第六章振幅调制及检波

1、第第6章章 振幅调制及检波振幅调制及检波教学要求教学要求 n了解了解调制的作用。调制的作用。掌握掌握调幅信号的定义、调幅信号的定义、表示式、波形、频谱等基本特征。表示式、波形、频谱等基本特征。n掌握掌握典型的幅度调制电路的结构、工作典型的幅度调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。原理、分析方法和性能特点。n了解了解数字调幅的基本概念、典型方法和数字调幅的基本概念、典型方法和实现电路。实现电路。n掌握掌握典型调幅信号解调电路的结构、工作典型调幅信号解调电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。原理、分析方法和性能特点。 (1) 调制：调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程用调制

2、信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 定义：定义：信号信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号载波信号：（等幅）高频振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )cos( tUuccc锯齿波锯齿波调制信号：调制信号：需要传输的信号需要传输的信号（原始信号）（原始信号） 语言语言图像图像 tUu cos密码密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号射频信号）(2) 解调：解调：调制的逆过程调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。，即从已调波中恢复原调制信号的过程。6.1 概述概述（7）振幅调制分三种方式：）振幅调制分三种方式：（5）

3、相位调制：由调制信号）相位调制：由调制信号控制控制载波相位载波相位，使，使已调波的相位随已调波的相位随调制信号线性变化。调制信号线性变化。 （6）解调方式：）解调方式：（4）频率调制：由调制信号）频率调制：由调制信号控制控制载波频率载波频率，使，使已调波的频率随调已调波的频率随调 制信号线性变化。制信号线性变化。（3）振幅调制：由调制信号去）振幅调制：由调制信号去控制控制载波振幅载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅随调制信号线性变化。幅随调制信号线性变化。振幅检波振幅检波 振幅调制的逆过程振幅调制的逆过程鉴鉴 频频 频率调制的逆过程频率调制的逆过程鉴鉴 相相 相位调制的逆过程相位调制的

4、逆过程普通调幅（普通调幅（AM）抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB）单边带调幅（单边带调幅（SSB）设：设：载波信号载波信号： uc=Ucmcosct则：则：调幅信号调幅信号(已调波已调波)为：为：uAM=Um(t)cosct由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有： tUkUtUacmmcos)(ka：比例常数：比例常数即：即： )cos1 ()cos1 ()(tmUtUUkUtUamccmacmmma为调制度，为调制度，cmaaUUkm常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmUucacmAMcos)cos1 (1. AM调

5、幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 调制信号调制信号： u =Ucost若将若将 )(tf分解为：分解为： 1)cos()(nnnntUtf则有则有 ttmUucnnnncmAMcos)cos(11其中：其中： nanUkm 一般实际传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续一般实际传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号频谱的限带信号 f(t) 。则：则：ttfkUucacmAMcos)(1 2. 调幅信号波形调幅信号波形 波形特点：波形特点： (1) 调幅波的振幅（包络）变化规律与调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致调制信号波形一致; (2) 调幅度调幅度

6、ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度。 可以看出：可以看出： cmaUUUmminmax21一般一般ma值越大调幅越深：值越大调幅越深： (1cos)cosAMcmacuUmtt ( )(1cos)mcmaUtUmt tUuccmccostUu cos)1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm1ma 1ma （1 1）由单一频率信号调幅）由单一频率信号调幅 (1cos)cos11coscos()cos()22AMcmaccmc

7、acacuUmttUtmtmt 可见：可见：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量： 3. 调幅波的频谱调幅波的频谱 调制信号调制信号c c载波载波调幅波调幅波c +上边频上边频cmaUm21c - 下边频下边频cmaUm21cmU载载 波波 分分 量量 (c) ：不含传输信息：不含传输信息上变频分量上变频分量 (c+) ：含传输信息：含传输信息下变频分量下变频分量 (c-) ：含传输信息：含传输信息同样有三部同样有三部分频率成份分频率成份1coscos11coscos()cos()2211coscos()cos()22AMcmnnc

8、ncmcncnncnncmcncnncnnnuUmttUtmtmtUtmtmt (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波max max c c限带限带信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -max max 下边频带下边频带c c+ +maxmax上边频带上边频带max max max max max max 载载 波波 分分 量量 (c) ：不含传输信息：不含传输信息上变频分量上变频分量 (c+n) ：含传输信息：含传输信息下变频分量下变频分量 (c-n) ：含传输信息：含传输信息 由于：由于： 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu

9、4. AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图So: 要完成要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。tUtmtUttmUuccmaccmcacmAMcoscoscoscoscos1212cmcUPR 22m1224acacm UmPPPR 上上边边下下边边 212accAMmPPPPP下下边边上上边边22am 载载波波功功率率双双边边带带功功率率22222212aaaammmm 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率(2) 上、下边带的平均功率：上、下边带的平均功率： (3) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率：在调制信号一周期

10、内，调幅信号输出的平均总功率： (4) 边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： (1) R上消耗的载波功率：上消耗的载波功率： 5. 调制波的功率调制波的功率 设调幅波传输信号至负载电阻设调幅波传输信号至负载电阻R上，那么调幅波各分量功率为：上，那么调幅波各分量功率为： 分析：分析：有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。费大，效率低。如当如当100%调制时调制

11、时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的，双边带功率为载波功率的1/2，只占用了调幅波功率的，只占用了调幅波功率的1/3。 但但AM波调制方便，解调方便，便于接收。波调制方便，解调方便，便于接收。22am 载载波波功功率率双双边边带带功功率率22222212aaaammmm 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率 在在AM调制过程中，如果调制过程中，如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制载波抑制载波的双边带信号的双边带信号，简称双边带信号，它可以，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号用载波和调制信号直接相乘得到直接相乘得到，即：，即：coscos1cos()cos()2DSBmc

12、mcmcmccukUUttkUUtt coscos1cos()cos()2DSBcmnncncmncnncnnnukUUttkUUtUt 若调制信号为单一频率信号：若调制信号为单一频率信号： 若调制信号为限带信号：若调制信号为限带信号： )()(tutkuucDSB 6. 双边带（双边带（double side band，DSB）调幅信号）调幅信号 （1） 数学表达式数学表达式（2）波形与频谱）波形与频谱tU cos(1) DSB信号的包络随调制信号信号的包络随调制信号 变化变化 。(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调

13、即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。波高频与原载波反相。因此严格地说，因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号既调幅又调相的信号。高频振荡的相位在。高频振荡的相位在f(t)=0瞬间有瞬间有180o突变。突变。(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频c c- -max max c c+ +maxmax1( )co

14、s()cos()2DSBmcmccutkUUtt 1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 1( )cos()2cos()SSBLmcmccutkUUtUt 单边带单边带(SSB)信号：信号：由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时表示式为：其单频调制时表示式为：上边带信号：上边带信号：下边带信号：下边带信号：7. 单边带单边带( single side band，SSB)信号信号 为节约频带，提高系统功率和带宽效率，常采用单边带调制系统为节约频带，提高系统功率和

15、带宽效率，常采用单边带调制系统 。max max 限带限带信号信号c c载波载波c c- -max max 下边频带信号下边频带信号 c c+ +maxmax上边频带信号上边频带信号c c+ +maxmaxc c- -max max 单音调制的单音调制的SSB信号波形信号波形 uSSB(t)0tfc FU1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 上边带信号：上边带信号： 调调频频调调幅幅信信号号调调相相调调幅幅信信号号纯纯调调幅幅信信号号,)sinsincos(cos:,coscos:cos)cos1 (:ttttUuSSBttUkUuDSBttmUuAMccSSBcc

16、DSBccAM 8. 振幅调制电路的功能振幅调制电路的功能分析：三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制分析：三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的电路的实现是以乘法器为核心的线性频谱搬移电路线性频谱搬移电路。输入：调制信号和载波信号输入：调制信号和载波信号输出：调幅信号输出：调幅信号高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，一般在大信号下工作，要兼：功放和调制同时进行，一般在大信号下工作，要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。顾输出功率、效率和调制线性的要求。主要用于主要用于AM信号。信号。低电平调制低电平调制：先调制后功放，调制低功率在

