高频电子线路第6章--振幅调制解调及混频

1、2021/3/10讲解：XX1 第6章 振幅调制、解调及混频 振幅调制信号分析振幅调制信号分析 振幅调制电路振幅调制电路 调幅调幅解调电路解调电路 混频混频电路电路 混频器的干扰混频器的干扰 2021/3/10讲解：XX2 一、振幅调制信号分析 1. 振幅调制的概念振幅调制的概念 振幅调制：振幅调制：用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的 规律变化，而其它参数(相位、频率)不变。 调制信号：调制信号：由原始信号(声音、数据和图象)转换成的低频或视频模 拟信号(数字的或模拟的)，用u或f(t)表示； 载波载波：未受调制的高频振荡信号，常用正弦波，用uc或ic表示； 已调波已调波：受调制

2、后的高频振荡信号。 振幅调制方式：振幅调制方式：分为三种方式。 (1) 普通调幅方式：AM； (2) 抑制载波的双边带调制(简称双边带调制)：DSB-SC(简称DSB)； (3) 拟制载波的单边带调制(简称单边带调制)：SSB-SC(简称SSB)。 三种已调波信号称为：调幅波信号、双边带信号和单边带信号调幅波信号、双边带信号和单边带信号。 2021/3/10讲解：XX3 2、调幅波、调幅波(AM) 载波电压：uc=Uccosct 调制电压：u=Ucost (c) 调幅波的瞬时振幅：Um(t) =Uc+Uc(t)= Uc+kaUcost = Uc(1+m cost) Uc(t)：调制电压u成正比

3、； ka：比例系数或调制灵敏度，由调制电路决定； m=kaU/Uc ：调幅度(调制度)。 AM信号表达式：信号表达式： uAM = Um(t)cosct =Uc(1+m cost)cosct 调幅度的要求调幅度的要求： l m1为正常调制； l m1为过调制，导致信号产生失真，不能正确解调，应当避 免出现。 2021/3/10讲解：XX4 AM调制过程中的信号波形：调制过程中的信号波形：调制信号为余弦波 注意：注意：图(e)发生严重失真，无法通过解调恢复出调制信号！ 2021/3/10讲解：XX5 连续谱信号的连续谱信号的AM调制调制：uAM= Uc1+m f(t)cosct，其中f(t)为归

4、 一化调制信号，而且|f(t)|max=1。 1 )cos()( n nnn tUtf 1cos)cos(1)( c 1 CAM c na n n nnn U Uk mttmUtu， 展开：展开：调制信号的傅里叶级数调制信号的傅里叶级数 连续谱信号的AM已调波又 可以表示为： 2021/3/10讲解：XX6 AM信号的产生原理图信号的产生原理图：由加法器和乘法器完成。 uAM u c u 常数 (a) u AM u c u (b) 2021/3/10讲解：XX7 AM信号的频谱：信号的频谱： (1) 单频AM波：单频AM波可以用三角函数展开为 ( )coscos()cos() 22 AMCcC

5、cCc mm utUtUtUt 下边频下边频 上边频上边频 载频分量载频分量 三个频率分量三个频率分量 c c c cc ,： 2/ ,2AM F FB：波带宽波带宽 2021/3/10讲解：XX8 下图中给出语音调制信号频谱及其已调信号频谱下图中给出语音调制信号频谱及其已调信号频谱. (2) 多频多频AM波：波：包含载频、上边带和下边带。 带宽带宽 ：B=2Fmax，其中Fmax为f(t)的最高频率。 说明：说明：AM调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，但频谱 结构未变，因此这种调制方式属于频谱的线性搬移频谱的线性搬移。 2021/3/10讲解：XX9 AM信号的功率：信号的功率：通常指A

6、M波的平均功率(总功率)，包括载波 功率和两个边带的平均功率。有时涉及AM波的最大功率和最 小功率。 假设负载阻抗为RL。以单频AM波为例讨论。 L C C L CC C R U td R tU P 2 cos 2 1 222 ：载载波波功功率率(1). C C L P mmU R P 422 1 ).2( 2 2 边频 ：每每个个边边频频功功率率 2 12)(AM).3( 2 m PPPP CCav边频 ：总总功功率率信信号号平平均均功功率率 ( )coscos()cos() 22 AMCcCcCc mm utUtUtUt 2 2 )cos1 ( 2 )cos1 ( )(AM).4(tmP

