第6章 振幅调制、 解调及混频

1、高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 1第第6章章 振幅调制、振幅调制、 解调及混频解调及混频 6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调6.3 混频6.4 混频器的干扰高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 26.1 振幅调制振幅调制 一、几个基本概念一、几个基本概念 1、调制：、调制：调制是指利用调制信号去控制载波的某个参数调制是指利用调制信号去控制载波的某个参数的过程。的过程。 2、调制信号、调制信号：是指由原始消息（如声音、数据、图象等）：是指由原始消息（如声音、

2、数据、图象等）转变成的低频或视频信号。可以是模拟信号，也可是数字转变成的低频或视频信号。可以是模拟信号，也可是数字信号。通常用信号。通常用u或或f(t)表示。表示。 3、载波信号、载波信号：是指未受调制的高频振荡信号。可以是正：是指未受调制的高频振荡信号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。弦信号，也可是非正弦信号。 4、已调波信号、已调波信号：是指受调制后的高频信号，即已经把调：是指受调制后的高频信号，即已经把调制信号加载到载波中的信号。制信号加载到载波中的信号。 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 3 5、解调、解调：是调制的

3、逆过程，即从已调波信号中提取原调制：是调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调制信号的过程。信号的过程。 6、振幅调制、振幅调制：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规律变化。波信号的振幅按调制信号的规律变化。 7、振幅调制的分类、振幅调制的分类： (1) 普通调幅方式（普通调幅方式（AM）：其输出的已调信号称为调幅：其输出的已调信号称为调幅波。波。 (2) 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制：其输出的已调信号称为双边：其输出的已调信号称为双边带信号带信号(DSB)。 (3) 抑制载波的单边带调制抑制载波的单边带调制：其输出

4、的已调信号称为单边：其输出的已调信号称为单边带信号带信号(SSB)。 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 4二、振幅调制信号分析（一）调幅波（一）调幅波（AM）的分析）的分析 1、调幅波的表达式及波形、调幅波的表达式及波形 （1）调制信号为单一频率的余弦信号）调制信号为单一频率的余弦信号 设载波电压设载波电压为为coscosCCcuUtuUt调制电压为调制电压为（6-1） （6-2） 通常通常载波频率与调制信号满足载波频率与调制信号满足c。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作

5、陈亚军制作 5 根据根据振幅调制信号的定义振幅调制信号的定义，已调信号的振幅随调制信，已调信号的振幅随调制信号号u线性变化，由此可得线性变化，由此可得振幅调制信号振幅振幅调制信号振幅Um（t）为为 Um(t)=UC+UC（t）=UC+kaUcost =UC(1+mcost) （6-3）式中：式中：UC(t)与调制电压与调制电压u成正比，其振幅成正比，其振幅UC=kaU与载与载波振幅之比称为波振幅之比称为调幅度调幅度（调制度）：（调制度）： CaCCUk UmUU (6-4) 式中，式中，ka为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调调制灵敏度。制灵敏度。

6、调幅度：调幅度：高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 6图6-1 AM调制过程中的信号波形ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCttttm1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m1m1uAM(t)0高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 7由此可得由此可得调幅信号的表达式调幅信号的表达式： uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct （6-5） 为了使为了使已调波不失真已调波不失真，即高频振荡波的振幅能真实地反映，即高频振荡波的振幅能真实

7、地反映出调制信号的变化规律，出调制信号的变化规律，调幅度调幅度m应小于或等于应小于或等于1，当，当m1时，称为时，称为过调幅过调幅。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 8（2）调制信号为一连续频谱信号）调制信号为一连续频谱信号f(t) 上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，例进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，例如是一连续频谱信号如是一连续频谱信号f（t），这时，可用下式来描述调幅），这时，可用下式来描述调幅波：波： (

