通信电子电路_第五章_第5～6节

1、5.5 5.5 普通调幅波的解调电路普通调幅波的解调电路一、小信号平方律检波一、小信号平方律检波 (1(1幂级数幂级数分析法分析法) )二、大信号检波（峰值包络检波二、大信号检波（峰值包络检波）1.1.工作原理工作原理2.2.检波效率检波效率3.3.输入电阻输入电阻4.4.检波失真检波失真5.5.检波电路参数的选取检波电路参数的选取 解调解调从调幅信号中检出调制信号从调幅信号中检出调制信号 调幅信号的解调：调幅信号的解调：相干解调相干解调 非相干解调（非相干解调（包络检波包络检波）（1 1）检波器输入信号与输出信号的波形）检波器输入信号与输出信号的波形图图5-21 5-21 检波器与输入、输出

2、波形检波器与输入、输出波形图图5-21 5-21 检波器与输入、输出波形检波器与输入、输出波形（2 2）检波器的质量要求）检波器的质量要求 检波效率检波效率 若输入等幅波若输入等幅波 若输入调幅波若输入调幅波cmodUUcmamdUmU 检波失真检波失真 输出电压与输入调幅波输出电压与输入调幅波包络包络的相似程度的相似程度 输入阻抗输入阻抗 检波器输入端的等效阻抗检波器输入端的等效阻抗一、小信号平方律检波一、小信号平方律检波 1. 1.电路电路 由于二极管的非线性作用，使对称的电压调幅由于二极管的非线性作用，使对称的电压调幅波变成不对称的电流。波变成不对称的电流。 图图5-225-22（a)a

3、) 小信号小信号二极管二极管检波电路检波电路 图图5-225-22（b)b) 小信号小信号二极管二极管检波电路检波电路2.2.原理原理EttmUEuucacmAMcos)cos1 (二极管特性曲线在二极管特性曲线在Q 点的幂级数展开式为点的幂级数展开式为设输入的是单频正弦调制的调幅波，即设输入的是单频正弦调制的调幅波，即ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(二极管的输入电压为二极管的输入电压为2Q2Q10)()(VuaVuaai （5-605-60） （5-615-61）2220acm2222cma2cma1(1/2)21coscos24(1cos)cos.cmacaiamUa Um

4、ta UmtaUmtt tmUaicosa2m2ttmUattmUaaic22a2cm2cacm10cos)cos1 (cos)cos1 ( 它正是所需要的解调信号。它正是所需要的解调信号。由于它的幅值与输入由于它的幅值与输入信号幅值的平方成正比，信号幅值的平方成正比，故称平方律检波。故称平方律检波。（5-625-62） 式中式中将式（将式（5-605-60）代入式（）代入式（5-615-61），只取前两项，得），只取前两项，得 另外，频率为另外，频率为 的成分最值得注意。的成分最值得注意。 2把二次谐波与基波之比称为二次谐波失真系数，把二次谐波与基波之比称为二次谐波失真系数，用用 表示，即表

5、示，即441a2cma22cm22amUmaUam可见，调制系数可见，调制系数 ma越大，失真越严重。一般情况下越大，失真越严重。一般情况下%30am%5 . 7 3.3.检波效率检波效率式中，式中，检波效率检波效率4.输入电阻输入电阻 因二极管因二极管D 始终处于导通，始终处于导通，输入电阻等于输入电阻等于D的交流阻抗的交流阻抗 rDtUtRUmaRicoscosm22cma2222cma2mRUmaUcm22cma22cma2cmamdURaUmRUmaUmU)()(26QDinmAIrR 1. 1.工作原理工作原理1 1）大信号检波过程）大信号检波过程是是利用二极管的单向利用二极管的单向

6、导电特性和检波负导电特性和检波负载载RC的充放电过程。的充放电过程。特点特点：快充慢放快充慢放 rD二极管电阻二极管电阻 RL负载电阻负载电阻二、大信号检波（峰值包络检波二、大信号检波（峰值包络检波）图图5-23 5-23 大信号检波电路大信号检波电路ui (t) uo (t) ( (导通导通) ) C 充电充电, , 时间常数时间常数充充= rDC ( (小小) )，充电快。，充电快。ui (t) uo (t) （截止）截止） C 放电，放电，时间常数时间常数放放= RLC（大），放电慢。（大），放电慢。快充慢放快充慢放，保证，保证uo (t)接近接近ui (t)的包络。的包络。注注：输出输

