通信电子电路5.2

1、 在平衡电路的基础上，再增加两在平衡电路的基础上，再增加两个二极管个二极管D3,D4使电路中四个二极使电路中四个二极管首尾相接管首尾相接i.电路结构电路结构v+VL_v3241DDDD构成环形，构成环形， vomm00m00mVVtcosVvtcosVv 且且设：设：vv+VL1-vv+VL2- ii.工作原理分析工作原理分析当当0) t (v0 时，平衡电路时，平衡电路I在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为：)t(v)t(SRg)t(V1Ld1L )t(v)t(SRg)t(V2Ld2L 0)(0 tv时，平衡电路时，平衡电路I在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为：

2、当当 而其中：而其中： 0)(00)(1)(001tvtvtS 0)(10)(0)(002tvtvtS（3）二极管环形电路实现二极管环形电路实现DSB信号信号返回 IIDDDDtvIDDDDtv组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通,0)(,0)(2143043210则有则有 S1(t)S2(t)S(t)V0(t)那么在一个周期内平衡电路那么在一个周期内平衡电路I，II在负在负载载RL上产生的电压为：上产生的电压为： )t (v )t (SgR2)t (v)t (S)t (SgR2VVVdL21dL2L1LL 0)t (v10)t (v1)t (S00

3、式中式中称为双向开关函数称为双向开关函数的付里叶级数展开式为：的付里叶级数展开式为：)t (S而而.t5cos54t3cos34tcos4)t (S000 tcosV.t5cos54t3cos34tcos4gR2V000dLL 有有 的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率LV 012 n性能更接近理想乘法器。性能更接近理想乘法器。30-3+0-+经滤波后的输出电压：经滤波后的输出电压： 返回ttVRgtvLdL0coscos8)( 1.内部电路：内部电路： T1，T2和和T3，T4为双为双差分对，差分对，T5，T6为差为差分对尾管，分对尾管，T7，T8为为镜向恒流源镜向恒流源.例例2

4、，利用模拟乘法器实现，利用模拟乘法器实现DSB信号（信号（MC1596）2.外部电路外部电路(1)R1，R2，R3为为T1，2，3，4的基极偏置，的基极偏置，R3实现交流实现交流匹配，匹配，R4，R5为集电极负为集电极负载。载。(2)R6R9,Rw为为T5，T6的的基极偏置，基极偏置，Rw为平衡电阻。为平衡电阻。(3)R10确定镜像恒流确定镜像恒流08c7cIii Ry扩大扩大)(tv 的动态范围。的动态范围。9,脚单端输出信号电压脚单端输出信号电压3C1CIiii 又又（ xxxxeeee tanh双曲正弦）双曲正弦）而可以推出：而可以推出： T06C3CT05C1CV2vtanh12iiV

5、2vtanh12ii若设输出端交流负载为若设输出端交流负载为 LR则输出电压：则输出电压： 而而 08C7CRy8C6CRy7C5CIiiiiiiii返回RLiRyi c7i c8ic1ic3iIi oT0Ry0T05C6C6C5CT06CT05CIV2vtanhiIV2vtanh2ii2iiV2vtanh12iV2vtanh12ii 则当则当 )(tv 输入时，输入时， yyTTRyRvRrrtvi 65)(T0LRyLV2vtanhRi)t(v 分析：分析：(1)设当调设当调 WR，使，使 0)( tv（无输入）时（无输入）时0I0Ry +v（t)t)i R yTyLLVvtvRRv2ta

6、nh)(0 ic6ic5Ry0RyII (2)当调当调 WR使静态时，即使静态时，即 0)( tv有有 信信号号DSB)t(v )t(vVR2Rv0TyLL 又又 当当 TTVtvVtvmVtv2)(2)(tanh26)(000 yRyRyRtvIi)( 当有当有 )t (v 输入时（动态）输入时（动态） 信信号号AMtcostcosIRV1V2VIRV2)t (vtanhIR)t (v1IRV2)t (vtanhR)t (vIRv0RyyT0RyLT0RyyRyLT0yRyLL )(tv vo(t)+vL-解调是调制的逆过程解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的是从高频已

