高频电子线路-第5章课件

第5章振幅调制、解调与混频电路调制、解调与混频在通信电路起何作用？处于发射机和接收机什么位置？振幅调制、解调与混频电路的输入和输出信号频谱有何特点？振幅调制、解调与混频电路如何构成？有哪些类型？如何分析振幅调制、解调与混频电路？有哪些性能参数？如何计算？第5章振幅调制、解调与混频电路调制、解调与混频在通信电路5.1振幅调制的基本原理在无线电通信系统中，将信号从发射端传输到接收端时，信号的原始形式一般不适合传输，必须进行调制和解调，所谓调制是将需要传送的信息装载到某一高频振荡信号（载波）上去的过程。在接收端收到了已调波信号后，需要将载波去掉，还原成原有的信息，即调制信号，这个过程是与调制相反的过程，称为解调。调制可分为振幅调制、频率调制和相位调制，简称为调幅、调频和调相，分别对应的解调有检波、鉴频和鉴相。5.1振幅调制的基本原理在无线电通信系统中，将信号从发射无线电通信发射机的组成框图振荡器高频放大器调制倍频话筒调制信号放大器载波uc调制信号uΩ已调波uAM无线电通信发射机的组成框图振荡器高频调制倍频话筒调制信5.1.1普通调幅波所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调制或相位调制，简称调幅、调频和调相。解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。5.1.1普通调幅波所谓调制，就是使幅度、频率、正弦波一般可表示为：1.AM调幅波的数学表达式设：单音调制信号载波调幅信号（已调波）包络函数正弦波一般可表示为：1.AM调幅波的数学表达式设：单音调制信包络函数称为调幅度、调幅指数或调制系数。kf为比例系数，称为调制灵敏度。包络函数称为调幅度、调幅指数或调制系数。kf为比例系数，2.调幅信号的波形2.调幅信号的波形过调幅失真包络函数：过调幅失真包络函数：包络的振幅为：调制度包络振幅载波振幅包络的振幅为：调制度包络振幅载波振幅载波分量上边带分量下边带分量电压振幅调幅波的频谱图3.AM调幅波的频谱及带宽载波分量上边带分量下边带分量电压振幅调幅波的频谱图单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率的二倍即2)多音调幅波的频谱频谱宽度是最高频率的二倍即：单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率的二电压振幅调幅波的频谱图将单音调幅波电压加到电阻RL两端，得调幅波各频率分量在RL上消耗的功率分别是：⑴载波功率⑵上下边带功率4.AM调幅波的功率分配电压振幅调幅波的频谱图将单音调幅波电压加到电阻RL两⑴载波功率⑵上下边带功率结论：能量传送时，由AM传送改为边带传送可节约能量。怎样能抑制掉载波，只保留两个边带呢？当Ma最大为1时，边带功率只占整个调幅波功率的1/3。⑴载波功率⑵上下边带功率结论：能量传送时，由AM传送改5.实现AM调幅波的数学模型5.实现AM调幅波的数学模型在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可形成双边带信号。DSB波数学表达式：5.1.2双边带调幅信号（DSB）在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可DSB波DSB波的波形与频谱：DSB波的波形与频谱：双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边带发射是多余的，为节省频带，提高系统的功率和频带的利用率，常采用单边带调制系统。SSB的数学表达式上边带下边带5.1.3单边带调幅信号（SSB）双边带调制波的上下边带包含的信息相同，两个边SSB的SSB的波形图与频谱图SSB的波形图与频谱图调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两侧，搬移过程中，频谱的结构不发生变化，属于频谱的线性搬移。高电平调制（主要用于AM波）基极调制二极管调制器晶体管调制器集成模拟调制器调制方法分类低电平调制（用于AM、DSB、SSB、FM波）集电极调制相乘器5.2振幅调制电路

调幅过程是把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两高若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅时，可以采用下面介绍的线性时变分析法来分析该电路的输出频谱分量。5.2.1非线性电路的线性时变分析法设一个非线性器件的伏安特性为i=f(u)，器件上的电压u=UQ+u1+u2，其中UQ是静态偏置电压，u1和u2都是交流信号：。如果，则可以认为器件的工作状态主要由UQ与u1决定，若在交变工作点(UQ+u1)处将输出电流i展开为幂级数，可以得到：若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如忽略高次项，得到：其中：分别称为电导和跨导。忽略高次项，得到：其中：分别称为电导和跨导。(1)单向正向余弦型开关函数将波形按傅氏级数展开，表示为开关函数(1)单向正向余弦型将波形按傅氏级数(2)单向反相余弦型开关函数将波形按傅氏级数展开，表示为(2)单向反相余弦型将波形(3)双向余弦开关函数(3)双向余弦开关函数单向正相正弦开关函数

