高频电子线路第6章__振幅调制、_解调及混频1.ppt

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1、高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 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 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调6.3 混频混频6.4 混频器的干扰混频器的干扰高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1.调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度:3.7

2、5 3750km高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1.调制的原因调制的原因4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.调幅的方法调幅的方法调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及

3、混频 从振幅受调制的高频信号中从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。还原出原调制的信号。1.定义定义高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图图图图 6.1.1 6.1.1 检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图图图图 6.1.2 6.1.2 检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图图图图 6.1.3 6.1.3 检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分2.组成组成高频电路原理与分析

4、第6章振幅调制、解调及混频 End3.检波的分类检波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检波器件器件信号大小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工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1.普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号：调制信号：调制信号：调调 幅信号（已调波）：幅信号（已调波）：由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，式中，式中为比例常数为比例常数即：

5、即：式中式中ma为调制度，为调制度，常用百分比数表示。常用百分比数表示。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图63AM信号的产生原理图高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图图图图 由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅 调制信号c载波调幅波c+上边频c-下边频单频调制的AM波的频带宽度

6、：高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 信号带宽信号带宽c(2)限带信号的调幅波限带信号的调幅波max调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波c+max上边带c-max下边带多频调制的AM波的频带宽度：高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将分别上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：得出如下的功率：0载波功率载波功率:上边频或下边频上边频或下边频:在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是3)3333 3）调幅波的功率）调幅波的功率高频电路原理与

7、分析第6章振幅调制、解调及混频 载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。的绝大部分。当当ma1时，时，Pc(2/3)Pav ；当当ma0.5时，时，Pc(8/9)Pav ；从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。不反映调制信号的变化规律。0高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 普通调幅波的特点普通调幅波的特点普通

8、调幅波中载波分量占有的功率较大，而含有信息的上、下边频分量占 有的功率较小。从能量观点看，普通调幅波进行传送，不含信息的载波功率过大，是一种很大的浪费。这是普通调幅波本身固有的。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.双边带信号在调制过程中,将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号。在单一正弦信号u=Ucost调制时,（616）（615）高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形状状调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的（

9、差调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的（差180）不能使用包络检波，只能采用同步检波（相干解调）不能使用包络检波，只能采用同步检波（相干解调）抑制载波调幅不含固定的载波分量，如果调制信号的平均值不为抑制载波调幅不含固定的载波分量，如果调制信号的平均值不为0，将会出现载漏现象将会出现载漏现象双边带调幅波的频谱双边带调幅波的频谱双边带调幅波的频带宽度双边带调幅波的频带宽度高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.单边带调幅双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息因而可以有效地利用发射机的

10、功率传递信息但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍最高角频率的两倍从有效传输信息的角度看，只要传送一个边从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只传送一个边带的调幅信号称为带就够了，只传送一个边带的调幅信号称为单边调幅，可以选择上边带也可以采用下边单边调幅，可以选择上边带也可以采用下边带单边带调幅，简记为带单边带调幅，简记为SSBAMSSBAM单边带调幅既可充分利用发射机的功率又节省占有单边带调幅既可充分利用发射机的功率又节省占有频带频带所以，它是传输信息的最佳调幅方式所以，它是传输信息的最佳调幅方式但是实现这种调幅方式的调制和解调

11、技术比但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂较复杂高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.单边带信号单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。单频调制时,uDSB（t）=kuuC。当取上边带时（617）（618）取下边带时图67单音调制的SSB信号波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图69双音调制时SSB信号的波形和频谱为了看清SSB信号波形的特点,下面分析双音调制时产生的SSB信号波形。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由式（617）和式（618）,利用三角公式,可得 uSSB(t)=Ucost

12、cosct-Usintsinct(624a)和uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct(624b)由此可以推出u(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式(625)sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱(b)上边带频谱(c)下边带频谱高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 单频调制的单边带调幅波的频谱为频谱频谱数学表示式数学表示式 特点特点 频带只有双边带调幅波的一半，其频带利用率高。全部功率都含有信息，功率有效利用率高。频带宽度频带宽度高频电路原理与分析第6章

13、振幅调制、解调及混频 电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 一、振幅调制电路的分类及要求一、振幅调制电路的分类及要求二、振幅调制电路的基本组成二、振幅调制电路的基本组成一般来说，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。1、分类：、分类：分低电平调幅和高电平调幅两大类2、要求、要求低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生

