高频电子线路第四章.ppt

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1、4.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路 振幅调制电路振幅调制电路地位：地位：无线电发射机的重要组成部分无线电发射机的重要组成部分。分类分类(按功率高低按功率高低)：(1)高电平调制：调制置于发射机的高电平调制：调制置于发射机的末端末端，产生大功，产生大功率的已调信号。率的已调信号。(2)低电平调制：调制置于发射机的低电平调制：调制置于发射机的前端前端，产生小功，产生小功率的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。率的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。高电平调制高电平调制低电平调制低电平调制一、高电平调幅电路一、高电平调幅电路 1.优点：优点：可不必采用效率较低的线性功率放大器，使可

2、不必采用效率较低的线性功率放大器，使发射机整机效率高。发射机整机效率高。3.电路：电路：多采用高效率的多采用高效率的丙类谐振功放丙类谐振功放，包括：，包括：(1)集电极调幅集电极调幅电路：根据谐振功率放大器的集电极调制电路：根据谐振功率放大器的集电极调制特性，调制信号加到集电极上；特性，调制信号加到集电极上；(2)基极调幅基极调幅电路：根据谐振功率放大器的基极调制特性，电路：根据谐振功率放大器的基极调制特性，调制信号加到基极上；调制信号加到基极上；(3)复合调幅复合调幅电路：将调制信号同时加到集电极和基极上，电路：将调制信号同时加到集电极和基极上，以提高调制线性。以提高调制线性。2.要求：要求

3、：(1)要达到所需调制线性。要达到所需调制线性。(2)高效率地输出足够大的已调信号功率。高效率地输出足够大的已调信号功率。二、低电平调制电路二、低电平调制电路1.用途：用途：主要用来实现双边带和单边带调制主要用来实现双边带和单边带调制 2.要求：调制线性要求：调制线性好，好，载波抑制载波抑制能力强，功率和效率的能力强，功率和效率的要求是次要的。要求是次要的。载波抑制能力的强弱可用载波抑制能力的强弱可用载漏载漏（输出泄漏的载波分量（输出泄漏的载波分量低于边带分量的分贝数）低于边带分量的分贝数）表示，分贝数越大，载漏就越小。表示，分贝数越大，载漏就越小。3.种类：种类：前介绍的各种乘法器均可构成性

4、能优良的平前介绍的各种乘法器均可构成性能优良的平衡调制器，例衡调制器，例1596、AD630 平衡调制器等。平衡调制器等。实用的低电平调制电路不再作讨论。下面仅讨论：实用的低电平调制电路不再作讨论。下面仅讨论：4.采用滤波法的单边带发射机采用滤波法的单边带发射机(1)原理原理 采用滤波法的技术难度与载波频率的高低密切相关。例采用滤波法的技术难度与载波频率的高低密切相关。例如，假设调制信号的最低频率为如，假设调制信号的最低频率为100 Hz，若，若 载波频率为载波频率为2000 kHz，则双边带调制信号的两个边频，则双边带调制信号的两个边频分别为分别为 2000.1 kHz和和1999.1 kH

5、z，两边频间隔为，两边频间隔为0.2 kHz。取。取上边频，上边频，两边频的相对间隔两边频的相对间隔为为(0.2/2000.1)100%=0.01%；相对间隔越大，滤波器就越容易实现。故单边带发射机相对间隔越大，滤波器就越容易实现。故单边带发射机在低载波频率上产生单边带信号，而后用混频器将载波频率在低载波频率上产生单边带信号，而后用混频器将载波频率提升到所需的载波频率上。提升到所需的载波频率上。(2)组成组成 载频减小为载频减小为 50 kHz，上、下边频间隔仍为，上、下边频间隔仍为0.2 kHz，则两边频的相对间隔为则两边频的相对间隔为(0.2/50.1)100%=0.4%。平衡调制器平衡调

6、制器第一混频器第一混频器第二混频器第二混频器本振频率本振频率(kHz)相对频率间隔相对频率间隔边带最小频率间隔边带最小频率间隔(kHz)100(载波载波)2000260000.2200.24200.20.2%9.4%14.9%两混频器的输出滤波器很容易取出所需分量，滤除无用两混频器的输出滤波器很容易取出所需分量，滤除无用分量。分量。在某些单边带发射机中，为了使接收机便于产生同步信在某些单边带发射机中，为了使接收机便于产生同步信号，还发射低功率的载波信号，称为号，还发射低功率的载波信号，称为导频信号导频信号，这个信号直，这个信号直接由接由100 kHz的振荡信号通过载波抑制器衰减的振荡信号通过载

