建工第6章调幅信号的解调

1、第6章振幅信号的解调 第第6章章 振幅信号的解调振幅信号的解调 第6章振幅信号的解调 第一节第一节 概述概述一、检波器的功能一、检波器的功能所示图如电压波形检波器输出为脉冲调制若为脉冲调幅波为调制电压检波器输出普通调幅波为直流电压检波器输出高频等幅波16161:sin:sin)sin1 (:sin:0000PtUuttmuuUutuumiaimiiimi第6章振幅信号的解调 二、检波器的分类二、检波器的分类 振幅解调方法可分为包络检波包络检波和同步检波同步检波两大类。1、包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于AM信号的包络与调制信号成线性关系，因此包络检波只适用于A

2、M波。2、同步检波主要是用于双边带和单边带调幅波的检波。因为DSB、SSB的频谱中缺少一个载波频率分量，不能用包络检波器解调，必须在检波器输入端加一个本地载波信号的同步检波器实现解调。第6章振幅信号的解调 三、检波器的组成三、检波器的组成包络检波的原理框图 ui非线性电路(器件)低 通滤波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F第6章振幅信号的解调 四、检波器的主要技术指标四、检波器的主要技术指标P161-162第6章振幅信号的解调 一、大信号检波器的工作原理一、大信号检波器的工作原理第二节第二节 二极管大信号包络检波器（幅度二极管大信号包络检波器（幅度0.5V0.5V）电路组成

3、：由输入回路、D和RC低通滤波器三部分组成。+-第6章振幅信号的解调 1 1、输入等幅波信号时、输入等幅波信号时 图6-33 二极管峰值包络检波器(a)原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo为了分析方便，我们先假设输入信号为等幅高平电压。且输入电压足够大，即属于大信号峰值检波。11cRRCC()0()cZZR 第6章振幅信号的解调 +-RCRCCrC，Dtudi放充放电时常数放电通过电容充电时常数充电导通给等幅波时当:)(输入等幅波时检波器的工作过程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUo

4、uoiDUav当输入等幅载波当输入等幅载波ui时时DCAVUUm0UU第6章振幅信号的解调 从这个过程可以得出下列几点: (1) 检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交替重复过程。 (2) 由于RC时常数远大于输入电压载波周期，放电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值，即UoUm)。 (3) 二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。平均分量Iav流经电阻R形成平均电压Uav（载波输入时， Uav UDC），它是检波器游泳的输出电压，高频电流主要被旁路电容旁路，其上残留很小的高频电压u 。检波器输出为00Ca

5、vavuuUuUU 第6章振幅信号的解调 2 2、输入调幅波信号时、输入调幅波信号时输入为调幅信号时检波器的输出波形图t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)第6章振幅信号的解调 输入为调幅信号时，检波器二极管的电压及电流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000DiiuuuuU第6章振幅信号的解调 二、大信号检波器的分析二、大信号检波器的分析图6-35 检波器稳态时的电流电压波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)00DiiuuuuU大信号工作状态大信号工作状态）（）（cos1UgcosU-Ug)u-(ugugimDmmD0iDDDDmax第6章振幅信号的解调 tuuut

6、uuuuuiiimDiimiiDUuUugUuDBZDBZDdBZDcoscos00)(0计算：由于输入大信号，检波器工作在大信号状态，二极管的伏安特性可用折线近似。在考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过原点的折线表示二极管特性(忽略二极管的导通电压)，则有:第6章振幅信号的解调 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)2MIimBZBZiimdDiBZiimdDiimDDdDUUuUtUug，itUtUugitUuuugi0000cos0)cos(:0)cos(cos可得到时当第6章振幅信号的解调 )cos1 ()

7、1 ()(:000imdimBZimdBZimdMMDiUgUUuUgUUugI，I，it可得到时当0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)2MI第6章振幅信号的解调 )cos(sin:)cossin(1)cos(sin10010imdimdmimddUrRRIuUrIUgrI为经低通滤波器输出电压第6章振幅信号的解调 tnItItIIiinmimimDcos2coscos210) 1()cos1)(1(sincoscossin2)(cos1cossin1)(cos1cossin1)()()()(2101100nnnnnnII

8、IIIInMnnmMmM第6章振幅信号的解调 三三 、大信号检波器的技术指标、大信号检波器的技术指标( (一一) )电压传输系数电压传输系数coscos:coscos:00imimimdimiimiUUuukUutUu数为根据等幅波电压传输系若输入电压为第6章振幅信号的解调 coscos:cos)cos1 (cos)cos1 (:0imaimaimamdaimiaimiUmUmumuktmUuttmUu数为根据调幅波电压传输系若输入电压为第6章振幅信号的解调 ( (二二) )等效输入电阻等效输入电阻cossin)cossin()(1111dmimiddimMmmimidrIURrUIIIUR第

