载波功率:,上(下)边频功率:,上下边频总功率:,调幅信号总功率:,单一频率调制信号调制得到的调幅波的带宽BW=2F或2,复合频率调制信号调制得到的调幅波的带宽BW=2Fmax或2max,双边带抑制载波只传送上下边带,单边带抑制载波和其中一个边带,二、双边带调幅波的性质,功率:,带宽BW=2F或2,三、单边带调幅波的性质,功率:,带宽BW=Fmax或max,四、 残留边带调幅波的性质,(a) 广播电视台系统发端滤波器特性 (b) 电视接收系统中频滤波器特性,残留边带调幅(记为VSB AM)它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。,这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。,在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。,例：已知已调信号的频谱图如图所示。（1）说明各频谱所表示的已调信号类型；（2）写出它们的数学表达式和频谱宽度；（3）计算在单位电阻上消耗的各已调信号的平均功率。,解：（1）图（a）为单频率调制信号的普通调幅波；,图（b）为双频率调制信号的普通调幅波；,图（c）为二次调制的普通调幅波。,（2）图（a）调幅波的数学表达式为,频谱宽度BW =1003997=6（kHZ）,图（b）调幅波的数学表达式为,频谱宽度BW=1010990=20（kHZ）,图（c）中，第一次调制：两路频率为F=3kHZ的音频信号分别调制到f1=10kHZ和f2=30kHZ的载频（称为副载频）上，第二次调制：将两路已调信号叠加，再调制到主载频fc=1000kHZ的载频上。,第一次调制：,第二次调制：,频谱宽度BW=1033967=66（kHZ）,6.2 调幅电路,普通调幅电路,双边带调幅电路,单边带调幅电路,按调幅方式分,基极调幅电路,残留边带调幅电路,集电极调幅电路,二极管平衡调幅电路,高电平调幅电路,低电平调幅电路,模拟乘法器调幅电路,平方律调幅电路,斩波调幅电路,按调制信号的 幅度分,一、二极管平衡调幅电路,1、非线性器件平方律调幅原理,(幂级数展开式),晶体管工作于非线性不太严重的区域时,上式是在忽略高次方项后得出的，可见含有频率分量F、fcF ，只要在输出端用一中心频率为fc 、带宽为2F的带通滤波器，就可以取出分量 fcF ，实现双边带调幅。,设,2、二极管平衡调幅电路,当UcmUm 时，实现斩波调幅,在大信号情况应用时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。,单向开关函数:,双向开关函数:,uo含有频谱：，c，3c，经中心角频率为c ，带宽为 2 的LC带通滤波器后，可在负载 R上得到频谱 c 电压分量，即实现了DSB调制。,将二极管看成是一个受载波uc控制的开关(用单向开关函数)与一电阻Rd串联。,uc单独作用时，u看作短接，此时,u单独作用时，uc看作短接，此时,二、模拟乘法器调幅电路,3、二极管环形调幅电路,三、基极调幅电路（欠压状态）,用调制信号控制丙类谐振功放的基极偏压，从而实现调幅。,用调制信号控制丙类谐振功放的集电极电压，从而实现调幅。,四、集电极调幅电路（过压状态）,五、产生单边带信号的方法,1、滤波法,滤波器法实现单边带调制,实际滤波器法单边带发射机方框图,DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于cmax，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。,2、相移法,相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示,相移法单边带调制器方框图,图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90。,输出电压为,要准确地移相90实际上很难做到。,3、修正的移相滤波法,修正的移相滤波法,这种方法所用的90移相网络工作于固定频率，因而克服了实际的移频网络在很宽的音频范围内不能准确地移相90的缺点。,这种方法所需要的移相网络工作于固定频率1与2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。