7、调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的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。调制方式对应于不同的解调。振幅调制过程：振幅调制过程： 解调过程解调过程 AM调制调制 DSB调制调制 SSB调制调制包络检波包络检波： 同步检波同步检波： 峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波 53调制信号的解调调制信号的解

8、调一一调幅解调的方法调幅解调的方法 1包络检波包络检波 非线形非线形电路电路低通滤低通滤波器波器从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AM信号信号 输入输入AM信号信号检出包络信息检出包络信息由于由于DSB和和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包信号的包络不同于调制信号，不能用包络检络检 波器，波器，只能用同步检波器，但只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。原调制载波同步（即同频同相）。乘法器乘法器低通滤波

9、器低通滤波器VDSBV oV2同步检波同步检波包络检波器包络检波器加法器加法器VDSBV oVVAM解调解调载波载波峰值检波器的工作条件：检波器一峰值检波器的工作条件：检波器一般工作在大信号状态，输入信号要般工作在大信号状态，输入信号要求大于求大于0.5V，通常在，通常在1V左右。左右。1基本电路结构基本电路结构RC网络的基本功能：网络的基本功能：对高频载波信号短路，即滤除高频信号，即对高频载波信号短路，即滤除高频信号，即 RC 01 即在理想情况下，即在理想情况下，RC网络的阻抗为网络的阻抗为： +vo 输入回路：相当于末级中放的输出回路输入回路：相当于末级中放的输出回路,输入输入AM信号信

10、号二极管二极管D：相当于一个非线性元件：相当于一个非线性元件输出回路：低通输出回路：低通RC滤波网络滤波网络 v，相当于检波负载，即，相当于检波负载，即 RC 1对低频调制信号对低频调制信号2工作原理分析工作原理分析检波过程：检波过程：iD即即RC网络对流过二极管网络对流过二极管D中的电流中的电流 Di的各频率分量来说，高频短路，的各频率分量来说，高频短路，而直流和低频而直流和低频C开路，呈现的阻抗开路，呈现的阻抗为为R。 RZZZRC)(0)()(0 即：即： ivv 0（1）在输入信号的正半周，）在输入信号的正半周，D受正向电受正向电压作用而导通，电流压作用而导通，电流 Di对对C充电，充

11、电充电，充电时间常数时间常数 crd很小，充电迅速，使很小，充电迅速，使0viv接近接近另外另外 0v又反向加在又反向加在D负端，使二极管的端电压为负端，使二极管的端电压为 0vvviD 故故D 的导通与截止决定于的导通与截止决定于 0iDvvv （2）当）当iv0v最大值下降到小于最大值下降到小于时，由于时，由于电容上的电压不能突变电容上的电压不能突变， 00 vvvid二极管二极管D截止，截止，C通过通过R放电，一放电，一般由于放电时间常数般由于放电时间常数 RCT000021 fT)故放电较缓慢，故放电较缓慢，(其中其中0viv能保持能保持的峰值而略有下降的峰值而略有下降时，时，D又导通

12、，对又导通，对C迅速充迅速充（3）当）当iviv0v的第二个正半周到来，且的第二个正半周到来，且0viv能保持在能保持在的峰值电压上。的峰值电压上。电，使电，使+ v D -+ +- -二二二极管峰值型包络检波器二极管峰值型包络检波器峰值检波器检波过程的波形如右峰值检波器检波过程的波形如右图所示，输出电压图所示，输出电压 vvvDC0V DC+vi而峰值检波器的应用型输出电路如下图所示而峰值检波器的应用型输出电路如下图所示 图图(a)：可输出恢复的调制信号：可输出恢复的调制信号 v，一般作为检波电路。，一般作为检波电路。DCV可作为自动增益的控制信号（可作为自动增益的控制信号（AGC信号）。信

13、号）。图图(b)：输出与已调波中载波的大小成正比的直流分量：输出与已调波中载波的大小成正比的直流分量V DC v(a)Rg vRSRd(b) DCVodmVVK 输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅ttmVvvAMi00cos)cos1( 00vvvvvAMid 若设输入信号若设输入信号)(0tv输出信号为输出信号为,则加在二极管两端的电压则加在二极管两端的电压VDiDV oV i如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特征曲线（注意在大信号输入情况下是允许征曲线（注意在大信号输入情况下是允许的），则有：的），则有： )