9、6章振幅信号的解调 ( (三三) ) 失真失真1、频率失真、频率失真（1）什么是频率失真？）什么是频率失真？ 当输入信号是调制频率为当输入信号是调制频率为 的调幅波时，的调幅波时，输出端输出端B点的电压频谱应包含点的电压频谱应包含 ，且各频率分，且各频率分量的振幅比值应该与原调制信号一致，否则将失真。量的振幅比值应该与原调制信号一致，否则将失真。maxmin maxmin （2）产生失真原因）产生失真原因 检波电路中电容检波电路中电容C和和Cc对不同的频率分对不同的频率分量表现为不同的阻抗。量表现为不同的阻抗。第6章振幅信号的解调 （3）不产生频率失真的条件）不产生频率失真的条件电容电容C的影

10、响：的影响： a、电容、电容C的主要作用是的主要作用是滤除脉冲电流滤除脉冲电流iD中的载波中的载波分量分量 及其高次谐波及其高次谐波.应有应有:iDRCi1i b、电容、电容C对高频分量起旁路作用，但不能影响调对高频分量起旁路作用，但不能影响调制信号的最高频率制信号的最高频率 的输出，应有：的输出，应有：maxRCmax1 电容电容Cc的影响：的影响： Cc对对uA分压分压,影响影响RL上的电压输出，上的电压输出， Cc对对 的容抗应尽量小的容抗应尽量小:maxmin LcRCmin1第6章振幅信号的解调 （1）产生失真原因）产生失真原因RC过大过大,放电太慢。放电太慢。换句话说：换句话说：

11、uc(t)(即uo(t) 的变化速度跟的变化速度跟不上包络线不上包络线 的的变化速度。变化速度。即：即：dtdUdtduimcimU（2）避免失真条件：）避免失真条件：dtdUdtduimcaammRC2max12 2、惰性失真、惰性失真第6章振幅信号的解调 （3）避免失真条件的推导）避免失真条件的推导：)286(sin)cos1 (cos)cos1 (tUmdtUdtmUUttmUuimaimaimimiaimi包络线变化速度：则包络线：设调幅波：电容电容C通过通过R放电，放电时通过放电，放电时通过C的电流为：的电流为：dtduCicc放电时通过放电时通过R的电流为的电流为RuicRRudt

12、duCiiccCRRCtmUkaimd)cos1 (RCudtducc)306()cos1 (RCtmUdtduaimc设设kd=1第6章振幅信号的解调 1,AdtdUdtduimc则应有避免失真条件：dtdudtUdAcim定义tmtmRCAaacos1sin306286代入上式得和式将式aaaammRCmmRCAAA2maxmaxmin2maxmax1),(1111不失真条件变为：当，得由必然成立，当第6章振幅信号的解调 3 3、负峰切割失真、负峰切割失真-+ABu-+RU 对二极管来说对二极管来说, UR相当于负相当于负反馈电压反馈电压,当当UR 大于输入调大于输入调幅波的最小值时幅波的

13、最小值时,产生负峰切产生负峰切割失真割失真.imimBAABaimBaimAcaimiUUuuutmUutmUuttmUucoscoscoscos)cos1 (cos)cos1 (则设 此电压在此电压在Cc上恒定，通过上恒定，通过分压，在分压，在R上有：上有：imLABLRURRRuRRRU（1）产生失真原因）产生失真原因第6章振幅信号的解调 （2）避免失真条件）避免失真条件应有应有UR 小于等于输入调幅波的最小值。小于等于输入调幅波的最小值。)1 (cos)cos1 (minaimcaimimUuttmUu避免失真条件：避免失真条件：imLRaimURRRUmU)1 (LLaRRRm即：即：

14、CC起隔直流作用起隔直流作用,故交流故交流负载为：负载为：LLRRRRR直流负载为：直流负载为：RR 避免失真条件为：避免失真条件为：RRma第6章振幅信号的解调 例：例：割失真）判断是否产生负峰切（判断是否产生惰性失真）等效输入电阻（、）输出电压（试计算：输入电压为二极管的检波电路如图4)3(21),(104652cos)1010cos5 . 01 (2 . 1, 0,100,33idBAiBZdRuuVttuUR第6章振幅信号的解调 )(2350247002)2(1010cos500. 01010cos5 . 0001. 1)1010cos5 . 01 (001. 1)1010cos5 .