单向反相正弦开关函数双向正弦开关函数(4)正弦型

若v1(t)=V1msinω1t单向正相正弦开关函数单向反相正弦开关函数双向正1.二极管电路a)D1、D2为理想开关二极管b)v1同相加到D1、D2上，

v2反相加到D1、D2上。Tr1次级与Tr2初级具有中心抽头，并上下严格对称。d)差动输出电流i=？

i=iD1-

iD2

5.2.2低电平调幅电路

（1）二极管电路平衡相乘器1.二极管电路a)D1、D2为理想开关二极管b)vv1(t)=V1mcosω1tv2(t)=V2mcosω2tv1为大信号，v2为小信号。

V1m>>V2m，V1m>>VD(on)

设：v1控制二极管D1、D2开关工作。

v1(t)=V1mcosω1tv2(t)=V2mcosω2t工作原理设：V1m>>V2m，V1m>>VD(on)

，若v1>0，D1、D2导通；若v1<0，D1、D2截止为什么是2RL工作原理设：V1m>>V2m，V1m>>VD(on)

i

含频谱分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2

……二极管平衡相乘器输出信号的频谱图w1w1+w2w1w2w23w13w1w23w1+w25w15w1w25w1+w2w怎样实现相乘？i含频谱分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2……二(2)二极管环形调幅器v1=vc＝Vcmcosωctv2=vΩ＝VΩmcosΩti经过LC带通滤波器中心频率ωc，BW3dB=2Ω，得输出vo为不失真的vDSB

。Vcm>>VΩm，Vcm>>VD(on)(2)二极管环形调幅器v1=vc＝Vcmcosωctv230二极管环形调幅器的电流波形二极管环形调幅器的电流波形(3)集成模拟相乘器调幅电路(3)集成模拟相乘器调幅电路1.集电极调幅电路5.2.3高电平调幅电路

要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压区。1.集电极调幅电路5.2.3高电平调幅电路

要实现集电极33集电极调幅的波形集电极调幅的波形2.基极调幅电路要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。2.基极调幅电路要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。基极调幅的波形基极调幅的波形5.3振幅检波电路检波：是从已调幅波中还原出原调制信号的过程。它是振幅调制的逆过程。检波器功能：●实现频谱线性搬移。●检波器分类5.3振幅检波电路检波：是从已调幅波中还原出原调制信375.3.1振幅检波的基本原理检波器的输入、输出波形5.3.1振幅检波的基本原理检波器的输入、输出波形1.电路组成vS、D、C

RL三者是串联关系。电路工作在大信号状态，输入信号在1V左右。5.3.2二极管包络检波电路条件：为什么要满足这两个条件？实际是一低通电路理想情况下：Z(ωc)=0，Z(Ω)=RL1.电路组成vS、D、CRL三者是5.3.2二极管包络检2.工作原理大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。输出端电压二极管上电压由于二极管导通角很小，所以2.工作原理大信号的检波过程，输出端电压二极管上电t0(a)(b)t0vC(t)o(t)v输入为AM波时检波器的输出波形图t0(a)(b)t0vC(t)o(t)v输入为AM波时检波器3.主要性能指标用傅氏级数对i进行分解，其中直流分量为设输入为高频等幅波（1）电压传输系数3.主要性能指标用傅氏级数对i进行分解，其中直流分量为设输入负载RL上得到的平均电压：两边同除得将其中级数展开：负载RL上得到的平均电压：两边同除得将得流通角得流通角4.非线性失真惰性失真负峰切割失真由能量守恒原理可知，由于很小，消耗在RD上的功率可以忽略，所以检波器输入的高频功率全部转换为输出的平均功率，而，所以有。

（2）等效输入电阻4.非线性失真惰性失真负峰切割失真由能量守1)

惰性失真现象：RLCL太大，放电速度跟不上包络下降的速度所致。这种现象是什么原因引起的？4.非线性失真1)惰性失真现象：RLCL太大，放电速度跟不上包络下降的为了避免惰性失真，应使电容C放电的速度大于或等于包络的下降速度，即因此得到避免产生惰性失真的条件：（多音）为了避免惰性失真，应使电容C放电的速度大于或因此得2)负峰切割失真