14、和提高滤波性能。高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。6.1.2振幅调制电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.1.2振幅调制电路1.AM调制电路AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前,AM信号大都用于无线电广播,因此多采用高电平调制方式。1)高电平调制高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图612集电极调幅电路1、集

15、电极调幅原理电路、集电极调幅原理电路。具有下列特点：集电极回路调谐在，带宽略大于丙类放大器工作于过压状态。有效电源随 变化。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图613集电极调幅的波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 集电极调幅电路的特点集电极调幅电路的特点必须工作于过压区。调制过程中效率不变，可保持在高效率下工作。总输入功率分别由直流电源和调制信号源提供。因而调制信号源应是功率源。载波输出功率是由直流电源提供，而边频输出功率是由调制信号源提供。在调制一周内的平均功率都是载波状态对应功率的倍。选管子时，应采用管子的允许损耗功率。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频

16、 图614基极调幅电路1、基极调幅原理基极调幅原理高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图615基极调幅的波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2、基极调幅电路的特点、基极调幅电路的特点必须工作于欠压区。载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。调制过程中，效率是变化的。调制线性范围小，只能用于输出功率小，对失真要求不严的发射机中。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 1、开关状态、开关状态当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受大振幅电

17、压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。2、电路原理、电路原理2)低电平调制(1)二极管电路。当UCU时高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 流过二极管电流中含有:直流、经中心频率为，通频带略大于的带通滤波器取出的普通调幅波信号输出。3、通过带通滤波器选出调幅波输出、通过带通滤波器选出调幅波输出结论结论:单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波波(AM)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 二、二极管平衡电路二、二极管平衡电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频(2)利用模拟乘法器单差分对产生普通调幅波。(630)若将uC

18、加至uA,u加到uB,则有(631)式中,m=U/Ee,x=UCVT。若集电极滤波回路的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则经滤波后的输出电压高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图617差分对AM调制器的输出波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图618利用模拟乘法器产生AM信号高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 设输入载波信号设输入载波信号：根据双曲线正切函数的特性，大信号条件下具有开关函数的形式输入调制信号：输入调制信号：因为2与3端满足接入则可扩大到的线性范围。大信号即高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 双端输出电流双端输出电流、管脚直

19、流电位差为零时、管脚直流电位差不为零时双端输出电流双端输出电流1代表直流RW是调节是调节MC1596的的4和和1端的直流电位差为零，确保输出为抑制载波的双端的直流电位差为零，确保输出为抑制载波的双边带调幅波。如果边带调幅波。如果4和和1端直流电位差不为零，则有载波分量输出，相当于端直流电位差不为零，则有载波分量输出，相当于是普通调幅波。是普通调幅波。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.DSB调制电路1)二极管调制电路单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。(633)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 iL中 包

20、 含 F分 量 和(2n+1)fcF(n=0,1,2,)分量,若输出滤波器的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,则输出电压为(634)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图620二极管平衡调制器波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图621平衡调制器的一种实际线路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 环形调制器环形调制器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图623双桥构成的环形调制器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 调制电压反向加于两桥的另一对角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响,则图中ua(t)为因晶体管交流电流iC=ieie=ue

21、(t)/Re,所以输出电压为(637)(638)结论结论:二极管环形调幅电路能实现平衡调幅二极管环形调幅电路能实现平衡调幅(DSB)(DSB)与双二极管调幅电路相比输出信号的频谱少与双二极管调幅电路相比输出信号的频谱少 了了 的成份，的成份，且幅度为其二倍。且幅度为其二倍。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)差分对调制器在单差分电路(图57)中,将载波电压uC加到线性通道,即uB=uC,调制信号u加到非线性通道,即uA=u,则双端输出电流io(t)为(639)式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。经滤波后的输出电压uo(t)为(640)高频电路原理与分析第6章振幅

22、调制、解调及混频 图624差分对DSB调制器的波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 双差分对电路的差动输出电流为(641)(642)若U、UC均很小,上式可近似为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图625双差分调制器实际线路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3.SSB调制电路SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同,SSB信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移相法两种。1)滤波法图626是采用滤波法产生SSB的发射机框图。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图626滤波法产生SSB信号的框图高频电路原理与分析第6章振幅调制、解

23、调及混频 图627理想边带滤波器的衰减特性高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图628移相法SSB信号调制器2)移相法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:(1)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2相移。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图629移相法的另一种SSB调制器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 调制：调制：就是用调制信号（或）去控制载波（和）表示某个参数的过程。载波：载波：未受调制的高频振荡信号。振幅调制：振幅调制：由调制信号去控制载波的振幅。振幅调制分为三种方式：普