15、 01 (2 . 1) 1 (834. 054.33coscos54.33)(584. 047001003333330033RRttuttkukradRRidBdAdD解：48. 110101001. 04700)3(36RC不产生惰性失真满足条件,173. 15 . 05 . 011222aaaammRCmm第6章振幅信号的解调 不产生负峰切割失真满足条件,5 . 068. 07 . 41010)4(RRmmRRRRRRRRRRaaLLLL第6章振幅信号的解调 6-5tUmtUmtUiimaiimaiim)cos(2)cos(2costtmUtuiaimicoscos1 )(1)因为因为KH

16、zfKHzFmca465,3, 6 . 02 . 1236. 0)104652cos()106cos(6 . 01 2 . 1)(33tttui942. 01061001. 0103)2(363RC不产生惰性失真满足条件,173. 15 . 05 . 011222aaaammRCmm第6章振幅信号的解调 产生负峰切割失真不满足条件,6 . 05 . 055 . 2RRmmRRRRRRRRRRaaLLLtuttkukradRRBdAdD33333106cos637. 0106cos637. 0062. 1)106cos6 . 01 (2 . 1885. 0cos)(484. 050006033)

17、3(第6章振幅信号的解调 的波形如下：，可以画出）（）产生负峰切割失真。（）（根据BAcimLRBAuuVURRRVtutu531. 0cos32106cos637. 0106cos637. 0062. 1133Aut062. 10.5310.637But0第6章振幅信号的解调 6-72 .4753.932. 0, 3 . 0)()1 (51622221212xRxmRRxRRxRRRxRRRRRRRmxRaLLa即电位器中点在求出由切割失真的条件是失真，根据不产生负峰处不产生负峰切割部为设电位器中点位置在下第6章振幅信号的解调 6-10)cos(21)()cos(21)2cos(21)cos

18、()cos()()(tUKUtutUKUtUKUtUtKUtutKuiomimomimiomimiomiimoi压为：经低通滤波器，输出电。为常数时仍有相位失真产生相位失真，第6章振幅信号的解调 第6章振幅信号的解调 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 一、 调幅解调的方法 振幅解调方法可分为振幅解调方法可分为包络检波包络检波和和同步检波同步检波两两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于波的包络成正比的检波方法。由于AMAM信号的包络信号的包络与调制信号成线性关系，因此包络检波只适用于与调制信号成线性关系，因此包络检

19、波只适用于AMAM波。其原理框图如图波。其原理框图如图6-306-30所示。所示。 第6章振幅信号的解调 图6-30 包络检波的原理框图 ui非线性电路(器件)低 通滤波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F第6章振幅信号的解调 图6-31 同步解调器的框图 插入载波同步解调器低通滤波器uUcos (ctc)DSB信号SSB信号或ffc Ffcfc Fffc F00fF0ttmUcimAMicos)cos1 (t)u(t)utUtutuccmcrcos)()(第6章振幅信号的解调 tUtucrmrcos)(同步检波器基本原理同步检波器基本原理(1) 电路特点 对AM、DSB、S

20、SB等调幅波均适用。 工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相)。(2) 同步检波原理设：则：ttmUcimicos)cos1 (t)u)()()(riMztutuKtuttmUUKc2acmimMcos)cos1 (分析可知其中含有频率分量0、F、2fc、(2fcF) 用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号低频调制信号。第6章振幅信号的解调 同步检波又可以分为乘积型(图6-32(a)和叠加型(图6-32(b)两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。 图6-32 同步检波器 低通滤波器us(a)uour包络检波器us(b)uourur为恢复的载波信号为恢复的载波信号第6章振幅信号的解

21、调 二、二、 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 1原理电路及工作原理 图图6-33(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管由输入回路、二极管VD和和RC低低通滤波器组成。通滤波器组成。 11cRRCC 式中，c为输入信号的载频，在超外差接收机中则为中频I ， 为调制信号频率。在理想情况下，RC网络的阻抗Z应为：()0()cZZR 由于信号源、非线性器件及RC网络三者是串联的，故称为串联型。若输入信号足够大，则称为二极管串联型峰值包络二极管串联型峰值包络检波器。检波器。第6章振幅信号的解调 图6-33 二极管峰值包络检波器(a)

22、原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo（1）当输入等幅载波时）当输入等幅载波时 为了分析方便，我们先假设输入信号为等幅高平电压。且输入电压足够大，即属于大信号峰值检波。11cRRCC()0()cZZR 第6章振幅信号的解调 图6-34 加入等幅波时检波器的工作过程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav当输入等幅载波当输入等幅载波ui时时DCAVUUm0UU第6章振幅信号的解调 从这个过程可以得出下列几点: (1) 检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交

23、替重复过程。 (2) 由于RC时常数远大于输入电压载波周期，放电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值，即UoUm)。 (3) 二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。平均分量Iav流经电阻R形成平均电压Uav（载波输入时， Uav UDC），它是检波器游泳的输出电压，高频电流主要被旁路电容旁路，其上残留很小的高频电压u 。检波器输出为00CavavuuUuUU 第6章振幅信号的解调 图6-35 检波器稳态时的电流电压波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)00DiiuuuuU大信号工作状态大信号工作状态）（）

24、（cos1UgcosU-Ug)u-(ugugimDmmD0iDDDDmax第6章振幅信号的解调 图6-36 输入为AM信号时检波器的输出波形图t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)（2）当输入为）当输入为AM信号时信号时第6章振幅信号的解调 图6-37 输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000DiiuuuuU第6章振幅信号的解调 图6-38 包络检波器的输出电路 CRu(a)RgCgCRUdc(b)CR（3）检波输出电路）检波输出电路 A、若只输出调制频率电压，可采用6-38(a)图所示电路； B、若只需要与载波电压成正比的直流电压，可采用6-38