7、出电压电压uo(t)(t) 的大小与输入电压的峰值的大小与输入电压的峰值 接近相等，故称为峰值包络检波。接近相等，故称为峰值包络检波。2 2）uo(t)的成分的成分 音频成分音频成分有用输出；高频有用输出；高频滤去滤去 直流成分直流成分隔直流电容滤去，可用于隔直流电容滤去，可用于AGC（自动增益控制电路）（自动增益控制电路）。当输入信号很大时，设法。当输入信号很大时，设法把管子发射结偏压降低一些。把管子发射结偏压降低一些。图图5-23 5-23 大信号检波电路大信号检波电路 图图5-24 5-24 大信号检波原理大信号检波原理 2. 2.检波效率（检波效率（ ) )dcmamcmamd)()(

8、UmUUmU度调幅波包络线变化的幅检出的音频电压幅度cm0cm0d)()(UUUU检波电压的幅值整出的直流电压当检波器输入为高频等幅波时，输出平均电压，则当检波器输入为高频等幅波时，输出平均电压，则定义为定义为1) 1) 定义定义若检波器输入调幅波电压包络的幅度为若检波器输入调幅波电压包络的幅度为 ， 输出低频电压的振幅为输出低频电压的振幅为 ，则，则 定义为定义为cmaUmmUdd（1 1）一定）一定RL下，下，C RL大大, , 放大变慢放大变慢 高高当当C RL=100时，可达时，可达0.86， 而而 C RL过大，会引起过大，会引起检波失真。检波失真。因此因此 C RL= 10 100

9、（适当范围）（适当范围） d 2) 2)电路参数电路参数（C RL，RL，r D ）对检波对检波效率的影响效率的影响 图图5-25 5-25 检波电路参数对检波电路参数对检波检波效率的影响效率的影响 4 4）信号强度对）信号强度对 的影响的影响信号强度越大，信号强度越大， 大大 越高越高 3 3）检波管的影响）检波管的影响 r D小，充电快，小，充电快， 高高ddd)(itu2 2）负载电阻）负载电阻 RL 在一定的在一定的C RL下，下， RL大，大， 高高d图图5-265-26 输入输入电压对电压对 的影响的影响 d3.输入电阻（输入电阻（ Rin） 输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标

10、。输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标。对于高频输入信号源，检波器相当于一个负载，此对于高频输入信号源，检波器相当于一个负载，此负载就是检波器的等效输入电阻负载就是检波器的等效输入电阻 Rin ，它等于输入它等于输入高频电压振幅与检波电流中基波（指载频高频电压振幅与检波电流中基波（指载频 ）电流）电流振幅振幅 I1m 之比，即：之比，即：一般经验可取一般经验可取 Rin=23kcdL1mcmin2RIUR4. 检波失真检波失真1) 对角线失真对角线失真（惰性失真、放电失真）（惰性失真、放电失真） 失真原因：失真原因：放电太慢，放电太慢，包络线下降快包络线下降快, 以致跟不上以致跟不上调幅波包

11、络的变化。调幅波包络的变化。 不失真条件：不失真条件：AAcmd( )d( )ddt tt tu tuttt电容放电的速度电容放电的速度包络线下降速度包络线下降速度 要防止对角线失真现象，应使包络线下降速率要防止对角线失真现象，应使包络线下降速率小于小于RLC 放电速率，即放电速率，即)cos1 (1sinAaLAatmCRtm （5-745-74） 图图5-28 5-28 对角线失真原理图对角线失真原理图不产生对角线失真的条件不产生对角线失真的条件2La)(11CRmaa2L1mmCR或或表明表明LCR放电慢放电慢调制深，包络线下降快调制深，包络线下降快am周期短，包络线下降快周期短，包络线

12、下降快 一般在接收机里检波器输出耦合到下级的一般在接收机里检波器输出耦合到下级的电容很大（电容很大（C1很大很大510 F），对检波器输出），对检波器输出的直流而言，上充有一个直流电压。的直流而言，上充有一个直流电压。cmdiLL0iLLURRRURRREcmd0UULiLL,|RRRR 2 2）割底失真）割底失真图图5-29(a) 5-29(a) 割底失真原理图割底失真原理图,)(iEtu当输入信号当输入信号 二极管二极管D D导通导通; ;当输入信号当输入信号 二极管二极管D D截止。截止。此时电容此时电容C C上电压上电压=E,)(iEtu由等效电势由等效电势E 维持，形成割维持，形成割

