(7.8)--模块08高频电子线路高频电子线路.ppt

知识点模块八：振幅调制、解调和混频一、振幅调制三种类型是什么（特点、表达式、波形图、频谱结构）理想相乘器符号AMXYXYuxuyuo实现两个信号相乘AM增益系数或乘积系数，1/V理想相乘器功能1.实现相乘，而对输入电压波形、幅度、极性、频率无要求。(为四象限相乘器)2.ux、uy中有一个为恒值时，相乘器相当于线性放大器。3.产生新的频率分量uO=AMUxmUymcosxtcosyt1、相乘器二、振幅调制三种类型的组成模型和相互关系2、AM调幅电路组成模型AMXYXYuc(t)uAM(t)u(t)UQ+或AMXYXYuc(t)uAM(t)u(t)UQ+二、振幅调制三种类型的组成模型和相互关系2、AM调幅电路组成模型AMXYXYuc(t)uAM(t)u(t)UQ+二、振幅调制三种类型的组成模型和相互关系2、AM调幅电路组成模型AMXYXYuc(t)uAM(t)u(t)UQ+二、振幅调制三种类型的组成模型和相互关系3、DSB调幅电路组成模型AMXYXYuc(t)uDSB(t)u(t)4、SSB调幅电路组成模型思路DSB除去一个边带SSB滤波法、移相法二、振幅调制三种类型的组成模型和相互关系a.滤波法AMXYXYuc(t)u(t)BPFuDSB(t)uSSB(t)ffcfc+Fminfc+FmaxfcFminfcFmax过渡带宽f=2Fmin当滤波器边带相对距离f/fc小时，直接滤波很困难。滤波法的关键是高频带通滤波器。要能有效滤除不要的边带，而不失真地通过需要的边带。b.移相法uO1(t)AMXYXYIAMXYXYII+90移相90移相u(t)uO2(t)uO(t)=UmcostUmsintuO1(t)=AMUmUcmcostcosctuO2(t)=AMUmUcmsintsinctuO1(t)+uO2(t)输出下边带uO1(t)uO2(t)输出上边带三、振幅调制是如何通过相乘器电路实现理论实现电路实现器件（集成电路芯片）实现1、非线性器件特性的幂级数分析法2、线性时变工作状态3、开关工作状态1、二极管平衡相乘器2、二极管双平衡相乘器3、双差分对模拟相乘器1、二极管环型混频器组件2、MC1496/1596集成模拟相乘器3、MC1595集成模拟相乘器理论实践应用理论实现：非线性器件的相乘作用1、非线性器件特性的幂级数分析法u1u2+u+UQi二极管的相乘作用uioQIQUQUQ该式在Q点的泰勒级数展开式为泰勒级数：设f(x)在点x0有任何阶导数，则称幂级数为f(x)在x=x0处的泰勒级数三、振幅调制是如何通过相乘器电路实现1、非线性器件特性的幂级数分析法u1u2+u+UQi以二极管的相乘作用为例uioQIQUQUQ该式在Q点的泰勒级数展开式为三、振幅调制是如何通过相乘器电路实现的各幂级数项展开，可得令u1=U1mcos1t，u2=U2mcos2t，则得众多组合频率分量的通式为：pq=p1q2P、q为0或正整数。其中p=q=1对应11=12是有用乘积项产生的和频、差频，其余频率分量都由无用乘积项产生。将由二次方产生了有用乘积项同时产生众多无用高阶相乘项，故相乘作用不理想。三、振幅调制是如何通过相乘器电路实现为减小无用组合频率分量，应选择合适的Q点，使非线性器件工作在特性接近平方律的区段，或选用具有平方律特性的器件。另外，常使非线性器件工作于线性时变工作状态或开关工作状态。并且，采用平衡电路，利用电路的对称性来抵消无用频率分量。三、振幅调制是如何通过相乘器电路实现非线性器件的相乘作用2、线性时变工作状态1)工作条件：u2为足够小的信号，且u1u22)为何称为线性时变工作状态？在（UQ+u1）上用泰勒级数展开，可得将当u2足够小且u1u2时，可忽略u2二次方及其以上各次方项时变静态电流时变增量电导i与u2关系是线性的，但其系数是时变的，故称为线性时变工作状态。非线性器件的相乘作用则I0(u1)和g(u1)都是周期性偶函数，可用傅里叶级数展开为3)为何线性时变工作状态能减少无用组合频率分量？u1=U1mcos1t若I0(u1)=I0+I1mcos1t+I2mcos21t+g(u1)=g0+g1cos1t+g2cos21t+将u2=U2mcos2t和上述两式代入则可得非线性器件的相乘作用g(u1)=g0+g1cos1t+g2cos21t+I0(u1)=I0+I1mcos1t+I2mcos21t+将u2=U2mcos2t和上述两式代入非线性器件的相乘作用可见，线性时变工作状态能减少无用组合频率分量：有用频率分量(2)有用频率与无用频率分量的间隔大，易滤除。(1)输出电流者只含：直流成分，1及其各次谐波、2、1及其各次谐波与2的组合频率。消除了2的各次谐波，2的各次谐波与1及各次谐波的组合频率。从组合频率分量的通式pq=p1q2看，即消除了q1、p为任意值时的所有频率分量。非线性器件的相乘作用3、开关工作状态1)工作条件：u1为足够大信号，使器件工作于开关状态；u2为足够小信号2)二极管开关工作状态的分析u1u2+u+iU1mU2m，u1控制二极管开关工作u1=U1mcos1tu2=U2mcos2tu1u2+K1(u1)irD=1/gDgD(u1)=gDK1(u1)K1(u1)=1u100u100cos(1t1)0，V1、V2导通，V3、V4截止i1+u1RLV1V2i2i12+u2+u2当u1260mV时,可见输出中只含2与1奇次谐波分量的组合频率分量。