8、 )1( )cosAMCcutUmf tt（6-6 ） 式中，式中，f（t）是）是均值为零均值为零的的归一化调制信号归一化调制信号，即即|f(t)|max=1。若将调制信号分解为：若将调制信号分解为：1( )cos()nnnnf tUt高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 91( )1cos()cosAMCnnncnutUUtt(6-7) 则调幅波表示式则调幅波表示式为： 调制信号和已调波示意图如图6-3所示。 (b)uAM(t)f (t)tt(a)包络未调制00图6-2 实际调制信号的调幅波形高频电子线路高频电子线路第6章振幅调

9、制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 10图6-3 AM信号的产生原理图 uAMucu常数(a)uAMucu(b) （3）调制电路框图）调制电路框图 由由(6-5)式可以看出式可以看出，要完成AM调制，可以用图6-3所示的原理框图实现，其关键在于实现调制信号和载波信号的相乘。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 11 2、调幅波的频谱、调幅波的频谱 由图由图6-1(c)可知，调幅波不是一个简单的正弦波形。在可知，调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制单一频率的正弦信号的调制情况下，调幅

10、波如式（情况下，调幅波如式（6-5）所）所描述。将式（描述。将式（6-5）用三角公式展开，可得：）用三角公式展开，可得：( )coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt(6-8)上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分，即它由三上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分，即它由三个高频正弦波叠加而成。个高频正弦波叠加而成。其频谱如图其频谱如图6-4所示。所示。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 12 图6-4 单音调制时已调波的频谱 （a）调制信号频谱（b）载波信号频谱 （c）AM信号频谱U0F(a)f

11、Uc0(b)ffc10(c)ffcfc Ffc F2Fm/2m/2高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 13显然：显然： 1) 频谱的中心分量就是载波分量，它与调制信号无关，频谱的中心分量就是载波分量，它与调制信号无关，不含消息；不含消息； 2) 两个边频分量分量两个边频分量分量c及及c 则以载频为中心对则以载频为中心对称分布，两个边频信号的幅度相等并与调制信号幅度成正比。称分布，两个边频信号的幅度相等并与调制信号幅度成正比。 3) 边频相对于在品的位置仅取决于调制信号的频率。边频相对于在品的位置仅取决于调制信号的频率。因此调制信

12、号的幅度、频率消息只包含在边频分量中。因此调制信号的幅度、频率消息只包含在边频分量中。 在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了已调波的上下两个边带。对组成了已调波的上下两个边带。如图如图6-5所示。所示。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 14 图6-5 语音信号及已调信号频谱 （a）语音频谱（b）已调信号频谱 振幅0(a)f / Hz3003 400振幅0(b)f / Hzfc 3 400fc 3 400fc高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频

13、西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 153、调幅波的功率、调幅波的功率由于调幅波的振幅是变化的，因此存在几种功率，由于调幅波的振幅是变化的，因此存在几种功率，如如载波功率、最大功率、最小功率、平均功率载波功率、最大功率、最小功率、平均功率等。等。根据前面的有关公式，在负载电阻根据前面的有关公式，在负载电阻RL上消耗的上消耗的载波载波功率功率为：为：2222( )11(1cos)22(1cos)AMcCLLcutPdtUmtRRPmt(6-9) (6-10) 在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内上，一个载波周期内调幅波消耗的功率调幅波消耗的功率为22122CCccLLuUPdt

14、RR高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 16 由此可见，由此可见，P是调制信号的函数，是随时间变化的。是调制信号的函数，是随时间变化的。上、下边频的平均功率上、下边频的平均功率均为：均为：21(1)22avcmPPdtP (6-11) (6-12)AM信号的平均功率 由上式可以看出，AM波的平均功率等于载波功率平均功率等于载波功率与两个边带功率之和与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为：边频功率 载波功率 22m(6-13) 221()224CcLmUmPPR边 频高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混

