第6章 振幅调制、解调及混频

1、6.1 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 6.2 调调幅幅信号的解调信号的解调 第第6 6章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 6.3 混频混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰n 调制的必要性：调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。可实现有效地发射，可实现有选择地接收。n 调制的方式和分类：调制的方式和分类：t载波可以是正弦波、也可以是方波、三角波、锯齿波等，载波可以是正弦波、也可以是方波、三角波、锯齿波等，t都是周期性信号都是周期性信号。t 按调制信号的形式可以分为按调制信号的形式可以分为模拟调制模拟调制和和数字调制数字调制。调制信。调制信号为模拟信号的称为模拟调

2、制，调制信号为数字信号的称号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。为数字调制。t 正弦波调制有正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方三种基本方式式，后两者合称为角度调制。后两者合称为角度调制。n 调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。通常它们分布在载波频率的两边，并占有一定的频带。概述概述 (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

3、 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()CCcuUt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 tcosUu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。(6)振幅调制分三种方式：振幅

4、调制分三种方式：(AM) (DSB)(SSB)标准幅度调制抑制载波双边带调制单边带调制 （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。 （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。6.1 振幅调制一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析二、振幅调制电路二

5、、振幅调制电路一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析（1） 设：载波信号：设：载波信号： cosCCcuUt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： ( ) cosA MmcuUtt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： ( )cosmCaUtUk Ut，式中，式中ak为比例常数为比例常数即即 ( )(1cos)(1cos)amCCaCk UUtUtUmtU式中式中ma为调制度，为调制度， aaCk UmU常用百分比数表示。常用百分比数表示。( )(1cos)cosAMCac

6、utUmtt对连续频谱信号对连续频谱信号f(t) :则则1( )cosAMCacuUk f tt1） 调调 幅幅 波波 的的 分分 析析若将若将 ) (t f分解为分解为 1nnnn)tcos(U)t (f 则有则有 11cos()cosAMCnnncnuUmtt ，其中：其中： nanCmk UU2）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）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： maxmin12aCUUmU一般一般m值越大调幅越深

7、：值越大调幅越深： (1cos)cosAMCacuUmtt( )(1cos)mCaUtUmt( )cosCCcutUttcosUu max(1)CaUUmCUmin(1)CaUUm 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,1m)(1m0maaa1ma 1 am（1）单一频率信号调）单一频率信号调 幅波幅波(1cos)cos11coscos()cos()22AMCaCCCaCaCuUmttUtmtmt() :CCC 载 波 分 量不 含 传 输 信 息上 边 频 分 量含 传 输 信 息下 边 频 分 量含 传 输

8、 信 息可见可见,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c载波调幅波c+上边频c-下边频同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份01coscos11coscos()cos()2211coscos()cos()22AMCnncnCncnncnnCcncnncnnnuUmttUtmtmtUtmtmt :()()ccncn 载波分量不含信息上边带含信息下边带含信息信号带宽信号带宽max2B 0 (2) 连续频谱信号的调幅波连续频谱信号的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0

9、+max上边带0-max下边带 由于：由于：(1cos) coscoscoscosAMCacCcaCcuUmttUtmt Ut 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 uAMuCu4）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。212CCLUPR221224aCaCLmUmPPPR上边下边212aavCCmPPPPP上边下边(2) 上、下边带的平均功率：上、下边带的平均功率： (3) 在调制信号一个周期内，调幅信号输出的平均总功率在调制信号一个周期内，调

10、幅信号输出的平均总功率 LR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LR上上,(1cos)cos11coscos()cos()22AMCaCCCaCaCuUmttUtmtmt22am 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

11、均功率之间的关系： 缺点：缺点：由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅内，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，因而调幅波的波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。功率浪费大，效率低。优点：优点：设备简单，设备简单，AMAM波调制方便，解调简单，便于接收。波调制方便，解调简单，便于接收。 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

12、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：coscos1cos()cos()2DSBCCCCCukU UttkU Utt coscos1cos()cos()2DSBCnnCnCnCnnCnnnukUUttkUUtUt 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率信号： 调制信号为连续频谱信号的调制调制信号为连续频谱信号的调制： ( )( )DSBCukutut2 2、双边带信号、双边带信号( double sidebond DSB)( double sidebond DSB)） 数学表达式数学表达式2） 波形与频谱波形与频谱tcosU(1) DSB信号的包络正比于调制信

