通信電子線路.doc

第五章第3次課教案授課時(shí)間：第12周星期二12節(jié)授課類型：理論課授課題目：調(diào)幅電路（一）二極管調(diào)幅電路本授課單元教學(xué)目標(biāo)：介紹調(diào)幅電路的概況、主要類型，以低電平調(diào)幅中二極管調(diào)幅電路為重點(diǎn)討論產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)的基本原理，學(xué)習(xí)用開關(guān)函數(shù)法分析電路。要求：通過本次課，了解調(diào)幅電路的基本類型，熟悉二極管平衡調(diào)制電路、二極管環(huán)形調(diào)制電路的電路形式、實(shí)現(xiàn)原理，掌握開關(guān)函數(shù)結(jié)合頻譜圖的分析方法。本授課單元教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：二極管平衡調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)原理及開關(guān)函數(shù)分析法。本授課單元教學(xué)過程設(shè)計(jì)：1、過程設(shè)計(jì)：u 首先，復(fù)習(xí)前面課中調(diào)幅信號(hào)產(chǎn)生原理及分析方法部分的內(nèi)容；u 接著，介紹本次課所教的電路的應(yīng)用領(lǐng)域以引起學(xué)生們學(xué)習(xí)興趣；u 然后，進(jìn)入正題；u 最后，小結(jié)本次課教學(xué)內(nèi)容。2、采用的方法：u 多媒體課件+板書；u 由淺入深，先從最簡單的單二極管調(diào)幅電路開始分析，在介紹它的不足之處后引入雙二極管平衡調(diào)幅電路，再通過分析其可改進(jìn)之處引入四二極管的環(huán)形調(diào)幅電路。u 為鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，每一個(gè)電路講解結(jié)束后讓學(xué)生們分析該電路的優(yōu)缺點(diǎn)以及可能改進(jìn)的地方。本授課單元主要教學(xué)內(nèi)容（見后）教學(xué)內(nèi)容從本次課開始主要學(xué)習(xí)和討論關(guān)于調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路，共3次課，主要教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)安排及與書上章節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：教學(xué)內(nèi)空課時(shí)安排上課時(shí)間5.4 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路概述5.4.1 低電平調(diào)幅電路 二極管調(diào)制電路2第12周星期二12節(jié) 差分對(duì)調(diào)制電路和模擬乘法器5.4.2 高電平調(diào)幅電路 基極調(diào)幅重點(diǎn) 集電極調(diào)幅重點(diǎn)2第13周星期二12節(jié)5.5 普通調(diào)幅波的解調(diào)電路概述5.5.1 小信號(hào)平方律檢波器5.4.2 大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波 第五章小結(jié)2第13周星期五12節(jié)概述 調(diào)幅的方法主要分兩大類低電平調(diào)幅和高電平調(diào)幅。 1、低電平調(diào)幅 低電平調(diào)幅將功率放大和調(diào)制分開。調(diào)制過程在低電平級(jí)進(jìn)行。需要的調(diào)制功率小，電路簡單。調(diào)制后的信號(hào)電平較低，功率較低，需要再經(jīng)過功率放大器放大，達(dá)到一定的發(fā)射功率后再發(fā)送。一般放置在發(fā)射機(jī)的前級(jí)。DSB、SSB及FM均采用這種方式。 其主要實(shí)現(xiàn)方法有二極管調(diào)制器、模擬乘法器調(diào)制器等。 2、高電平調(diào)幅 高電平調(diào)幅將功率放大和調(diào)制合二為一，直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的已調(diào)波。調(diào)制過程在高電平級(jí)進(jìn)行，通常在高頻功率放大器（丙類）中進(jìn)行調(diào)制輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)諧功率放大器。