通信电子线路讲义课件.ppt

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1、通信电子线路讲义第1页，此课件共24页哦教学要求教学要求o掌握掌握典型调幅信号解调电路的结构、工作原典型调幅信号解调电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。理、分析方法和性能特点。o了解了解数字调幅的典型解调方式及其实现电路。数字调幅的典型解调方式及其实现电路。第2页，此课件共24页哦解解调调：是是调调制制的的逆逆过过程程，是是从从高高频频已已调调波波中中恢恢复复出出原原低低频频调调制制信信号号的的过过程程。调调幅幅信号的解调器又称信号的解调器又称振幅检波器振幅检波器。从从频频谱谱上上看看：解解调调也也是是信信号号频频谱谱的的线线性性搬搬移移过过程程，将将高高频频端端的的信信号号频频谱谱搬搬

2、移移到到低频端。低频端。解调过程和调制过程相对应，不同的调制方式解调过程和调制过程相对应，不同的调制方式对应于对应于不同的解调。不同的解调。振幅调制振幅调制 解调解调AMAM调制调制 DSBDSB调制调制 SSBSSB调制调制包络检波包络检波 同步检波同步检波 峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波 6.1 6.1 概述概述调幅解调的分类调幅解调的分类第3页，此课件共24页哦调幅解调的方法调幅解调的方法 1.1.包络检波包络检波 t调幅波调幅波调幅波频谱调幅波频谱c+c-c输出信号频谱输出信号频谱包络检波输出包络检波输出t非

3、线形电路非线形电路低通滤波器低通滤波器t调幅波调幅波t调幅波调幅波t调幅波调幅波包络检波输出包络检波输出t包络检波输出包络检波输出t包络检波输出包络检波输出t第4页，此课件共24页哦由于由于DSBDSB和和SSBSSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检波器，信号的包络不同于调制信号，不能用包络检波器，只能用只能用同步检波同步检波器器，但需注意：但需注意：同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器u uDSB

4、DSBu uo ou u 2.2.同步检波同步检波包络检波器包络检波器 加法器加法器u uDSBDSBu uo ou u u uAMAM解调载解调载波波第5页，此课件共24页哦 (1)1)电压传输系数电压传输系数K Kd d 检波电路的主要技术指标检波电路的主要技术指标 是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。当当检检波波电电路路的的输输入入信信号号为为高高频频等等幅幅波波，即即u ui i(t t)=)=U Uimimcoscos c ct t时时，K Kd d定定义义为为输输出出直直流电压流电压U Uo o与输入高频电压振幅与输入高频电压

5、振幅U Uimim的比值，即的比值，即 当输入高频调幅波当输入高频调幅波u ui i(t t)=)=U Uimim(1+(1+m ma acoscostt)cos)cos c ct t时，时，K Kd d定义为输出低频信号定义为输出低频信号 分量的振幅分量的振幅U Umm与输入高频调幅波包络变化的振幅与输入高频调幅波包络变化的振幅m ma aU Uimim的比值，即的比值，即 (2)(2)等效输入电阻等效输入电阻R Rid id 因为检波器是非线性电路，因为检波器是非线性电路，R Rid id的定义与线性放大器是不相同的。的定义与线性放大器是不相同的。R Rid id定义为输定义为输入高频等幅

6、电压的振幅入高频等幅电压的振幅U Uimim，与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即即 (3)(3)非线性失真系数非线性失真系数 K Kf f 非线性失真的大小，一般用非线性失真系数非线性失真的大小，一般用非线性失真系数K Kf f表示。当输入表示。当输入信号为单频调制信号为单频调制的调幅波时，的调幅波时，K Kf f定义定义为：为：U U、U U22、U U33分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。(4)(4)高频滤波系数高频滤波系数F F 检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的