13、号信号的包络正比于调制信号 (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 载波o 上边频 下边频( )cos()cos(

14、)DSBCccutKU UUtUt3.3.单边带信号单边带信号 因上下边带所含信息相同因上下边带所含信息相同,只发一个边带就可解调出调制信号只发一个边带就可解调出调制信号.单频调制时单频调制时取上边带时取上边带时取下边带时取下边带时( )cos()SSBcutUt( )cos()SSBcutUtuSSB(t)0tfc FU图68 单边带调制时的频谱搬移 0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f122121( )coscos112cos()cos()22utUtUtuUtt 双音调制产生的双音调制产生的SSBSSB波形波形设设:双音频振幅相等，即双音频振幅相等，即则则DSB信号信号取上边带取

15、上边带21211211cos()cos()2221cos()cos()424SSBcccUuttUUtt 212111cos()cos() cos22DSBcuUttt 21 且积化和差图69 双音调制时SSB信号的波形和频谱单边带调幅波的特点单边带调幅波的特点 (1)SSB (1)SSB信号的包络形状与信号的包络形状与调制信号相同调制信号相同; ; (2)SSB (2)SSB信号的信号的频带宽度等于最高调制频率频带宽度等于最高调制频率, ,比比AMAM信信号减少一半号减少一半, ,频带利用充分频带利用充分, ,广泛应用于广泛应用于短波通信短波通信. . (3)SSB (3)SSB信号的功率等

16、于信号的功率等于单边带功率单边带功率, ,功率利用率进功率利用率进一步提高一步提高. .08cos200cos180cos220( )u tttt V（）例例1:某已调波的电压表达式为某已调波的电压表达式为 (1)它是何种已调波它是何种已调波? (2)画出它的频谱图画出它的频谱图; (3)求它在负载求它在负载RL=1时的载波功率时的载波功率PC, 平均功率平均功率Pav及边频功率及边频功率PSB;（4）占据带宽）占据带宽BW.解解:02222111( )coscos)cos)2212(2)8 ,1,0.2528200100,10211 8(3)3222 1110.253212232 13311

17、09020cccccccccCCSBCavCSBu tUtmUtmUtUVmUmfHz FHzUPWRPm PWPPPWBWHz （）（知它是普通调幅波.由得08cos200cos180cos220( )u tttt V（）二、二、振幅调制电路振幅调制电路:(1cos)cos:coscos,:(coscossinsin),AMCacDSBCcSSBccAMuUmttDSBukU UttSSBuUtttt信号纯调幅信号调幅 调相信号调幅 调频 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

18、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。 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：1. AM调制电路调制电路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。1) 高电平调制高电平调制(b)基极调幅基极调幅(Base AM) (a)集电极调幅电路集电极调幅电路(C

19、ollector AM)(a)集电极调幅电路集电极调幅电路(CollectorAM)电路中电路中C Cb b为高频旁路电为高频旁路电容；容；C Cc c对高频旁路，而对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻对低频调制信号呈高阻抗；抗；R Rb b为基极自给偏压为基极自给偏压电阻。电阻。0( )cosCCEtEUt集电极有效动态电源为：集电极有效动态电源为： tUtu cos)(放大器工作在丙类状态放大器工作在丙类状态 ，集电极电路中除直流电压，集电极电路中除直流电压E EC0C0外，还串有调制信号外，还串有调制信号 。ucT1EcT2Ec0uuAMT3集电极调幅的特点：要实现集电极调幅集电极调幅的特

20、点：要实现集电极调幅,应使应使Ic1与与u成线性关系成线性关系,故应使放大器工作于过压状态。故应使放大器工作于过压状态。优点优点:集电极效率高集电极效率高,适于大功率调幅机。适于大功率调幅机。临界临界过压过压欠压欠压E EC0C0u u( (t t) )E EC CI IC1C1+ +u uo o- -i ic cu uCECEE Ec0c0u u( (t t) )i ic c t ti iC1C1 t tE Ec c( (t t) ) t tu uBEmaxBEmax集电极调幅过程示意图集电极调幅过程示意图(b)(b)基极调幅基极调幅(Base AM)(Base AM)RLuC1C2ucC3

