高频电子第五章.

1、5.1 概述概述5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.4 调调幅幅信号的解调信号的解调 第第5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.5 混频器原理及电路混频器原理及电路 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 (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 co

2、s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）振幅调制振幅调制解调（检波解调（检波)混频（变频）混频（变频）属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 (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。51概述概述休息1休息2 调调相相的的逆逆过过程程鉴鉴相相调调频频的的逆逆过过程程鉴鉴频频振振幅幅调调制制的的逆逆过过程程振振幅幅检检波波(7)振幅调制分三种方式：振幅调制分三种方式： )()()(SSBDSBAM单单过过带带调调制制抑抑制制载载波波的的双双边边带带调

3、调幅幅普普通通调调幅幅 （5）相位调制：）相位调制：调制信号控制载波相位调制信号控制载波相位，使，使已调波的相位随调已调波的相位随调 制信号线变化。制信号线变化。 （ 6）解调方式：）解调方式：（4）频率调制：）频率调制：调制信号控制载波频率调制信号控制载波频率，使，使已调波的频率随调制已调波的频率随调制 信号线性变化。信号线性变化。（3）振幅调制：由）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅幅 随调制信号线性变化。随调制信号线性变化。休息1休息25.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析二、双边带信

4、号二、双边带信号三三 、单边带信号、单边带信号返回休息1休息2（1） 设：载波信号：设：载波信号： tUuccc cos 调制信号：调制信号： tUu cos那么调那么调 幅信号（已调波）可表达为：幅信号（已调波）可表达为： ttUucmAM cos)( 由于由于调调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，即有： tUkUtUacm cos)(，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即： )cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm 式中式中ma为调制为调制 度，度， caaUUkm 常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmUucacAM

5、cos)cos1( 1. AM调幅波的数学调幅波的数学表达式表达式 返回5.2.1 标准振幅调制（标准振幅调制（AM）信号分析）信号分析休息1休息2则有则有 ttmUucnnnncAM cos)cos(11 其中：其中： nanUkm 若将若将 )(tf分解为：分解为： 1)cos()(nnnntUtf 一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一般，实际中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一个连续频谱的限带信号 。) t ( f则则ttfkUucacAM cos)(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）

6、调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2) 调幅度调幅度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： caUUUmminmax21 一般一般m值越大调幅越深：值越大调幅越深： ttmUucacAM cos)cos1( )cos1()(tmUtUacm tUuccc cos tUu cos)1 (maxacmUU cU)1 (minacmUU 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)(10aaammm返回休息1休息21ma 1ma 仿真仿真（1）由单一频率

7、信号调）由单一频率信号调 幅幅 tmtmtUttmUucacacccacAM)cos(21)cos(21coscos)cos1( 含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(ccc 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载波载波调幅波调幅波返回c +上边频上边频caUm21c - 下边频下边频caUm21cU同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 nncnnncnccnncnncncc

8、cnnncAMtmtmtUtmtmtUttmUu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1 含含信信息息下下边边带带含含信信息息上上边边带带不不含含信信息息载载波波分分量量)()(:ncncc (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波返回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 下边频带下边频带c c+max上边频带上边频带max max max 由于：由于：tUtmtUttmUuccacccacAM coscoscoscos)cos1( 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 u

9、AMucu4、AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成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。仿真仿真返回LccRUP221 caLcaPmRUmPP422122 下下边边上上边边 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42am 载载波波功功率率单单边边带带功功率率22222212aaaammmm 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率2224aamm 平平均均总总功功率率单单边边带带功功率率(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，

10、调幅信号输出的平均总功率在调制信号一周期内，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： RL上消耗的载波功率：上消耗的载波功率： (1)5、调制波的功率、调制波的功率那么调幅波各分量的功率为：那么调幅波各分量的功率为： 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RL上，上，由于由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身在普通调幅波信号中，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

11、的功率浪费大，效率低。调幅波的功率浪费大，效率低。但但AM波调制方便，解调方便，便于接波调制方便，解调方便，便于接收。如当收。如当100%调制时调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的，双边带功率为载波功率的 ，只占用了，只占用了调幅波功率的调幅波功率的 ，而当，而当 ,213121 maPc98PAM 休息1 休息2 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抑制载波的双边带信号载波的双边带信号，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用载波和调制信号直接相乘得到信号直接相乘得到，即：，即： ttUkUttUkUucccDSB)