不需效率低的線性放大器，有利于提高整機(jī)效率，但須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。通常放置在發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)。主要用于形成AM信號(hào)，如許多廣播發(fā)射機(jī)都采用這種方式。 其實(shí)現(xiàn)方法主要有集電極調(diào)幅（調(diào)制信號(hào)控制集電極電源電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅）和基極調(diào)幅（調(diào)制信號(hào)控制基極電源電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅）。5.4.1 低電平調(diào)幅電路 低電平調(diào)幅電路主要包括：l 二極管調(diào)制電路 單二極管調(diào)制電路 二極管平衡電路 二極管雙平衡乘法器（環(huán)形乘法器） 二極管雙平衡乘法器（環(huán)形組件乘法器）l 差分對(duì)調(diào)制電路 單差分對(duì)乘法器 雙差分對(duì)乘法器（壓控吉爾伯特乘法器）l 集成電路XFCl596 三差分對(duì)乘法器（四象限線性化可變跨導(dǎo)乘法器）l 集成電路BG314 本次課主要討論二極管調(diào)制電路。一、二極管調(diào)制電路1、單二極管電路 單二極管電路如右圖所示。 當(dāng)二極管兩端的電壓UD大于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，流過二極管的電流與加在兩端的電壓成正比；當(dāng)二極管兩端的電壓UD小于二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管截止，電流為0；二極管等效為一個(gè)受控開關(guān)?？刂齐妷簽槎O管兩端電壓UD。 當(dāng)UcmUm且Ucm為大信號(hào)（0.5V）時(shí)，可進(jìn)一步認(rèn)為二極管的通斷主要由Uc控制。一般情況下二極管的開啟電壓UP較小，有UcmUP，可令UP近似為0或在電路中加一固定偏置電壓來抵消UP。忽略輸出電壓的反作用，用開關(guān)函數(shù)分析法則可得到 可得到相應(yīng)的頻譜圖如下： 將它通過以c為中心、通頻帶2為的帶通濾波器后，可得到調(diào)幅波。 這里的分析忽略了輸出電壓的反作用。是因?yàn)檩敵鲭妷旱南鄬?duì)于Uc而言很小。若考慮反作用，輸出電壓對(duì)二極管兩端的電壓影響不大，頻率分量不會(huì)變化，可能使輸出信號(hào)幅度降低（rDrD+RL）。 另外，如果不滿足大信號(hào)條件，不能用開關(guān)函數(shù)分析法或線性時(shí)變分析法，但可用冪級(jí)數(shù)分析法，可以知道該電路仍然可以完成頻譜的線性搬移功能。2、二極管平衡調(diào)制器 在單二極管電路中，由于工作在線性時(shí)變工作狀態(tài)，因而二極管產(chǎn)生的頻率分量大大減少了，但在產(chǎn)生的頻率分量中，仍然有不少不必要的頻率分量，因此有必要進(jìn)一步減少一些頻率分量。二極管平衡電路可以滿足這一要求。其原理電路如右圖。 該電路由兩個(gè)性能一致的二極管及中心抽頭變壓器Tr1、Tr2接成平衡電路。電路上下兩部分完全一樣?？刂菩盘?hào)（載波信號(hào)）加在兩個(gè)變壓器的中心抽頭處，輸入信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）接在輸入變壓器，即載波信號(hào)同相加到D1、D2上；調(diào)制信號(hào)u2反相加到D1、D2上輸出變壓器接濾波器，用以濾除無用的頻率分量。從Tr2次向右看的負(fù)載電阻為RL。則該電路可等效成如左的原理電路形式。 由于加到兩個(gè)二極管的控制電壓是同相的，利用開關(guān)函數(shù)分析法，可得到負(fù)載上總電流為 其頻譜圖如下（學(xué)生們分析） 與單二極管電路相比，i含有頻譜：、1、31、，經(jīng)中心角頻率為c的3dB帶寬為2 的LC帶通濾波器后，可在負(fù)載RL得到頻譜c 電壓分量，可見是實(shí)現(xiàn)了DSB調(diào)制。這是不難理解的，由于控制電壓uC同相地加在兩個(gè)二極管的兩端。當(dāng)電路完全對(duì)稱時(shí)，兩個(gè)相等的C分量互相抵消，因此在輸出中不再有C及其諧波分量。即在輸出中，不必要的頻率分量進(jìn)一步減少了。