25、(b)图所示电路。第6章振幅信号的解调 2性能指标分析 检波器的主要性能指标有非线性失真、输入阻抗、传输系数等。 1) 传输系数Kd （决定检波质量） (1) 定义：检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入载波电压振幅为Um，输出直流电压为Uo，则Kd定义为：odmdCUKUUKmU对于对于AM信号：信号：低频输出电压振幅输入已调波包络振幅第6章振幅信号的解调 (2) 计算：由于输入大信号，检波器工作在大信号状态，二极管的伏安特性可用折线近似。在考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过原点的折线表示二极管特性(忽略二极

26、管的导通电压VP)，则由图6-35有:000DDDDDg uuiu 式中，uD=ui-uo，gD=1/rD，为电流通角，iD是周期性余弦脉冲，其平均分量（直流分量）平均分量（直流分量）I0为为：max()(1cos )DDmoDmigUUg U第6章振幅信号的解调 式中，0()、1()为电流分解系数。 由式(6-43(a)和图6-35可得0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia基频分量基频分量为 (6-46)(6-47)(6-48) cosodmUKU第6章振幅信号的解调 (sincos )cosooDmmUI Rg RUU(6-

27、49)等式两边各除以cos，可得tanDg R(6-50) 代入式(6-50)，有33Dg R(6-51) 当当gDR很大时很大时，如gDR50时，3-tan3由此可见由此可见，检波系数检波系数Kd是检波器电流是检波器电流iD的通角的通角的函的函数，求出数，求出后，就可得后，就可得Kd。 如何求导通角如何求导通角 ： 由式由式(6-46)Uo=I0R，有，有 第6章振幅信号的解调 (3)讨论讨论：由：由6-48和和6-51式可得式可得(见教材见教材P195） A、当电路一定（二极管、当电路一定（二极管、R一定）时，在大信号检波器一定）时，在大信号检波器中导通角中导通角是恒定的，它与输入信号大小

28、无关是恒定的，它与输入信号大小无关，其原因是由，其原因是由于负载电阻于负载电阻R的反作用，使电路具有自动调节作用。的反作用，使电路具有自动调节作用。 B、由于导通角是恒定的，故、由于导通角是恒定的，故检波器的传输系数也是恒定检波器的传输系数也是恒定的，与输入信号大小无关的，与输入信号大小无关，因而，因而检波器的输入输出间的关系检波器的输入输出间的关系是线性的是线性的线性检波器线性检波器。 C、导通角越小导通角越小，检波器的传输系数检波器的传输系数Kd越接近于越接近于1，而导，而导通角随通角随gDR增大而减小，因此传输系数增大而减小，因此传输系数Kd随随gDR增大而增大。增大而增大。 D、实际上

29、理想滤波是做不到的，、实际上理想滤波是做不到的，实际传输特性如图实际传输特性如图6-40.第6章振幅信号的解调 图6-39 KdgDR关系曲线图 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC0RC5RC图6-40 滤波电路对Kd的影响 cosodmUKU33Dg R越小Kd越大并趋于1随gdR增大而减小因此因此Kd随随gdR增加而增加增加而增加为无电容时滤波情况为理想滤波条件0RCRC第6章振幅信号的解调 2) 输入电阻Ri 检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci，如图6-41所示。输入电阻是输入载波电

30、压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值，即1miURI 输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，影响着回路的有效Q值及回路阻抗。由式(6-47)，有(sincos )iDRg第6章振幅信号的解调 图6-41 检波器的输入阻抗 CRisR0LC1ZiRiCi第6章振幅信号的解调 当gDR50时，很小，sin-3/6，cos1-2/2，并利用式6-5，代入上式，可得Ri=R/2；另外，也可利用能量守恒，考虑导通角很小，传输系数近似为1，有2202miUURR2iRR 可得：可得：第6章振幅信号的解调 图6-42 惰性失真的波形 0uCtui3检波器的失真 (1)惰性失真 1)产生惰性失

31、真的原因：在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。当RC太大时跟不上调幅波包络的下降速度 ，出现如图所示的失真现象。第6章振幅信号的解调 ( )ouU ttt 如果输入信号为单音调制的输入信号为单音调制的AM波波，在t1时刻其包络的变化速度包络的变化速度为11( )sint tmU tmUtt 2)避免惰性失真的措施避免惰性失真的措施 为了避免产生惰性失真，必须在为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周任何一个高频周期内，使电容期内，使电容C通过通过R放电的速度大于或等于包络的下放电的速度大于或等于包络的下降速度降速度，即：，即：第6章振幅信号的解调 二极管停止导通的瞬