7、被滤除，以免产生高频寄生反馈，导检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。致接收机工作不稳定。高高频频滤滤波波系系数数的的定定义义为为，输输入入高高频频电电压压的的振振幅幅U Uimim与与输输出出高高频频电电压压的的振振幅幅U U omom的比值，即的比值，即在输入高频电压一定的情况下，滤波系数在输入高频电压一定的情况下，滤波系数F F越大，则检波器输出端的高频电越大，则检波器输出端的高频电压越小，滤波效果越好。通常要求压越小，滤波效果越好。通常要求F F(50(50100)100)。第6页，此课件共24页哦6.2 6.2 二极管大信号包络检波

8、器二极管大信号包络检波器 1.1.大信号包络检波的工作原理大信号包络检波的工作原理 (1)1)电路组成电路组成 Z ZL L+-u ui iVDVDR RC C+-u ui iR Ru ui i+-C Cr rd d由由输入回路输入回路、二极管二极管VDVD和和RCRC低通滤波器低通滤波器组成。组成。RCRC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个作用：对对低频调制信号低频调制信号u u 来说，电容来说，电容C C的容抗的容抗 ，电容，电容C C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R R就作为就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压。检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压。对对高频载波信

9、号高频载波信号u uc c来说，电容来说，电容C C的容抗的容抗 ，电容，电容C C相当于短路，相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。理想情况下，理想情况下，RCRC低通滤波网络所呈现的阻抗为低通滤波网络所呈现的阻抗为:第7页，此课件共24页哦(2)2)工作原理分析工作原理分析 +uD -+-u uo oi id du uD D=u ui i-u uo oR Ri i充充+-u uo oi i放放+-u ui i+-u ui iVDVDR RC Cu ui i+-C Cr rd d当输入信号当输入信号u ui i(t t)为调幅波时，那

10、么载波正半周时为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容容C C充电，充电时间常数为充电，充电时间常数为r rd dC C。因为因为r rd dC C较小，较小，充电很快，电容上电压建立的很快，输出电压充电很快，电容上电压建立的很快，输出电压u uo o(t t)很快增长很快增长 。作用在二极管作用在二极管VDVD两端上的电压为两端上的电压为u ui i(t t)与与u uo o(t t)之差，之差，即即u uD D=u ui i-u uo o。所以二极管的导通与否取决于。所以二极管的导通与否取决于u uD D 当当u u

11、D D=u ui i-u uo o00，二极管导通；，二极管导通；当当u uD D=u ui i-u uo o050)50)代入上式可得：代入上式可得：第10页，此课件共24页哦（2 2）检波的等效输入电阻）检波的等效输入电阻峰值检波器常作超外差接收机峰值检波器常作超外差接收机中放末级的负载中放末级的负载，故其输入阻抗对前级的有载故其输入阻抗对前级的有载Q Q值及回路阻抗有直接影响值及回路阻抗有直接影响，这也是峰值检波器的主要缺点。这也是峰值检波器的主要缺点。讨论：讨论：当当VDVD和和R R确定后，确定后，即即为恒定值，与输入信号大小无关，亦即检波为恒定值，与输入信号大小无关，亦即检波效率恒

12、定，与输入信号的值无关。表明输入已调波的包络与输出信号之间为效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入已调波的包络与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波线性关系，故称为线性检波 则输出信号为：则输出信号为：当当但但理想值理想值一般当一般当，一般计算方法为：一般计算方法为：当输入信号为：当输入信号为：检检波波器器的的输输入入电电阻阻R Rid id是是为为研研究究检检波波器器对对其其输输入入谐谐振振回回路路影影响响的的大大小小而而定定义义的的，因因而而，R Rid id是是对对载载波波频频率率信信号号呈呈现现的的参参量量。若若设设输输入入信信号号为等幅载波信号为等幅载波信号:+-u uo o中放末

13、级中放末级R Rs sVDVDR RC Cs sC CL Ls si is sR Rid id+-u ui iK Kd dU Uimimu ui i(t)(t)t t忽略二极管导通电阻忽略二极管导通电阻r rd d上的损耗功率，由上的损耗功率，由能量守恒原则，检波器输入端的高频功率能量守恒原则，检波器输入端的高频功率 全部转换为输出端负载电阻全部转换为输出端负载电阻R R上消耗的功率上消耗的功率 即有即有 又因又因K Kd d=cos=cos 1 1 所以所以第11页，此课件共24页哦 (1)(1)惰性失真惰性失真二极管峰值型检波器中存在着两种特有失真：二极管峰值型检波器中存在着两种特有失真：