21、C4C6C5EcR1LBCBLB100( )( )cosBBBE tEutEUt低频调制信号低频调制信号u u( (t t) )通过耦合电容加在电感线圈通过耦合电容加在电感线圈L LB B上。电源上。电源E EC C经经R R1 1、R RL L分压为基极提供直流偏置电压分压为基极提供直流偏置电压E EBOBO ，即基极有效动态，即基极有效动态偏压为：偏压为：C1、C3、C5、为、为低频旁路电容；低频旁路电容；C2、C4、C6、为、为高频旁路电容；高频旁路电容；LB为低频扼流圈，为低频扼流圈，LB1为高频扼流圈为高频扼流圈基极调幅的波形基极调幅的波形u控制控制Eb,从而控制从而控制Ic1,放大

22、器应工作在欠压区。放大器应工作在欠压区。优点优点: 所需调制功率小所需调制功率小,放大电路较简单。放大电路较简单。缺点缺点: 欠压状态集电极效率低。用于小功率欠压状态集电极效率低。用于小功率,对失真要求低对失真要求低 的发射机中。的发射机中。u uBEmaxBEmaxi ic cu uCECEu uCECE t ti ic1c1 t ti ic c t tu u( (t t) )临界临界过压过压欠压欠压E EBoBou u( (t t) )E EB BI Ic1c1uuo(t)H(j)VDucuDiDi(a)0(b)fFfc2fc3fc2)低电平调幅电路低电平调幅电路二极管电路模拟相乘器集成高

23、频放大器电路形式（1）二极管电路实现调幅）二极管电路实现调幅coscos22cos()cos()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt 在单二极管电路中在单二极管电路中,设设UcU,则则设滤波器设滤波器H(jw)中心频率中心频率fc,带宽为带宽为2F,则输出频率分量为则输出频率分量为fc、fc-F和和fc+F，输出信号为，输出信号为AM信号。信号。在二极管环形电路中，因输出无在二极管环形电路中，因输出无c分量，故不能实现分量，故不能实现AM调幅。调幅。12,Cuu uuAM在二极管平衡电路中，令也能实现调幅。（2）利用模拟乘法器实现）利用模拟乘法器实现AM调幅调幅单差分对电路实

24、现调幅单差分对电路实现调幅BA0oeTuui (t)I (1)tanhE2U0oT,Ui (t)(1cos)tanhcosE2UcABCceuuUItt若将u 加至加至u ，则有0135(1cos) ( )cos( )cos3( )cos5cccImtxtxtxtLMC1596MC1596模拟乘法器实现模拟乘法器实现AMAM电路电路载波信号通道两输入端载波信号通道两输入端8 8脚和脚和7 7脚直流电位相同，调制信脚直流电位相同，调制信号通道两输入端号通道两输入端1 1脚和脚和4 4脚之间接有调零电路。脚之间接有调零电路。 可通过调节电位器可通过调节电位器R RW W，使，使1 1脚电位比脚电位

25、比4 4脚高脚高U Uo o，相当于，相当于在在1 1、4 4脚之间加一个直流电压，以产生普通调幅波脚之间加一个直流电压，以产生普通调幅波 R R1 15151R R6 6R RW W50k50k2 21k1k3.9k3.9k1k1kC C2 2C C2 2u uo o- -E EE E= -8V= -8V9 96 64 41 17 78 8R Ry y3 3MC1596MC15965 51010E EC C=12V=12VR R4 4R R4 4R R5 5u uC Cu uR R2 2R R3 3R R7 7R R8 8R R9 9C C2 2C C2 21k1k515151516.8k6

26、.8k7507507507503.9k3.9k多采用低电平调制多采用低电平调制,有乘积项便可实现有乘积项便可实现DSB调幅调幅。 在在AM调幅电路中调幅电路中,当当u =0,加加uc时时,调调RW,使使uo= 0 当同时加当同时加u和和uc时时, uo便为便为DSB信号。信号。R R1 15151R R6 6R RW W50k50k2 21k1k3.9k3.9k1k1kC C2 2C C2 2u uo o- -E EE E= -8V= -8V9 96 64 41 17 78 8R Ry y3 3MC1596MC15965 51010E EC C=12V=12VR R4 4R R4 4R R5