12、cos()cos(21coscos00 nncnnncnccnnncDSBtUtUkUttUkUu)cos()cos(21coscos 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率信号： 调制信号为限带信号的调制调制信号为限带信号的调制： )()(tutkuucDSB 5.2.2双边带双边带( double sideband DSB)调幅调幅信信号号 、 数学表达式数学表达式返回休息1 休息22. 波形与频谱波形与频谱5.2.2双边带双边带( double sideband DSB)调幅调幅信信号号 tU cos(1) DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号 (2) DSB信号载波

13、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即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，因此严格地说，DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。(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，功率利用率高于用率高于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仿真仿真返回休息1 休息2 ttUkUtucccDS

14、B)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 单单边带边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个信号是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。其单频调制时的表示式边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：为：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号5.2.3 单边带单边带( single sideband SSB)信号信号 返回休息1 休息21. SSB信号的信号的性质性质 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的在现代电子

15、通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统）调制系统 max 限带限带信号信号c c载波载波c c- -max 下边频带信号下边频带信号 c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 由由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：如：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号2

16、. 单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现 上边带滤波器上边带滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法 器器 ucuDSBu返回休息1 休息2(1) (1) 滤波法滤波法 有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法 ：下边频带信号下边频带信号DSB信号信号c c- -max c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max 另外由三角公式：另外由三角公式： (2) 相移法相移法 ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( ttUttUtuccSSBL sinsincoscos

17、)( 利用上三角公式的实现电路如下图所示：利用上三角公式的实现电路如下图所示：tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器00相移相移00相移相移加法加法 器器减法减法 器器tUcc sintU sin返回休息1 休息2仿真仿真 移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相某一固定的单频率信号移相900，从而回避了难以在宽带内准，从而回避了难以在宽带内准确移相确移相900的缺点。的缺点。 (3) 移相滤波法移相滤波法 移相滤波法实现单边带调幅的电路框图移相滤波法实现单边带调幅的电路框

18、图 返回休息1 休息2u=sintu =sin1t单频信号单频信号uc =sinct载波载波u1 = sint sin 1tu2 = sint cos 1tu3 = cos(1- -)tu4 = sin (1- -)tu5 = cos(1- -)t sin ctu 6 = sin (1- -)t cos ct+乘法器乘法器900移相移相低通滤波低通滤波乘法器乘法器低通滤波低通滤波乘法器乘法器900移相移相乘法器乘法器相加器相加器相减器相减器- -u5 + u 6u5 - - u 6相加器相加器输出电压：输出电压：u SSBL = u 5+ u 6= sin (c+ 1)-t = sin c1-

19、t 相减器相减器输出电压输出电压：u SSBU = u 5- u 6= sin (c- 1)+t= sin c2+t 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3 .1 低电平调幅电路低电平调幅电路 5.3 .2 高电平调幅电路高电平调幅电路 1 . 二极管调幅电路二极管调幅电路 2. 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路 1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 返回2. 基极基极调幅电路调幅电路 通常分为：通常分为： 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 (:ttttUuSSBttUkUuDSBt

20、tmUuAMccSSBccDSBccAM 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以，所以振幅调制振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。具体的说调制可分为具体的说调制可分为高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于：功放和调制同时进行，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，主要用于：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及以及FM信号。信号。5.3 .1 低电平调幅电路低电平调幅电路 低电平调幅电路常采用第低电平调幅电路常采用第4章

21、介绍的频率变换电路来实现章介绍的频率变换电路来实现 二极管调幅电路二极管调幅电路 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路 信信号号可可产产生生平平衡衡二二极极管管电电路路信信号号都都可可产产生生单单二二极极管管电电路路DSBAM如下图所示的电路设如下图所示的电路设:tUum costUuccmc cos mcmUU dddutSgi)( dLdLdLutSZgZiu)( 0001)(ccuutStUtUuccmmd coscos (1)单二极管电路单二极管电路且且 则回路电流则回路电流: LddZrg 1而而 1 . 二极管调幅电路二极管调幅电路 tUtUttZguccmmccLdL c