7、波抑制器衰减(1030)dB后叠后叠加在单边带调制信号上。加在单边带调制信号上。普通调幅波普通调幅波，其载波分量未被抑制掉，可直接利用非线，其载波分量未被抑制掉，可直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，勿须另加同步性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，勿须另加同步信号，称信号，称包络检波器包络检波器。二极管包络检波电路二极管包络检波电路 最常用的检波器：最常用的检波器：二极管包络检波器二极管包络检波器（在集成电路中，（在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波电路主要采用三极管射极包络检波电路)。一、工作原理一、工作原理 1.电路电路 类似二极管整流电路，由类似二极管整流电路，由

8、 D 和低通滤波器和低通滤波器 RLC 相串接相串接构成。构成。2.原理原理特点：检波二极管与负载特点：检波二极管与负载RL相串联相串联 输入调幅信号：输入调幅信号：vS(t)=Vmc(1+Macos t)cos ct，若其值足若其值足够大，可设二极管伏安特性用在原点转折的两段折线逼近。够大，可设二极管伏安特性用在原点转折的两段折线逼近。(1)(1)D导通时，导通时，vS 向向 C 充电，充电，充充=RDC；(2)(2)D截止时，截止时，C 向向 RL 放电，放电，放放=RLC；充放电达到动态平衡后，输出电压便将稳定在平均值充放电达到动态平衡后，输出电压便将稳定在平均值 vAV 上下按角频率上

9、下按角频率 c 作锯齿状波动作锯齿状波动(a)(a)。电流电流 i 为高度按输入调幅信号为高度按输入调幅信号包络变化的窄脉冲序列，如图包络变化的窄脉冲序列，如图(b)所所示。示。即即 vAV=VAV+V mcos t 且其值与输入调幅信号包络且其值与输入调幅信号包络 Vm0(1+Macos t)成正比：成正比：VAV=dVm0，V m=dMaVm0 d：检波电压传输系数：检波电压传输系数(检波检波系数系数)，恒小于，恒小于1。二极管包络检波二极管包络检波3.讨论讨论 原理上，原理上，D 起着受起着受载波电压控制的开关作用。载波电压控制的开关作用。实际上，受实际上，受 RLC 电压反作用，电压反

10、作用，D 仅在载波一个周期中接仅在载波一个周期中接近正峰值的一段时间近正峰值的一段时间(vS vC)内导通内导通(开关闭合开关闭合)，而在大部分，而在大部分时间内截止时间内截止(开关断开开关断开)。(1)D的作用的作用 RLC C 向向 RL的放电速度的放电速度 C 的泄放电荷量的泄放电荷量 D 导通时间导通时间锯齿波动锯齿波动vAV 增大。增大。为提高检波性能，为提高检波性能，RLC 的取值应足够大，满足的取值应足够大，满足 和和 RL RD 的条件。这时，根据上述讨论可以认为，的条件。这时，根据上述讨论可以认为，VAV Vm，即检波电压传输系数，即检波电压传输系数 d 趋于趋于 1，而叠加

11、在，而叠加在 vAV 上的残上的残余高频余高频(输出纹波输出纹波)电压趋于电压趋于 0。(2)D导通与截止时间与导通与截止时间与 RLC 大小有关。大小有关。二、输入电阻二、输入电阻1等效电路等效电路 检波器前有中频放大器，如等效电路检波器前有中频放大器，如等效电路(b)(b)：iS 和和 L1C1R1 中频放大中频放大器折算到检波器输入端的等效器折算到检波器输入端的等效电流源和输出谐振回路电流源和输出谐振回路(调谐在调谐在 c)。2负载效应负载效应 检波器作为中频放大器的输检波器作为中频放大器的输出负载，可以用检波输入电阻出负载，可以用检波输入电阻 Ri 来表示这种负载效应。来表示这种负载效