32、间，电容两端电压uC近似为输入电压包络值，即uC=Um(1+mcost)。从t1时刻开始通过R放电的速度为11111(1cos)t tt tRCRCCmu eUmt etRC 将式(6-56)和式(6-57)代入式(6-55)，可得11sin11cosRCmtAmt第6章振幅信号的解调 实际上，不同的t1，U(t)和Cu的下降速度不同，为避免产生惰性失真，必须保证A值最大时，仍有Amax1。故令dAdt1=0，得1costm 代入式(6-58)，得出不失真条件如下不失真条件如下:(6-59) (6-60)(6-61) 2maxmaxmax1 mRCm21 mRCm或第6章振幅信号的解调 (2)

33、 底部切削失真 1) 底部切削失真及产生原因 底部切削失真又称为负峰切削失真。产生这种失真后，输出电压的波形如图6-43(c)所示。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的，因为Cg很大，直流负载为R，而低频交流负载则为R|Rg。 因为Cg较大，在音频一周内，其两端的直流电压基本不变，其大小约为载波振幅值UC，可以把它看作一直流电源。它在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的压降为RCgRUURR第6章振幅信号的解调 图6-43 底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC相当于给VD加了一额外的反偏电压，当R比Rg大得多的情况下，UR就很大使得输入调幅波包络的大小

34、在某个时段小于UR，导致VD在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“负峰切割失真”。RCgRUURR第6章振幅信号的解调 2) 避免和减少底部切削失真的措施 调幅波的最小幅度为UC(1-m)，由图6-43可以看出，要避免底部切削失真，应满足 (1)CCggRUmURRRRmRRR 由上式可得要：避免底部切削失真，检波器的交流负载与直流负载之比应大于调幅波的调幅度。第6章振幅信号的解调 图6-44 减小底部切削失真的电路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg 减少底部切削失真的措施：减少底部切削失真的措施： A、将将R分为两部分，如图分为两部分，如图6-44（a)所示所示

35、； B、在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器如图如图6-44（b)所示所示。也就是说，负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。LRR21RR gRRR/21第6章振幅信号的解调 4实际电路及元件选择(总结)图6-45 检波器的实际电路C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2第6章振幅信号的解调 000/12LRRQC11,CCCcRCTTTf0011,2mmR CRC2maxmaxmax1(1)gggmR

36、CmRm RmRRRm (4)(5)(3) (2)(1)回路有载QL值要大，根据上面诸问题的分析，检波器设计及元件参数选择的原则如下：为载波周期第6章振幅信号的解调 5. 二极管并联检波器 除上面讨论的串联检波器外，峰值包络检波器还有并联检波器、推挽检波器、倍压检波器、视频检波器等。这里讨论并联检波器。 (1) 电路结构与工作原理 并联检波器：其信号源（输入）、检波二极管、负载电阻三者是并联的。如图6-46(a)第6章振幅信号的解调 CrD充RC放ciDuuu第6章振幅信号的解调 工作原理分析：定性分析（p200） 输入阻抗：根据能量守恒原理，实际加到并联型检波器中的高频功率，一部分消耗在R上

37、，一部分转换为输出平均功率，即：当UavUC时(UC为载波振幅)有(6-65) RURURUavCiC222223RRi 电压传输系数电压传输系数：其电压传输系数与串联型完全相其电压传输系数与串联型完全相同同。推导此处从略。第6章振幅信号的解调 6小信号检波器 (1)概念：小信号检波是指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。这时，二极管的伏安特性可用二次幂级数近似，即 (2) 主要参数 当输入为高频载波时：一般小信号检波时Kd很小，可以忽略平均电压负反馈效应即输出对输入的影响，认为：2012DDDiaa ua u(6-66)cosDiaVimcuuuuUt(6-67) 将它代入上式，可求

38、得可求得iD的的平均分量平均分量和和高频基波高频基波分分量振幅量振幅为：第6章振幅信号的解调 若用Iav=Iav-a0表示在输入电压作用下产生的平均电流增量，则：2212aVaVmUIRa U (6-68) 相应的Kd和Ri为：211121aVdmmmiDUKa RUUURrIa(6-69) (6-70)2021112aVmmIaa UIaU因为a0为输入uD0时的电流（静态电流）第6章振幅信号的解调 图6-47 小信号检波 iDQ0EQtuD0iDIav(音频成分)a0tVDuiCREQ第6章振幅信号的解调 若输入信号为单音调制的AM波，因c，可用包络函数U(t)代替以上各式中的Um2222

39、2221(1cos)2111(1)2coscos2222aVmmUa RUmta RUmmtmt (6-71) 由上式可以看出，小信号检波器输出的平均电压与输入信号电压振幅的平方成正比，故有时也将小信号检波器称为平方律检波器。利用小信号检波器的上述特性，常在测量仪表及微波检测中用作信号功率指示。第6章振幅信号的解调 三、三、 同步检波同步检波 1乘积型 设输入信号为DSB信号，即us=Uscostcosct，本地恢复载波ur=Urcos(rt+)，这两个信号相乘coscoscos()1coscos()cos()2srscrsrrcrcu uUtttU Uttt(6-72) 经低通滤波器的输出，