15、频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 17 同时可以得到同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率调幅波的最大功率和最小功率，它们分，它们分别对应调制信号的最大值和最小值为（由别对应调制信号的最大值和最小值为（由6-10直接可得）直接可得）:2max2min(1)(1)ccPPmPPm(6-14) 总结：总结：由前面分析可得：由前面分析可得： (1) 当调幅度当调幅度m=1时，调幅波的最大功率为载波功率的时，调幅波的最大功率为载波功率的4倍，而最小功率为零，因此由于最大、最小功率相差太大，倍，而最小功率为零，因此由于最大、最小功率相差太大，对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大受限

16、；对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大受限； (2) 当当m1时，不携带调制信号的载波成分将占用调幅波时，不携带调制信号的载波成分将占用调幅波总功率的总功率的2/3，而带有信号的边频只调幅波总功率的，而带有信号的边频只调幅波总功率的1/3，因，因此功率浪费大，效率低；若此功率浪费大，效率低；若mU时，时，由式由式(538)可知，流可知，流过二极管的电流过二极管的电流iD为为 coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt (6-29) 电流电流iD的频谱如图的频谱如图6-16(b)所示，经输出滤波器所示，经输出滤波器(调谐在调谐在c，带宽为2F)选出输出频率

17、分量选出输出频率分量：下边带下边带(频频)差频、载频、上差频、载频、上边带边带(频频)和频，即和频，即AM信号信号。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 40图6-16 单二极管调制电路及频谱 uuo(t)H(j)VDucuDiDi(a)0(b)fFfc2fc3fc 大家思考一下：在实际中，该电路能否完成实现大家思考一下：在实际中，该电路能否完成实现DSB调制？调制？为什么？为什么？ 当然，利用二极管平衡电路，也可实现当然，利用二极管平衡电路，也可实现AM调制，大家可调制，大家可以自行分析。以自行分析。高频电子线路高频电子线路第6

18、章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 41 2) 2) 利用模拟乘法器产生普通调幅波利用模拟乘法器产生普通调幅波0(1)tanh()2bAoeTuuiIEV(6-30) 若将载波将载波uC加至加至uA，调制信号调制信号u加到加到uB，则有：00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5oceTcccUUiIttEVImtxttt (6-31) 模拟乘法器是以差分放大器为核心的，根据第五章的分析，由单差分对的单差分对的(5-70)式有：高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作

19、陈亚军制作 42 式中，式中，m=U/Ee，x=UCVT。若集电极滤波回路的若集电极滤波回路的中心频率为中心频率为fc，带宽为，带宽为2F，谐振阻抗为，谐振阻抗为RL，则经滤波后的则经滤波后的输出电压：输出电压：01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt(6-32) 其差分传输特性及输出电流波形如图其差分传输特性及输出电流波形如图6-17所示。所示。 利用双差分对电路也可得到利用双差分对电路也可得到AM信号信号，图，图6-18给出了利用给出了利用集成模拟乘法器实现集成模拟乘法器实现AM调制的电路图。调制的电路图。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范

20、大学 陈亚军制作陈亚军制作 43图6-17 差分对AM调制器的输出波形 UU0 U00uut(a)(b)iot0未加调制电 压I0 II0 I高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 44图6-18 利用模拟乘法器产生AM信号 MC1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k12 V0.1 FAM信号输出6.8 k5150 k750750ma值调节510.1F60 mV载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1F51(b)4187300 mV(max)BG31415 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微

21、调Xos微调u(t)uC(t)10 k(调节ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 453. DSB3. DSB调制电路调制电路只能使用低电平调制只能使用低电平调制 (1)二极管调制电路二极管调制电路 单二极管电路只能产生单二极管电路只能产生AM信号，不能产生信号，不能产生DSB信号。信号。二极管平衡电路和二极管环形电路二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生可以产生DSB信号。信号。 1) 二极管平衡二极管平衡DSB调制电路

22、调制电路 电路如图电路如图6-19所示，根据前面分析可得所示，根据前面分析可得T2次级电流：次级电流：2()22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDcDDcDcDcDcig Kt ug Utg Utg Utg Utg Ut (6-33) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 46图6-19 二极管平衡调制电路 带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 4