7、R tmU tP C L c ：信信号号瞬瞬时时功功率率 2021/3/10讲解：XX10 说明：说明：AM信号中虽然载波频率分量不携带信息，却占有2/3 以上的功率，效率较低。但由于其设备简单，占的频带窄(相 对于调频)，因此仍然得到广泛的应用。 Pmax决定了高频谐振功放管的额定输出功率PH，PHPmax。 2 2 )cos1 ( 2 )cos1 ( )(tmP R tmU tP C L c ：重重写写瞬瞬时时功功率率 2 min 2 max )1 ( )1 ( AM).5( mPP mPP C C ：信信号号的的最最大大最最小小功功率率 2 4 2 ).6( 2 2 m P P m C

8、C 载载波波功功率率 两两个个边边频频功功率率 功功率率效效率率： 举例举例：100%调制(m=1)，两个边频功率为载波功率的1/2，两个 边频功率只占AM调幅波总功率的1/3。当m值减小时，两者的 比值将显著减小，边频功率所占比重更小。 2021/3/10讲解：XX11 2. 双边带信号双边带信号 DSB信号的形成：信号的形成：将AM信号中的载波抑制掉就形成了抑制载 波的双边带信号(DSB-SC)，简称双边带信号(DSB)。 双边带信号的表示：双边带信号的表示： uDSB(t)=k f(t) cosct，k0 说明说明: (1). DSB信号只有上下边带，没有载波分量，因此功率利用较 充分；

9、 (2). DSB信号的产生原理：仅需要一个模拟乘法器即可。 uDSB uC f(t) 2021/3/10讲解：XX12 DSB和和AM信号比较：信号比较： (1) 包络不同：AM信号的 包络正比于调制信号f(t)， 而DSB信号的包络则正比 于|f(t)|； (2) DSB信号的高频载波相 位在f(t)的零交点处(正负电 压交替处)出现180的相 位跃变； 2021/3/10讲解：XX13 (3) DSB实质上是一个调 幅调相信号； uDSB(t)=|f(t)|cos(ct+) 其中当f(t) 0时，=0； 当f(t) U。 ttU g tU g tU g U g i cos cos 2 c

10、os 2 cos 2 c D cC D D C D D C c CD c D cC D AM 4 , cos cos1 2 cos cos 2 cos 2 U U mttm UgR ttU g RtU g Ru L LL FffnFfnnffFi ccccc ，：滤滤波波取取出出, 2 , 1,) 12( ,2 ,: D 2021/3/10讲解：XX27 (2) 单差分对电路单差分对电路：mVuu V u E u Ii BA T A e B oo 26, 2 )1 ( e c eT cLo o ccA B E U mtt E U V URI u tUu tUu ,coscos1 2cos co

11、s 单差分对单差分对AM调制器的输出波形调制器的输出波形 ： 2021/3/10讲解：XX28 关于关于AM调制的说明：调制的说明： (1). 高电平高电平AM调制调制：集电极调幅需要谐振功放工作在过压状 态，而基极调幅需要谐振功放在欠压状态，前者优点是输出 功率较大，后者优点是所需的激励功率功率较小； (2). 二极管二极管AM调制调制：合理选择信号的注入位置，可以用二极 管平衡电路直接实现AM调制；要想用二极管环形电路实现 AM调制，需要在输出电压中再加入载波分量，或者在输入调 制信号中叠加上直流成分； (3). 双差分对双差分对AM调制电路调制电路：在小信号状态下，双差分对电路 就是一个

12、标准的模拟乘法器，要想利用它实现AM调制，也需 要在输出端再加入载频分量，或者在输入调制信号中叠加上 直流成分。 2021/3/10讲解：XX29 2. DSB调制电路调制电路 单二极管和单差分对不能产生DSB信号，平衡二极管、 环形二极管和双差分对电路可实现DSB调制。 (1). 平衡二极管DSB调制器：u1=u，u2= uc，且UcU。 ttUg ttUgtUgutKgi 3cos cos 3 4 cos cos 4 cos)(2 cD cDDcDL ttU gR u C DL DSB coscos 4 要求：要求：调制线性好， 载漏(载波泄露)小， 调制效率高， 阻抗要匹配。 2021/

13、3/10讲解：XX30 平衡二极管平衡二极管DSB调制器的波形调制器的波形： 2021/3/10讲解：XX31 平衡调制器的一种实际线路平衡调制器的一种实际线路：输出变压器改为可变电阻器； 二极管并联电容C2和C3用来平衡二极管反向工作的结电容。 电容 C1：隔离高频载波与音频调制信号，对高频载波短路。 2021/3/10讲解：XX32 (2) 双平衡二极管的双平衡二极管的DSB调制器调制器(环形调制器环形调制器)：可以进一步减少 组合分量，减少滤波器压力。 在u1=u，u2=uc的情况下，可以实现DSB调制。 滤波后输出电压：滤波后输出电压： ttUgRtu CDLDSB coscos 8