40、且考虑r-c=c在低通滤波器频带内，有cos()cosoocuUtt(6-73) 第6章振幅信号的解调 由上式可以看出： (1) 当恢复载波与发射载波同频同相同频同相时，即r=c，=0，则 uo=Uocost (6-74)因此，此时可以无失真地将调制信号恢复出来。此时可以无失真地将调制信号恢复出来。 ( 2 ) 若 恢 复 载 波 与 发 射 载 频 有 一 定 的 频 差 ， 即r=c+c uo=Uocosctcost (6-75)所以，此时将会引起振幅失真。此时将会引起振幅失真。第6章振幅信号的解调 (3) 若恢复载波与发射载频有一定的相差，则 uo=Uocoscost (6-76)若相差

41、为恒定的，相当于对振幅进行了衰减；若相差是随时间变化的，则也将引起振幅失真。 几种常见乘积型解调器的实际电路如图6-48所示。第6章振幅信号的解调 图6-48 几种乘积型解调器实际线路 10 k2 k10 k10 k10 k10 k10 kC2C1载波输入7/15 pFT27/15 pFC4T1中频输入10 pF10 pFC3音频输出(a)220 pF(470 pF)220 pF(470 pF)0.01(0.005) (0.005)0.014.7 k中频输入9 MHz(455kHz)载频输入500500500 H(2.5 mH)0.01(b)中频输入470 pFE47 k470 k100 k2

42、2 pF0.011 k载频0.011251 k0.014.7 k0.1u(c)0.0151f0 f1681 k1 k0.01输出1120023中频输入22000.01载频1.5 V0.0017100259 V(d)T112 V10 k10 k2 k2200 pF第6章振幅信号的解调 2. 叠加型 叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号，再利用包络检波器将调制信号恢复出来。对DSB信号而言，只要加入的恢复载波电压在数值上满足一定的关系，就可得到一个不失真的AM波。图6-49就是一叠加型同步检波器原理电路。 下面以对SSB进行叠加型同步检波为例进行分析 （1）基

43、本原理 设单频调制的单边带信号(上边带)为： us=Uscos(c+)t=Uscostcosct-Ussintsinct第6章振幅信号的解调 图6-49 叠加型同步检波器原理电路ususururCR第6章振幅信号的解调 恢复载波为 ur=Urcosrt=Urcosct有：us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct =Um(t)cosct+(t) (6-77)式中 222( )(cos)sinsin( )arctancosmrsssrsUtUUtUtUttUUt(6-78) (6-79) 由式由式(6-77)可知，利用叠加型同步检波器对可知，利用叠加型同步检波器对SSB

44、检波，会出检波，会出现相差，但由于后面采用的包络检波器对相位不敏感，他只现相差，但由于后面采用的包络检波器对相位不敏感，他只关心包络的变化。关心包络的变化。第6章振幅信号的解调 2222( )2cos1()2cos12cosssmrsrsrrrUUUtUUU UttUUUmmt (6-80) 式中，m=Us/Ur。当mUs时，上式可近似为：( )12cos(1cos)mrrUtUmtUmt (6-81) (6-82)显然，由显然，由(6-82)式经隔直后即得原调制信号式经隔直后即得原调制信号。( )(1cos)odmdruK UtK Umt由(6-81)式可得，SSB叠加载波信号后，即得一普通

45、调幅叠加载波信号后，即得一普通调幅AM信号信号。经包络检波后可得原调制信号，即：第6章振幅信号的解调 （2）平衡同步检波电路 采用图6-50所示的平衡同步检波电路，可以减小解调器输出电压的非线性失真。它由两个检波器构成平衡电路，上检波器输出和下检波器的输出分别为: uo1=KdUr(1+mcost) uo2=KdUr(1-mcost) 则总的输出 uo=uo1-uo2=2KdUrmcost 总之，实现同步检波的关键是在接收端恢复发送端的载波信号同频同相的恢复载波。 （读P226第三段）第6章振幅信号的解调 图6-50 平衡同步检波电路 ususV D1V D2urCCRRUo1Uo2uo第6章

46、振幅信号的解调 6.3 混混 频频 一、 混频的概述 1混频器的功能 (1) 混频的概念 混频器是频谱线性搬移电路，是使信号的频率从一处线性搬移至另一处的电路。它是一个六端网络。它有两个输入电压，输入信号us和本地振荡信号uL，其工作频率分别为fc和fL输出信号为uI，称为中频信号，其频率是fc和fL的差频或和频，称为中频fI，fI=fLfc(同时也可采用谐波的差频或和频)。 第6章振幅信号的解调 图6-51 混频器的功能示意图 混频器ffcfLfffIus( fc )uI( fI )uL( fL )tt00000(a)(b)输入信号输入信号us本地振荡信号本地振荡信号uL输出信号为输出信号为