23、7 iL中包含中包含F分量和分量和(2n+1)fcF(n=0，1，2，)分量，分量，若输出滤波器若输出滤波器的中心频率为的中心频率为fc、宽为宽为2F、谐振阻抗为、谐振阻抗为RL，则输则输出电压为：出电压为：22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt(6-34) 二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉，从而获得从而获得DSB信号。平衡调制器的波形如图信号。平衡调制器的波形如图6-20所示，加所示，加在在VD1、VD2上的电压仅调制信号的相位不同（反相），故上的电压仅调制信号的相位不同（反相），故

24、电流电流i1和和i2仅调制信号包络反相仅调制信号包络反相（分析图（分析图6-20）。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 48图6-20 二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uu高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 49图6-21 平衡调制器的一种实际线路 RLucVD12/5 pF0.01C1C2VD2C34.7 pFR34747R2R22 kuT 图图6-21为一实用的平衡调制器电路为一实

25、用的平衡调制器电路。 其中省掉了变压器其中省掉了变压器N2，调制信号采用单端输入。由于两个二极管方向相反，调制信号采用单端输入。由于两个二极管方向相反，故载波电压仍同相加于两管。故载波电压仍同相加于两管。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 502) 二极管环形二极管环形DSB调制电路调制电路双平衡电路双平衡电路 为进一步为进一步减少组合分量减少组合分量，可采用双平衡调制器可采用双平衡调制器(环形环形调制器调制器)，如图，如图6-22所示。在第所示。在第5章已得到双平衡调制器输章已得到双平衡调制器输出电流的表达式出电流的表达式(5

26、-49)，在在u1=u，u2=uC的情的情况下，该式况下，该式可表示为：可表示为：442()2coscos3cos38cosLDcDccoLDcig Kt ugttUtuR g U tt(6-35) (6-36) 经滤波后经滤波后，有 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 51图6-22 双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 52 3

27、) 值得说明的问题值得说明的问题：P204倒二段倒二段 4) 二极管桥式调制器二极管桥式调制器 电路如图电路如图6-23所示，调制电压反向加于两桥的另所示，调制电压反向加于两桥的另一对角一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中ua(t)为为 ：1111( )()4( )coscosacdLocedRu tu KtRrRRu tUttR Rr 因晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re，所以输出电压为(6-37) (6-38) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 53图6-2

28、3 双桥构成的环形调制器 BR2R2AABL2L2uL2uCL3R1ua(t)Re EeRLLCf0 fcEcuo(t)高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 54 (2) 差分对调制器差分对调制器 1）单差分对）单差分对DSB调制电路调制电路 在单差分电路在单差分电路(图图5-17)中，将中，将载波电压载波电压uC加到线性通加到线性通道道，即，即uB=uC，调制信号调制信号u加到非线性通道加到非线性通道，即，即uA=u，则双端输出电流则双端输出电流io(t)为：为：13( )(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )cos

29、( )cos3oocTocUi tImttVImtxtxt (6-39) 式中，I0=Ee/Re，m=UC/Ee，x=U/VT。经滤波后的输出电压uo(t)为：01( )( )coscoscoscosoLcocu tI R mxttUtt(6-40) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 55图6-24 差分对DSB调制器的波形 UCUC0 UC0uioioU0utuDSB(t)(a)(b)(c)tt00高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 56值得说明的问题值得说明

30、的问题：P205倒二段倒二段 A、与、与AM调制相比，调制相比，载波电压载波电压uC、调制信号、调制信号u的加入方的加入方式与式与AM调制相反。调制相反。 B、由于、由于u加入到非线性通道，出现了加入到非线性通道，出现了fc nF分量分量(n=3,5, 7, )，这些分量是不容易滤除的。只有当，这些分量是不容易滤除的。只有当u较小时，使较小时，使 3(x) 5(x)，才能得到较为理想的才能得到较为理想的DSB信号。信号。 C、由信号分析可知，、由信号分析可知，DSB信号的产生可将两个输入信号信号的产生可将两个输入信号相乘即可。相乘即可。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华