12、应。(1)Ri 定义：定义：输入高频电压输入高频电压振幅对二极管电流振幅对二极管电流 i 中基波分量中基波分量振幅的比值。振幅的比值。设输入高频等幅电压设输入高频等幅电压 vS(t)=Vm cos ct，则检波器从输入，则检波器从输入信号源获得的高频功率为信号源获得的高频功率为 Pi=/2Ri 输出平均功率输出平均功率 设设 D 导通时间很短，导通时间很短，i 在在 RD 上消耗的功率可以忽略，故上消耗的功率可以忽略，故 PL Pi，又，又VAV Vm（检波电压传输系数检波电压传输系数 d 趋于趋于 1），由此可得：由此可得：(2)Ri 的求法：的求法：可近似从能量守恒原理求得。可近似从能量守

13、恒原理求得。(3)Ri 的作用：的作用：使中频谐振回路的谐振电阻由使中频谐振回路的谐振电阻由 R1 减小减小到到(R1/Ri)，因此，因此，iS 在谐振回路产生的高频电压振幅由未在谐振回路产生的高频电压振幅由未接检波时的接检波时的 下降到接检波后的下降到接检波后的 Vm。显然。显然 Ri 越小，越小，Vm 也也就越小于就越小于 ，称，称负载效应。负载效应。(4)负载效应的抑制：负载效应的抑制：减小负载效减小负载效应，须增大应，须增大 Ri，即增大，即增大 RL。但增大。但增大 RL，受检波器惰性失真，受检波器惰性失真(下面介绍下面介绍)的限的限制。解决办法：采用三极管射极包络制。解决办法：采用

14、三极管射极包络检波电路。检波电路。原理：原理：(1)(1)发射结等效检波二极管；发射结等效检波二极管；(2)(2)输入电阻比二极管检波器增大了输入电阻比二极管检波器增大了(1+)倍倍(该检波电该检波电路广泛应用于在集成电路中路广泛应用于在集成电路中)。可见可见，二极管包络检波器的输入电阻，二极管包络检波器的输入电阻 Ri 与输出负载电与输出负载电阻阻 RL 直接相关。直接相关。三、并联型二极管包络检波电路三、并联型二极管包络检波电路1电路电路 C：负载电容，兼作中频放大：负载电容，兼作中频放大器和检波器之间的器和检波器之间的隔直电容隔直电容，RL：负载电阻，与二极管并接，：负载电阻，与二极管并

15、接，故称之为故称之为并联型电路。并联型电路。2原理原理（与（与串联型相同）串联型相同）当当 D 导通时，导通时，vS 通过通过 D 向向 C 充电，充电常数为充电，充电常数为 RDC；当当 D 截止时，截止时，C 通过通过 RL 放电，放电常数为放电，放电常数为 RLC。动态平衡后：动态平衡后：(1)C 上产生与串联型电路相类似的锯齿状波动电压上产生与串联型电路相类似的锯齿状波动电压 vC，该电压的平均值为该电压的平均值为 vAV。（电流，。（电流，“负半周输出负半周输出”）特点：中放特点：中放-检波工作点隔离检波工作点隔离 (2)输出电压输出电压 vO 中还包括中还包括(直接通过直接通过 C

16、 在输出端产生的在输出端产生的)高频电压，故检波后需加低通滤波器，滤除高频成份。高频电压，故检波后需加低通滤波器，滤除高频成份。Ri 值：值：根据根据能量守恒原理能量守恒原理，实际加到检波器中的高频功，实际加到检波器中的高频功率，一部分直接消耗在率，一部分直接消耗在 RL 上，一部分转换为有用的输出平上，一部分转换为有用的输出平均功率，即均功率，即当当 VAV Vm 时，时，输入电阻比串联型电路小。输入电阻比串联型电路小。四、大信号检波和小信号检波四、大信号检波和小信号检波(1)大信号检波（大信号检波（包络检波包络检波）条件：条件：二极管伏安特性可用原点转折的两段折线逼二极管伏安特性可用原点转

17、折的两段折线逼近（即输入电压足够大，二极管工作在导通区和截止区时）近（即输入电压足够大，二极管工作在导通区和截止区时）故二极管包络检波的这种工作状态称为故二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波大信号检波。实际电路：实际电路：均外加正向偏置电压均外加正向偏置电压(或电流或电流)，克服，克服 VD(on)的影响。在这种情况下，工程上，可认为输入高频电压的影响。在这种情况下，工程上，可认为输入高频电压振幅大于振幅大于500 mV以上就能保证二极管检波器工作在大信号检以上就能保证二极管检波器工作在大信号检波状态。波状态。(2)小信号检波小信号检波 条件：条件：vS 振幅振幅 Vm 足够小足够小(几