（或称底部切割失真）原因：检波器与下一级级连时，必须加入隔直耦合电容Cc，Ri2为下一级负载，这样检波器的直流负载为RL，交流负载为RΩ

＝RL∥Ri2，交直流负载不同，将引起底部失真。2)负峰切割失真

（或称底部切割失真）原因：48电路：RΩ＝RL∥Ri2

交流负载，RL直流负载。因为Cc较大，其两端直流电压基本不变，近似等于载波振幅值Vcm，可视为一直流电源。它在电阻RL和Ri2上产生分压为：调幅波的最小幅值为：要避免底部失真应满足：电路：RΩ＝RL∥Ri2交流负载，因为Cc较克服负峰切割条件：由得到RΩ＝RL∥Ri2

交流负载，RL直流负载。所以有克服负峰切割条件：由得到RΩ＝RL∥Ri2交流负克服负峰切割措施：将RL分成RL1和RL2两部分,并通过隔直电容CC将与Ri2并接在RL2两端。克服负峰切割措施：将RL分成RL1和RL2两部分,并通过隔直5.3.3同步检波电路(1)作用：主要解调DSB，SSB波，也可解调AM波(2)类型：本地恢复载波与原载波严格同步(同频同相)5.3.3同步检波电路(1)作用：主要解调DSB，SS

乘积型乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信号相乘，用低通滤波器将低频信号提取出来。本地恢复载波设理想时乘积型乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与接收信经低通滤波器、隔直流电容后，输出：经低通滤波器、隔直流电容后，输出：

二极管环型同步检波器(3)同步检波电路二极管环型同步检波器(3)同步检波电路552.集成模拟同步检波器MC1595L限幅器相乘器低通滤波器2.集成模拟同步检波器MC1595L限幅器565.4混频原理与电路混频是将某一频率的输入信号变换成另一个频率的输出信号，而保持原有的调制规律不变的一种变频器，混频的过程属于频谱的线性搬移过程。5.4混频原理与电路混频是将某一频率的混频器ooo（其中fI=

fL

-

fC表示中频频率，fL表示本振频率，fC表示载波频率）000的频谱的频谱的频谱1.混频器的变频作用混频器的实质是什么？用什么器件可以实现混频器？5.4.1混频电路混频器ooo（其中fI=fL-fC表示中频频率，fL表2.混频原理的数学分析

假设输入到混频器的两个信号都是余弦波，混频器的伏安特性为将代入上式，即得谐波分量和频分量差频分量通过中频滤波器将差频分量取出，将其它频率分量滤除。2.混频原理的数学分析假设输入到混频器的3.混频的实现混频是频谱的线性搬移过程。完成频谱线性搬移的关键是要获得两个输入信号的乘积。也可利用非线性器件的频率变换来实现混频。非线性器件带通滤波器乘法器带通滤波器3.混频的实现混频是频谱的线性搬移过程。晶体管混频器场效应管混频器二极管混频器集成模拟混频器4.常用的混频器晶体管混频器4.常用的混频器1.晶体管混频电路LCLC1=Iw谐振于中频构成输出中频回路，VCC混频晶体管的集电极电源VBB混频晶体管的基极静态偏置电压（输入高频信号）（本地振荡信号）1.晶体管混频电路LCLC1=Iw谐振于中频构成输出中频集电极电流由于器件参数基本上是受VLm控制，对于小信号来说，近似认为工作于线性状态。可以认为图示电路是具有信号电压，静态偏置电压为的小信号放大器。工作原理：此电路称为线性时变电路。集电极电流由于器件参数基本上是受VLm控制，可以认为图示电路由此可得集电极电流ic

为:将上式用泰勒级数在点展开，得由于值很小，可以忽略二次方及以上各项，得近似方程式中为时的集电极电流，为晶体管跨导。由此可得集电极电流ic为:将上式用泰勒级数在其中经集电极滤波回路滤波后得到中频电流iI称为中频利用傅里叶级数展开得:式中一般用图解法近似计算。和都是受控制的非线性函数，其中经集电极滤波回路滤波后得到中频电流iI称为中频利用傅称为变频跨导,一般用图解法近似计算。为变频器传输跨导的基波分量gf1仅与晶体管特性、直流工作点及本振信号vL有关，与vs无关，故变频跨导gfc也有上述性质。称为变频跨导,一般用图解法近似计算。为变频器传输跨导的基波分vs

(t)为信号电压，vL

(t)为本地振荡电压（1）共发射极混频电路vs(t)为信号电压，vL(t)为本地振荡电压（1）67（2）共基极混频电路对vs、vL分别加在不同的电极上，电路工作稳定(经常被采用)对vs、vL均加在同一电极上，容易起振，但相互牵制大。（2）共基极混频电路对vs、vL分别加在不同的电极上，电（1）二极管平衡混频器VLm>>VSm2.二极管混频器（1）二极管平衡混频器VLm>>VSm2.二极管混频器其中vL为本振信号vL=VLmcosωLt为大信号令vs=Vsmcosωct为小信号