17、下进行，输出功率、：先调制后功放，调制低功率在下进行，输出功率、效率不是主要技术指标；提高调制线性，减小不需要的分量的产效率不是主要技术指标；提高调制线性，减小不需要的分量的产生和提高滤波性能。生和提高滤波性能。主要用于主要用于DSB、SSB以及以及FM信号信号。9. 振幅调制电路的分类振幅调制电路的分类10. 振幅调制电路的基本组成原理振幅调制电路的基本组成原理一般，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器一般，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。三部分组成。输入回路输入回路：将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接：将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非

18、线性器件上。加到非线性器件上。非线性器件（二极管、三极管、乘法器）：非线性器件（二极管、三极管、乘法器）：产生新的频率。产生新的频率。二极管和乘法器多用于低电平振幅调制；三极管多用于高二极管和乘法器多用于低电平振幅调制；三极管多用于高电平振幅调制。电平振幅调制。带通滤波器：带通滤波器：取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分。成分。u2K(t)ttu2正半周：正半周：D导通导通u2负半周：负半周：D截止截止121( )( )ddLiu tu trR 0di 22221211222()coscos 3cos 5.23512(-1)cos(21)2(21)n

19、nKttttntn 周期方波周期方波开关函数开关函数221( )0()0( )0utKtut 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu15.2 二极管调幅电路二极管调幅电路 0. 开关函数开关函数22221211222()coscos3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu1222112211222coscos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt id 的频谱成份的频谱成份： 12212121.,2.3.214.2n

20、n 5 5. .直直流流222112211222coscos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt 设设: :tUum costUuccmc cos mcmUU ()ddcdig Kt u ()LdLdLcdui Zg Z Kt u 10()00cccuKtu tUtUuccmmd coscos 且且: :回路电流回路电流: : LddZrg 1而而: : 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt id 的频谱成份：的频谱成份： ,221cccnn c 2 c 3 c c c B=2Duuc+- -+- -RLLCid+- -uL+

21、- -udZL1. 单二极管开关状态调幅电路（产生单二极管开关状态调幅电路（产生AM信号）信号）为一个为一个AM信号信号LddoRrg1 011( )coscoscos2141coscos21coscosLdocmLcdomLccmdocmLccmcu tg U Rtg URttUg U RttUUmtt 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压为，则输出电压为uL(t)。如果选频回路工作在如果选频回路工作在c 处，且带宽为处，且带宽为B = 2。 c 2 c 3 c c c B=2 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt 上半部分与下半部

22、分电路对称上半部分与下半部分电路对称(1) 电路结构：电路结构：2. 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR 而而 10()00cccuKtu (2) 工作原理分析：工作原理分析：122( )()22cos122coscos3.223cdLmccdLutiiiKtrRUtttrR 121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR i 的频谱成份：的频谱成份： ,.)2 , 1 , 0()12(n

23、nc c+ c-3c+3c-调幅波，为，若经过滤波，DSBcoscos24ttRrURuiRucLdmLLLL二极管平衡调制器波形二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uuVD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1在平衡电路的基础上，增加两个二极在平衡电路的基础上，增加两个二极管管D3、D4使电路中四个二极管首尾相使电路中四个二极管首尾相接。接。T1的初次级匝数比为的初次级匝数比为1:2，T2为为2:1，T3为为1:1。 3241VDVDVDVD构成环形，构成环形， mccmccmmcoscosuUtuUtUU 设

24、：设：3. 二极管环形调幅电路（实现二极管环形调幅电路（实现DSB信号）信号） IIVDVDVDVDtuIVDVDVDVDtucc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)(21434321则有则有 VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1+uL- -u+- -u+- -u+- -+ - -uc+ - -uc当当0)( tuc122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 0)( tuc当当LdcLdcRrtutuiRrtutui2)()(2)()(342221222()coscos3cos5.