31、师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 57 2）双差分对）双差分对DSB调制电路调制电路 双差分对电路的差动输出电流为双差分对电路的差动输出电流为 ：002( )tanh()tanh()221( )4ABoTToCTuui tIVVIi tu uV(6-41) (6-42) 若U、UC均很小，上式可近似为 图图6-25为彩色电视发送机中的双差分对调制器的实为彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际电路。际电路。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 58图6-25 双差分调制器实际线路 12 V0.477501002.7 kW1

32、100副载波12 V0.1250I5I6I1I2I3I4V4V3V2V1W21003 kV5aV5bV6bV6a1 kW33.9 kW415 k300300I012 V300300V7V8色差信号3 k2 k高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 59 4、SSB调制电路调制电路 SSB信号是将信号是将双边带信号滤除一个边带形成的双边带信号滤除一个边带形成的。根。根据滤除方法的不同，据滤除方法的不同，SSB信号产生方法有好几种信号产生方法有好几种，主要有，主要有滤波法滤波法和和移相法移相法两种。两种。 （1） 滤波法滤波法 图图6-

33、26是采用滤波法产生是采用滤波法产生SSB的发射机框图。的发射机框图。特点：特点：A、要求具有陡峭的过渡带衰减特性要求具有陡峭的过渡带衰减特性； B、带内衰减小，衰减变化小带内衰减小，衰减变化小。 由于带通滤波器的相对带宽与品质因数成反比，所以通常在调制时，不是直接在工作频率上调制，而是先在较低频率上实现调制。如图6-26所示。 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 60图6-26 滤波法产生SSB信号的框图 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

34、频器第 二混频器线性放大功放f1f2fc500 kHz高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 61图6-27 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 Fmaxf高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 62 （2） 移相法移相法 1) 原理及框图原理及框图 移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而当的相移，以便在相加过程中将

35、其中的一个边带抵消而获得获得SSB信号。在信号。在SSB信号分析中我们已经得到了式信号分析中我们已经得到了式(6-25)，重写如下，重写如下: ( )( )cos( )sinSSBccutf ttf tt高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 63图6-28 移相法SSB信号调制器 平 衡调制器A /2平 衡调制器B /2f (t)f (t)cos ctcosctsinctf (t)sin ctuSSB上边带下边带0F ()0cc0F ()j0cc高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军

36、制作陈亚军制作 64 2) 特点特点 移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件带完全抑制掉，必须满足下列两个条件: A、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 B、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。 此外由于移相法电路中没有边带滤波器，因此对调制此外由于移相法电路中没有边带滤波器，因此对调制器的载波抑制要求很高。器的载波抑制要求很高。 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制

37、作 65图6-29 移相法的另一种SSB调制器4545低 通高频功放SSB信号输出2224f0DECBA(a)tAtBtCtDtE(b)00000高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 666.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 一、 调幅解调的方法 振幅解调方法可分为振幅解调方法可分为包络检波包络检波和和同步检波同步检波两大类。两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于比的检波方法。由于AM信号的包络与调制信号成线性关信号的包络与调制信号成线性关系，因此

38、包络检波只适系，因此包络检波只适用于用于AM波。其原理框图如图波。其原理框图如图6-30所示。所示。 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 67图6-30 包络检波的原理框图 ui非线性电路(器件)低 通滤波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 68图6-31 同步解调器的框图 插入载波同步解调器低通滤波器uUcos (ctc)DSB信号SSB信号或ffc Ffcfc Fffc F00fF0高频电子线路高频电子线路