14、t(vtcos)tcosm1(Vg)t(vvg)t(i000d0AMdd 可见当可见当 t0时时0)( tid有有tVVtmVVtmVtvDC coscoscoscoscos)cos1()(0000 可见可见)(0tv有两部分：有两部分：低频调制分量：低频调制分量：tVtv cos)(其中其中 cos0mVV 直流分量直流分量： cos0VVDC (1)传输系数：（传输系数：（也称为检波系数或检波效率也称为检波系数或检波效率）定义：定义：+vi-+vo- + v d -电路性能分析电路性能分析 coscos000 mVmVmVVKd有有 为电流导通角。为电流导通角。其中其中另外，还可以证明导通

15、角的表达式：另外，还可以证明导通角的表达式：gRtg gRgR而当而当很大时，很大时，(如如50)，3533115231 tg3D3RR3gR3 代入上式可得：代入上式可得：DRg1 DR而而为二极管导通内阻。为二极管导通内阻。ttmVvi00cos)cos1( )cos1()(00tmVKtvd cosKRd（2）检波的等效输入电阻检波的等效输入电阻idR峰值检波器常作为超外差接收机峰值检波器常作为超外差接收机中放末级的负载中放末级的负载，故，故其输入阻抗对其输入阻抗对前级的有载前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响，如下图所示，这也是峰值检波值及回路阻抗有直接影响，如下图所示，这也是峰值检波器

16、的主要缺点器的主要缺点。R 讨论：讨论：在大信号检波过程中，当在大信号检波过程中，当D和和确定后，确定后， 为恒定值，为恒定值， cos dK与输入信号大小无关，亦即检波效率与输入信号大小无关，亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关，恒定，与输入信号的值无关，则输出信号为：则输出信号为：当当1 dK1 dK但但理想值理想值50 gR9 . 0 dK一般当一般当，输入与输出之间为线性关系，故称为输入与输出之间为线性关系，故称为线性检波线性检波。一般计算方法为：一般计算方法为：当输入信号为：当输入信号为：3D3RR3gR3 检波器的输入电阻检波器的输入电阻Ri是为研究检波器是为研究检波器对其输入谐振

17、回路影响的大小而定义的，对其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，因而，Ri是对载波频率信号呈现的参量是对载波频率信号呈现的参量。若设输入信号为等幅载波信号若设输入信号为等幅载波信号 中放末级+v i_R itVvimi0cos V o iimRV22LR L20RV，应全部转换为输出端负载电阻应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率上消耗的功率（注意为直流）（注意为直流）如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，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则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率功率L20i2imRVR2V 0VVim LiR21R 即有即有，而，而在

18、二极管峰值型检波器中，存在着两种特有失真在二极管峰值型检波器中，存在着两种特有失真： (1)惰性失惰性失真真惰性失真惰性失真会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失真这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。底部切割失真底部切割失真4检波器的失真检波器的失真RC 一般为了提高检波效率和滤波效果，（一般为了提高检波效率和滤波效果，（C越大，高频波纹越小），越大，高频波纹越小），总希望选取较大的总希望选取较大的R，C值，但值，但如果如果R，C取值过大，使取值过大，使R，C的放电时

19、的放电时间常数间常数所对应的放电速度小于输入信号所对应的放电速度小于输入信号(AM)包络下降速度时，包络下降速度时，(1)产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因：输入输入AM信号包络的变化率信号包络的变化率RC放电的速率放电的速率(2)避免产生惰性失真的条件：避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容在任何时刻，电容C上电压的变上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化化率应大于或等于包络信号的变化率，即率，即ttvtvC )(ttmVvi00cos)cos1( tmVtv cos)(010sin)(tVmttv )cos1(0tmVvC RCtt10C1e)tcosm1(V)t(v )tcosm