27、5u uC Cu uR R2 2R R3 3R R7 7R R8 8R R9 9C C2 2C C2 21k1k515151516.8k6.8k7507507507503.9k3.9k2.DSB调制电路调制电路1)模拟乘法器构成的模拟乘法器构成的DSB电路电路单差分对电路单差分对电路BA0oeTuui (t)I (1)tanhE2U0oT,Ui (t)(1cos)tanhcosE2UACBCceuuUItt若将u 加至加至u ，则有0135(1cos) ( )cos( )cos3( )cos5cImtxtxtxt L单差分对电路虽然可以得到单差分对电路虽然可以得到DSB信号，具有相乘功能，但并

28、不信号，具有相乘功能，但并不是一个理想乘法器。是一个理想乘法器。AB00TTuuiI tanh()tanh()2U2U双差分对电路双差分对电路2)二极管调制电路二极管调制电路(平衡调幅电路和双平衡调幅电路平衡调幅电路和双平衡调幅电路)带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)图619 二极管平衡调制电路 (A)二极管平衡调制器二极管平衡调制器22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt 12:cos,cos22:coscos()cos()22cos(3)cos(3)33CCCLDDcDcDcDc

29、uuUt uuUtig Utg Utg Utg Utg Ut 令则带通滤波器T1RLT2ucVD 1VD 2N2uD 1uD 2AN1N1O BN2ON1uN2uo(t)2LD12g K(uit)T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1(B)双平衡调制器双平衡调制器 （环形调制器）（环形调制器）u uc与与u u可任意加到两个输入可任意加到两个输入端端,输出中仅有输出中仅有(1)cnfF滤波可得滤波可得fc c-F和和fc+F。ucccfLD12i2g u K(t)3.SSB调制电路调制电路滤波法滤波法移相法移相法1）滤波

30、法）滤波法图627 理想边带滤波器的衰减特性 阻带40通带阻带过滤带b/dB0fcfc Fminfc Fminfc Fmaxfminminmax:300 1,10:97001030011000cccFkHz fckHzfFHzfFHzfFHz例则滤波器难以实现！滤波器难以实现！音 放F1第路话调制器上边带滤波器音 放F2第路话调制器上边带滤波器单边带信号产生器fc F1fc F2频率合成器第 一混频器第 二混频器线性放大功放f1f2fc500 kHz1）滤波法）滤波法 通常不是直接在工作频率上进行调制和滤波，而是在通常不是直接在工作频率上进行调制和滤波，而是在低于工作频率的某一固定频率上进行，

31、然后再混频和放低于工作频率的某一固定频率上进行，然后再混频和放大，将大，将SSB信号搬移到工作频率上去。信号搬移到工作频率上去。000cos()coscossinsincccUtUttUtt (1)两个调制器输出的振幅应完全相同；两个调制器输出的振幅应完全相同；(2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。相移。2)移相法移相法 需两个90度移相器,两个模拟相乘器和一个相加器。优点:不用边带滤波。条件:对多频调制信号均保证精确的对多频调制信号均保证精确的2相移相移难以实现！难以实现！ 为提高移相网络的精度为提高移相网络的精度,采用两个采用两个/4

32、移相网络供给移相网络供给两个调制器。两个调制器。图629 移相法的另一种SSB调制器6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调从高频调幅信号中取出原调制信号的过程从高频调幅信号中取出原调制信号的过程称为振幅解调，称为振幅解调，或振幅检波，简称检波。或振幅检波，简称检波。主要要求：主要要求：检波效率高、失真小、输入电阻较高。检波效率高、失真小、输入电阻较高。振幅调制过程：振幅调制过程： 解调过程解调过程 DSBDSB调制调制 SSBSSB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 AM

33、AM调制调制 一、调幅波解调的方法一、调幅波解调的方法 包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式，只适用高频调幅波包络变化规律的一种检波方式，只适用于普通调幅波的解调。于普通调幅波的解调。1.1.包络检波包络检波t t调幅波调幅波调幅波频谱调幅波频谱c c+ +c 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 t 非线性非线性电路电路低通滤低通滤波器波器t t调幅波调幅波t t调幅波调幅波t t调幅波调幅波包络检波输出包络检波输出t t包络检波输出包络检波输出t t包络检波输出包络检波输出t t包