14、惰性失真惰性失真底部切割失真底部切割失真为了提高检波效率和滤波效果，（为了提高检波效率和滤波效果，（C C越大，高频波纹越小），总希望选取较大越大，高频波纹越小），总希望选取较大的的R R、C C值，但值，但如果如果R R、C C 取值过大，使取值过大，使R R、C C的放电时间常数的放电时间常数=RC RC 所对应的放所对应的放电速度小于输入信号电速度小于输入信号(AM)(AM)包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，变化，从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。这种失真是由于电容放电惰性引起

15、的，故称为惰性失真。(2)(2)产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因：输入输入AMAM信号包络的变化率信号包络的变化率 RCRC放电放电的速率的速率(3)(3)避免产生惰性失真的条件：避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容在任何时刻，电容C C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即：上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即：t tu ui i(t t)与与u uo o(t t)u uo o(t t)u ui i(t t)3.3.检波器的失真检波器的失真 第12页，此课件共24页哦另外，另外，在二极管截止瞬间，电容两端所保持的电压近似等于输入信号的峰值。在二极管截止瞬间，电容两

16、端所保持的电压近似等于输入信号的峰值。即即若设输入信号若设输入信号AMAM信号：信号：包络信号为：包络信号为：在在t t1 1时刻包络的时刻包络的变化率变化率:那么电容那么电容C C通过通过R R放电的电压关系为：放电的电压关系为：时刻不产生惰性失真的条件为：时刻不产生惰性失真的条件为：所以要求在所以要求在(4)(4)分析：分析：则有：则有：实际上不同的实际上不同的，和和下降速度不同。下降速度不同。为为在任何时刻都避免产生惰性失真，在任何时刻都避免产生惰性失真，必须保证必须保证A A值取最大时仍有值取最大时仍有故令故令:即：即：可解得：可解得：有有实实际际应应用用中中，由由于于调调制制信信号号

17、总总占占有有一一定定的的频频带带(minmin maxmax)，并并且且各各频频率率分分量量所所对对应应的的调调制制系系数数m ma a也也不不相相同同，设设计计检检波波器器时时，应应该该用用最最大大调调制制度度m mmaxmax和和最最高高调调制频率制频率 maxmax来检验有无惰性失真，其检验公式为来检验有无惰性失真，其检验公式为可见，可见，m ma a，越大，信号包络变化越快，要求越大，信号包络变化越快，要求RCRC的值就应该越小。的值就应该越小。第13页，此课件共24页哦 U Uimim(1-m(1-ma a)(5)(5)底部切割失真底部切割失真1)1)原因：一般为了取出低频调制信号，

18、检波器与后级低频放大器的连接如原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：U Ui mi m U UR R二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。当当 U UR R U Uimim(1-m(1-ma a)U UR R或或 通常通常C Cd d取值较大取值较大(一般为一般为5 510F)10F)，在，在C Cd d两两端的直流电压端的直流电压U UDCDC，大小近似等于载波电压，大小近似等于载波电

19、压振幅振幅U UDCDC=K Kd dU Uimim U UDCDC经经R R和和R RL L分分压压后后在在R R上上产产生生的的直流电压为：直流电压为：由于由于U UR R对对检波检波二极管二极管VDVD来说相当于来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。的工作状态。在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于U UR R,显然，显然，R RL L越小，越小，U UR R分压值越大，底部切分压值越大，底部切割割失真越容易产生；另外，失真越容易产生；另外，m ma a值越大，值越大，调幅波包络的振幅调幅波包络的振幅m