18、十几几十几mV)，此时，二极，此时，二极管应设有很小的偏置电流。管应设有很小的偏置电流。分析：分析：二极管伏安特性采用幂级数逼近，即二极管伏安特性采用幂级数逼近，即i=a0+a1vD+a2 +.这时，二极管在整个高频周期内导通，检波器从信号这时，二极管在整个高频周期内导通，检波器从信号源获得到高频功率大部分消耗在源获得到高频功率大部分消耗在 RD 上，加到二极管上的电上，加到二极管上的电压压 vD vS(t)=Vmcos ct，将它带入，将它带入 i 的展开式：的展开式：其中，所需的平均分量其中，所需的平均分量 IAV由由二次方项二次方项产生，其值为产生，其值为a2Vm2/2，相应的输出平均电

19、压，相应的输出平均电压 VAV也也与与 Vm 的平方成正比，故的平方成正比，故称之为称之为平方律检波平方律检波。讨论讨论缺点缺点 平方律检波，输出平均电压平方律检波，输出平均电压 VAV与与 Vm 的平方成正比，的平方成正比，故不能正确反映输入调幅波的包络变化而产生非线性失真。故不能正确反映输入调幅波的包络变化而产生非线性失真。检波器获得到高频功率大部分消耗在检波器获得到高频功率大部分消耗在 RD 上，因而可近上，因而可近似认为似认为即即 Ri RD，其值小于大信号检波，其值小于大信号检波(Ri RL)时的数值。时的数值。由于小信号检波存在上述缺点，故接收机中先将输入信由于小信号检波存在上述缺

20、点，故接收机中先将输入信号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。在有效值电压表等测量仪器中，利用小信号检波的平方在有效值电压表等测量仪器中，利用小信号检波的平方律特性，可以方便地测出被测信号的有效值电压。在这类仪律特性，可以方便地测出被测信号的有效值电压。在这类仪器中，小信号检波获得广泛应用。器中，小信号检波获得广泛应用。五、二极管包络检波电路中的失真五、二极管包络检波电路中的失真 为保证检波器不失真，检波器输入调幅电压为保证检波器不失真，检波器输入调幅电压 vS 须足够须足够大，使检波器始终工作在大信号检波状态。大，使检波器始终工作在大信号

21、检波状态。设设 vS(t)=Vm0(1+Macos t)cos ct 则包络的最小值则包络的最小值 Vm0(1Ma)应大于大信号检波时所需应大于大信号检波时所需的电压值。当二极管的导通电压的电压值。当二极管的导通电压 VD(on)由外加偏置电压予以由外加偏置电压予以克服时，该电压应在克服时，该电压应在 500 mV 以上。因而这种情况下，保证以上。因而这种情况下，保证大信号检波的条件为大信号检波的条件为Vm0(1-Ma)500mV 其次，当输入为复杂信号调制的调幅波时，若设最高调其次，当输入为复杂信号调制的调幅波时，若设最高调制频率为制频率为 Fmax，为了不产生失真，为了不产生失真，RLC

22、的低通滤波器带宽应的低通滤波器带宽应大于大于 Fmax。除此之外，当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，除此之外，当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，二极管包络检波器还会产生二极管包络检波器还会产生惰性失真惰性失真和和负峰切割失真负峰切割失真。1惰性失真惰性失真(1)产生原因产生原因 增大增大 RL 和和 C 值，可提高检波电压传输系数和高频滤波值，可提高检波电压传输系数和高频滤波能力。但过大，二极管截止期间能力。但过大，二极管截止期间 C 通过通过 RL的放电速度过慢，的放电速度过慢，跟不上输入调幅波包络的下降速度，输出电平就会产生跟不上输入调幅波包络的下降速度，输出电平就会产生惰惰性失真

23、性失真。(2)避免产生惰性失真的条件避免产生惰性失真的条件内，内，C 通过通过 RL 的放电速度大于等于包络的下降速度，即的放电速度大于等于包络的下降速度，即(4-4-6)为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：(3)分析分析 Ma和和 越大，包络的下降速度越快，不产生惰性失真越大，包络的下降速度越快，不产生惰性失真所要求的所要求的 RLC 值必须越小。值必须越小。多音调制时，作为工程估算，多音调制时，作为工程估算，和和 Ma 应取其中的最大应取其中的最大值。一般