34、络检波原理方框图包络检波原理方框图2.2.同步检波同步检波由于由于DSBDSB和和SSBSSB信号的包络不同于调制信号，不能用信号的包络不同于调制信号，不能用包络检包络检 波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号恢复载波信号，而而所恢复的载波必须与原调制载波同步所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同（即同频同相）。相）。 乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器u uDSBDSBu ur ru uo o乘积型包络检波器包络检波器 加法器加法器u uDSBDSBu ur ru uo o叠加型二、二

35、、 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 1.1.峰值包络检波的工作原理峰值包络检波的工作原理 (1)(1)电路组成电路组成 Z ZL L+ +- -u ui iVDVDR RC C+ +- -u ui i电路组成电路组成检波二极管检波二极管VD要求要求VD小，小，rD小。小。低通滤波器（低通滤波器（R检波负载、检波负载、C滤波电容）滤波电容）串联型检波器串联型检波器信号源、二极管及信号源、二极管及RC网络三者为串联网络三者为串联大信号检波器大信号检波器输入信号应大于输入信号应大于UD，一般在，一般在1V左右。左右。RCRC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

36、低频调制信号u u来说，电容来说，电容C C的容抗的容抗 ，电电容容C C相当于开路相当于开路，电阻电阻R R就作为检波器的负载就作为检波器的负载，其两端，其两端产生输出低频解调电压。产生输出低频解调电压。 RC1对高频载波信号对高频载波信号u uc c来说，来说，电容电容C C的容抗的容抗 ，电电容容C C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤，即滤除高频信号。除高频信号。 RC c1理想情况下，理想情况下，RCRC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: : cL()0( )()ZZZR 等幅波时检波器的工作过程 uCU1U2uiU3u

37、CU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav1)iDdC充设初始C无储能,当u U 时VD导通,C充电,=r C小,存U ；3),icDDCiUUVU当u -时导通即正比于u的包络。,icDUVCRRC放2)当u时截止对 放电大 放电慢；(2)(2)检波过程检波过程设输入信号设输入信号ui为等幅高频电压为等幅高频电压0cAVAVdcuuuuuu (3)(3)几点结论几点结论 1)1)检波过程就是电容充电与放电的过程。检波过程就是电容充电与放电的过程。 2)2)由于由于RCRC时间常数远大于载波周期时间常数远大于载波周期, , 使使VDVD负极处于正负极处于正电位电

38、位, ,对对VDVD为反偏为反偏, ,故故VDVD只在只在u us s峰值时才导通峰值时才导通, ,通角很小通角很小, ,故故称峰值检波。称峰值检波。 3)3)二极管电流包含平均分量二极管电流包含平均分量( (此种情况为直流分量此种情况为直流分量) )I Iavav及高频分量。及高频分量。 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)图635 加入等幅波检波器稳态时的电流电压波形 大信号检波器在稳定状态下的二极管工作特性大信号检波器在稳定状态下的二极管工作特性DiooiUuUUu 当输入当输入AM信号时，充放电波形如图所示。信号时，充放电波形如图所示。t0(a)(b)t0uC(t)U

39、o(t)( )oavdcUtUUu( )DAMouuUt图637 输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 0iDuDUo(t)uDiDt0( )DAMouuUt图图(a)(a)：电容：电容C Cg g的隔直作用，直流分量的隔直作用，直流分量U UDCDC被隔离，输被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号出信号为解调恢复后的原调制信号u u，一般常作为接，一般常作为接收机的检波电路。收机的检波电路。图图(b)(b)：电容：电容C C的旁路作用，交流分量的旁路作用，交流分量u u( (t t) )被电容被电容C C旁路，输出信号为直流分量旁路，输出信号为直流分量U UDCDC，一般可作为自

40、动，一般可作为自动增益控制信号（增益控制信号（AGCAGC信号）的检测电路。信号）的检测电路。 (4)(4)峰值包络检波器的应用型输出电路峰值包络检波器的应用型输出电路 + +- -U UDCDC（b b）u ui i+ +- -C CVDVDR RR RC C+ +- -u uo ou ui i+ +- -C CVDVDR Rg g+ +- -u uR RCgCg+ +U UDC DC - -+ +- -u uo o（a a）(1cos)cosiAMCacuuUmtt若设输入信号为调幅波若设输入信号为调幅波(1) (1) 电压传输系数电压传输系数K Kd d （检波效率）（检波效率）+ u+