20、 ma aU Uimim越大，调幅波包络的负峰值越大，调幅波包络的负峰值U Uimim(1-1-m ma a)越小，底部切越小，底部切割割失真失真也越易产生。也越易产生。后级放大器后级放大器u ui i+-C CR RL LR RVDVDC Cd d+U UDC DC-+-U UR R+u u(t t)-要要防防止止这这种种失失真真，要要求求调调幅幅波波包包络络的的负负峰峰值值U Uimim(1-1-m ma a)须大于直流电压须大于直流电压U UR R。即：即：避免底部切割失真的条件为：避免底部切割失真的条件为：式中：式中：R R=R RL L/R R为输出端的交流负载电为输出端的交流负载电

21、阻，而阻，而R R为直流负载电阻。为直流负载电阻。第14页，此课件共24页哦一般：一般：(1)(1)回路有载回路有载Q Q L L要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。为高频载波周期为高频载波周期(2)(2)为发保证输出的高频纹波小要求：为发保证输出的高频纹波小要求：即即 4.检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择(3)(3)为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）要求：要求：min max(4)(4)为了避免惰性失真：要求：为了避免惰性失真：要求：(5)(5)为

22、了避免底部切割失真：为了避免底部切割失真：或或+-u u 中放末级中放末级R Rid idR RL LC CVDVDR RC Cs sL Ls sR Rs si is sC Cd d第15页，此课件共24页哦1.1.小信号检波概念小信号检波概念输入高频信号的振幅小于输入高频信号的振幅小于0.2V0.2V，利用二极管伏安特性的，利用二极管伏安特性的弯曲部分弯曲部分进行进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。2.2.小信号检波器的工作原理小信号检波器的工作原理因为是小信号输入，检波器需外加偏因为是小信号输入，检波器需外加偏压压V VQ Q使其静态工作点位于二

23、极管伏安使其静态工作点位于二极管伏安特性的特性的弯曲部分弯曲部分。6.3 6.3 二极管小信号检波器二极管小信号检波器小信号检波的原理电路小信号检波的原理电路二极管的伏安特性在工作点二极管的伏安特性在工作点 Q Q 附近，可表示为：附近，可表示为：第16页，此课件共24页哦由于输出电压很小，由于输出电压很小，忽略忽略输出电压的反作用，可得输出电压的反作用，可得 u ud d=u ui i+V VQ Q ，则忽，则忽略高次项可得：略高次项可得：经低通滤波器取出经低通滤波器取出 。其中。其中 为直流电流增量，它代表为直流电流增量，它代表二极管的检波作用的结果。输出电压增量为：二极管的检波作用的结果

24、。输出电压增量为：在输入信号为高频等幅波在输入信号为高频等幅波 u ui i=U=Uimimcoscos i it t 时时，第17页，此课件共24页哦 输入信号为普通调幅波输入信号为普通调幅波 时，时，因为因为 i i，可以认为在可以认为在 i i 一周内：一周内：可见输出电压除可见输出电压除 分量外。还有分量外。还有2 2 的频率成分，也就是产生了的频率成分，也就是产生了非线非线性失真性失真。此电压增量经此电压增量经C Cc c隔直耦合在隔直耦合在R RL L上得电压为：上得电压为：这样检波后的输出电压增量为：这样检波后的输出电压增量为：是不变的是不变的第18页，此课件共24页哦3.3.小

25、信号检波器的特点小信号检波器的特点 (1)(1)是利用二极管伏安特性非线性段的二次方特性实现频率变换，故又称为是利用二极管伏安特性非线性段的二次方特性实现频率变换，故又称为平方平方律检波律检波。(2)(2)输入为等幅波时的电压传输系数输入为等幅波时的电压传输系数 k kd d =b b2 2R RU Uimim/2/2 ，输入为普通调幅波时的电压传输系数输入为普通调幅波时的电压传输系数 k kd d =b b2 2R RU Uimim 。它们都与输入信号振幅它们都与输入信号振幅U Uimim成成正比正比，U Uimim越小，则越小，则 k kd d 越小，故越小，故小信号检小信号检波的电压传输