47、uI第6章振幅信号的解调 (2) 混频的几种形式混频的几种形式 用用fI、 fC、 fL称分别表示中频、输入信号频率（高频）和称分别表示中频、输入信号频率（高频）和本机振荡频率，则本机振荡频率，则 若取和频若取和频：则：则 fI=fLfc 若取差频若取差频：则：则 ，fI=fLfc 或或 ，fI=fCfL 常用的中频常用的中频有：有：465KHz(455KHz)， 500KHz，10.7MHz，37MHz等等 实际的混频器分为两大类实际的混频器分为两大类： A、混频、混频：由单独的振荡器提供本振信号，而混频器为六：由单独的振荡器提供本振信号，而混频器为六端（三口）网络端（三口）网络 B、变频、

48、变频：本机振荡与混频由同一非线性电路完成，此时：本机振荡与混频由同一非线性电路完成，此时表现为四端（双口）网络。表现为四端（双口）网络。第6章振幅信号的解调 (2) 混频与调幅、幅度解调的区别混频与调幅、幅度解调的区别 混频也是一种频率变换电路，在频率域中起加法器或减混频也是一种频率变换电路，在频率域中起加法器或减法器作用，它与调幅、幅度解调均属频谱的线性搬移，但由法器作用，它与调幅、幅度解调均属频谱的线性搬移，但由于搬迁的位置不同，其功能也就不同于搬迁的位置不同，其功能也就不同；如图；如图6-52所示。所示。 另外，由于它们的输入输出信号不同，因而其输入输出另外，由于它们的输入输出信号不同，

49、因而其输入输出回路也就不同。回路也就不同。第6章振幅信号的解调 图6-52 三种频谱线性搬移功能 (a)调制(b)解调(c)混频 0000fffcfc00ff(a)(b)ff00(c)ffffcfcfLfI调制调制解调解调混频混频第6章振幅信号的解调 2混频器的工作原理(1) 时域分析：设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt这两个信号的乘积为：coscoscos1coscos()cos() 2sLsLLcsLLcLcu uU UtttU Uttt(6-85) (6-86) coscosIIIuUtt则中频电压则中频电压为：为：

50、第6章振幅信号的解调 图6-53 混频器的组成框图 带通滤波器usuouLuI(a)带通滤波器非线性器件uIuouL(b)因此，因此，混频电路可用乘法器或非线性电路完成，框图如混频电路可用乘法器或非线性电路完成，框图如图图6-53所示所示。us第6章振幅信号的解调 (2) 频域分析：由信号分析知识可知，时域信号相乘，对应其频域信号的卷积。 设本振为单一频率信号，其频谱为 FL()=(-c)+(+c) 输入信号为己调波，其频谱为Fs()，则11( )( )( )( ) ()()221()()2osLsccscscFFFFFF (6-87) 图图6-54给出了输入信号、本振信号和输出信号的频谱关给

51、出了输入信号、本振信号和输出信号的频谱关系。系。若输入信号也是等幅信号，则混频输出只有和频和若输入信号也是等幅信号，则混频输出只有和频和差频成分。差频成分。第6章振幅信号的解调 图6-54 混频过程中的频谱变换(a)本振频谱 (b)信号频谱 (c)输出频谱 (Lc)I(Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()|第6章振幅信号的解调 IvcsUKU spcPPK13混频器的主要性能指标 1) 变频增益 变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比，即同样可定义： 变频功率增益变频功率增益为输出中频信号功率为输出中频信号功率PI

52、与输与输入高频信号功率入高频信号功率Ps之比之比，即第6章振幅信号的解调 通常用分贝数表示变频增益通常用分贝数表示变频增益，有：FN输入信噪比(信号频率) 输出信噪比(中频频率) )(lg10)(lg2011dBPPKdBUUKspcsvc2) 噪声系数 混频器的噪声系数NF定义为：第6章振幅信号的解调 3) 失真与干扰 变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外，还会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。所以，对混频器不仅要求频率特性好，而且还要求变频器工作在非线性不太严重的区域，使之既能完成频率变换，又能抑制各种干扰。第6章振幅信号的解调 4)变频压缩

53、(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，如图6-55所示。中频输出电平 /dB3dB3dB压缩电 平输入电平 /dB 图6-55 混频器输入、输出电平的关系曲线 第6章振幅信号的解调 5) 选择性 混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号(反映为中频，即fI=fL-fc)，而不应该有其它不需要的干扰信号。但在混频器的输出中，由于各种原因，总会混杂很多与中频频率接近的干扰信号。 第6章振幅信号的解调 二、混频电路二、混频电路 1晶体三极管混频器 (1)工作原理 电路原理如图6-56所