41、 uD D- -u ui i+ +- -C CVDVDR R+ +- -u uo o2.2.电路主要性能指标电路主要性能指标 若设输入信号为等幅波若设输入信号为等幅波oodmmUUKUU输出直流电压直流传输系数输入载波电压峰值dCCUUKmUmU输出低频电压振幅交流传输系数输入高频已调波包络振幅用来描述检波器对输入已调信号的解用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率。调能力或效率。1）定义）定义0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)2）传输系数的取值）传输系数的取值考虑输入信号为等幅波考虑输入信号为等幅波由图可知：由图可知：cosDioomUuUUUt max,0cos0,

42、oDdmDDUtiKUtii 当时当时()(cos)(cos)oDDioDmoDmmUiguUgUtUg UtUmaxmax0,(1 cos )DDDDmtiiig U当时000DDDDDg uuiuD由于i 为周期性的余弦脉冲，可分解为0max01max1:( )(sincos ):( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia平均分量基波分量(sincos )=cosooDmmUI Rg RUU而333tan,50,tan,333,DDDDg Rg Rg Rg R当时所以故3)3)结论结论(1),(),DgRid0dm当电路一定时与 一定 在大信号检波中 是恒定的 与u 大小

43、无关,检波效率K =cos 也是恒定的,故检波 输出与输入间呈线性关系,为线性检波；当输为AM信 号时,输出u =K U (1+mcos t).,dKdDDd(2) 越小,K 越大,并趋近于1,当g R当g R50时,K 0.9,变化不大.33Dg R 图639 KdgDR关系曲线图 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC0RC5RC图640 滤波电路对Kd的影响 实际传输特性与电容实际传输特性与电容C的容量有关的容量有关 检波器的输入电阻检波器的输入电阻R Ri i是为研究检波器对其输入是为研究检波器对

44、其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，谐振回路影响的大小而定义的，因而，R Ri i是对载波是对载波频率信号呈现的参量。频率信号呈现的参量。中放末级中放末级CRisR0LC1ZiRiCi1miURI输入载波电压振幅检波器电流的基波分量（2）检波的等效输入电阻）检波的等效输入电阻iR1(sincos )miDURIg当当gDR50时时,很小很小,sin-3/6,cos1-2/2,代入上式代入上式,可得可得222()2modmiUUk URRR所以所以也可从能量守恒原理分析也可从能量守恒原理分析3534122()6123iDDRRgg2iRR 3.3.检波器的失真检波器的失真 （1 1）惰性失真

45、惰性失真(对角切割失真对角切割失真) 1）失真现象）失真现象:输出波形不随已调波包络形状而变化输出波形不随已调波包络形状而变化.t tu ui i( (t t) )与与u uc c( (t t) )u uc c( (t t) )u ui i( (t t) )2)2)产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因：输入输入AMAM信号包络的变化率信号包络的变化率大于大于RCRC放电的速率。放电的速率。滤波时间常数滤波时间常数RC过大过大.3)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 C上上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即电压的变化率应大于或等于包

46、络信号的变化率，即ttUtuAMC )(2maxmaxmax1 mRCm可见，可见，m ma a和和越大，信号包络变化越快，为避免惰性越大，信号包络变化越快，为避免惰性失真要求失真要求RCRC的值就应该越小。的值就应该越小。aammRC 21避免惰性失真的条件为：避免惰性失真的条件为： 实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带，实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带，并且各频率分量所对应的调制系数并且各频率分量所对应的调制系数m ma a也不相同，也不相同，所以所以设计检波器时，应该用最大调制度设计检波器时，应该用最大调制度m mmaxmax和最高调制频和最高调制频率率maxmax来检验有无

47、惰性失真，来检验有无惰性失真，其检验公式为其检验公式为 图643 底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC(2)(2)底部切割失真底部切割失真( (负峰切割失真负峰切割失真) ):/ /gggRRRRRRRRR直流负载交流负载3)不失真条件不失真条件:1)1)现象现象: :输出波形的负半周被削平输出波形的负半周被削平. .2）原因）原因:检波器的交直流负载不等检波器的交直流负载不等.1gggRRmmRRRRRm或或或min1ggRCmin1ggR C后级放大器后级放大器u ui i+ +- -C CR Rg gR RVDVDC Cg g+ +U UDC DC