26、系数小。波的电压传输系数小。(3)(3)由于二极管始终处于导通状态，其等效输入电阻由于二极管始终处于导通状态，其等效输入电阻 R Rid id可可近似等于近似等于二极管的导二极管的导通电阻通电阻r rd d。(4)(4)当输入为普通调幅波时，有当输入为普通调幅波时，有2 2 分量输出产生非线性失真大。分量输出产生非线性失真大。第19页，此课件共24页哦4.4.小信号检波器的主要技术指标小信号检波器的主要技术指标输入为等幅波时输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为：，小信号检波器的电压传输系数为：(1)(1)电压传输系数电压传输系数输入为调幅波时输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为

27、，小信号检波器的电压传输系数为:(2)(2)检波器的等效输入电阻检波器的等效输入电阻 可近似地认为等于二极管的导通电阻可近似地认为等于二极管的导通电阻r rd d (3)(3)非线性失真系数非线性失真系数 第20页，此课件共24页哦叠加型叠加型乘积型乘积型同步检波器可分为：同步检波器可分为：6.4 6.4 同步检波器同步检波器(Synchronous Detection)(Synchronous Detection)注意：两种检波器注意：两种检波器都需要接收端恢复载波都需要接收端恢复载波1.1.乘积型乘积型乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器u uDSBDSBu uc c 本地载波本地载波u u

28、(t)(t)设输入已调波：设输入已调波：而恢复的本地载波为：而恢复的本地载波为：So So 相乘器输出为：相乘器输出为：，则经低通滤波器后的输出信号为：，则经低通滤波器后的输出信号为：令令本地载波本地载波DSBDSB信号信号第21页，此课件共24页哦讨论：讨论：(1)(1)当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）则有：则有：c c=0=0，=0=0。能够能够无失真无失真将调制信号恢复出来。将调制信号恢复出来。(2)(2)若本地载波与调制载波有频差若本地载波与调制载波有频差，即：，即：即引起即引起频率和相位失真频率和相位失真。则则引

29、入一个振幅衰减因子引入一个振幅衰减因子coscos，若，若 随时间变化，会引起随时间变化，会引起频率和相位失真频率和相位失真。乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器u uDSBDSBu uc c 本地载波本地载波u u(t)(t)(3)(3)若本地载波与调制载波有相位差，即：若本地载波与调制载波有相位差，即：第22页，此课件共24页哦乘积型同步检波器的实用电路乘积型同步检波器的实用电路 低通低通滤波器滤波器谐振限幅放大器谐振限幅放大器乘法器乘法器C CD DI IoyoyR Rw w-15V-15V-15V-15V15k15k R R+15V+15VR R1313-E EE EVTVT3 35.1

30、k5.1kR Rwxwx121k121k100k100k121k121kR R1 11 1R Rc c141412129 94 4R Rc c8 813133 3R R3 32 27 7+15V+15V5 56 610101111I IoxoxR RwZwZE EC C=15V=15V-+11k11k1M1M25k25k-15V-15V10k10k10k10kR Rwywy2k2k2k2kR Rx xR Ry y BG314 BG314（MC1595MC1595）A AVTVT1 1VTVT2 2L LC C510510510510f fo oC C 谐振限谐振限幅放大器幅放大器乘法器乘法器低

31、通低通滤波器滤波器C CD D4 49 9u uAMAMu u u uc cu u u u u ux xu uy yu uAMAMu u u uAMAM第23页，此课件共24页哦注意：注意：(1)(1)同同步步解解调调的的关关键键是是乘乘积积项项，即即以以前前介介绍绍的的具具有有乘乘积积项项的的线线性性频频谱谱搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现乘积型同步检波。搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现乘积型同步检波。(2)(2)同步检波同步检波无失真的关键是同步无失真的关键是同步。(3)(3)普通调幅波也可以采用乘积型同步检波器实现检波。普通调幅波也可以采用乘积型同步检波器实现检波。相加相加器器包络滤包络滤波器波器u uDSBDSBu uc c 本地载波本地载波u u u uAMAM2.2.叠加型同步检波器叠加型同步检波器第24页，此课件共24页哦