54、示，当UsUs，大信号工作，由第5章可得输出电流io为：2()1122(coscos)cos223oDLsDLLscig Kt ugttUt(6-98) 输出端接中频滤波器，则输出中频电压输出端接中频滤波器，则输出中频电压uI为为：2cos()cosIL ILDsLsIIuR iR g UtUt(6-99) 第6章振幅信号的解调 (2) 二极管环形混频器 图6-62为二极管环形混频器，其输出电流io为：2()442(coscos3)cos3oDLsDLLscig Kt ugttUt经中频滤波后，得输出中频电压输出中频电压(6-100) (6-101) 4cos()cosIDDLcIIug Ut

55、Ut 二极管环形混频器输出是平衡混频器输出的两倍，且二极管环形混频器输出是平衡混频器输出的两倍，且减少了电流频谱中的组合分量。减少了电流频谱中的组合分量。第6章振幅信号的解调 图6-62 环型混频器的原理电路 usuLi2iii1i3i4iiUI第6章振幅信号的解调 图6-63 正交混频器 分配器90环 形混频器环 形混频器分配器0usuI1uLuI2(3) 正交混频器 图6-63为正交混频器框图。第6章振幅信号的解调 3其它混频电路 变频电路除了前述的三极管、二极管变频电路外，前一章所讲的频谱线性搬移电路均可以作为变频电路，包括差分对变频电路、模拟乘法器变频电路、场效应管变频电路等。 图中输

56、入变压器是用磁环绕制的平衡不平衡宽带变压器，加负载电阻200以后，其带宽可达0.530MHz。XCC型乘法器负载电阻单边为300，带宽为030MHz，因此，该电路为宽带混频器。 第6章振幅信号的解调 图6-64 差分对混频器线路 5168232.2 k0.01本振输入(500)1.5V0.00171000.019 VV1V21.2 k信号输入(50)1:6.6T112.6:1信号输出(50 )T2V3第6章振幅信号的解调 图6-65 用模拟乘法器构成混频器 MC1596G781410596325150 k51uLus0.001 F510.01 F100 H100 H0.001 F9.5 H58

57、0 pF580 pF输出6.8 k8 VZLRL50 L19 MHzZL10 k10 k100 mV0.001 F1 k1 k8V20012012012020012091078546123116200.033 F126206200.033 F0.033 F1.2 k1.2 k输出12 VZLZL1 kZL0.033 F0.033 F3.3 k3.3 kuLus(a)(b)V1V212 V调零100第6章振幅信号的解调 图6-66 场效应管混频器的实际线路 L2C30.5/8 pF0.001Lc3.9 H0.5/8 pFC4C50.5/8 pFL30.15 HL1C70.5/8 pF5/30 p

58、F0.001250 MHzuL(50 )200 MHzus(50 )C1C20.5/8 pF(a)50 MHz(50 )15V0.15 HC4470 pFuLC6C5L3L1C2L215 V EG0us200 MHz(b)C3Lc3.9 H第6章振幅信号的解调 加在两管栅极的交流电压分别为uGS1=us+uL和uGS2=-us+uL，两管的漏极交流电流分别为 iD1=a(us+uL)+b(us+uL)2 iD2=a(-us+uL)+b(us+uL)2 流过变压器T2的交流电流为 iD=iD1-iD2=2aus+4busuL第6章振幅信号的解调 图6-67 场效应管平衡混频器电路 C1C2T1u

59、sususuLV1V20.01C1C2L1 kEDT2uIL第6章振幅信号的解调 图6-68 场效应管环形混频器 T2IFT3V4V2cV1V3aefT1usduLb第6章振幅信号的解调 尽管混频器的使用使超外差接收机的性能得到改尽管混频器的使用使超外差接收机的性能得到改善，但同时混频器又会给接收机带来一些干扰。善，但同时混频器又会给接收机带来一些干扰。一、概述 1、干扰信号的形成方式有： A、直接从接收天线进入（特别是混频欠没有高放时）； B、由高放非线性产生； C、由混频器本身产生； D、由本振的谐波产生。6.4 混频器的干扰混频器的干扰第6章振幅信号的解调 我们把除有用信号以外的所有信号

60、统称为干扰。我们把除有用信号以外的所有信号统称为干扰。2、在实际中判断能否形成干扰主要看以下两个条件： A、是否满足一定的频率关系； B、满足一定频率关系的分量的幅度是否较大。3、混频器干扰的种类： A、信号与本振的自身组合干扰； B、外来干扰与本振的组合干扰（副波道干扰、寄生通道干扰）； C、外来干扰信号互相作用形成互调干扰； D、外来干扰与信号形成的交叉调制干扰（交调干扰）； E、阻塞、倒易混频干扰。第6章振幅信号的解调 二、信号与本振的自身组合干扰 1、形成干扰的原理 对混频器而言，作用于非线性器件的两个信号为输入信号us(fc)和本振电压uL(fL)，则非线性器件产生的组合频率分量为