14、)( uttgutKgi CCDCDL .3cos 3 4 cos 4 2)(2 平衡调制器和环形调制器比较平衡调制器和环形调制器比较： a. 平衡调制器：交换调制信号u和载波信号 uc的位置后不能得 到DSB信号，只能得到AM信号； b. 环形调制器：交换调制信号u和载波信号 uc的位置后同样得 到DSB信号，即调制器与输入信号的位置无关。 2021/3/10讲解：XX33 双平衡双平衡DSB调制器电路及波形调制器电路及波形: 2021/3/10讲解：XX34 双桥构成的环形调制器：双桥构成的环形调制器：忽略晶体管输入电阻对平衡调制器的 影响。 )()( c d1 1 a tKu rR R

15、tu ttU RR R R R tu R Eu ii c e ea ec coscos 4 )( d1 1 e 1 o 2021/3/10讲解：XX35 l 单差分对电路的单差分对电路的DSB调制调制：注意信号的注入方式。 mVuu V u E u Ii BA T A e B oo 26, 2 )1 ( tt E U V URI u tUu tUu c e c T Lo o ccB A coscos 2cos cos l 双差分对电路的双差分对电路的DSB调制调制：由于双差分对电路在小信号状态 下就是一个标准的模拟乘法器，因此不管载波信号和调制信号 怎么注入，均可以实现DSB调制。 mVuuu

16、u V I V u V u Ii BA 26, 222 BA 2 T 0 T B T A 0o ttUUR V I u ccL T o o coscos 2 2 (3) 差分对电路的差分对电路的DSB调制调制：单差分对和双差分对电路均可。 2021/3/10讲解：XX36 单差分对单差分对DSB调制器的信号波形调制器的信号波形: 2021/3/10讲解：XX37 3. SSB调制电路调制电路 主要有滤波法和移相法两种。 (1) 滤波法滤波法：由二极管平衡调制器和边带滤波器组成。 二极管平衡调制器二极管平衡调制器：生成DSB信号； 边带滤波器边带滤波器：从DSB中取出一个边带。它是一个带通滤波

17、器，可以用L、C元件或等效的L、C元件(如石英晶体)组成。 目前常用的边带滤波器有：机械滤波器、晶体滤波器和陶瓷 滤波器。下图是理想的边带滤波器传输特性。 2021/3/10讲解：XX38 (2) 移相法：移相法：移相法可以从SSB信号的表达式来理解。 )sgn()()()sgn()( 2/ FeFjF j 优点优点：省去了边带滤波器。 缺点缺点：一是两个平衡调制器输出DSB信号的幅度应完全相等； 二是移相网络必须对载频和调制信号均保证精确的/2相移。 ttfttftu ccSSB sin)( cos)()( 2021/3/10讲解：XX39 提高移相精度的移相法提高移相精度的移相法SSB调制

18、器结构：调制器结构：如果调制信号为音频 信号，为了提高相移精度，可以将两个平衡调制器的调制信号 输入分别产生/4 相移和/4相移，这样两路音频信号的相 位差为/2 。两路载频由频率为4f0的振荡器经四次数字分频器得 到，载频的/2相位差也由分频器来保证。 2021/3/10讲解：XX40 (3) 滤波法和移相法性能比较滤波法和移相法性能比较 a. 移相法对平衡调制器的载漏抑制要求较高，但可以在较高的 频率上形成SSB信号； b. 滤波法对平衡调制器的载漏拟制要求不高，但由于需要边带 滤波器，限制了它的最高工作频率。 2021/3/10讲解：XX41 综合举例：综合举例：P250:习题6-4(c

19、)(d) ，tUu cos；tUu ccc cos， c UU c 在图示的四个电路中，调制信号和载波信号分别为 两个二极管的伏安特性相同，均为从原点出发，斜率为gD 的直线。 试问哪些电路能实现双边带调制？ (1) 在能够实现双边带调制的电路中，试分析输出电流的频 率分量。 2021/3/10讲解：XX42 解：(c)由电路图可得： uuu uuu cD cD 2 1 22 11 )( )( DcD DcD utKgi utKgi utKgug uutKguutKgiii cDcD ccDccD )( )()( 21 ()()1 cc KtKt 显然载波中包含载波频率的基波分量，因此不能实现

20、DSB 调制。 2021/3/10讲解：XX43 (d)由电路图可得： uuu uuu cD cD 2 1 22 11 )( )( DcD DcD utKgi utKgi 流过负载电流流过负载电流: ccD utKgiii)(2 21 由于负载电流中没有载波频率和调制信号频率的组合频 率分量，因此不可能实现DSB调制。 2021/3/10讲解：XX44 三、调幅信号的解调 振幅解调的概念：振幅解调的概念：从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为 解调，又称为检波。解调是调制的逆过程。 振幅解调原理：振幅解调原理：属于频谱线性搬移，可使用第5章介绍的方法。 1. 调幅解调方法：调幅解调方法：包括