22、oscos.3cos32cos221 的频谱成份的频谱成份：di ccnn 122 ,0 c 2 c 3 c)(tuLc 2B如果选频回路工作在如果选频回路工作在 处，且带宽为处，且带宽为 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，则输出电压 为：为： ttmUttUURUgttRUgtRUgtucccmmLcmdoccLmdoLcmdoL coscos1coscos4121coscos1cos21)(00 为一个为一个AM信号信号仿真仿真 c c 返回休息1 休息2B=2VDusuc+- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZLLddoRrg 1 上半部分与下半部分

23、电路上半部分与下半部分电路对称其等效电路如右图所示。对称其等效电路如右图所示。 1 电路结构：电路结构：(2)二极管平衡电路二极管平衡电路 2 工作原理分析：工作原理分析：设：设： mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos 22211121)()()()()()(ddddddcdcdutSgiutSgitutuututuu式中式中 LdddRrgg2121 而而 0001)(ccuutSLdLLdLRiuRiu22112;2 )()(4)(2)(2212121tutSgRuutSgRiiRuuudLdddLddLLLL 继续反回仿真仿真休息1 休息2tUttgRumccdLL co

24、s.3cos32cos2214 的频的频Z谱成份：谱成份：Lu ,.)2 , 1 , 0()12(nnc c+ c-3c+3c-如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率c处，且带宽处，且带宽B=2 ，谐振时，谐振时的负载阻抗的负载阻抗ZL=2RL，则实际输出电压，则实际输出电压uL为：为：ttURgu coscos4mLdLc T2的初、次级匝比为的初、次级匝比为2:1，T2的次级输的次级输出电压为：出电压为： ttUttURguuLcc coscoscoscos221mLdL 能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 VD1VD32C2LRL

25、T2VD4VD2T3T1 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。 T1的初、次级匝数的初、次级匝数比为比为1:2，T2的的2:1，T3的的1:1。 1. 电路结构电路结构3241VDVDVDVD构成环形，构成环形， mcmccmcmcoscosUUtUutUu 且且 设：设：（3）二极管环形电路实现）二极管环形电路实现DSB信信号号返回 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)(2143432

26、1则有则有 休息1 休息2仿真仿真VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1+uL- -u+- -u+- -u+- -+ - -uc+ - -uc2. 工作原理分析工作原理分析当当0)( tuc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：)()(4)(1L1tutSRgtuLd )()(4)(2L2tutSRgtuLd 0)( tuc时，平衡电路时，平衡电路II在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为：当当 而其中：而其中： 0)(00)(1)(1tututScc 0)(10)(0)(2tututScc（3）二极管环形电路实现）二极管环形电路实

27、现DSB信信号号返回休息1 休息2仿真仿真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上产生的电压为：上产生的电压为： )()(4)()()(42121tutSgRtutStSgRuuudLdLLLL 0)(10)(1)(tututScc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.5cos543cos34cos4)( ttttSccc tUtttgRucccdLL cos.5cos543cos34cos44 有有 的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率Lu cn 12性能更接近理想乘法器。性能更接近

28、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ttURgtuLdL0coscos8)( 休息1 休息2仿真 )()(4)()()(42121tutSgRtutStSgRuuudLdLLLL T2的次级输出电压为：的次级输出电压为：ttRUguuLcLmdLcoscos42 tS (t)uc (t)t1- -12. 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路返回休息1休息2仿真仿真 用集成模拟相乘器来实现各种用集成模拟相乘器来实现各种调幅电路，电路简单，性能优越且稳调幅电路，电路简单，性能优越且稳定，调整方便，利于设备的小型化。定，调整方便，利于设备的小型化。

29、R151R6RW50k21k3.9k1kC2C2uo- -EE= - -8V694178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21k51516.8k7507503.9k 1）MC1596构成的调幅电路构成的调幅电路RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EE X通道两输入端通道两输入端8脚和脚和7脚直流电脚直流电位相同，位相同，Y通道两通道两输入端输入端1脚和脚和4脚之脚之间接有调零电路间接有调零电路 可通过调节电位器可通过调节电位器RW，使，使1脚脚电位比电位比4脚高脚高Uo，相当于在，相当于在1、4脚脚之间加了一