20、1(VRC1tv10ttC1 1010tsinmVm)tcosm1(VRC1 若设输入信号若设输入信号AM信号：信号：包络信号为：包络信号为：包络变化率包络变化率:另外，另外，在二极管截止瞬间，电容两端所保持的电压近似等于输入信号的峰在二极管截止瞬间，电容两端所保持的电压近似等于输入信号的峰值。值。即即那么电容那么电容C通过通过R放电的电压关系为：放电的电压关系为：时刻不产生惰性失真的条件为：时刻不产生惰性失真的条件为：1t所以要求在所以要求在(3)分析：分析：则有：则有：1cos1sin11 tmtmRCA1t)(tv Cv实际上不同的实际上不同的，和和下降速度不同。下降速度不同。为为在任何

21、时刻都避免产生惰性失真，在任何时刻都避免产生惰性失真，必须保证必须保证A值取最大时仍有值取最大时仍有1max A故令故令:0dtdA 0tcosm1tsinRCmtcos)tcosm1(mRCdtdA22222 即：即：;mtcos 221cos1sinmtt 可解得：可解得：1m1mRCm1tsinmRCA22max 有有mmRC 21有有m 可见可见，越大越大信号包络变化越快信号包络变化越快RC值值调制系数调制系数m也不相同，所以在设计检波器时，应用最大调制度也不相同，所以在设计检波器时，应用最大调制度检验有无惰性失真，其检验公式为：检验有无惰性失真，其检验公式为： maxmin maxm

22、max 一般由于调制信号总占有一定的频带一般由于调制信号总占有一定的频带调制频率调制频率并且各频率分量所对应的并且各频率分量所对应的和最高和最高maxmax2max1mmRC Vim（1-m）(2)底部切割失真底部切割失真如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：a)原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接器的连接后级+VC g-+VRmin1 ggCRmin1 ggCR或或因而因而Cg一般取值较大（一般为一般取值较大（一般为F 105），所以在），所以在检波过

23、程中检波过程中gC两端建立起直流电压，其值大小近两端建立起直流电压，其值大小近似等于载波电压振幅，即似等于载波电压振幅，即imCgVV VimRRRVVgCgR 且在低频一周内基本维持不变，经且在低频一周内基本维持不变，经RgRR与与分压后在分压后在上得到的电压：上得到的电压：ttmVvoimi cos)cos1( VRRV而而对二极管来说相当于一个反向对二极管来说相当于一个反向偏压。偏压。当输入调幅波的当输入调幅波的m值较小时，值较小时，不会影响检波作用，而不会影响检波作用，而当当m值较大值较大时，在调制信号的负半周，输入信号低于时，在调制信号的负半周，输入信号低于RV时，时，二极管截止，使

24、检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。二极管截止，使检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。VRVim（1-m）)tcosm1(Vim +vi-+vm-ttmVvoimi cos)cos1( ttmVvoimi cos)cos1( )tcosm1(Vim )tcosm1(Vim VRVRVRVRRV(2)避免底部切割失真的方法避免底部切割失真的方法：要求调幅信号的最小幅度要求调幅信号的最小幅度)1 (mVim 要大于要大于R上的直流电压上的直流电压RRRV)m1(Vgimim 即：即：RRRRRRmggg/ RRg/其中：其中：为检波器输出端的交流电阻，为检波器输出端的交

25、流电阻，而而R为直流电阻。为直流电阻。 VR一般：一般： 1)2/(0 RRCQssL (1)回路有载回路有载LQ要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。0TRC 为高频载波周期为高频载波周期0T(2)为发保证输出的高频为发保证输出的高频纹波小，要求：纹波小，要求：oRC 1 即即检波器设计及元件参数选择的原则检波器设计及元件参数选择的原则(3)为了减少低频输出信号的频率失真（一般低频信号为一个限带信号）为了减少低频输出信号的频率失真（一般低频信号为一个限带信号）要求：要求： 不不影影响响下下限限频频率率不不影影响响上上限限频频率率gminggmaxC1CRC1RC minmaxmaxmax2maxmm1RC (4)为了避免惰性失真：要求：为了避免惰性失真：要求：ggRRRm RRRg/(5)为了避免底部切割失真：为了避免底部切割失真：或或叠加型叠加型乘积型乘积型同步检波器可分为：同步检波器可分为：三同步检波三同步检波(SynchronousDetection)注意：两种检波器注意：两种检波器都需