48、- -+ +- -U UR R+ +u u( (t t) )- -为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：通常通常C Cg g取值较大取值较大( (一般为一般为510F)510F)，所以在，所以在C Cg g两端的两端的直流电压直流电压U UDCDC大小近似等于载波电压振幅，即大小近似等于载波电压振幅，即U UDCDC= =K Kd dU UC C DCRLUURRRU UDCDC经经R R和和R RL L分压后在分压后在R R上产生的直流电压为：上产生的直流电压为：4)过程分析过程分析(1c o s)CaUmt U UC C(1-m(1-ma a)

49、 ) U UC C U UR R当当 U UR R U UC C(1-m(1-ma a) )(1c o s) c o siCacuUmtt U UR R 由于由于U UR R对检波二极管对检波二极管VDVD来说相当于一个反向偏置电来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。压，会影响二极管的工作状态。 当当m ma a值较大时，值较大时，输入调幅波包络的负半周峰值电压输入调幅波包络的负半周峰值电压可能会低于可能会低于U UR R, ,使二极管截止，检波输出信号不跟随输使二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化，从而产生底部切割失真。入调幅波包络的变化，从而产生底部切割失真。

50、a(1)CCgUUmRRR要避免底部切割失真要避免底部切割失真：避免底部切割失真的条件为：避免底部切割失真的条件为： a/gggRRRRmRRRR实际措施实际措施:(1)在检波器与负载之间插入射随器在检波器与负载之间插入射随器图644 减小底部切削失真的电路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg图645 检波器的实际电路C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2R2音量电位器 R4、C3LPF，AGC控制，又使二极管正偏Cg隔直电容，低频信号送后级低放。 4实际电路及元件选择实际电路及元件选

51、择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cTRC (2)(2)为为保证输出的高频纹波小保证输出的高频纹波小，要求：，要求：cRC 1 即即 （1）从）从前级中放电路的选择性及通频带的要求前级中放电路的选择性及通频带的要求来考虑，来考虑，回路有载品质因数要大，即回路有载品质因数要大，即000/ /12LRRQC(3)(3)为了减少输出信号的为了减少输出信号的频率失真频率失真：maxmax2maxmm1RC (4)(4)为了为了避免惰性失真避免惰性失真，要求：，要求：(1)gggRm RmRRRm或(5)(5)为了为了避免底部切割失真避免底部切割失真, ,要求：要求：0011,2mm

52、R CRC22min3max22max3min11 0.52.750.5 25000 20 1011 0.52750.2750.5 250 20 10aaamcnFmRmcnFFm例例1.输入调频波的调制频率为输入调频波的调制频率为505000Hz,ma=0.5,为了避免为了避免 出现惰性失真出现惰性失真,(1)检波电容检波电容C应为多大应为多大? (2)检波输出是否会产生检波输出是否会产生 底切失真底切失真?100.30.520 10gagRmRR解:(1)(2)会产生底切失真会产生底切失真. 图646 并联检波器及波形 (a)原理电路 (b)波形 (c)实际电路 uiR(a)(c)(b)u

53、CVDuDR1CgRgC1RVDEcCcuDttt000uCui5.二极管并联检波器二极管并联检波器01122222(1),(2),223DiDDDiCCCavRaviAVCiVUCr CVCRCuuuuRCUUUPPRRRRUURgi载 波 振 幅导 通 时向充 电充截 止 时向 R放 电放含 高 频 成 分 。滤 波 ;C 隔 直 ， 输 出 只 有 低 频 分 量 。3） 并 联 检 波 器 输 入 电 阻由 P即当（） 时 ， 输 入 电 阻1)组成:二极管、负载和信号源并联.2)原理:三、三、 同步检波器同步检波器 1.1.乘积型乘积型同步检波同步检波 乘法器乘法器低通滤波器低通滤波