30、个直流电压之间加了一个直流电压Uo，以产生，以产生普通调普通调幅波幅波 。 实际应用中，高频载波电压实际应用中，高频载波电压uc加加到到X输入端口，调制信号电压输入端口，调制信号电压u及及直流电压直流电压Uo加到加到Y输入端口，从输入端口，从6脚脚单端输出单端输出AM信号。信号。 2. 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路仿真仿真返回休息1 休息22) BG314构成的调幅电路构成的调幅电路 RLuxuy13kIox10k28.2kR11141294Rw8133R13R37- -EE=-15V+15V561011IoyEC=15V- -15V10kRwxRwy2k2kRxRy BG31

31、4（MC1595）8.2k10k10k10k6.8k3.3kCLN1N2uo 8脚附加补偿调零电压脚附加补偿调零电压UXIS，12脚除附加补偿零电压脚除附加补偿零电压UYIS。ux=uc=Ucmcosctuy=u- -(- -Uo)=Uo+Umcost 若若2、14脚两端外接脚两端外接LC谐振回谐振回路的等效谐振电阻为路的等效谐振电阻为RL ，则则2(或或14)脚与地之间的负载为脚与地之间的负载为 RL 41 由式由式(4-50)可推出变压器次级可推出变压器次级回路输出的调幅波电压为：回路输出的调幅波电压为： ttUURRIUUnRuucomoyoxOXcmoLAMocos)cos1(2 如果

32、如果uy=u= Umcost ttRRIUUnRuucoyoxOXcmmLDSBocoscos2 这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：5.3 振幅调制电路振幅调制电路AM信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。5.3 .2 高电平调幅电路高电平调幅电路 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) 发射极调幅发射极调幅(Emitter AM)RbCbVTCCcT1T2T3Libo 电路中电路中Cb为高频旁路电容；为高频旁路电容；Cc对高频旁

33、路，而对低频调制对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻抗；信号呈高阻抗；Rb为基极自给为基极自给偏压电阻。放大器工作在丙类偏压电阻。放大器工作在丙类状态状态 ，集电极电路中除直流电集电极电路中除直流电压压EC外，还串有调制信号外，还串有调制信号tUtu cos)(tUEtUCC cos)(集电极有效动态电源为集电极有效动态电源为： +uc- -+u- -+uo- -+ECUC(t)1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 临界临界过压过压欠压欠压ECu(t)UC(t)iC1m(t)icicuCEEcu(t)ic tiC1 tUc(t) tuBEmaxVTT1T2LCLBC1Ce1Ce2CCC2C3C4C

34、ReR1R2 在基极调幅电路中：在基极调幅电路中：LC高频扼高频扼流圈，流圈，LB低频扼流圈，低频扼流圈，Ce1、Ce2、C2、C3、C4、CC 高频旁路电容，高频旁路电容，Re射极偏置电阻。低频射极偏置电阻。低频调制信号调制信号u(t)通过耦合电容通过耦合电容C1加在加在电感线圈电感线圈LB上上。电源电源EC经经R1、R2分压为基极提供直分压为基极提供直流偏置电压流偏置电压UBO ，即，即基极有效动态基极有效动态偏压为：偏压为：tUUtuUtUBOBOB cos)()(基极调幅电路的调幅效率较低，输出波形较差，但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制信号的功率较小。所

35、要求基极输入调制信号的功率较小。ECUBO+- -+uc- -+u- -+uo- -UB(t)2. 基极基极调幅电路调幅电路 icuCEuBEmax临界临界过压过压欠压欠压UBou(t)UB(t)ic1m(t)uCE tic1 tic tu(t)ic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是从高频已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，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方

36、式对应于不同的解调。程相对应的，不同的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 5.4 调调幅幅信号的解调信号的解调 5.4.1调幅解调的方法调幅解调的方法 1 包络检波包络检波 休息1 休息1t调幅波调幅波调幅波频谱调幅波频谱c+c- - c输出信号频谱输出信号频谱包络检波输出包络检波输出t 非线形电路非线形电路低通滤波器低通滤波器t调幅波调幅波t调幅波调幅波t调幅

37、波调幅波包络检波输出包络检波输出t包络检波输出包络检波输出t包络检波输出包络检波输出t 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器低通滤波器uDSBuou2 同步检波同步检波包络检波器包络检波器 加法器加法器uDSBuou仿真仿真uAM解调解调载波载波休息