24、通的调幅方式（AM）抑制载波的双边带调制（DSBSC）抑制载波的单边带调制（SSB-SC）小结小结1高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1振幅调制信号振幅调制信号载波电压调制电压振幅调制信号振幅为 为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调制灵敏度。为调幅度（调制度）高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1调幅波的频谱单频调制的调幅波包含三个频率分量，它是由三个高频正弦波叠加而成。在多频调制情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了上、下两个边带。调制信号为一连续谱信号或多频信号，其最高频率单频调制时，调幅波占用的带宽为，则AM信号占用的带宽高频电路原理与分

25、析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1调幅波的功率载波功率 上、下边频的平均功率 AM信号的平均功率两个边频功率与载波功率的比值为调幅波的最大功率和最小功率 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1双边带信号双边带信号 在调制过程中，将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号，简称双边带信号。双边带信号的带宽：高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1单边带信号单边带信号 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1振幅调制电路振幅调制电路 调制可分为高电平调制高电平调制和低电平调制低电平调制：低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率

26、放大后达到一定的发射功率再发送出去。DSB、SSB以及调频（FM）信号均采用这种方式。调制效率高调制线性范围大失真要小等 高电平调制：将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。这种调制主要用于形成AM信号。对调制器的主要要求对调制器的主要要求：高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1AM调制电路高电平调制的集电极调制过压区欠压区高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1高电平调制的基极调制欠压区过压区高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1低电平调制：1）二极管电路单管：平衡：2）差分对电路3）模拟乘法器双差分对：单差分对：高频

27、电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1DSB调制电路调制电路二极管平衡调制电路二极管双平衡调制电路 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1DSB差分对调制器：1）单差分对电路在单差分电路中，将载波电压加到线性通道，即，调制信号加到非线性通道，即，可以得到DSB信号。2）双差分对电路单差分调制器虽然可以得到DSB信号，具有相乘器功能，但它并不是一个理想乘法器。采用双差分调制器，可以近似为一理想乘法器。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 小结小结1SSB调制电路调制电路 滤波法 移相法 滤波器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.2 调幅信号的

28、解调调幅信号的解调 6.2.1调幅解调的方法振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于AM信号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适用于AM波。其原理框图如图630所示。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调一、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。1 1、输入输出波形表示形式、输入输出波形表示形式输入为高频等幅波时，检波器输出为直流电压。输入为普通调幅波时，检波器输出角频率为 的正弦波。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2 2、输入

29、与输出频谱表示形式、输入与输出频谱表示形式u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。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。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 二、检波电路的组成二、检波电路的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。三、检波电路的分类三、检波电路的分类根据输入调幅信号的不同特点可分为两大类:检波器包络检波 同步检波 用于普通调幅波和高频等幅波的检波用于普通调幅波和高频等幅波的检波用于双边带和单边带的检波用于双边带和单边带的检波高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图630包络检波的原理框图高频电路原理与

30、分析第6章振幅调制、解调及混频 图631同步解调器的框图高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 同步检波又可以分为乘积型(图632(a)和叠加型(图632(b)两类。它们都需要用恢复的载波信号ur进行解调。图632同步检波器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.2.2二极管峰值包络检波器1原理电路及工作原理图633(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管VD和Rc低通滤波器组成。图633(a)原理电路(b)二极管导通(c)二极管截止高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图634加入等幅波时检波器的工作过程高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混

31、频 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电容对电阻R放电的交替重复过程。(2)由于RC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较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即UoUm)。(3)二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图635检波器稳态时的电流电压波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图636输入为AM信号时检波器的输出波形图高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图637输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形高频电路原

32、理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图638包络检波器的输出电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)另外：另外：-电流通角电流通角R-检波器负载电阻检波器负载电阻Rd-检波器二极管内阻检波器二极管内阻当当RRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接近接近于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频(1)当电路一定（管子与R）时，是恒定的，它与输入信号大小无关；检波效率与输入信号大小无关。（2）越小，越大，而随增大而减小图63

33、9KdgDR关系曲线图图640滤波电路对Kd的影响高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)输入电阻Ri图641检波器的输入阻抗当gDR50时,很小,高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3检波器的失真1)惰性失真在二极管截止期间,电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。图642惰性失真的波形高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度,即(655)如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时刻其包络的变化速度为(656)二极管停止导通的瞬间,电容两端电压uC近似为输入电压包络值,