13、底。底。借助于有源二端网络理论借助于有源二端网络理论可把可把 C1、RL、Ri i 用一个等用一个等效电路效电路E 和和 代替。代替。其中其中 LRcmdiLL0iLLURRRURRRE图图5-29 5-29 割底失真原理及波形图割底失真原理及波形图cmdiLLcma)1 (URRREUmiLLda1RRRmLLLiLLiiLiiLLa11RRRRRRRRRRRRRm设设 则不产生割底失真的条件则不产生割底失真的条件1diLL/RRR 不产生割底失真的条件不产生割底失真的条件LLaRRm 注：交流、直流注：交流、直流 负载不同负载不同图图5-29 5-29 割底失真原理及波形图割底失真原理及波

14、形图 多了一个高频滤波环节多了一个高频滤波环节R2、C3。它的作用是。它的作用是滤去前节滤波后剩余的高频成分。滤去前节滤波后剩余的高频成分。 高频电压主要降在高频电压主要降在R3上，使输出中高频大大上，使输出中高频大大减少。但增加对低频也有影响，为了避免低频成减少。但增加对低频也有影响，为了避免低频成分过分减少，分过分减少，R3应应R2比少的多。比少的多。 33c1RC23RR 5. 5. 检波电路参数的选取检波电路参数的选取图图5-31 5-31 典型检波电路典型检波电路 1) 1) 检波二极管检波二极管 为了提高检波效率，应选取正向电阻小为了提高检波效率，应选取正向电阻小（ 以下），反向电

15、阻大（以下），反向电阻大（ 以上），以上），同时要求结电容小的管子。一般选点接触型二同时要求结电容小的管子。一般选点接触型二极管如极管如 2AP 系列。系列。k1k500LLLiLLiiLiiLLa11RRRRRRRRRRRRRmLRdLRL235 10kRRR易产生割底失真，易产生割底失真，兼顾两者一般取兼顾两者一般取LLLiLLiiLiiLLa11RRRRRRRRRRRRRmLRdLRL235 10kRRR易产生割底失真，易产生割底失真，兼顾两者一般取兼顾两者一般取 从滤波效果好从滤波效果好（高频电压主要降在（高频电压主要降在R3 3上，上，使输出中高频大大减少）。使输出中高频大大减少）。

16、 从有用信号衰减小，从有用信号衰减小，L23510kRRR3c31CR23RR ,101513R取3500 1kR 3R 为兼顾二者，在广播收音机中，频率是为兼顾二者，在广播收音机中，频率是 465kHz , 取取 但是矿用载频电话频率较低如但是矿用载频电话频率较低如40kHz，滤波效果太差，宜适当加大滤波效果太差，宜适当加大R3 而牺牲一些而牺牲一些输出信号，输出信号，取取,5603R25.6k,R 10123RR31kR 3) 3) 滤波电容滤波电容C2和和C3 C2 和和C3 大大，检波效率高，滤波效果好。但太检波效率高，滤波效果好。但太大则放电时间常数过大，易引起对角线失真，大则放电时

17、间常数过大，易引起对角线失真， 一般取一般取 ( (频率为几十频率为几十kHz) ) （收音机）（收音机） 4) 4) 输出耦合电容输出耦合电容C 一般取一般取 5) 5) 偏置电阻偏置电阻R1 视电压视电压 E 而定，一般调整偏流在而定，一般调整偏流在 左右。左右。230.005F 0.02FCC234700pF,5100pFCC5 10F20A5.6 5.6 抑制载波调幅波的产生和解调电路抑制载波调幅波的产生和解调电路一、大信号调幅的数学分析一、大信号调幅的数学分析( (参考参考5.35.3节节 4 4开关函数近似分析法开关函数近似分析法) )二、抑制载波调幅波的产生电路二、抑制载波调幅波

18、的产生电路 1. 1. 二极管环形调制器电路图二极管环形调制器电路图 2. 2. 工作原理工作原理 3. 3. 波形图波形图 4. 4. 用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路三、抑制载波调幅的解调电路三、抑制载波调幅的解调电路一、大信号调幅的数学分析一、大信号调幅的数学分析1. 1. 不考虑调制信号不考虑调制信号载波正半周载波正半周载波负半周载波负半周1)(tk0)(tkttUuccmccos)(.cos2.3cos32cos221)(000tnntttk.7 , 5 , 3 , 1n 如果二极管特性曲线折线化后的斜率为如果二极管特性曲线折线化后的斜率为