25、235cKtttt 0100tututKccc122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 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在负载在负载RL上产生的电流为：上产生的电流为：2( )()()22cos44coscos3.23ccdLmccdLutiiiKtKtrRUtttrR i 的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率 cn 12性能更接近理想乘法器。性能更接近理想乘法器。3c- 3c+c- c+双平衡调制器电路及波形双平衡调制器电路及波形 iL2总结：总结：u(t)u(t) 这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为

26、这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：AM信号大都用于无线电广播，因此多用高电平调制。信号大都用于无线电广播，因此多用高电平调制。6.3 晶体管调幅电路晶体管调幅电路 基极调幅基极调幅(Base AM) 集电极调幅电路集电极调幅电路(Collector AM)其工作原理就是利用改变某一电极的直流电压以控制集电其工作原理就是利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。极高频电流振幅。随着随着V Vcccc的增加工作状态由过压的增加工作状态由过压临界临界欠压。欠压。集电极电源电压集电极电源电压Vcc变化对工作状态的影响变化对工作状态的影响 （ Vbb、gc、Ubz、Ubm、Rp不变

27、不变ubemax、IQ、c、gd不变）不变）QVCC2QVCC1QVCC3过压过压欠压欠压0临临界界VCCcm1I0cI过压过压欠压欠压0临临界界VCC0cCCIVP ocPPP2ocm112pPIRuceiCiCA3A3MA2A1B3B2B1uBEmaxC3C2C11. 集电极调幅电路集电极调幅电路 RbCbVTCCcT1T2T3LiboCb为高频旁路电容；为高频旁路电容；Cc对高频对高频旁路，对低频调制信号呈高阻旁路，对低频调制信号呈高阻抗；抗；Rb为基极自给偏压电阻。为基极自给偏压电阻。放大器工作在丙类状态放大器工作在丙类状态，集电集电极电路中除直流电压极电路中除直流电压VCT外，还外，

28、还串有调制信号：串有调制信号：( )cosmutUt cosCCCTVVUt 集电极有效动态电源为集电极有效动态电源为： +uc- -+u- -+uo- -+VCTVCCicicuCE VcTu(t)ic tiC1(t) t Vcc tuBEmaxVcc欠压区欠压区过压区过压区临界区临界区Ic1Ico波形分析波形分析1. 综合供电电压越低，饱和越深，综合供电电压越低，饱和越深，过压越严重；过压越严重；2. ic的波形：的波形：ic波形下凹，过压越深，下凹越严重；波形下凹，过压越深，下凹越严重；当当 达到最高点时，达到临界。达到最高点时，达到临界。cosCCCTVVUt cosCCCTVVUt

29、* 问题：问题：VcT 时，进入严重过压，时，进入严重过压，Ic1m VcT 时，进入欠压，时，进入欠压， Ic1m 变化缓慢。变化缓慢。调制特性不理想调制特性不理想00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt ( )(1cos)cccTcTaVVu tVmt macTUmV （1）载波状）载波状态时态时( )0u t 0011cccTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)cccTaVVmt （2）调幅波）调幅波峰时峰时cos1t 0011(1)(1)(1)cccTacc Tac

30、mc TaVVmIImIIm00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)cccTaVVmt （3）调制信号一个周期内：）调制信号一个周期内：0av00011()(1cos) ()22ccc Tac TII dtImt dtI 212cos1cos12121202000aTTccTaTccTaTcacTcccavmPIVmIVtdtmItmVtdIVP(A) (A) 集电极电源总的输入功率集电极电源总的输入功率212121cos121212121222122121aoTapTcpaTcpmcoavmPmRItdRtmItdRIP(B) (B) 调制一个

31、周期内的平均输出功率调制一个周期内的平均输出功率212122acTaoTToavavcavmPmPPPPP(C) (C) 集电极损耗功率集电极损耗功率(D) (D) 调制一周期内平均集电极效率调制一周期内平均集电极效率: :cTavoavavPP(4) (4) 结论结论(A) (A) 集电极调幅必须工作在过压区。集电极调幅必须工作在过压区。21)B(2aoToavmPP供大功率，这是缺点。要大，即调制信号要提大功率输出要求PPPPmPmPPTTaTaTav221)C(22cMacToavavcavPmPPPP21)D(2cTavoavavPP)E(某集电极调幅电路如图所示。集电极直流电压某集电

32、极调幅电路如图所示。集电极直流电压VcT=24V，集电极电流分量，集电极电流分量Ic0=20mA，调制变压器次级的调制音频电压为，调制变压器次级的调制音频电压为 ，集，集电极电平效率电极电平效率 ，回路载波输出电压，回路载波输出电压 。试求：试求：(1)(1)调幅指数调幅指数 ；(2)(2)输出调幅波的数学表示式；输出调幅波的数学表示式；(3)(3)直流电源直流电源 提供的直流电平输入功率；提供的直流电平输入功率；(4)(4)调制信号源调制信号源 提供的平均输入功率；提供的平均输入功率；(5)(5)有效电源有效电源 提供的总平均输入功率；提供的总平均输入功率；(6)(6)载波输出功率、边频输出