34、即uC=Um(1+mcost)。从t1时刻开始通过R放电的速度为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 必须保证A值最大时,仍有Amax1。故令dadt1=0,得代入式(658),得出不失真条件如下:(659)(660)(661)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图643底部切削失真 2)底部切削失真高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)底部切削失真底部切削失真又称为负峰切削失真。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。因为Cg较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源。它在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的

35、压降为(662)调幅波的最小幅度为UC(1-m),由图643可以看出,要避免底部切削失真,应满足高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图644减小底部切削失真的电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 4实际电路及元件选择图645检波器的实际电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 根据上面诸问题的分析,检波器设计及元件参数选择的原则如下:(1)回路有载QL值要大,(2)为载波周期(3)(4)(5)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图646并联检波器及波形(a)原理电路(b)波形(c)实际电路5.二极管并联检波器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频

36、根据能量守恒原理,实际加到并联型检波器中的高频功率,一部分消耗在R上,一部分转换为输出平均功率,即当UavUC时(UC为载波振幅)有(665)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6小信号检波器小信号检波是指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。这时,二极管的伏安特性可用二次幂级数近似,即一般小信号检波时Kd很小,可以忽略平均电压负反馈效应,认为(666)(667)将它代入上式,可求得iD的平均分量和高频基波分量振幅为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 若用Iav=Iav-a0表示在输入电压作用下产生的平均电流增量,则(668)相应的Kd和Ri为(669)(670)R高

37、频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 若输入信号为单音调制的AM波,因c,可用包络函数U(t)代替以上各式中的Um(671)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图647小信号检波高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 6.2.3同步检波1乘积型设输入信号为DSB信号,即us=Uscostcosct,本地恢复载波ur=Urcos(rt+),这两个信号相乘(672)经低通滤波器的输出,且考虑r-c=c在低通滤波器频带内,有(673)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 由上式可以看出,当恢复载波与发射载波同频同相时,即r=c,=0,则uo=Uocost(674)无失真

38、地将调制信号恢复出来。若恢复载波与发射载频有一定的频差,即r=c+cuo=Uocosctcost(675)引起振幅失真。若有一定的相差,则uo=Uocoscost(676)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图648几种乘积型解调器实际线路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2.叠加型叠加型同步检波是将DSB或SSB信号插入恢复载波,使之成为或近似为AM信号,再利用包络检波器将调制信号恢复出来。对DSB信号而言,只要加入的恢复载波电压在数值上满足一定的关系,就可得到一个不失真的AM波。图649就是一叠加型同步检波器原理电路。设单频调制的单边带信号(上边带)为us=Uscos

39、(c+)t=Uscostcosct-Ussintsinct恢复载波ur=Urcosrt=Urcosct高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct=Um(t)cosct+(t)式中高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 式中,m=Us/Ur。当mUs时,上式可近似为高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图650平衡同步检波电路可以减小解调器输出电压的非线性失真。它由两个检波器构成平衡电路,uo2=KdUr(1-mcost)uo=uo1-uo2=2KdUrmcostuo1=KdUr(1+mcost)高频电路原理与

40、分析第6章振幅调制、解调及混频.为什么要混频？为什么要混频？混频的优点：混频的优点：1)混频可提高接收机的灵敏度混频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性3)工作稳定性好工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好混频的缺点：混频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图651混频器的功能示意图6.3 混频混频 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图652三种频谱线性搬移功能(a)调制(b)解调(c)混频高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2混频器

41、的工作原理设输入到混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为us=UscostcosctuL=ULcosLt这两个信号的乘积为(685)(686)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图653混频器的组成框图高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 本振为单一频率信号,其频谱为FL()=(-c)+(+c)输入信号为己调波,其频谱为Fs(),则(a)本振频谱(b)信号频谱(c)输出频谱高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 3混频器的主要性能指标1)变频增益变频电压增益定义为变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比,即同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率

42、PI与输入高频信号功率Ps之比,即高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2)噪声系数混频器的噪声系数NF定义为输入信噪比(信号频率)输出信噪比(中频频率)(692)3)失真与干扰变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外,还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 4)变频压缩(抑制)在混频器中,输出与输入信号幅度应成线性关系。实际上,由于非线性器件的限制,当输入信号增加到一定程度时,中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系,如图655所示。图655混频器输入、输出电平的关系曲线5)选择性高频电路原理与分析