38、1 休息1 (1) 电压传输系数电压传输系数Kd 3. 检波电路的检波电路的主要技术指标主要技术指标 是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。 当检波电路的输入当检波电路的输入信号信号为高频等幅波，即为高频等幅波，即ui(t)=Uimcosct时，时，Kd定义为输出直流电压定义为输出直流电压Uo与输入高频电压振幅与输入高频电压振幅Uim的比值，即的比值，即 当输入高频调幅波当输入高频调幅波ui(t)=Uim(1+macost)cosct时，时，Kd定义定义为输出低频信号为输出低频信号分量的振幅分量的振幅Um与输入高频调幅波包络变化与输入高频调

39、幅波包络变化的振幅的振幅maUim的比值，即的比值，即 (2) 等效输入电阻等效输入电阻Rid imodUUK imamdUmUK 因为检波器是非线性电路，因为检波器是非线性电路，Rid的定义与线性放大器是不相的定义与线性放大器是不相同的。同的。Rid定义为输入高频等幅电压的振幅定义为输入高频等幅电压的振幅Uim，与输入端高频，与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即脉冲电流基波分量的振幅之比，即 1mimidIUR (3) 非线性失真系数非线性失真系数Kf 非线性失真的大小，一般用非线性失真系数非线性失真的大小，一般用非线性失真系数Kf表示。当输入表示。当输入信号信号为单频调制的调幅波时，

40、为单频调制的调幅波时，Kf定义为定义为 UUUKf2322式中，式中，U、U2、U3分别为输出电压中调制信号的基波和各分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。次谐波分量的有效值。 (4) 高频滤波系数高频滤波系数F 休息1 休息1 检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。 高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅Uim与输出高与输出高频电压的振幅频电压的振幅Uom的比值，即的比值，即moim UUF 在

41、输入高频电压一定的情况下，滤波系数在输入高频电压一定的情况下，滤波系数F越大，则检波器输出越大，则检波器输出端的高频电压越小，滤波效果越好。通常要求端的高频电压越小，滤波效果越好。通常要求F(50100)。 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 休息1 休息11. 大信号大信号包络包络检波的工作原理检波的工作原理 (1) 电路组成电路组成 ZL+- -uiVDRC+- -uiRui+- -Crd它是由输入回路、二极管它是由输入回路、二极管VD和和RC低低通滤波器组成。通滤波器组成。 RC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号对低频调制信号u来说，电

42、容来说，电容C的的容抗容抗 ，电容，电容C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压出低频解调电压 RC1 对高频载波信号对高频载波信号uc来说，电容来说，电容C的容抗的容抗 ，电容，电容C相当于相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 RC c1理想情况下，理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为低通滤波网络所呈现的阻抗为: : RZZZ)(0)()(cL1. 大信号大信号包络包络检波的工作原理检波的工作原理休息1 休息1(2) 工作原理分析工作原理分析 +

43、uD - -+- -uoiduD= ui- - uoRi充充+- -uoi放放+- -ui+- -uiVDRCui+- -Crd 当输入信号当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容通过二极管对电容C充电，充电时间常数充电，充电时间常数为为rdC。因为因为rdC较小，充电很快，电容上较小，充电很快，电容上电压建立的很快电压建立的很快,输出电压输出电压uo(t) 很快增长很快增长 。 作用在二极管作用在二极管VD两端上的电压为两端上的电压为ui(t)与与uo(t)之差，即之差，即uD= ui

44、- - uo。所以二。所以二极管的导通与否取决于极管的导通与否取决于uD 当当uD= ui- - uo0，二极管导通；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 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，故其输入故其输入阻抗对前级的有载阻抗对前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响值及回路阻抗有直接影响，这也是峰值检波这也是峰值检波器的

45、主要缺点。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是为研究检波器是为研究检波器对其输入谐振回路

46、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，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 休息3休息1休息2+- -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上的损耗功率，上的损耗功率，由能量守恒的原则，检波器输入端口的高由能量守恒的原则，检波器输入端口的高频功率频功率 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上消耗上消耗的功率的功率 即有即有 RUKRU

47、2im2did2im2 又因又因Kd=cos 1 RR21id 所以所以 (1) 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，这种失这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。 在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： 惰性失真惰性失真 底部切割失真底部切割失真3. 检波器的失真检波器的失真 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

48、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的放电时的放电时间常数间常数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，包络下降速度时，(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上电压的上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即变化率，即ttUtuAMC )(仿真仿真休息3休息1休息2tui(t)与与uc(t)uc(t)ui(t)