33、功率和总平均输出功率；载波输出功率、边频输出功率和总平均输出功率；(7)(7)集电极最大和最小的瞬时电压。集电极最大和最小的瞬时电压。3( )16.8sin 210uttV80%cav6( )21.6cos210cu ttVamcTV( )ut( )cTVut和CCLVbb+-+VcTuc(t)uub （Vcc、 Ubm 、gc、Ubz、Rp不变时，不变时，V Vbbbb增大增大ubemax、c增加，增加，| |IQ | |、| gd |减小）减小）bemaxubemaxuVbb增大的含义是从负电压增大的含义是从负电压向小于向小于Ubz的正电压变化的正电压变化随着随着Vbb的增加工作状态由欠压

34、的增加工作状态由欠压临界临界过压过压改变改变Vbb对工作状态的影响对工作状态的影响QVCCuceiCiC A1A2A3A3B2B1B3M欠压过压临界Vbb1cmI0cI欠压过压临界Vbb0cCCIVP 1cmcmo21IVP QQbemaxubemaxuC2C1C3 C1、 C3 为高频旁路电容为高频旁路电容C2 为低频旁路电容为低频旁路电容( )(1cos)bbBTbTaVVu tVmt 特点：基极调幅电路的调幅效率较低，特点：基极调幅电路的调幅效率较低，输出波形较差，但所要求基极输入调输出波形较差，但所要求基极输入调制信号的功率较小。制信号的功率较小。icuCEuBEmax临界临界过压过压

35、欠压欠压UBou(t)UB(t)ic1m(t)uCE tic1 tic tu(t)00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt 2. 基极调幅电路基极调幅电路 mabTUmV 载波状态时载波状态时:( )0u t 0011bbbTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)bbbTaVVmt 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)bbbTaVVmt 调幅波峰时调幅波峰时:cos1t 0011(1)(1)(1)bbbTacc Tac mc

36、TaVVmIImIIm 调制信号一个周期内：调制信号一个周期内：00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)bbbTaVVmt (2) 调制一个周期内的平均输出功率：调制一个周期内的平均输出功率：212121221aoTpmcoavmPtdRIP基极调幅电路的特点基极调幅电路的特点:必须工作于欠压区。必须工作于欠压区。载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。调制过程中，效率是变化的。调制过程中，效率是变化的。调制线性范围小，只能用于输出功率小，对失真调制线性范围小，只能用于输出功率小，对失真要求不严的发射机中。

37、要求不严的发射机中。TavPPcTaavm212基极调幅优点：基极调幅优点：对调制信号只要求很小的功率，电对调制信号只要求很小的功率，电路简单，有利于整机的小型化。路简单，有利于整机的小型化。基极调幅缺点：基极调幅缺点：因工作在欠压状态，电压利用系数因工作在欠压状态，电压利用系数和集电极效率较低，管耗很大。和集电极效率较低，管耗很大。与低电平调幅电路相比，高电平调幅电路的优点是调幅与功与低电平调幅电路相比，高电平调幅电路的优点是调幅与功放合一，整机效率高，可直接产生很大功率输出的调幅信号。放合一，整机效率高，可直接产生很大功率输出的调幅信号。但也有一些缺点和局限性，一是只能产生普通调幅信号，二

38、但也有一些缺点和局限性，一是只能产生普通调幅信号，二是调制线性度差。是调制线性度差。6.4 模拟相乘器及基本单元电路模拟相乘器及基本单元电路等各种技术领域。等各种技术领域。模拟乘法器可应用于：模拟乘法器可应用于： 测测量量设设备备自自动动控控制制通通信信工工程程模模拟拟运运算算模拟相乘器的基本概念：模拟相乘器的基本概念：具有两个输入端（常称具有两个输入端（常称X输入和输入和Y输入）和一个输出端（常称输入）和一个输出端（常称Z输出），输出）， 是一个三端口网络，电路符号如图所示。是一个三端口网络，电路符号如图所示。 uxuyuzXYZ理想乘法器：理想乘法器： uz(t)=kux(t)uy(t)