43、第6章振幅调制、解调及混频 6.3.2混频电路1晶体三极管混频器图656晶体三极管混频器原理电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频(693)经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流iI(694)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 变频跨导gC=gm12,gm1只与晶体管特性、直流工作点及本振电压UL有关,与Us无关,故变频跨导gC亦有上述性质。由式(694),有输出中频电流振幅输入高频电压振幅(695)(696)(697)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图657gCUL的关系高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图658gCEb的关系高频电路原理与分析第6

44、章振幅调制、解调及混频 图659混频器本振注入方式高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图（图（a）对为共射组态，输入电阻高，变频增益大。对是基极注入，输入电阻大，易于起振。但两者相互影响大，可能产生频率牵引。图（图（c）对 信号 为共射组态，输入电阻高，变频增益大。对 是射极注入，输入电阻小，本振负载较重，起振困难，但两者相互影响小，不会产生频率牵引现象。上图说明高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图660收音机用典型变频器线路(a)中波AM收音机的变频电路(b)FM收音机变频电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图660收音机用典型变频器线路(a)中波AM收音

45、机的变频电路(b)FM收音机变频电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2二极管混频电路在高质量通信设备中以及工作频率较高时,常使用二极管平衡混频器或环形混频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。ULUs(698)输出端接中频滤波器,则输出中频电压uI为(6100)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图为二极管环形混频器,其输出电流io为经中频滤波后,得输出中频电压(6100)(6101)高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图663正交混频器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图664差分对混频器线路3其它混频电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解

46、调及混频 图665用模拟乘法器构成混频器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图666场效应管混频器的实际线路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图667场效应管平衡混频器电路高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 图668场效应管环形混频器高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1.有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰有用信号谐波和本振信号谐波产生的干扰2.-组合频率干扰组合频率干扰(干扰哨声干扰哨声)混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：混频器的输出信号中所包含的各种频率分量为：只有只有p=q=1对应的频率为对应的频率为 fL-fc 的分量是所需要的中频信

47、号。的分量是所需要的中频信号。如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组如果某些组合频率落在谐振回路的通频带内，这些组合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波合频率分量就和有用的中频分量一样，通过中放进入检波器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机器，并在检波电路中与有用信号产生差拍，这时在接收机的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称的输出端将产生哨叫声，形成有害的干扰。这种干扰又称为干扰哨叫。为干扰哨叫。即当即当时会产生干扰哨叫。时会产生干扰哨叫。混频器的干扰pfLqfc高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 减小这种干扰的措施减小这种干扰的措施:1

48、.1.选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段选择合适的中频，将接收机的中频选在接收机频段外外 2.2.正确选择混频器的工作状态正确选择混频器的工作状态 3.3.采用合理的电路形式采用合理的电路形式高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 例如，设加给混频器输入端的有用信号频率例如，设加给混频器输入端的有用信号频率f fs s=931kHz=931kHz，本振频率，本振频率f fo o=1396kHz=1396kHz。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，。经过混频器的频率变换产生出众多组合频率分量，其中的其中的f fi i=f fo o-f fs s=465kHz=465kHz

49、是有用的中频信号。而其它分量是无用或有是有用的中频信号。而其它分量是无用或有害的。害的。如当如当q=2q=2，p=-1p=-1时，时，f f i i =2f=2fs s f fo o=2=2 931-1396=466kHz=931-1396=466kHz=f fi i+F+F(此处此处F=1kHz)F=1kHz)。若中频放大器的通频带。若中频放大器的通频带2 2 f f0.70.7=9kHz=9kHz，则频率，则频率f f i i =466kHz=466kHz的分量落在中放通带内，与的分量落在中放通带内，与465KHz465KHz的中频信号一起被中频的中频信号一起被中频放大并加给检波器。因为检

50、波器由非线性元器件组成，也有频率变放大并加给检波器。因为检波器由非线性元器件组成，也有频率变换作用，则会产生换作用，则会产生f f i i f fi i=466-465=1kHz=466-465=1kHz的差拍信号送到接收机的差拍信号送到接收机终端，形成被人耳听到的哨叫。终端，形成被人耳听到的哨叫。高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 1)中频干扰中频干扰当干扰信号的频率等于或接近当干扰信号的频率等于或接近fi 时的干扰。时的干扰。2、外来干扰信号和本振产生的干扰、外来干扰信号和本振产生的干扰(a)提高选择性(b)加中频陷波电路 高频电路原理与分析第6章振幅调制、解调及混频 2镜像干扰