21、包络检波和同步检波两大类。 (1) 包络检波包络检波：解调器输出电压与输入已调波的包络成正比。 包络检波器分类包络检波器分类：峰值包络检波器和平均包络检波器。 电路组成电路组成：非线性电路+低通滤波器。 用途用途：只能用于AM信号的解调。 (2) 同步检波同步检波：接收端需要一个与发送端同频同相的参考载波。 两种同步检波器两种同步检波器：一是乘积型(模拟乘法器+低通滤波器)，二 是叠加性(加法器+包络检波器)。 用途用途：可适用于AM、DSB、SSB信号的解调。 2021/3/10讲解：XX45 包络检波器的原理框图：包络检波器的原理框图： 2021/3/10讲解：XX46 同步检波器的原理框

22、图同步检波器的原理框图：(a) 乘积型；(b) 叠加型。 同步的解释同步的解释：接收机的参考载波要与发射机端载波同步。 tUu ccc cos发射机载波：发射机载波： tUu crr cos接收机参考载波：接收机参考载波： uc和ur的振幅可以不同，但是频率和相位必须相同。 2021/3/10讲解：XX47 2 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 电路组成：电路组成：二极管峰值包络检波器由输入回路、二极管VD和RC 低通滤波器组成。 (1) 输入回路：提供信号源，又是末级中放的输出回路； (2) 二极管：由导通电压小、rD小的锗管； (3) RC电路：一方面作为检波器负载，另一方面对高频

23、电流旁路。 因此RC电路应满足 11 c RR CC ()0() c ZZR 或 说明：说明：在这种检波器里，二极管工 作在大信号状态，ui0.5V，信号源、 二极管、RC电路串联关系。因此 称为串联型峰值包络检波器。 2021/3/10讲解：XX48 检波过程：检波过程：检波过程实际上就是电容C的充放电过程。 (1) 充电过程充电过程：假定输入电压为等幅高频电压 ui(t)=Um cosct。 (2) 放电过程放电过程：随着电容上充电电压的增加， 二极管上压降不断减少，当uD=uiuo=0时，二 极管开始截止，电容通过电阻R放电。 但时间持续不长，因为RC Tc(载波周期)， 当uc下降不多

24、时，ui的下一个正半周已经到来， 当uiuc时，二极管导通，对电容充电。 假设加输入电压前ui=0，加上输入电压后， ui处于正半周，二极管导通，对电容充电，由 于电容C的高频阻抗很小、rD很小，充电电流 很大，ui全部加到二极管两端；同时电容上的 电压又反作用于二极管，因此uD=uiuo。 2021/3/10讲解：XX49 (3) 动态平衡状态动态平衡状态：当二极管导通时电容上积累的电荷量等于 截止时释放的电荷量，检波器达到了动态平衡。 2021/3/10讲解：XX50 特点：特点：(1) 检波过程是一个重复的充放电过程； (2) 充电快、放电慢：RCTc，rDCTc，因此电容电压保持在 正

25、弦波正半周峰值附近，即UoUm，因此这种检波器称为峰值包 络检波器； (3) 二极管电流：平均分量Iav和高频分量，低通输出uo=Uav ； (4) 稳态时二极管电压电流波形： 2021/3/10讲解：XX51 输入为输入为AM信号时检波器的输出电压波形图信号时检波器的输出电压波形图： 输入为输入为AM波的检波器输出电压波的检波器输出电压：Uo(t)=Uav=Udc+u。 说明说明：Udc可以作为自动增益控制(AGC)电路的控制电压。 2021/3/10讲解：XX52 输入为输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形：信号时，检波器二极管的电压及电流波形： 2021/3/10讲解：XX53

26、 包络检波器的输出电路：包络检波器的输出电路： (a) 直接输出解调输出的调制信号； (b) 输出直流电压用来进行自动增益控制(AGC)。 2021/3/10讲解：XX54 性能分析：性能分析：衡量二极管峰值包络检波器的两个主要性能参数 是传输系数Kd、输入电阻Ri。 (1) 传输系数传输系数(检波系数检波系数)Kd： Kd是用来描述包络检波器对输 入已调信号的解调能力或者效率的物理量。 等幅波输入等幅波输入：us(t)=Umcosct Kd = Uo/Um 检波器输出uo(t)= KdUm AM 波输入波输入：us(t)=Uc(1+m cost)cosct Kd = U /mUc 检波器输出