,6.3 检波器,3、电路分类,一、检波器概述,1、作用：,2、电路组成：,从高频调幅波中解调出原调制信号,高频信号输入电路、非线性器件和低通滤波器。,检波器,按所用器件分,二极管检波器,三极管检波器,模拟乘法器检波器,小信号检波器,大信号检波器,包络检波器,按信号大小分,按工作特点分,同步检波器,串联型二极管检波器,并联型二极管检波器,二、大信号包络检波器,1、电路组成及原理分析,2、质量指标,检波效率Kd,只能用于对普通调幅波检波,惰性失真（对角切割失真）,形成原因：放电时间常数RL CL过大使二极管在截止期间CL的放电速度太 慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度 ，出现的失真现象。,不产生惰性失真的条件：,等效输入电阻Rid,推导过程见课本P339,负峰切割失真（底边切割失真）,形成原因：Cc的存在相当于给检波二极管V加了一额外的反偏电压URL，当RL比Ri2大得多时，URL很大，使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于URL，导致V在这段时间截止，输出波形的底部被切去，形成“负峰切割失真”。,即产生负峰切割失真的原因：检波器交、直流负载不等而引起。,避免产生负峰切割失真的方法：减小交、直流负载的差别。,非线性失真：由二极管的非线性所引起的失真。当RL足够大时可忽略。,频率失真：由耦合电容Cc和滤波电容CL所引起的失真。 Cc使下限频率升高， CL使上限频率下降。,例1 二极管大信号包络检波器的RL=220k，CL=100pF，设Fmax=6kHZ，为避免出现惰性失真，最大调幅系数应为多少？,解：根据不产生惰性失真的条件 RLCL,0.77,例2 二极管检波电路如图所示。输入信号ui=Ucm(1+0.3cost)cosct(V)（1）试定性地画出ui，u1，u2和u3各点的波形；（2）如R1=2k，R2=3k，R3=20k，R4=27k，若要求不产生负峰切割失真，试求调幅波的最大调幅系数ma。,解：（1）ui是普通调幅波，u1是ui经检波和高频滤波后的波形，u2是u1经C4隔直流和对低频耦合而得的波形，u3是ui经检波和高频滤波后所得直流和低频信号，再经R3和C2对滤波而得的直流信号。各点波形如图所示。,（2）要求不产生负峰切割失真，必须使检波器的调幅系数 ma,uz(t) 中含有频率为0、F、2fc、(2fcF)分量，用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,三、同步检波器,1、电路特点, 对AM、DSB、SSB等调幅波均适用。, 工作时需要有一同步信号(与载波同频同相)。,2、同步检波原理,3、同步检波器应用电路,调幅信号ui(t) 加到1脚，同步信号ur(t) 加到8脚。检波输出信号从9脚输出，经过型低通滤波器滤除高频分量，最后由隔直电容去除直流后，得到所需的低频输出信号uo(t)。,6.4 变频电路,1、作用：将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。,一、概述,2、几个概念,上变频：中频信号频率等于外来信号频率与本振信号频率之和的变频。,下变频：中频信号频率等于外来信号频率与本振信号频率之差频的变频。,超外差下变频：中频信号频率等于本振信号频率与外来信号频率之差的变频。,超内差下变频：中频信号频率等于外来信号频率与本振信号频率之差的变频。,失真：输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同干扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量,3、主要性能指标,(1) 混频增益,(2) 选择性,要求选频网络的选择性好，矩形系数接近于1。