39、第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 69 同步检波又可以分为同步检波又可以分为乘积型乘积型(图图6-32(a)和叠加型和叠加型(图图6-32(b)两类两类。它们都需要用恢复的载波信号。它们都需要用恢复的载波信号ur进行进行解调。解调。 图6-32 同步检波器 低通滤波器us(a)uour包络检波器us(b)uour高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 70二、 二极管峰值包络检波器 1原理电路及工作原理原理电路及工作原理 图图6-33(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是是二极管峰值

40、包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管由输入回路、二极管VD和和RC低低通滤波器组成。通滤波器组成。 11cRRCC 式中，c为输入信号的载频，在超外差接收机中则为中频I ， 为调制频率。在理想情况下，RC网络的阻抗Z应为：()0()cZZR 由于信号源、非线性器件及RC网络三者是串联的，故称为串联型。若输入信号足够大，则称为二极管串联型峰值包络检波器。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 71 图6-33 二极管峰值包络检波器(a)原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止 uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(

41、c)uo（1）当输入等幅载波时 为了分析方便，我们先假设输入信号为等幅高平电压。且输入电压足够大，即属于大信号峰值检波。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 72图6-34 加入等幅波时检波器的工作过程 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 73 从这个过程可以得出下列几点从这个过程可以得出下列几点: (1) 检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与检波过程就是信号源通过二

42、极管给电容充电与电容对电阻电容对电阻R放电的交替重复过程放电的交替重复过程。 (2) 由于由于RC时常数远大于输入电压载波周期，放时常数远大于输入电压载波周期，放电慢，使得二极管负极永远处于正的电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位较高的电位(因为因为输出电压接近于高频正弦波的峰值，即输出电压接近于高频正弦波的峰值，即UoUm)。 (3) 二极管电流二极管电流iD包含平均分量包含平均分量(此种情况为直流分此种情况为直流分量量)Iav及高及高频分量。频分量。平均分量平均分量Iav流经电阻流经电阻R形成平均电形成平均电压压Uav（载波输入时，（载波输入时， Uav UDC），它是检波器游泳），

43、它是检波器游泳的输出电压，的输出电压，高高频电流主要被旁路电容旁路，其上残频电流主要被旁路电容旁路，其上残留很小的高频电压留很小的高频电压u 。 ，00CavavuuUuUU 00DiiuuuuU高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 74图6-35 检波器稳态时的电流电压波形 0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)00DiiuuuuU高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 75图6-36 输入为AM信号时检波器的输出波形图t0(a)(b)t0uC(t)U

44、o(t)（2）当输入为AM信号时高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 76图6-37 输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形 0iDuDUo(t)uDiDt000DiiuuuuU高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 77 图6-38 包络检波器的输出电路 CRu(a)RgCgCRUdc(b)CR（3）检波输出电路 A、若只输出调制频率电压，可采用6-38(a)图所示电路； B、若只需要与载波电压成正比的直流电压，可采用6-38(b)图所示电路。高频电子线路高频

45、电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 78 2性能指标分析性能指标分析 检波器的检波器的主要性能指标主要性能指标有有非线性失真非线性失真、输入阻抗输入阻抗、传输系传输系数数等。等。 1) 传输系数传输系数Kd (1) 定义：定义：检波器传输系数检波器传输系数Kd或称为或称为检波系数检波系数、检波效率检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量理量。若。若输入载波电压振幅为输入载波电压振幅为Um，输出直流电压为，输出直流电压为Uo，则，则Kd定义为：定义为：odmdCUK

46、UUKmU(6-43a) (6-43b)对于对于AM信号：信号：低频输出电压振幅输入已调波包络振幅高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 79 (2) 计算：计算：由于由于输入大信号输入大信号，检波器工作在大信号状，检波器工作在大信号状态，二极管的态，二极管的伏安特性可用折线近似伏安特性可用折线近似。在。在考虑输入为等考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波幅波，采用理想的高频滤波，并以，并以通过原点的折线表示通过原点的折线表示二极管特性二极管特性(忽略二极管的导通电压忽略二极管的导通电压VP)，则由，则由图图6-35有有:000DDD