27、uo(t)= Kd Uc (1+m cost ) 说明说明：两种定义方法是完全等价的。 2021/3/10讲解：XX55 Kd的计算的计算：大信号工作，忽略二极管导通电压，考虑等幅波。 50 3 tan: 3 3 3Rg Rg D D ocmD cms om m o d UtUu tUu UU U U K cos cos cos0cos电流通角：电流通角： cossin)( )cos1 ()( , 0 , 0 0 , 0max0 max D DDD D mD DD mDomDD Ug II UgUUgI u uug i cos)cos(sin : tan D m D0 m o D Rg U R

28、I U U Rg 2021/3/10讲解：XX56 (1) Kd由 决定，即由二极管和R决定，与输入信号无关； (2) 越小，Kd越大； (3) 理想滤波条件不满足时，传输系数会小一些。 3 3 ,cos Rg K D d 传传输输系系数数小小结结： 2021/3/10讲解：XX57 CR is R0LC1 Ri (2) 输入阻抗输入阻抗Ri：表征包络检波器对前级电路的影响程度。Ri越小， 前级回路谐振阻抗越低，导致Q值下降。因此希望Ri要大。 1 22 22 d o i m i K R U R UR R：方方法法二二： 小结小结：Ri由检波器负载电阻R决定，R越大，对前级影响越小。 50,

29、2)cossin( )( D1max1 i Rg R gI U I U R D D m D m 方法一：方法一： 2021/3/10讲解：XX58 检波器的失真：检波器的失真：当二极管峰值包络检波器的参数选择不当时， 检波器输出波形会产生惰性失真和底部切削失真惰性失真和底部切削失真。 (1) 惰性失真：由于RC时间常数太大，电容C对R的放电速度跟 不上AM信号的包络的下降速度，导致二极管若干高频周期处 于截止状态，引起的失真。下图是惰性失真波形。 不产生惰性失真的条件： ， m m RC 2 1 maxmax 2 max 1 m m RC 2021/3/10讲解：XX59 (2) 底部切削失真

30、：又叫负峰切削失真，产生失真后，检波器 的输出电压波形负半周的峰值被切削掉。 2021/3/10讲解：XX60 产生失真的原因产生失真的原因：由于检波器的交流、直流负载电阻不一致 引起的。 在实际的检波器电路里，还应该加上耦合电容Cg和真正的 负载电阻Rg。由于Cg对交流短路，所以有 RR : :直直流流负负载载电电阻阻 g g g RR RR RRR /: :交流负载电阻交流负载电阻 R R RR R m g g 条件：条件：不产生底部切削失真的不产生底部切削失真的 2021/3/10讲解：XX61 减少交直流负载差别的措施减少交直流负载差别的措施： 21 RRR g RRRR/ 21 方法

31、方法a： 将R分解R=R1+R2。 方法方法b：插入高输入阻抗的射极 跟随器。 关于包络检波器失真的说明关于包络检波器失真的说明： (1). 包络检波器的惰性失真和切削失真是由于线性元件(电阻和 电容)的选择不当引起的； (2). 包络检波器的非线性失真是由非线性器件(二极管)引起。 2021/3/10讲解：XX62 实际检波电路及元件选择：实际检波电路及元件选择：以AM收音机的检波电路为例 。 (1) 电路组成电路组成 峰值包络检波器峰值包络检波器：二极管，电容C1、C2，电阻R1、R2，以及 Cg和Rg。 自动增益控制自动增益控制(AGC)滤波电路滤波电路：R4，C3。 2021/3/10

32、讲解：XX63 (2) 检波电路元器件的选择检波电路元器件的选择：根据5个原则 基本约定基本约定：R=R1+R2，C=C1+C2，R1/R2=0.10.2，C1=C2 ；和和选选择择性性决决定定1 1：由由 7 . 0000 2 /).(B R RCQa L ；：减小输出高频波动：减小输出高频波动 c TRCb).( ；：减小频率失真：减小频率失真 RC m CR mc 1 , 2 1 ).( 00 ；，防防止止惰惰性性失失真真 maxmax 2 max 1 ).( m m RCd 。，防防止止底底部部切切削削失失真真 g g RR R me ).( 2021/3/10讲解：XX64 综合举例

33、综合举例1：P253习题6-12。振幅检波器必须有哪几个组成部分？ 各部分作用如何？下列各图(见图所示)能否检波？图中R、C为 正常值，二极管为折线特性。 2021/3/10讲解：XX65 综合举例综合举例2：P254习题6-14。 已知包络检波电路参数如下： C=0.01uF，R=4.7k，Cg=10uF，Rg=10k us=0.8(1+0.5cost)cosct(V)，F=5kHz， fc=465kHz，rD=125 求Ri、Kd，并检验有无惰性失真和底部切削失真。 2021/3/10讲解：XX66 解：Ri=R/2=2.35k 1 .3663. 0 3 3 rad R r D 81. 0