24、按值。一般按 maxRLC 1.5 计算计算。惰性失真惰性失真2负峰切割失真负峰切割失真(1)检波器的检波器的交直流负载交直流负载 检波器与下级放大器连接采用检波器与下级放大器连接采用 阻容耦合电路，阻容耦合电路，避免避免 vAV 中中的直流分量的直流分量 VAV 影响下级放大器的静态工作点。影响下级放大器的静态工作点。CC：隔直电容隔直电容，要求它对，要求它对 呈交流短路；呈交流短路；Ri2：下级电路的下级电路的输入电阻输入电阻。检波器的检波器的交流负载：交流负载：ZL(j )RL/Ri2直流负载：直流负载：ZL(0)=RL说明在这种检波电路中，说明在这种检波电路中，ZL(j)ZL(0)，且

25、，且 ZL(j)ZL(0)(2)负峰切割失真负峰切割失真 当输入调幅波电压的当输入调幅波电压的 Ma 较大较大时，由于时，由于交、直流负载交、直流负载不等不等，输出，输出音频电压在其音频电压在其负峰值附近负峰值附近将被削平，将被削平，出现出现“负峰切割失真负峰切割失真”，如图所示。，如图所示。(3)失真的原因失真的原因 正常情况正常情况无负峰切割无负峰切割 若若等等幅幅波波输输入入，CC上上产产生生直直流流电压：电压：Vm0加到加到D的负端。的负端。当当Ma较小时，加到较小时，加到D正端正端的包络电压在一个周期内总是大于的包络电压在一个周期内总是大于VRL，二极管导通，工作正常；，二极管导通，

26、工作正常；（Vm0Ma Vm0）VRL 异常情况异常情况有负峰切割有负峰切割 若若Ma较大，可能在较大，可能在t1-t2内，包内，包络电压络电压VmVRL，D截止，低部出截止，低部出现切割失真，故称现切割失真，故称负峰切割失真负峰切割失真，直到包络电压直到包络电压VmVRL，D重新通。重新通。Ma越大，或越大，或Ri2越小，失真越大越小，失真越大 避免负峰切割失真的条件避免负峰切割失真的条件 可见，交直流电阻越接近，不可见，交直流电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的产生负峰切割失真所允许的 Ma 值值就越接近于就越接近于 1。负峰切割失真负峰切割失真 改进措施改进措施 法法1 1：将将 RL

27、 分成分成 RL1 和和 RL2，当当 RL 维持一定时，维持一定时，RL1 越大，交、直流负载电阻的差值就越越大，交、直流负载电阻的差值就越小，但输出音频电压也就越小。为了折衷地解决这个矛盾，实小，但输出音频电压也就越小。为了折衷地解决这个矛盾，实用电路中常取用电路中常取 RL1/RL2=0.1 0.2。C2：进一步滤除高频分量，提高高频滤波能力。：进一步滤除高频分量，提高高频滤波能力。出发点：减小交、直流负载电出发点：减小交、直流负载电阻的差别。阻的差别。法法2 2：当当 Ri2 过小时，在过小时，在 RL 和和 Ri2 之间插入高输入阻抗的之间插入高输入阻抗的射随器。射随器。同步检波电路

28、同步检波电路1.作用：解调双作用：解调双/单边带信号单边带信号同步解调同步解调2.电路：电路：相乘器相乘器+低通低通二极管包络检波二极管包络检波*3.原理：原理：vS与与vr叠加，合成为普通调幅信号叠加，合成为普通调幅信号例：单音调制的双边带调制例：单音调制的双边带调制 若若Vrm Vm0，Ma1，合成了不失真的调幅信号，可通，合成了不失真的调幅信号，可通过包络检波器检波。过包络检波器检波。4.同步检波的关键：产生与载波同频同相的同步信号同步检波的关键：产生与载波同频同相的同步信号 (1)对双边带，可从调制信号取出对双边带，可从调制信号取出 例：双边带调制信号：例：双边带调制信号：取平方，取平方，取角频率为，取角频率为2c的分量的分量 (2)对单边带，若发射导频信号，可通过窄带滤波器从接对单边带，若发射导频信号，可通过窄带滤波器从接收信号中取出，放大后作为同步信号；若不发射导频信号，接收信号中取出，放大后作为同步信号；若不发射导频信号，接收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的同步信号。收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的同步信号。二分频，可获同步信号二分频，可获同步信号c。