上述三种工作状态均要求u2为小信号。实际应用中可采用负反馈技术扩展u2动态范围。实际电路的实现：二极管双平衡相乘器1、二极管环型混频器组件二极管混频器优点：电路简单、噪声低、动态范围大、组合频率分量少、工作频带宽二极管混频器缺点：无增益、各端口间隔离度较差。混频器通常利用二极管环形相乘器组成，故又将二极管环形相乘器称为二极管混频器。已形成环形混频器组件系列。工作频率几十kHz几千MHz。二极管双平衡相乘器Tr1Tr28 81 12 23 34 45 56 67 7L LI I本振本振输入输入中频输出中频输出R R外形外形采用精密配对的肖特基表面势垒二极管或砷化镓器件采用传输线变压器二极管双平衡相乘器Tr1Tr28 81 12 23 34 45 56 67 7L LI I本振本振输入输入中频输出中频输出R R外形外形使用方法：1.从任两个端口输入，从第三端口获得输出。2.各端口的匹配阻抗均为50，要求接入滤波匹配网络。双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成与双差分对模拟相乘器原理电路比较。双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成电流源基准电路调外接电阻R5可调I0/2双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成外接负反馈电阻扩展u2动态范围外接集电极负载电阻双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成2.电路分析若RYV5、V6管的re则iC5iC6iE5iE6=2u2/RY双差分对模拟相乘器2、MC1496/1596集成模拟相乘器虚线框内为MC1496/1596内部电路1.电路组成2.电路分析3.应用注意(1)u2动态范围为(2)V1V6管的基极均需外加偏置电压。双差分对模拟相乘器3、MC1595集成模拟相乘器双差分对模拟相乘器3、MC1595集成模拟相乘器用以扩大uX、uY范围的负反馈电阻。它在MC1496基础上增加了与uY动态范围扩展电路类似的uX动态范围扩展电路，成为四象限相乘器。设定1脚电位，以保证各管工作于放大区。双差分对模拟相乘器3、MC1595集成模拟相乘器相乘器增益系数双差分对模拟相乘器3、MC1595集成模拟相乘器负反馈电阻，用以扩大uX、uY范围幂级数开关线性时变pq=p1q2，P、q为0或正整数直流成分，1及其各次谐波、2、1及其各次谐波与2的组合频率直流、1及其偶次谐波、2、1及其奇次谐波与2的组合频率分量振幅调制电路的主要要求：失真小、调制线性范围大、调制效率高。调制在发送设备的低电平级实现，然后经线性功率放大器放大（工作于欠压区，故效率低）。三种调制方式都适用按输出功率的高低分：低电平调幅主要要求：调制线性度好，DSB、SSB波的载波抑制能力强载漏：边带分量/泄漏载波分量（dB）。值越大则载漏越小四、振幅调制电路的类型和特点主要电路：二极管环形调幅电路双差分对模拟相乘器调幅电路调制与功放合一，在发送设备末级实现。适用普通调幅。整机效率高。四、振幅调制电路实现的类型和特点高电平调幅主要要求：兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好主要电路：利用丙类谐振功放实现基极调幅集电极调幅工作于欠压区，效率较低，适用于小功率发射机。工作于过压区，效率高适用普通调幅波的检波。a、包络检波电路b、同步检波电路检波输出电压直接反映高频调幅信号的包络变化规律。适用三种调幅波的检波，但通常用于解调DSB、SSB。五、振幅解调理论电路和实际电路的实现，及其实际电路的分类从高频调幅信号中取出原调制信号的过程称为振幅解调，或振幅检波，简称检波。主要要求：检波效率高、失真小、输入电阻较高。1、混频电路的作用变频：将已调信号的载频变成另一载频。变换后新载频已调波的调制类型和调制参数不变。或fIfc的称为上混频，fIfc则称为下混频。六、混频的实质及电路的实现2、混频电路的组成模型与基本原理设输入信号为普通调幅波本振信号为则相乘器输出信号为设带通滤波器通带增益为1，且调谐在中频fI=fL-fc上，则中频输出信号为六、混频的实质及电路的实现从频谱看混频电路的作用六、混频的实质及电路的实现3、混频电路的几种实现二极管环形混频器双差分对混频器三极管混频器工作频带宽，可达几GHz，噪声系数低、混频失真小、动态范围大。但无混频增益，且要求本振信号大。混频增益大，输出频谱纯净，混频干扰小，对本振电压的大小无严格要求，端口间隔离度高。但噪声系数大。电路简单，变频增益高。六、混频的实质及电路的实现混频电路是超外差接收机的重要组成部分。目前高质量的通信设备中广泛采用二极管环形混频器和双差分对模拟相乘器，而在简易接收机中，还常采用简单的三极管混频电路。二极管混频器电路简单、噪声小，适用于微波混频，但混频增益小于1；双差分对混频器易于集成化，有混频增益，但噪声较大。另外，混频干扰是混频电路的重要问题，使用时要注意采用必要措施，选择合适的电路和工作状态，尽量减小混频干扰。总结六、混频的实质及电路的实现谢谢观看！