34、cos d K sRC 563 107 . 41001. 0107 . 4 s Fm m 5 3 22 105 . 5 5 . 01052 5 . 01 2 1 ，不产生惰性失真。 Fm m RC 2 1 2 5 . 068. 0 107 . 4 10 m RR R g g 不产生底部切削失真。 2021/3/10讲解：XX67 VD u s C R (a) 原理电路 3、二极管并联峰值包络检波器、二极管并联峰值包络检波器 并联包络检波器的二极管、负载电阻和信号源是并联的， 但它的工作原理是一样的。 (1) 电压传输系数Kd：和串联峰值包络检波器相同。 (2) 输入电阻Ri：在并联检波器里，高

35、频电流能够通过负载电阻R， 因此R要消耗高频载波功率。 322 222 R R R U R U R U avC i C )( avC UU假假设设 2021/3/10讲解：XX68 二极管并联峰值包络检波器：二极管并联峰值包络检波器：实际电路和波形。 2021/3/10讲解：XX69 4 4小信号检波器小信号检波器 输入信号振幅为几mV几十mV。 2 D2D10D uauaai二极管近似伏安特性：二极管近似伏安特性： D 11 m im2 m av d 2 m2avavm11 2 m20av 1 , 2 1 2 1 , 2 1 ,cos r aI U RRUa U U K UaRIUUaIUa

36、aIutUu Dcmi tmtmmRUatmRUaU uttmUu Dcmi 2cos 2 1 cos2 2 1 1 2 1 ) cos1 ( 2 1 :cos cos1 222 m2 22 m2av 特点特点：输出平均电压Uav与输入电压振幅Um的平方成正比， 故又称平方律检波器。 应用应用：在测量仪表及微波检测中广泛用作功率指示器； 缺点缺点：传输系数Kd和输入电阻Ri都小，而且还有非线性失真。 2021/3/10讲解：XX70 5、同步检波器：分乘积型和叠加型、同步检波器：分乘积型和叠加型 (1) 乘积型：先考虑完全同步情况 ttUuDSB Css coscos信号：输入 tUu crr

37、 cos本地参考载波： ttUUtUU ttUtUuu crsrs CrCsrs 2coscos 2 1 cos 2 1 coscoscos 乘法器输出： tUtUUu orso coscos 2 1 低通滤波输出： 2021/3/10讲解：XX71 参考载波的同步误差对乘积型同步检波器的影响：参考载波的同步误差对乘积型同步检波器的影响： ttUu tUu coo ccrr coscos cos 检波器输出：检波器输出： 载波频率存在误差载波频率存在误差 ： ttUu css coscos输输入入D DS SB B信信号号： coscos cos tUu tUu oo crr 检检波波器器输输

38、出出： 载载波波相相位位存存在在误误差差： 结论结论1：参考载波的频率误差引起检波器输出失真。 结论结论2：如果为常数，相位误差只会引起检波器输出幅度衰减； 如果随着时间变化，相位误差将引起检波器输出失真。 2021/3/10讲解：XX72 (2) 叠加型：叠加型：考虑单边带(上边带)已调波 )(cos)( sinsincos)cos( cos)cos( tttU ttUtUtU tUtUuuu Cm CsCrs CrCsrsi 222 2 ( )(cos)sin 12cos,/ 12cos(1cos),1, mrss rsr rrsr UtUUtUt UmmtmUU UmtUmtmUU 即

39、包络检波器输出：包络检波器输出： )cos1 ()()(tmUKtUKtu rdmdo 1| ,1 8 1 4 1 121 32 xxxxxx 2021/3/10讲解：XX73 (3) 平衡同步检波电路：平衡同步检波电路：由两个叠加型同步检波器组成，可 以减少输出电压中的非线性失真。 1/),cos1 ( 11 rsrdorsi UUmtmUKuuuu 1/),cos1 ( 22 rsrdorsi UUmtmUKuuuu 总的输出：uo=uo1uo2=2KdUrmcost tUutUu CrrCss cos,)cos( 2021/3/10讲解：XX74 (4) 同步检波器小结同步检波器小结 实