19、g g 则则 2. 考虑调制信号考虑调制信号tUucosm)(uutgki)coscos)(mccmtUtUtgki,)( utgki cmcc12(coscos)(cos.2ig UtUtt.cos2.3cos32cos221)(000tnntttkcmcmc1cos22coscosigUtgUttm2cmc1cos21cosgUtgUt相乘得相乘得 电流电流i的频率分量中含有调幅波的成的频率分量中含有调幅波的成分，可以实现调幅。分，可以实现调幅。二、抑制载波调幅波的产生电路二、抑制载波调幅波的产生电路 采用平衡、抵消方法采用平衡、抵消方法 把载波抑制掉，把载波抑制掉，故这种电路叫抑制载波调

20、幅电路或叫平衡故这种电路叫抑制载波调幅电路或叫平衡调幅电路调幅电路。 常用常用 二极管环形调制器二极管环形调制器 模拟乘法器模拟乘法器MC1596图图5-33 5-33 二极管环形调制器二极管环形调制器1.二极管环形调制器电路图二极管环形调制器电路图 它是由四个二极管环接构成。它是由四个二极管环接构成。载波载波 从变从变压器的原边接入，调制信号压器的原边接入，调制信号 则接到变压器则接到变压器T1 的副边中点和的副边中点和T2 的原边中点之间，变压器的副的原边中点之间，变压器的副边边T2 输出已调信号。输出已调信号。 设调制信号为单频余弦信号，即设调制信号为单频余弦信号，即 载波信号为载波信号

21、为 cuutUucosmtUuccmccos 环形调制器既可工作在小信号又可环形调制器既可工作在小信号又可工作在大信号。工作在大信号。 一般情况下，载波信号幅值很强，一般情况下，载波信号幅值很强，控制二极管工作在开关状态。控制二极管工作在开关状态。 为了分析二极管电流，分别画出其为了分析二极管电流，分别画出其相应的电路。相应的电路。 2. 2. 工作原理工作原理图图5-34 5-34 环形调制器各二极管工作情况环形调制器各二极管工作情况)coscos)(mccm1tUtUtgkicmcmc12coscoscos2gUtgUtt2mcmc11coscos2gUtgUt 式中，式中，g 是二极管的

22、输入电导。是二极管的输入电导。 忽略上式中的高次项，忽略上式中的高次项， 1cmmmcmcmccm11cos2411(1)coscos22igUgUtUgUtgUtU tIttmItIIic2ca1012coscos)cos1 (cos0cm1IgUm21gUIcm121gUI 2cm1IgUmacm4UmU1cmmmcmcmccm11cos2411(1)coscos22igUgUtUgUtgUtU 用节点电流定律，可得到用节点电流定律，可得到tIttmItIIic2ca1022coscos)cos1 (costIttmItIIic2ca1032coscos)cos1 (costIttmItI

23、Iic2ca1042coscos)cos1 (cos21iii43iii tIttmItIIic2ca1012coscos)cos1 (cos 电流电流 在输出变压器副边引起的感应电在输出变压器副边引起的感应电势就是输出电压势就是输出电压 u, ,它的波形也与它的波形也与 同。同。 可见，环形调制器输入电流是输入信号可见，环形调制器输入电流是输入信号 和和 的乘积，的乘积，频谱是载频的上、频谱是载频的上、下边频，没有载波分量，所以称其为抑制载波下边频，没有载波分量，所以称其为抑制载波调幅电路。调幅电路。 )cos()cos(2 coscos4 cos)cos1 (2cos)cos1 (2 )(

24、)(cca1ca1a1ca14321ttmIttmIttmIttmIiiiiiic tccostcosii ii 变压器变压器T1和和T2的中心抽头必须严格对的中心抽头必须严格对称，四个二极管的特性也应一致，否则就称，四个二极管的特性也应一致，否则就不能把载波抑制掉，从而造成不希望有的不能把载波抑制掉，从而造成不希望有的“载漏载漏”输出。输出。 （载漏是环形调制器输出电流成分中（载漏是环形调制器输出电流成分中含有载波成分的简称）。含有载波成分的简称）。图图5-36 5-36 环形调制器实际电路（一）环形调制器实际电路（一）为了消除电路的不对称性，改进后的电路为了消除电路的不对称性，改进后的电路

