chapter7_2振幅调制与解调

1、西安邮电大学西安邮电大学2015.112015.11 第七章 调幅信号的解调2高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP无线电发送与接收设备组成音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成 3高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP第六章调幅信号的解调 u主要内容主要内容概述概述二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器二极管小信号检波器二极管小信号检波器同步检波器同步检波器4高频电子线路高频电子线路

2、第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP第一节第一节 概述概述u振幅解调（检波）振幅解调（检波）是振幅调制的逆过程是振幅调制的逆过程u作用：从已调制高频振荡中恢复出原来的调制信号作用：从已调制高频振荡中恢复出原来的调制信号u检波器检波器属于线性频谱搬移电路属于线性频谱搬移电路从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近。率附近搬移到零频率附近。u检波器的组成：检波器的组成：输入回路输入回路非线性器件非线性器件RC低通滤波器低通滤波器5高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调

3、幅信号的解调 FP FP一、检波电路的功能一、检波电路的功能 从调幅波中不失真地解调出原调制信号。从调幅波中不失真地解调出原调制信号。 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 6高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP1、输入输出波形表示形式、输入输出波形表示形式 输入为普通调幅波时，输入为普通调幅波时，检波器输出角频率为检波器输出角频率为 的正弦波。的正弦波。7高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP2、输入与输出频谱表示形式、输入与输出频谱表示形式 u检

4、波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段。00普通调幅普通调幅波检波波检波0双边带调双边带调幅波检波幅波检波00单边带调单边带调幅波检波幅波检波08高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。 二、检波电路的组成二、检波电路的组成9高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP用于普通调幅波和用于普通调幅波和高频等幅波的检波高频等幅波的检波用于双边带和用

5、于双边带和单边带的检波单边带的检波三、检波电路的分类三、检波电路的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波的分类检波的分类按器件类型按器件类型按信号大小按信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器按工作特点按工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器10高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP四、检波电路的主要技术指标四、检波电路的主要技术指标1、电压传输系数（检波效率）、电压传输系数（检波效率） ：等幅波检波： 调幅波检波：imamdUmUkimdUUk0检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。检波器的输出电压和输入高频

6、电压振幅之比。imUaimm UV11高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FPmimidIUR12、等效输入电阻：、等效输入电阻：3、非线性失真系数：、非线性失真系数：UUUkf3222输入等幅高频电压的振幅输入等幅高频电压的振幅输入高频电流脉冲输入高频电流脉冲的基波分量的振幅的基波分量的振幅12高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP第二节二极管大信号包络检波器第二节二极管大信号包络检波器 输入信号振幅大于输入信号振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，输入，利用二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极

7、管对低通滤波器的电容信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压充电。二极管两端加反向电压时截止，电容时截止，电容C通过通过R放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信号振幅变化的规律。号振幅变化的规律。二、大信号检波的工作原理二、大信号检波的工作原理一、大信号包络检波一、大信号包络检波1 1、原理电路、原理电路13高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP2、检波过程、检波过程 经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷量相等

8、，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。 ，二极管导通，对二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。充电，充电时常数很小，充电快。10 t ，二极管截止，二极管截止，C通过通过R放电，放电时常数很大，放电慢。放电，放电时常数很大，放电慢。21tt ，二极管导通，又对二极管导通，又对C充电。充电。32tt ，二极管截止，二极管截止，C上电压对上电压对R放电。放电。43tt输入为等幅波输入为等幅波 14高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP输入为普通调幅波输入为普通调幅波u输出电压输出电压 的变化规律正好与输入信

9、号的包络相同。的变化规律正好与输入信号的包络相同。 tu015高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP三、大信号检波器的分析三、大信号检波器的分析 1 1、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示 2 tididududIM00UimUbzuo2 tuoCuiud+-R16高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP()0ddbzdbzddbzguUuUiuUdiouuucosiimiuUtId 数学表示式为gd 为二极管导通时的电导，即gd=1/rd ；Ubz 为二极管的

10、导通电压。2、二极管两端电压、二极管两端电压 cosdoimiuuUt 若则3、流过二极管的电流、流过二极管的电流 id 可表示为 id=I0+I1mcosit+I2mcos2it+Inmcosnit其中，其中，I0=0()IM为直流分量，为直流分量，I1m=1()IM为基波分量振幅，为基波分量振幅，Inm=n()IM为为n次谐波次谐波分量振幅。分量振幅。)cos1 (cossin)(0)cos1 (cossin)(1输入为等幅波输入为等幅波cosiimiuUtuoCuiud+-R17高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP4、 与电路参数的关系与电路参数的