40、现同步检波的关键是要产生一个与发射机载波同频、同 相的本地参考载波。 如果发射机发送的载波与本地恢复的参考载波存在相位和 频率上的偏差，同步检波器的输出信号会产生失真。 本地参考载波产生方法：本地参考载波产生方法： a. 分频法：直接从DSB信号中提取； DSB信号平方得2fc 二分频得fc b. 导频法：在发射机发射SSB信号时，附加发射一个功率较低 的载波信号，称为导频信号。 2021/3/10讲解：XX75 四、混频器 1、混频的概念、混频的概念 混频混频(又称为变频又称为变频)，是将信号的载频变换成另外一个频率。，是将信号的载频变换成另外一个频率。 具有这种功能的电路称为混频器具有这种

41、功能的电路称为混频器(或变频器或变频器)。 混频器具有两个输入电压，频率分别为混频器具有两个输入电压，频率分别为fc和和fL，输出信号，输出信号 的频率的频率fI是两者的差频或和频，是两者的差频或和频， fI= fLfc。因此混频器在频域。因此混频器在频域 起着减起着减(或加或加)法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。法器的作用，是频谱线性搬移的一种应用。 2021/3/10讲解：XX76 超外差接收机：超外差接收机：混频器是基础，可以获得高灵敏度和选择性。 输入信号us：接收到的已调波信号，载波频率为fc。 输入信号uL：本地载波uL=ULcos2fLt，fL为本振频率。 输出信号：载频变为

42、中频频率 fI ，但uI仍然是已调波信号。 混频方式：混频方式： (1) 下变频：fI=fcfL， fI fc。 几种超外差接收机的中频频率：几种超外差接收机的中频频率： (1) 调幅收音机：调幅收音机： fI=465(455)kHz； (2) 调频收音机：调频收音机： fI=10.7MHz； (3) 微波接收机微波接收机(卫星接收机卫星接收机)： fI=70或或140MHz； (4) 电视接收机：图象中频电视接收机：图象中频=38MHz，伴音中频，伴音中频=6.5MHz。 2021/3/10讲解：XX77 混频电路的实现原理：混频电路的实现原理：混频属于是频谱线性搬移，可用线性线性 时变电路

43、和带通滤波器来完成。时变电路和带通滤波器来完成。 理想混频器理想混频器：由模拟乘法器和带通滤波器组成，如果输入已 调信号为us=Uscostcosct和本振电压为uL=ULcosLt，那么 )cos()cos( cos 2 1 cLcLLsLs tttUUuu LSI cLI UUU ttUu fff 5 . 0 ,cos cos III 取取 2021/3/10讲解：XX78 )()( 2 1 )()(* 2 1 )(*)( 2 1 )( cscs ccsLso FF FFFF 混频过程的频谱变换：混频过程的频谱变换： 2021/3/10讲解：XX79 2、混频器的主要性能指标、混频器的主要

44、性能指标 (1) 变频增益变频增益: 可以用变频电压增益和功率增益描述。 变频电压增益：输出电压振幅UI与高频输入电压振幅Us之比。 s I vc U U K 变频功率电压增益： s I pc P P K 物理意义物理意义：变频增益表征了变频器将高频信号变换为输出中 频信号的能力。增大变频增益，还有利于提高接收机的接收 灵敏度。 (2) 噪声系数：噪声系数： 混频器对接收机整机的噪声系数影响比较大，特别是没有 高放级时，影响更大。所以NF越小越好。 )( )( 中中频频频频率率输输出出信信噪噪比比 信信号号频频率率输输入入信信噪噪比比 F N 2021/3/10讲解：XX80 (3) 失真与干

45、扰：失真与干扰：失真包括频率失真和非线性失真。另外还有 非线性干扰，包括组合频率、交叉调制和互调制、阻塞和倒易 混频等干扰。 (4) 选择性：选择性：指中频输出中应该只有接收的有用信号，而不应 该有不需要的干扰信号。因此要求中频输出回路有良好的选择 性，即回路有理想的谐振曲线(矩形系数为1)。 (5) 变频压缩变频压缩(抑制抑制)：在混频器中，输出与输入信号幅度应成 线性关系。实际上，由于非线性器件的限制，当输入信号增加 到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系， 称为变频压缩。 (6) 动态范围动态范围：大的动态范围是指输入信号的变化范围要大。 (7) 隔离度隔离度：隔离度好，是

46、指信号端口、本振端口与中频输出 端口的相互泄露要小。 (8) 稳定度稳定度：本振频率的稳定度要高。 2021/3/10讲解：XX81 混频器变频压缩示意图：混频器变频压缩示意图： 2021/3/10讲解：XX82 3、混频电路、混频电路 (1) 晶体三极管混频器 用线性时变分析法来分析，假设Us0.5V，时变偏置 电压Eb(t)=EbuL，输出回路谐振于fI=fLfc，集电极电流为 0 0012 ( )( ) ( )(coscos2) Ccms cmmLmLs iItgt u Itggtgtu 2021/3/10讲解：XX83 。则经滤波后得中频电流则经滤波后得中频电流若若,costUu cs