39、式中：式中：k为为增益系数或标度因子增益系数或标度因子， 单位：单位： ，k的数值与乘法器的电路参数有关。的数值与乘法器的电路参数有关。 V1V1或或 或或 Z=kXY一、乘法器的工作象限一、乘法器的工作象限 乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。 XYXmax-Xmax Ymax-Ymax 输入电压可能有四种极性组合：输入电压可能有四种极性组合： X Y Z （+） （-） = （-） 第第象限象限 （-） （-） = （+） 第第象限象限 （-） （+） = （-） 第第象限象限 （+） （+） = （+） 第第象限象限

40、两个输入信号只能为单极性信号的乘法器为两个输入信号只能为单极性信号的乘法器为“单象限乘法器单象限乘法器”；一个；一个输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为“二象二象限乘法器限乘法器”；两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为；两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为“四四象限乘法器象限乘法器”。 二、理想乘法器的基本性质二、理想乘法器的基本性质 1、乘法器的静态特性、乘法器的静态特性（1） 0000ZYXZYX时，为任意值，为任意值时，当（3）当）当X=Y或或X=-Y，Z=KX2或或Z=-KX2， 输出与输入是平方律

41、特性（非线性）。输出与输入是平方律特性（非线性）。XYX=YX=-Y 2、乘法器的线性和非线性、乘法器的线性和非线性理想乘法器属于非线性器件还是理想乘法器属于非线性器件还是线性器件线性器件取决于取决于两个输入电压的两个输入电压的性质。性质。当当X或或Y为一恒定直流电压时，为一恒定直流电压时，Z=KCY=KY，乘法器为一，乘法器为一个线性交流放大器。个线性交流放大器。 当当X和和Y均不定时，乘法器属于非线性器件。均不定时，乘法器属于非线性器件。 （2）当）当X=C（常数），（常数），Z=KCY=KY，Z与与Y成正比（线性关系）成正比（线性关系）XYC0C0 基本电路结构基本电路结构是一个恒流源差

42、分放大电路，不同之处是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于恒流源管在于恒流源管VT3的基极输入了信号的基极输入了信号uy(t)，即恒流源电流即恒流源电流Io受受uy(t)控制。控制。 三、模拟相乘器的基本单元电路三、模拟相乘器的基本单元电路 1、二象限变跨导模拟相乘器、二象限变跨导模拟相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由图可知：由图可知： ux = ube1 - ube2 根据晶体三极管特性，根据晶体三极管特性，VT1、VT2集集电极电流为：电极电流为： TBE1Se1c1UuIii/e TBE2Se2c2UuIii/e VT3的集电极电流

43、可表示为：的集电极电流可表示为：)e1 ()1 (/Txe1e1e2e1e2e1oUuiiiiiiI 可得：可得：)11/Txooe12th(2TUu IeIiUux同理可得：同理可得： )1 1/Txooe22th(2TUu IeIiUux式中，式中， 为双曲正切函数。为双曲正切函数。 )2(TxthUuTxUu2oIic1ic2Io 0-3321-1-2uo差分输出电流差分输出电流io为为:)Txoc2c1od2th(UuIiii 可以看出，当可以看出，当ux 0） E3yoRuuIbe 输出电压输出电压uo为为 : xbe3ETCyxETCxCmodo22uuRURuuRURuRgRiu

44、C差分放大电路的跨导差分放大电路的跨导gm为为: Toxodm2UIuig由于由于uy控制了差分电路的跨导控制了差分电路的跨导gm，使输出，使输出uo中含有中含有uxuy相乘项，故称为相乘项，故称为变跨导乘法器。变跨导乘法器。 变跨导乘法器输出电压变跨导乘法器输出电压uo中存在非相乘项，中存在非相乘项，而且要求而且要求uyube3，只能实现二象限相乘。，只能实现二象限相乘。 ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3uoRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io基本电路结构基本电路结构 VT1，VT2，VT3，VT4为双平衡的差分对，为双平衡的