54、器u uDSBDSBuuo ouu乘积型同步检波原理框图设输入已调波设输入已调波ttUucDSB coscos 则相乘器输出为：则相乘器输出为：coscoscos()1coscoscos2DSBrrccrrccrcruuU UtttU Uttt工作原理分析：工作原理分析： 恢复的本地载波：恢复的本地载波：cos()rrruUt则经低通滤波后的输出信号为：则经低通滤波后的输出信号为： crc令令1coscos()2coscos()srccuU UttUtt (1)当恢复载波与发射载波同频同相时当恢复载波与发射载波同频同相时,即即r=c,c=0，=0,则则uo=Uocost无失真地将调制信号恢复出

55、来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若恢复载波与发射载频有一定的频差频差,即即r=c+cuo=Uocosctcost引起振幅失真。引起振幅失真。(3)若有一定的若有一定的相差相差,则则uo=Uocoscost振幅衰减振幅衰减cos0,cos0,0,.2U当相偏 =时无输出2.2.叠加型同步检波器叠加型同步检波器 包络检波器包络检波器 加法器加法器u uDSBDSBuuo ouu+ + u uc c - -+ +- -u uVDVDR RC C+ +- -u uSSBSSB+ +- -u uSSBSSB+ + u uc c - -T T1 1T T2 2原理电路 叠加型

56、同步检波是在叠加型同步检波是在DSBDSB或或SSBSSB信号中插入本地载信号中插入本地载波，使之成为或近似成波，使之成为或近似成AMAM信号，再利用包络检波器将信号，再利用包络检波器将调制信号恢复出来。调制信号恢复出来。 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：ttUttUtUucSSBcSSBcSSBSSBsinsincoscos)cos( dSSBSSBcSSBcmc(cos)cossinsin( )cos( )rruuuUtUtUttUttt式中式中 22mSSB( )(cos)(sin)rSSBU tUt UUtSSBsin( )arcta

57、ncosSSBrUttUt U本地载波信号本地载波信号coscosrrrrcuUtUt包络检波器对相位不敏感，只讨论包络的变化：包络检波器对相位不敏感，只讨论包络的变化： 22mSSB22( )2cos1()2cos1()2cosrSSBrSSBSSBrrrrUtUUUUtUUUtUmmtUU式中式中m m= =U USSB SSB / /U Uo o。当。当m m1 U USSBSSB时，近似可得时，近似可得m( )12cos(1cos)rrUtUmtUmt如果设包络检波器的电压传输系数为如果设包络检波器的电压传输系数为K Kd d，那么，那么u ud d经包经包络检波器后，输出电压为络检波

58、器后，输出电压为d(1cos)ruK Umtcost隔直后可得U调制信号2(1),2(2),2(3),(4)CDSBCAMDSBUSSB信号限幅可得；信号；信号 发导频信号；彩电中色差信号在行同步信号上附加色同步信号。恢复载波产生方法：恢复载波产生方法：实现同步检波关键实现同步检波关键:产生与载波同频同相的恢复载波。产生与载波同频同相的恢复载波。 6.3 6.3 混频混频 一、一、混频器原理混频器原理1.1.混频器的变频作用混频器的变频作用 混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络。络。本地振荡信号本地振荡信号 )(LLfu一个中频

59、输出信号一个中频输出信号)(IIfuu us s ( (f fc c) )u uL L ( (f fL L) )u uI I ( (f fI I) )混频器混频器t tu uc c ( (t t) )t tu uI I ( (t t) )t tu uL L ( (t t) )有两个输入信号：有两个输入信号： 高频调制波高频调制波 ()scuff fc cf fc c+ +F Ff fc c+ +F Ff fu us s的频谱的频谱f fc cf fL Lf fu uL L的频谱的频谱f fI If fI I+ +F Ff fI I+ +F Ff fu uI I的频谱的频谱t tu uc c (

60、 (t t) )t tu us s ( (t t) )t tu uL L ( (t t) )t tu uL L ( (t t) )t tu uI I ( (t t) )t tu uI I ( (t t) )两个输入信号与输出信号之间的关系：两个输入信号与输出信号之间的关系： 输入信号输入信号u us s与输出信号与输出信号u uI I的包络形状相同，频谱结构的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即其中心频率：相同，只是填充频谱不同，即其中心频率： cLIfff 其中其中LcILcfffff输出低中频,称为下变频输出高中频，称为上变频混频器与变频器的区别混频器与变频器的区别由单独的振荡