(RL>>RD)其中vL为本振信号vL=VLmcosωLt为大信

i经LC为中频带通滤波器，中心频率谐振

在，带宽为。BW3dB=2Ω

实现混频i经LC为中频带通滤波器，中心频率谐振BW3dB=2Ω2.集成混频器2.集成混频器72

在混频器中，通过非线性元件的作用，在信号和本振之间、干扰和信号之间、干扰和干扰之间都会产生一系列的组合频率分量。当其中某些分量的频率等于或接近于中频频率时，就会和有用的中频信号一起由混频电路输出，进入中频放大器，经过检波后，产生各种哨叫声或嘈杂的干扰声，从而影响正常信号的接收。5.4.2混频干扰非线性元件中频滤波器在混频器中，通过非线性元件的作用，在信号和本振之5组合频率干扰的种类(1)信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声）(2)外来干扰与本振的组合干扰（寄生通道干扰）(3)信号和外来干扰、本振产生的组合干扰（交调干扰）(4)两个外来干扰和本振产生的组合干扰（互调干扰）组合频率干扰的种类(1)信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声p、q为任意正整数，代表有用信号和本振信号的谐波次数。1.信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声）有用的中频信号是某些接近中频的分量，经放大，形成干扰，称干扰哨声。再则，由于组合频率分量电流随p+q的增加而减小，所以对于p+q较大值产生的干扰哨声可忽略。非线性元件中频滤波器p、q为任意正整数，代表有用信号和本振信号的谐波次数。1.设组合频率只要满足的信号可产生干扰哨声。上式包括四种情况：如取第三、四种情况不可能，则有将代入，得设组合频率只要满足的信号可产生干扰哨声。上式包括四或者说当fc/fI一定，能找到对应的整数p、q时，就会形成干扰。当中频fI一定时，只要信号频率接近上式的值，就可能产生干扰哨声。若对应的p、q值大，就意味着阶数高，其分量幅度小，形成的干扰小。相反p、q值小，阶数小，则干扰影响大。一部接收机，当中频频率确定后，在其工作频率范围内，由信号及本振产生的干扰点是确定的。怎样来抑制干扰哨声？或者说当fc/fI一定，能找到对应的整数p、编号12345678910111213141516171819200112123123412341231212334445555666677788121341251某短波接收机，波段范围为2～30MHz。如fI=1.5MHz，则变比fc/fI=1.33~20，干扰点为2、4、6、7、10、11、14和15号。若fI=0.5MHz，则变比fc/fI=4~60，干扰点为7号和11号。但中频降低后，对镜像干扰的抑制不利，如选用高中频，如fI=70MHz，则变比fc/fI=0.029~0.43，干扰点为12、16和19号，影响很小。与、的关系表编号1234567891011121314151617181抑制干扰哨声的方法

(1)合理选择中频数值，中频要选在工作波段之外。例如:中波段广播调幅收音机的接收频段为535kHZ－1605kHZ。而中频选在465kHZ。调频广播的接收频段为88MHZ－108MHZ。而中频选在10.7MHZ。(2)采用合理的电路形式。但中频降低后，对镜像干扰频率的抑制不利。最好采用高中频方式。如平衡电路、环形电路、乘法器等，从电路上抵消一些组合频率干扰。抑制干扰哨声的方法(1)合理选择中频数值，2.外来信号与本振的组合干扰（寄生通道干扰）若则干扰信号fM变换为fI，它通过中频放大器，表现为串台或哨叫声。非线性元件中频滤波器这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器的非线性形成的假中频。2.外来信号与本振的组合干扰（寄生通道干扰）若则干扰信号f在这类干扰中主要有，中频干扰和镜像频率干扰。其中有意义。当时，产生寄生通道干扰在这类干扰中主要有，中频干扰和镜像频率干扰。其中有意义。当⑴中频干扰当、时，，称中频干扰相当于一个一阶的强干扰。抑制中频干扰的方法：提高前端电路的选择性，降低作用在混频器输入端的干扰电压。如加中频陷波电路。中频陷波电路⑴中频干扰当、⑵镜频干扰信号频率镜频干扰的频率关系当时，。将会听到干扰电台的声音

。由于和对称地位于两侧，呈镜像关系，称这种干扰为镜像频率干扰.（为二阶干扰）例：当收听580k