49、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(1tmUmtmURCaimaim 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

50、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休息3休息1休息2 0cos1sincos)cos1(22222 tmtRCmttmmRCdtdAaaaa即：即：;cosamt 221cos1sinamtt 可解得：可解得：aammRC 21有有 实际应用中，实际

51、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，并且各频率分量所对应的调制系数且各频率分量所对应的调制系数ma也不相同，设计检波器时，应该也不相同，设计检波器时，应该用最大调制度用最大调制度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，其检来检验有无惰性失真，其检验公式为验公式为可见，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。的值就应该越小。maxmax2max1mmRC 仿真仿真)cos1(tmUaim Uim(1-ma)(2)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

52、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休息3休息1休息2仿真仿真或或mindL1CR 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

53、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来说来说相当于一个反向偏置电压，会影相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。响二极管的工作状态。 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；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

54、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，必须要求调幅波要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值包络的负峰值Uim(1- -ma) 大于直流电大于直流电压压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为检波器输出为检波器输出端的交流负载电阻，而端的交流负载电阻，而R为直为直流负载电阻。流负载电阻。 一般：一般： 1)/( idss

55、cLRRCQ (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为发保证输出的高频纹波小要求：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ddLCCRCRCminmax11 min maxmaxmax2maxmm1RC (4) 为了避

56、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RidRLCVDRCsLsRsisCd 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(Synchronous Detection)注意：两种检波器注意：两种检波器都需要接收端恢复载波都需要接收端恢复载波1. 乘积型乘积型乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波u(t)设输入已调波：设输入已调波：ttUucDSB coscos )cos(1 tUucc 而恢复的本地载波为：而恢复的本地载波为

57、： 则相乘器输出为：则相乘器输出为： tttUUtttUUuuccccccDSB111coscoscos21)cos(coscos则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为： cc 1令令)cos(cos)cos(cos21 ttUttUUuccc休息1休息2 oo22 本地载波本地载波DSB信号信号讨论：讨论： (1)当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）则有：则有：0 c 0 tUu cos无失真将调制信号恢复出来无失真将调制信号恢复出来 00 c(2)若本地载波与调制载波有频差，即：若本地载波与调制载波有频

58、差，即：ttUuc coscos 即引起振幅失真。即引起振幅失真。 tUucoscos 则则 cos 引入一个振幅的衰减因子引入一个振幅的衰减因子，如果，如果随时间变化，也会引起振幅失真。随时间变化，也会引起振幅失真。仿真仿真乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波u(t)cos(cos)cos(cos21 ttUttUUuccc(3) 若本地载波与调制载波有相位差，若本地载波与调制载波有相位差，即：即：0 c 0 乘积型同步检波器的实用电路乘积型同步检波器的实用电路 休息1休息2低通滤低通滤波器波器谐振限幅放大器谐振限幅放大器乘法器乘法器CDIoyRw- -15V-

59、-15V15k R+15VR13- -EEVT35.1kRwx121k100k121kR11Rc141294Rc8133R327+15V561011IoxRwZEC=15V- -+ +11k1M25k- -15V10k10kRwy2k2kRxRy BG314（MC1595）AVT1VT2LC510510foC 谐振限幅谐振限幅 放大器放大器 乘法器乘法器 低通滤波器低通滤波器CD49uAMuucu uuxuyuAMu uAM注意点：注意点：(1)同步解调的关键是乘积项，即以前介绍的具有乘积项同步解调的关键是乘积项，即以前介绍的具有乘积项的线性频谱搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现乘的线性频谱

60、搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现乘积型同步检波。积型同步检波。(2)同步检波无失真的关键是同步。同步检波无失真的关键是同步。2. 叠加型同步检波器叠加型同步检波器 相加相加 器器包络滤包络滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波uuAM休息1休息2(2) 叠加型同步检波器工作原理叠加型同步检波器工作原理 + uc - -+- -uVDRC+- -uSSB+- -uSSB+ uc - -T1T2uduc 本地载波本地载波相加器相加器包络滤波器包络滤波器uSSBuud设输入单频调制的单边带信号设输入单频调制的单边带信号(上边带上边带)为：为：ttUttUtUucSSBcSSBcSSBSSBs