45、差分对，VT5，VT6差分对分别作为差分对分别作为VT1，VT2和和VT3，VT4双差分对双差分对的射极恒流源的射极恒流源。 四、四、 吉尔伯特（吉尔伯特（Gilbert）乘法器）乘法器1、Gilbert乘法单元电路乘法单元电路是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io 工作原理分析工作原理分析 根据差分电路的工作原理：根据差分电路的工作原理： TyoTxTxUuthIiiUuthiiiUuthiii22265634521 又因输出电压：又因输

46、出电压：TyTxcoTxccccBAoUuthUuthRIUuthRiiRiiiiRiiiiRiiu222)()()()()()(6534214231+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6当输入为小信号并满足：当输入为小信号并满足：TyTyTxTxTyTxUuUuthUuUuthmVUumVUu22222626TyTxcooUuthUuthRIu22RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6yxyxTcoouKuuuURIu24 而标度因子而标度因子24TcoURIK 分析：分析：只有当输入信号较小时，只有当

47、输入信号较小时，具有较理想的相乘作用，具有较理想的相乘作用，ux，uy 均可取正、负两极性，故为四象均可取正、负两极性，故为四象限乘法器电路，但因其线性范围限乘法器电路，但因其线性范围小，不能满足实际应用的需要。小，不能满足实际应用的需要。 VT5VT6RyIoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6RyVT5VT6Ry2、具有射极负反馈电阻的、具有射极负反馈电阻的Gilbert乘法器乘法器使用射极负反馈电路使用射极负反馈电路Ry，可扩展可扩展uy的线性范围，的线性范围，Ry取值应远大于晶体取值应远大于晶体管管T5 ,T6 的发射极电阻，即有的发射极电阻，即有oyeyoyey

48、IrRIrRmV26;mV2665 当加入信号当加入信号uy时，流过时，流过Ry的电流的电流为：为： YyeeYyYRurrRui 65iAiB+ux-+uo-iY有有 Yoy6Yoy5iIiiIiYyYRuiii2265 TxyycTxccBAoUuthuRRUuthRiiRiiu222)()(65+uy-iYi5i6+uy-考虑考虑 Yoy6Yoy5iIiiIi如果如果ux0，二极管导通；二极管导通；当当uD= ui- uo50)3533115231 tg3333RrRgdd 代入上式可得：代入上式可得：ttmUucaimi cos)cos1( )cos1()(tmUKtuaimdo co

49、sKRd（2）检波的等效输入电阻）检波的等效输入电阻idR峰值检波器常作超外差接收机峰值检波器常作超外差接收机中放末级的负载中放末级的负载，故其输入阻抗对前级故其输入阻抗对前级的有载的有载Q值及回路阻抗有直接影响值及回路阻抗有直接影响，这也是峰值检波器的主要缺点。这也是峰值检波器的主要缺点。讨论：讨论： 当当VD和和R确定后，确定后，即即为恒定值，与输入信号大小无关，为恒定值，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。表明输入已调波的包络亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入已调波的包络与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波 则

50、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，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：3333RrRgDd 检波器的输入电阻检波器的输入电阻Rid是为研究检波器对是为研究检波器对其输入谐振回路影响的大小而定义的，其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，因而，Rid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:tUucimi cos +-uo中放末级中放末级RsVDRCsCLsisRid+-uiKdUimui(t)t忽略二极管导通电阻忽略二极管导通电阻rd上

51、的损耗功率，由上的损耗功率，由能量守恒原则，检波器输入端的高频功率能量守恒原则，检波器输入端的高频功率 id2im2RURUK2im2d全部转换为输出端负载电阻全部转换为输出端负载电阻R上消耗的功上消耗的功率率 即有即有 RUKRU2im2did2im2 又因又因Kd=cos 1 RR21id 所以所以 (1) 惰性失真惰性失真二极管峰值型检波器中存在着两种特有失真：二极管峰值型检波器中存在着两种特有失真： 惰性失真惰性失真底部切割失真底部切割失真为了提高检波效率和滤波效果，（为了提高检波效率和滤波效果，（C越大，高频波纹越小），总希望越大，高频波纹越小），总希望选取较大的选取较大的R、C值，

52、但值，但如果如果R、C 取值过大，使取值过大，使R、C的放电时间常数的放电时间常数= RC 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，会造成包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失真是由于这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。(2) 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(3) 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