25、 图图5-37 5-37 环形调制器实际电路（二）环形调制器实际电路（二） 3.3.波形图波形图图图5-35 5-35 环形调幅器电流、电压波形环形调幅器电流、电压波形 随着集成电路的发展，由线性组件随着集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调幅器已被采用。图示是构成的平衡调幅器已被采用。图示是用用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路。路。 它是用它是用MC1596G 构成。这个电路构成。这个电路的特点是的特点是工作频带宽，输出频谱较纯，工作频带宽，输出频谱较纯，而且省去了变压器，而且省去了变压器，调整简单。使用时，调整简单。使用时，建议载波输入电平为建议载波输

26、入电平为 6060mV，调制信号，调制信号最大不超过最大不超过300300mV 。用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路图图5-38 5-38 用模拟乘法器实现抑制载波调幅用模拟乘法器实现抑制载波调幅1. 1. 乘积型同步检波器的乘积型同步检波器的工作原理工作原理1) 1) 组成组成方框图方框图 2) 2) 工作原理工作原理2. 2. 乘积型检波电路乘积型检波电路3. 3. 利用模拟乘法器构成的抑制载波利用模拟乘法器构成的抑制载波调幅解调电路调幅解调电路三、抑制载波调幅的解调电路三、抑制载波调幅的解调电路 包络检波器只能解调普通调幅波，包络检波器只能解调普

27、通调幅波，而不能解调而不能解调 DSB 和和 SSB 信号。这是信号。这是由由于后两种已调信号的包络并不反映调制于后两种已调信号的包络并不反映调制信号的变化规律，信号的变化规律，因此，抑制载波调幅因此，抑制载波调幅的解调必须采用的解调必须采用同步检波电路。同步检波电路。 收端须提供与发端同频同相的同步收端须提供与发端同频同相的同步信号信号 本地载波信号本地载波信号 最常用的是乘积型同步检波电路。最常用的是乘积型同步检波电路。1.乘积型同步检波器的乘积型同步检波器的工作原理工作原理1) 1) 组成方框图组成方框图图图5-39 5-39 乘积型同步检波器的组成方框图乘积型同步检波器的组成方框图 它

28、与普通包络检波器的区别就在于它与普通包络检波器的区别就在于接收接收端必须提供一个本地载波信号，端必须提供一个本地载波信号，而且要求它而且要求它是与发送端的载波信号同频、同相的同步信是与发送端的载波信号同频、同相的同步信号。号。 利用这个外加的本地载波信号与接收端利用这个外加的本地载波信号与接收端输入的调幅信号两者相乘，输入的调幅信号两者相乘，可以产生原调制可以产生原调制信号分量和其它谐波组合分量，信号分量和其它谐波组合分量， 经低通滤波器后，就可解调出原调制信号。经低通滤波器后，就可解调出原调制信号。2) 工作原理工作原理设输入的设输入的 DSB 信号及同步信号分别为信号及同步信号分别为 （当

29、两个载波有相差时）（当两个载波有相差时） 则则乘法器的输出电压为：乘法器的输出电压为： ttUucimicoscos)(coscrmrtUucos)2cos(cos21)(coscoscoscrmimrmimrittUAUutttUAUuAuu 设设 经低通滤波器滤除高频分量，经低通滤波器滤除高频分量，则解调输出则解调输出信号为信号为tttu)2cos(41)2cos(41coscos21cc1rmimUAUtucoscos21o 低频信号输出幅度与低频信号输出幅度与 成正比，成正比，当当 时，时，解调输出为零。解调输出为零。当当 时，时，解调所得低频信号幅度最大。解调所得低频信号幅度最大。 tucoscos21ocos02 若输入信号是若输入信号是SSB 波，即波，即tUu)cos(cimittUAUuAuuccrmimriocos)cos(tUAUtUAU)2cos(21cos21crmimrmim 因此，因此，同步信号与发送端载波信号必同步信号与发送端载波信号必须严格保持同频同相，须严格保持同频同相，否则就会引起解调失否则就会引起解调失真。真。 当相位相同而频率不等时，将产生明显的当相位相