,(3) 失真与干扰,经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其中频电流为：,二、混频的基本原理,根据非线性器件的幂级数展开式：,电流i中含有的频率分量为：,三、变频电路,经中心频率为fI ，带宽为2F的带通滤波器滤波后，得：,1、模拟乘法器混频器,2、二极管平衡混频器,带通后得：,3、三极管变频电路,三极管变频电路,三极管变频器：振荡与混频共用三极管,三极管混频器：振荡与混频用不同三极管,三极管混频器,输入谐振回路：由C1、L1构成，谐振频率为fC,本振谐振回路：由C4、L4构成，谐振频率为fL,中频谐振回路：由C3、L3构成，谐振频率为fI,三极管V1混频，V2构成本机振荡电路,三极管变频器电路,输入谐振回路:谐振频率为fC,本振谐振回路:谐振频率为fL,中频谐振回路:谐振频率为fI,三极管T的作用,放大信号,混频,构成振荡电路,5.6 混频干扰,有用信号,本振信号,干扰信号,噪 声,组合频率干扰,交调干扰,副波道干 扰,倒易混频,本振噪声,互调干扰,一、组合频率干扰干扰哨声,组合频率,有用信号fs和本振fL的组合频率等于中频频率时产生的干扰, 优化混频电路，使有用信号强度增强，无用信号强度减弱、分量减少。,减小方法：, 合理进行中频和本振频率的安排，提高最低干扰点的阶数（q+p的值）,二、副波道干扰（寄生通道干扰）,外来干扰信号fn 与本振信号fL的组合频率等于中频频率时产生的干扰(最强两个：中频干扰和镜像干扰),中频干扰：取p0，q1，即fnfi 时形成的干扰。,镜像干扰：取p1，q1，即fn fs +2fi 时形成的干扰。 fn与fs对称地位于fL的两侧，即显现为镜像关系，称fn为镜像干扰。,以本振噪声电压作为“输入信号”，干扰电压作为“本振信号”的干扰现象。,优化混频电路，使有用信号强度增强，无用信号强度减弱、分量减少。,减小方法：, 提高前端电路的选择性。, 合理进行中频和本振频率的安排，提高最低干扰点的阶数（q+p的值）,三、交叉调制干扰（交调失真）,在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起的干扰。它是有用信号fS、干扰信号fn和本振信号fL通过混频器组合后形成的。,交调干扰是由晶体管的三次或更高次非线性项所产生。,四、互相调制干扰（互调干扰）,干扰信号之间彼此混频而产生接近有用信号频率而引起的干扰。它是由两个或两个以上干扰信号和本振信号通过混频器形成的组合频率干扰。,五、倒易混频(相互混频),干扰电台随有用电台而变化。,例1有一中波段（535 kHZ1605kHZ）调幅超外差收音机，中频fI =fL-fc=465kHZ，分析下列现象属于何种干扰，又是如何形成的？（1） 当收听到fc=570kHZ的电台时，听到频率为1500kHZ的强电台播音；（2） 当收听fc=929kHZ的电台时，伴有频率为1kHZ的哨叫声；（3） 当收听fc=1500kHZ的电台播音时，听到频率为750KHZ的强电台播音。,（2）为组合频率干扰（p=1、q=2） 当fc =929 kHZ时，fL = fI + fc=465+929=1394 kHZ，而2 fc- fL =2929-1394=464(kHZ)，此组合频率分量在检波器中将与465kHZ的中频信号进行差拍检波，从而产生1kHZ的干扰哨声。,解：（1）为镜像频率干扰（p=1、q=1）,（kHZ）,（3）为副波道干扰（p=1、q=2）,（kHZ）,例2超外差广播收音机的接收频率范围（5251605）kHZ，中频fI =fL-fc=465kHZ。（1）当收到fc =600 kHZ电台播音时，除了调谐在600 kHZ频率刻度上能收听到该电台信号外，还能在接收频段内哪些刻度上收听到该电台信号（写出最强的两个）？（2）当收到频率fc =600 kHZ的电台信号时，还能同时收听到哪些频率的电台信号（写出最强的两个）？,解：（1）对于其他电台，600 kHZ实际是干扰频率是副波道干扰,当p=1、q=2时，fc=1200 kHZ；当p=1、q=3时，fc=870kHZ。即在fc为1200kHZ和870kHZ两个电台，能听到600 kHZ电台的播音。,当p=1、q=1时，fN1 =1530 kHZ（镜频），当p=1、q=2时，fN2 =765 kHZ。即在收到频率fc =600 kHZ的电台信号时，还能同时收听到频率为1530kHZ和765kHZ两个电台信号。,（2）已知fc =600 kHZ，则干扰信号频率为,本章小结：,调幅有普通调幅、抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。 调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。 检波器有包络检波