11、关系 当当 时，二极管导通时，二极管导通 当当it= 时，时，id=0，可得可得 gd(- -uo+Uim mcos- -Ubz)=0 当当it=0 时，时，id=IM ，可得可得 imbzoUUucos)cos1 (1)(0imdimobeimdbcimdMUgUuUUgUUugIbzduu bziimdbzdddutuuguugicos0cos1cossin1cos10imdugI由于由于 ，则，则 0oMII1(sincos )imdUr18高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP经低通滤波器的输出电压经低通滤波器的输出电压 uo=I0R= Uim m

12、(sin- -cos) 因为因为 为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除 则则 在在 或或 的条件下，可得的条件下，可得 当当 ， 可展开为可展开为 可得可得 cos(tan)oimobzdimuRUuUrU(tan)oobzduRuUr0bzUtandrRtan6bzuu 0.15231tan53drR在在 Ubz=0 , 的条件下的条件下,其通角其通角只与电路参只与电路参 数数 rd 和和 R 有关，而与输入信号的振幅有关，而与输入信号的振幅 Uim 无关无关33Rrd6输入等幅波时，输出直流电压输入等幅波时，输出直流电压:co

13、sOimUU结论：结论：imbzoUUucos19高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FPu输入调幅波输入调幅波ttmUuiaimicos)cos1 ( )(1cos)cosoimau tUmttmUUaimimcoscoscos检波输出检波输出直流直流角频率为角频率为 的交流的交流tmUuaimBcoscos负载RL上的电压:imbzoUUucos20高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP输入为普通调幅波输入为普通调幅波 u ui i= =U Uimim(1+(1+m ma acoscostt)cos)cosi it

14、t 时时， 定义：输出的定义：输出的 分量振幅分量振幅 与输入高频调幅波包络变化与输入高频调幅波包络变化的振幅的振幅 的比值。的比值。四、大信号检波器的技术指标四、大信号检波器的技术指标输入等幅波输入等幅波 时，时， 定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。 Kd=coscosoimimimUUUUmUaimm UcoscosmaimaimaimUm Um Um UKd二极管大信号检波器的电压传输二极管大信号检波器的电压传输系数为常数，又称线性检波。系数为常数，又称线性检波。 tUtuiimicos)(cosdk1、电压传输系数、电压传输系数

15、Kd21高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP在二极管导通角在二极管导通角 很小很小的情况下的情况下,等效输入电阻等效输入电阻将将 、 、 展开成级数取前两项代入展开成级数取前两项代入2、等效输入电阻、等效输入电阻 定义定义：输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。 的表达式的表达式idR1imidmURI12idRR(sincos )imdUr1sin cosimdidmUrRI(tan)drR.! 51! 31sin53tansincos3512tan3152411cos12!4! i

16、dR直流电阻22高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。 频率失真频率失真Ci1Cmax1cCmin1不产生频率失真的条件不产生频率失真的条件 R R R 保证高频成分被旁路掉保证高频成分被旁路掉保证最高频率的音频不被旁路掉保证最高频率的音频不被旁路掉保证最低音频能通过保证最低音频能通过Cc 3、失真、失真23高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP + + v C + R RL VC Cc vi D

17、 产生原因：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真产生原因：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真非线性 实现原理： iD v ， vi不变vD iD 非线性失真非线性失真 24高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP惰性失真（对角线切割失真）惰性失真（对角线切割失真） 产生原因：产生原因：RCRC过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度25高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快。即电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度

18、要快。即 其中，其中，Uim=Uim(1+macost)设输入为设输入为ui=Uim(1+macost)cosit，其振幅变化速度为其振幅变化速度为电容器电容器C通过通过R放电，流过放电，流过C和和R的电流相等。流过的电流相等。流过C的电流为的电流为流过流过R的电流为的电流为 则则由于由于 u uc c 为检波器输出电压为检波器输出电压设设Kd1，则则令令A=则不产生惰性失真的条件为则不产生惰性失真的条件为A 1。将将A值对值对t求导数，并令求导数，并令dA/dt=0，可得可得u不产生惰性失真的条件不产生惰性失真的条件ddccuiCtcRuiRddccuuCtR(1cos)cimaduUmt

19、Kd(1cos)dcimauUmttRCtutUcimddddsin1cosaamtRCmtmax21aamARCm21aamRCm tucddtUimdd211aamRCmsinimaimdUmUtdt RCudtducc或或不产生惰性失真的条件是不产生惰性失真的条件是26高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FPu不产生惰性失真的条件不产生惰性失真的条件单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:21aamRCm 多音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:aammRC2max127高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP

20、+ + v C + R RL VC Cc vi D V i m（1-m）V i mttmVoimicos)cos1 (vV R)cos1 (tmVimttmVoimicos)cos1 (vttmVoimicos)cos1 ( v)cos1 (tmVim)cos1 (tmVimV RV RV RV RV R负峰切割失真负峰切割失真 （底边切割失真）（底边切割失真）产生原因：产生原因： 检波器的直流负载和交流负载不同，且检波器的直流负载和交流负载不同，且m ma a过大而引起的。过大而引起的。28高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP由于由于Cc的存在检波器的

21、直流电的存在检波器的直流电阻为阻为R而交流电阻为而交流电阻为R/RL=R不产生负峰切割失真的条件是输入不产生负峰切割失真的条件是输入调幅波的振幅最小值调幅波的振幅最小值 设设Kd=cos=1，则，则(1)imaRUmUimLaimURRRmU1LaLRRmRRR不产生负峰切割失真的条件不产生负峰切割失真的条件: :imLRURRRU(1cos)coscoscosAimaBaimuUmtum Ut交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易越大，越容易发生该失真。可见发生该失真。可见R/RL越接近越接近R越不易产生越不易产生失真，这样必须提高失真，这样必须提高RL，可以引入射

22、随器。，可以引入射随器。29高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP负峰切割失真的改进负峰切割失真的改进当当R一定时，将一定时，将R分成两部分：分成两部分：R1和和R2，R直直=R1+R2R交交=R1+（R2RL）/（R2+RL）=R1+R交交，即：，即：（1）R1足够大时，足够大时，R交交的影响减小，不易出现负峰切割失真。但的影响减小，不易出现负峰切割失真。但R1过过大时，大时，V的幅度下降，一般取的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2。（2）检波电路后接射随（）检波电路后接射随（Ri大），即检波电路的大），即检波电路的RL大。大。（3）晶体管和集成电

23、路包络检波，为直接耦合方式，不存在）晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在Cc。30高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP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弯曲部分，利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，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。 二、小信号检波器的工作原理二、小信号检波器的工作原理 因为是小信号输入，检因为是小信号输入，检波器需外加偏压波器需外加偏压 使其静使其静态工作点位于二极管伏安特态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。性的弯曲部分。 QV一、小信号检波

24、一、小信号检波第三节二极管小信号检波器第三节二极管小信号检波器31高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP32高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP230123()()()DDQDQDQibb uVb uVb uVDiQuuV230123Diiiibbub ub u2012220122012coscos1cos(1 cos2)2Diiimiimiimiimiibbub uIbUtbUtIbUtbUt2212DimibU222222222222222co121(1cos1cos)s2112424oimimaimaimaai

25、mimubURb RUmb Rm Uttb RUbb Rm URm Ut在工作点在工作点Q附近，附近，可用泰勒级数展开：可用泰勒级数展开：输出电压很小，可忽略，则：输出电压很小，可忽略，则：低通滤波后低通滤波后33高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP三、小信号检波器的主要技术指标三、小信号检波器的主要技术指标输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为 1、电压传输系数、电压传输系数RUbURUbKimimimd2222121输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数

26、为 RUbUmRUmbKimimaimad222 可近似地认为等于二极管的导通电阻可近似地认为等于二极管的导通电阻rd 2、检波器的等效输入电阻、检波器的等效输入电阻34高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP电压传输系数电压传输系数 小，且不为常数小，且不为常数.检波效率低。检波效率低。等效输入电阻等效输入电阻存在非线性失真。存在非线性失真。3、非线性失真系数、非线性失真系数 aimaimammmfmRUmbRUmbUUUK4141222222322u调幅指数越大调幅指数越大, ,非线性失真越严重非线性失真越严重四、小信号检波器的特点四、小信号检波器的特点

27、dkdirR 35高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP第四节同步检波器第四节同步检波器一、同步检波器一、同步检波器主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。必须加一个本地载频信号，与原载频同频同相。因此称为同步检波。必须加一个本地载频信号，与原载频同频同相。因此称为同步检波。二、同步检波器的组成二、同步检波器的组成由乘法器和低通滤波器组成由乘法器和低通滤波器组成iu乘法器乘法器0u低通滤波器低通滤波器u36高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除

28、 频率分量，得频率为频率分量，得频率为 的输出电压：的输出电压：1、双边带调幅波、双边带调幅波 输入为输入为 本地载频信号为本地载频信号为 经乘法器相乘，输出电流为经乘法器相乘，输出电流为 coscosiimiuUttcosoomiuUtcoscoscosioimomiiKuuKU Uttt11cos(2)cos(2)4c41os2imomiimiimomomKU UtKU UtKU Ut 2i1cos2imomuKU URt三、工作原理三、工作原理37高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP FP输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱38高频电子线路高频电子线路第六章调幅信号的解调第六章调幅信号的解调 FP