47、DDg uuiu(6-44)(6-45) 式中，uD=ui-uo，gD=1/rD，为电流通角，iD是周期性余弦脉冲，其平均分量（直流分量）平均分量（直流分量）I0为为：max()(1cos )DDmoDmigUUg U高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 80 式中，式中，0()、1()为为电流分解系数电流分解系数。 由式由式(6-43(a)和图和图6-35可得可得0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia基频分量基频分量为 (6-46)(6-47)(6-48) cos

48、odmUKU高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 81 由此可见由此可见，检波系数检波系数Kd是检波器电流是检波器电流iD的通角的通角的的函数，求出函数，求出后，就可得后，就可得Kd。 如何求导通角如何求导通角 ： 由式由式(6-46)Uo=I0R，有，有 (sincos )cosooDmmUI Rg RUU(6-49)等式两边各除以cos，可得tanDg R(6-50) 当当gDR很大时很大时，如gDR50时，tan-3/3，代入式(6-50)，有33Dg R(6-51) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西

49、华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 82 (3)讨论讨论：由：由6-48和和6-51式可得式可得(见教材见教材P216） A、当电路一定（二极管、当电路一定（二极管、R一定）时，在大信号检波器一定）时，在大信号检波器中导通角是恒定的，它与输入信号大小无关中导通角是恒定的，它与输入信号大小无关，其原因是由于，其原因是由于负载电阻负载电阻R的反作用，使电路具有自动调节作用。的反作用，使电路具有自动调节作用。 B、由于导通角是恒定的，故、由于导通角是恒定的，故检波器的传输系数也是恒定检波器的传输系数也是恒定的，与输入信号大小无关的，与输入信号大小无关，因而，因而检波器的输入输出间的关系检波

50、器的输入输出间的关系是线性的是线性的线性检波器线性检波器。 C、导通角越小导通角越小，检波器的传输系数检波器的传输系数Kd越接近于越接近于1，而导，而导通角随通角随gDR增大而减小，因此传输系数增大而减小，因此传输系数Kd随随gDR增大而增大。增大而增大。 D、实际上理想滤波是做不到的，、实际上理想滤波是做不到的，实际传输特性如图实际传输特性如图6-40.高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 83 图6-39 KdgDR关系曲线图 020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0

51、101001000gDRRC0RC5RC图6-40 滤波电路对Kd的影响 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 84 2) 输入电阻输入电阻Ri 检波器的输入阻抗包括输入电阻检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容及输入电容Ci，如图如图6-41所示。所示。输入电阻是输入载波电压的振幅输入电阻是输入载波电压的振幅Um与与检波器电流的基频分量振幅检波器电流的基频分量振幅I1之比值之比值，即，即1miURI(6-52) 输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，影响着回路的有效Q值及回路阻抗。由式(6-47)，有(sincos )i

52、DRg(6-53) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 85图6-41 检波器的输入阻抗 CRisR0LC1ZiRiCi高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 86 当当gDR50时时，很小，很小，sin-3/6，cos1-2/2，并利用，并利用式式6-5，代入上式，可得，代入上式，可得Ri=R/2；另外，也可利用能量守恒，另外，也可利用能量守恒，考虑导通角很小，传输系数考虑导通角很小，传输系数近似为近似为1，有，有2202miUURR2iRR 可得：可得：高频电子线

53、路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 87 3检波器的失真检波器的失真 (1)惰性失真惰性失真 1)产生惰性失真的原因产生惰性失真的原因：在二极管截止期间，电容：在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于两端电压下降的速度取决于RC的时常数。当的时常数。当RC太大时太大时会产生惰性失真。会产生惰性失真。 图6-42 惰性失真的波形 0uCtui高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 88 2)避免惰性失真的措施避免惰性失真的措施 为了避免产生惰性失真，必须在为了避免产生惰性