53、电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即：即：ttUtuAMC )(tui(t)与与uc(t)uc(t)ui(t)3. 检波器的失真检波器的失真 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。的峰值。即即ttmUuaimi0cos)cos1( )cos1()(tmUtUaimAM 1sin)(tUmttUimaAM )cos1(tmUuaimC RCttaimCetmUtu1)cos1()(1 )cos1(111tmURCtuaimttC 11sin)cos1(1t

54、mUmtmURCaimaim 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：在在t1时刻包络时刻包络的的变化率变化率: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(4)分析：分析：则有：则有：1cos1sin11 tmtmRCAaa1t)(tUAMCu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:0 dtdA 0cos1sinco

55、s)cos1(22222 tmtRCmttmmRCdtdAaaaa即：即：;cosamt 221cos1sinamtt 可解得：可解得：aammRC 21有有实际应用中，实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带由于调制信号总占有一定的频带(minmax)，并且各频，并且各频率分量所对应的调制系数率分量所对应的调制系数ma也不相同，设计检波器时，应该用最大调也不相同，设计检波器时，应该用最大调制度制度mmax和最高调制频率和最高调制频率max来检验有无惰性失真，其检验公式为来检验有无惰性失真，其检验公式为可见，可见，ma，越大，信号包络变化越快，要求越大，信号包络变化越快，要求RC的值就应该越小

56、。的值就应该越小。maxmax2max1mmRC )cos1(tmUaim Uim(1-ma)(5) 底部切割失真底部切割失真1) 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如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：连接如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求： Ui mRRRUULDCR UR二极管截止，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，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。当当 UR Uim(1-ma)ttmUucaimi cos)cos1( UR或或min

57、dL1CR mindL1 CR 通常通常Cd取值较大取值较大(一般为一般为510F)，在在Cd两端的直流电压两端的直流电压UDC，大小近似等，大小近似等于载波电压振幅于载波电压振幅UDC=KdUim UDC经经R和和RL分压后在分压后在R上产生上产生的直流电压为：的直流电压为： 由于由于UR对对检波检波二极管二极管VD来说相来说相当于一个反向偏置电压，会影响当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。二极管的工作状态。 在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR ,显然，显然，RL越小，越小，UR分压值越大，底部切分压值越大，底部切割割失真越容易产生

58、；另外，失真越容易产生；另外，ma值越大，调幅波包络的振幅值越大，调幅波包络的振幅maUim越大，调幅波包络的负峰值越大，调幅波包络的负峰值Uim(1-ma)越小，底部切越小，底部切割割失真也越易产生。失真也越易产生。 后级放大器后级放大器ui+-CRLRVDCd+UDC -+-UR+u(t)-要防止这种失真，要求调幅波包络的负要防止这种失真，要求调幅波包络的负峰值峰值Uim(1-ma)须大于直流电压须大于直流电压UR。即：即：RRRUmUimLaim)1( 避免底部切割失真的条件为：避免底部切割失真的条件为： RRRRRRRRm /LLLa式中：式中：R=RL/R为输出端的交流负为输出端的交

59、流负载电阻，而载电阻，而R为直流负载电阻。为直流负载电阻。 一般：一般： 1)/( idsscLRRCQ (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。cTRC 为高频载波周期为高频载波周期cT(2) 为发保证输出的高频纹波小要求：为发保证输出的高频纹波小要求：cRC 1 即即 4. 检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择 (3) 为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）要求：要求：不影响下限频率不影响上限频率ddLCCRCRCminmax11

60、 min maxmaxmax2maxmm1RC (4) 为了避免惰性失真：要求：为了避免惰性失真：要求：LLRRRm RRRL/(5) 为了避免底部切割失真：为了避免底部切割失真：或或+-u中放末级中放末级RidRLCVDRCsLsRsisCd1. 小信号检波概念小信号检波概念输入高频信号的振幅小于输入高频信号的振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的，利用二极管伏安特性的弯曲部弯曲部分分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。 2. 小信号检波器的工作原理小信号检波器的工作原理因为是小信号输入，检波器需外因为是小信号输入，检波器需外加偏压加偏压VQ使