47、s 变频跨导变频跨导gc：不仅决定着变频增益(Kvc=gcRL)，还影响着混频 器的噪声系数NF。变频跨导gc只与晶体管特性、直流工作点 及本振电压UL有关，与us无关。 1 2 1 m s I c g U I g 输入高频电压振幅输入高频电压振幅 输出中频电流振幅输出中频电流振幅 :输输出出中中频频电电压压tURgu IsLcI cos tItUgtUgtUgi IIIsCIsm1cLsm1I coscoscos 2 1 )cos( 2 1 LLmm1 dcos)( 1 tttgg LLmm1C dcos)( 2 1 2 1 tttggg 2021/3/10讲解：XX84 (a) 基极串馈注

48、入：us和uL直接串联在基极同极注入； (b) 基极并馈注入：uL通过耦合电容CL与us并联于基极，目的是减 少us的调谐回路对本振频率的影响； (c) 射极注入：uL在发射极注入，缺点是要求本振注入功率较大。 本振电压的注入原则：本振电压的注入原则： (a) 要尽量避免us和uL的相互影响； (b) 不要妨碍中频电流的流通。 本振电压的注入方式：本振电压的注入方式：有三种方式。 2021/3/10讲解：XX85 中波中波AM收音机混频电路收音机混频电路(图图(a)：混频、本地振荡由同一个三极 管完成，输出中频回路调谐于465kHz。 (a)混频：输入信号由天线回路加到基极，本振信号加到发射极

49、； (b)本地振荡器：L3L4C7C8和晶体管组成变压器反馈振荡器； (c) 输出中频回路：L5和1000pF电容组成。 2021/3/10讲解：XX86 FM调频收音机混频电路调频收音机混频电路(图图(b)：混频、本地振荡由同一个三极管完 成，输出中频回路调谐于10.7MHz 。 (a) 混频：输入信号和本振信号均由发射极注入，为共基放大器； (b) 本地振荡器：为电容反馈式振荡器，由C2、C5和L2回路组成。 (c) 输出中频回路：由由C9和和T1组成组成。L1、C3也串联调谐于10.7MHz、为 中频陷波电路，防止中频信号流入发射极。 2021/3/10讲解：XX87 (2) 二极管混频

50、电路二极管混频电路 特点：特点：优点是噪声低、电路简单、组合分量少。在高质量通 信设备中以及工作频率较高时，常使用二极管平衡混频器 和环形混频器。 平衡混频器：平衡混频器： ULUs，且UL0.5V。 tUttgutKgi csLLDsLDo cos3cos 3 2 cos 2 2 1 2 )(2 DIIsLsDLILI 2 ,cos)cos( 2 ggtUtUgRiRu c 2021/3/10讲解：XX88 环形混频器：环形混频器： (3) 其它混频电路其它混频电路 除了二极管、晶体三极管混频电路外，还有双差分对和 场效应管混频电路。双差分对电路在小信号时就是标准的模 拟乘法器，而场效应管可

51、以组成平衡混频器和环形混频器。 tUttgutKgi csLLDsDo cos3cos 3 4 cos 4 2 )(2 L DIIcLsDI 4 ,cos)cos( 4 ggtUtURgu cL 2021/3/10讲解：XX89 场效应管平衡混频器和环形混频器：场效应管平衡混频器和环形混频器：可以用平方律特性分析 (平衡混频器平衡混频器)，也可以用开关分析法(环形混频器环形混频器)。 平方律特性平方律特性平衡混频器平衡混频器 : 场效应管环形混频器场效应管环形混频器 LssDDT LsLsD LsLsD ubuauiii uubuuai uubuuai 42 21 2 2 2 1 2 sLsL

52、mT UUutKgi,)(2 2 ：工工作作在在开开关关状状态态 2021/3/10讲解：XX90 混频电路综合举例：混频电路综合举例：已知某混频器的变频跨导为gc，本振电压 为uLULcosLt，Usfc：fJ=fL+fI时，fJfL=fLfc=fI，fJ称为镜像频率，干扰 称为镜像干扰。如左图。 b) fLfc：镜像频率fJ=fLfI， fLfJ= fJfc= fI。如右图。 co ff L f J f I f I f f 镜像干扰的拟制方法镜像干扰的拟制方法: (a) 提高前端电路的选择性； (b) 提高中频频率，高中频对镜像干扰是非常有利的。 2021/3/10讲解：XX97 组合副波道干扰组合副波道干扰：只观察p