54、失真，必须在任何一个高频周期任何一个高频周期内，使电容内，使电容C通过通过R放电的速度大于或等于包络的下降速放电的速度大于或等于包络的下降速度度，即：，即：( )ouU ttt(6-55) 如果输入信号为单音调制的输入信号为单音调制的AM波波，在t1时刻其包包络的变化速度络的变化速度为11( )sint tmU tmUtt (6-56) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 89 二极管停止导通的瞬间，二极管停止导通的瞬间，电容两端电压电容两端电压uC近似为近似为输入电压包络值，即输入电压包络值，即uC=Um(1+mcost)。从

55、。从t1时刻开始时刻开始通过通过R放电的速度放电的速度为为11111(1cos)t tt tRCRCCmu eUmt etRC 将式(6-56)和式(6-57)代入式(6-55)，可得(6-57) (6-58) 11sin11cosRCmtAmt高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 90 实际上，不同的实际上，不同的t1，U(t)和和Cu的下降速度不同，的下降速度不同，为为避免产生惰性失真，必须保证避免产生惰性失真，必须保证A值最大时，仍有值最大时，仍有Amax1。故令故令dAdt1=0，得，得1costm 代入式(6-58)，得

56、出不失真条件如下不失真条件如下:(6-59) (6-60)(6-61) 2maxmaxmax1 mRCm21mRCm或高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 91 (2) 底部切削失真底部切削失真 1) 底部切削失真及产生原因底部切削失真及产生原因 底部切削失真又称为负峰切削失真。产生这种失真底部切削失真又称为负峰切削失真。产生这种失真后，输出电压的后，输出电压的波形如图波形如图6-43(c)所示。所示。这种失真是因检这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的，因为波器的交直流负载不同引起的，因为Cg很大，直流负载很大，直流负载为为R

57、，而低频交流负载则为，而低频交流负载则为R|Rg。 因为因为Cg较大，在较大，在音频一周内音频一周内，其，其两端的直流电压基两端的直流电压基本不变，其大小约为载波振幅值本不变，其大小约为载波振幅值UC，可以把它看作一直，可以把它看作一直流电源。它在电阻流电源。它在电阻R和和Rg上产生分压。在电阻上产生分压。在电阻R上上的压降的压降为为 RCgRUURR(6-62) 高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 92 图6-43 底部切削失真 usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制

58、、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 93 2) 避免和减少底部切削失真的措施避免和减少底部切削失真的措施 调幅波的最小幅度为调幅波的最小幅度为UC(1-m)，由图，由图6-43可以看出，可以看出，要避免底部切削失要避免底部切削失真，应满足真，应满足 (1)CCggRUmURRRRmRRR(6-63) (6-64) 由上式可得要：由上式可得要：避免底部切削失避免底部切削失真，检波器的交流负真，检波器的交流负载与直流负载之比应大于调幅波的调幅度。载与直流负载之比应大于调幅波的调幅度。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制

59、作陈亚军制作 94图6-44 减小底部切削失真的电路 C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg 减少底部切削失真的措施： A、将将R分为两部分，如图分为两部分，如图6-44（a)所示所示； B、在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器如图在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器如图6-44（b)所示所示。高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 95 4实际电路及元件选择实际电路及元件选择(总结总结)图6-45 检波器的实际电路C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 p

60、F5 100 pFCg10C2高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 96 根据上面诸问题的分析，根据上面诸问题的分析，检波器设计及元件参数检波器设计及元件参数选择的原则如下选择的原则如下: (1)回路有载回路有载QL值要大，值要大， (2) 为载波周期为载波周期 (3) (4) (5) 000/12LRRQC11,CCCcRCTTTf0011,2mmR CRC2maxmaxmax1(1)gggmRCmRm RmRRRm高频电子线路高频电子线路第6章振幅调制、 解调及混频 西华师范大学西华师范大学 陈亚军制作陈亚军制作 97 5.