（DSB調(diào)幅） 以上分析中假設(shè)電路是完全對(duì)稱的，因而可以抵消一些無用的頻率分量，但實(shí)際上很難做到這點(diǎn)。例如由于兩個(gè)二極管特性不一致，兩個(gè)電流值將不同，從而形成載波信號(hào)的泄漏。 為減少這種泄漏，首先要保證電路的對(duì)稱性。一般采用以下方法： 使二極管的特性相同用小電阻與二極管串接，使二極管等效正反電阻彼此接近；（會(huì)使電流減小，因此阻值不能大，一般為幾十到幾百歐。 使變壓器中心抽頭準(zhǔn)確對(duì)稱，分布電容及漏感對(duì)稱雙線并繞法，在中心抽頭處加平衡電阻；注意兩線圈對(duì)地分布電容的對(duì)稱性；為了防止雜散電磁耦合影響對(duì)稱性，可采用屏蔽措施。 為改善電路性能，應(yīng)使其工作在理想開關(guān)狀態(tài)，且二極管的通斷只取決于載波電壓，而與調(diào)制信號(hào)無關(guān)。為此： 理想開關(guān)狀態(tài)選擇開關(guān)特性好的二極管，如熱載流子二極管。載波遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)（10倍以上）。*二極管橋式調(diào)制器二極管平衡調(diào)制器的另一形式（討論） 不需要中心抽頭的變壓器，四個(gè)二極管接成橋式，控制電壓直接加到二極管上。當(dāng)u2(uC) 0時(shí)，四個(gè)二極管同時(shí)截止；u直接加到T2上；u2(uC) 0時(shí)，四個(gè)二極管導(dǎo)通，A、B兩點(diǎn)短路， u無輸出，可得uAB(t)K(c) u。3、二極管雙平衡調(diào)制器二極管環(huán)形調(diào)制器 在二極管平衡調(diào)制電路中，通過兩個(gè)單二極管電路的上下對(duì)稱平衡接法，大大減少了不必要的頻率分量，同時(shí)使有用頻率分量的幅度增加了一倍。但依然有不必要的頻率分量如調(diào)制信號(hào)的頻率分量存在，且所得到的有用頻率分量的幅度依然不是很大。那么，是否可以通過再平衡的方法進(jìn)一步減少不必要的頻率分量且讓有用分量的幅度再增加一倍呢？二極管雙平衡電路可以滿足這一要求。其原理電路如圖。 該電路由兩個(gè)雙二極管平衡電路組成，由于四個(gè)二極管環(huán)接形成環(huán)路，所以該電路又稱二極管環(huán)形調(diào)制器。載波從變壓器T1接入，調(diào)制信號(hào)接到兩個(gè)變壓器的中心抽頭間，變壓器T2輸出已調(diào)信號(hào)。 其分析條件與單二極管電路和二極管平衡電路相同。 各二極管工作情況如下圖。 則可得（學(xué)生們分析） 其頻譜圖如下。i中含有頻譜：c ，3c經(jīng)中心為c、3dB帶寬為2的帶通濾波器后，在負(fù)載RL 上可得到頻譜c電壓頻譜分量，實(shí)現(xiàn)了DSB調(diào)制。 從頻譜圖中可以看出，環(huán)形電路在平衡電路的基礎(chǔ)上，又消除了低頻調(diào)制信號(hào)的頻率分量，且輸出的DSB信號(hào)幅度為平衡電路的二倍。其無調(diào)制信號(hào)分量是兩次平衡抵消的結(jié)果，每個(gè)平衡電路自身抵消載波及諧波分量，兩個(gè)平衡電路抵消調(diào)制信號(hào)分量，所以環(huán)形電路的性能更接近理想相乘器。 前述平衡電路中的實(shí)際問題同樣存在于環(huán)形電路中，在實(shí)際電路中仍需采取措施加以解決。 另外還有一種更為有效的方法是采用環(huán)形電路組件（又稱雙平衡混頻器組件或環(huán)形混頻器組件）。 其工作原理與二極管環(huán)形調(diào)制電路相同。 現(xiàn)已有從短波到微波波段的系列產(chǎn)品提供。它由精密配對(duì)的肖特基二極管及傳輸線變壓器裝配而成，內(nèi)部元件用硅膠粘接，外部用小型金屬殼屏蔽。二極管和變壓器在裝入混頻器前經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，能隨強(qiáng)烈的震動(dòng)、沖擊和溫度循環(huán)。其特點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)范圍大、損耗小、頻譜純、隔離度高。 部分國產(chǎn)雙平衡混頻器組件的特性參數(shù)見下表。思考題1、在二極管平衡調(diào)幅電路中，設(shè)二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。若一個(gè)二極管極性接反，能否實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅？若一個(gè)二極管極性