高頻電子線路第6章調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

1、1第六章第六章調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)2解調(diào)的方式：解調(diào)的方式：控制控制調(diào)調(diào)制制低頻信號(hào)低頻信號(hào)高頻信號(hào)高頻信號(hào)（載波）（載波）載波的參數(shù)載波的參數(shù)調(diào)幅波調(diào)幅波幅度幅度 頻率頻率 相位相位調(diào)頻波調(diào)頻波 調(diào)相波調(diào)相波檢波檢波低頻信號(hào)低頻信號(hào)解解調(diào)調(diào)鑒頻鑒頻鑒相鑒相調(diào)幅波調(diào)幅波 調(diào)頻波調(diào)頻波 調(diào)相波調(diào)相波3 3解調(diào)器在接收機(jī)中的位置解調(diào)器在接收機(jī)中的位置4 4第一節(jié)第一節(jié) 概述概述解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過程。制信號(hào)的過程。調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)（又名調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)（又名檢波檢波）一、檢波電路的功能一、檢波電路的功能振

2、幅檢波器的功能是從調(diào)幅信號(hào)中不失真地解調(diào)出調(diào)制信振幅檢波器的功能是從調(diào)幅信號(hào)中不失真地解調(diào)出調(diào)制信號(hào)。號(hào)。高頻等幅波高頻等幅波正弦調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)正弦調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)直流電壓直流電壓正弦波正弦波檢波器檢波器檢波器檢波器5 5檢波器輸入信號(hào)波形檢波器輸入信號(hào)波形檢波器輸出信號(hào)波形檢波器輸出信號(hào)波形高頻等幅波高頻等幅波直流電壓直流電壓正弦調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)正弦調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)正弦波正弦波6 6t調(diào)幅波調(diào)幅波調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜c+c- - c輸出信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜 非線形電路非線形電路低通濾波器低通濾波器t調(diào)幅波調(diào)幅波t調(diào)幅波調(diào)幅波t調(diào)幅波調(diào)幅波包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波

3、輸出包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t從頻譜上看，解調(diào)跟調(diào)制一樣，也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過從頻譜上看，解調(diào)跟調(diào)制一樣，也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過程，不過正好與振幅調(diào)制頻譜搬移過程相反，是將高頻端的信號(hào)程，不過正好與振幅調(diào)制頻譜搬移過程相反，是將高頻端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端。頻譜搬移到低頻端。7 7振幅調(diào)制過程：振幅調(diào)制過程： 解調(diào)過程解調(diào)過程 AM調(diào)制調(diào)制 DSB調(diào)制調(diào)制 SSB調(diào)制調(diào)制包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 同步檢波同步檢波二、檢波電路的分類二、檢波電路的分類 1 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 t調(diào)幅波調(diào)幅波調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜c+c- - c輸出信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t 非

4、線形電路非線形電路低通濾波器低通濾波器t調(diào)幅波調(diào)幅波t調(diào)幅波調(diào)幅波t調(diào)幅波調(diào)幅波包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出包絡(luò)檢波輸出t 解調(diào)過程是和調(diào)制過程相對(duì)應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)于解調(diào)過程是和調(diào)制過程相對(duì)應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)于不同的解調(diào)。不同的解調(diào)。8 8 由于由于DSB和和SSB信號(hào)的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)，不能用包絡(luò)檢信號(hào)的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)，不能用包絡(luò)檢 波器，只能用同步檢波器，但需注意同步檢波過程中，為了正波器，只能用同步檢波器，但需注意同步檢波過程中，為了正常解調(diào)，必須恢復(fù)載波信號(hào)，而所恢復(fù)的載波必須與原調(diào)制載常解調(diào)，必須恢復(fù)載波信號(hào)，而所恢復(fù)的載波必須

5、與原調(diào)制載波同步（即同頻同相）。波同步（即同頻同相）。 乘法器乘法器低通濾波器低通濾波器uDSBuou2 同步檢波同步檢波解調(diào)解調(diào)載波載波9 9三、非相干解調(diào)檢波器電路的組成框圖三、非相干解調(diào)檢波器電路的組成框圖高頻高頻輸入輸入非線性非線性器器 件件低通低通濾波濾波為什么檢波電路必須由為什么檢波電路必須由非線性器件非線性器件才能實(shí)現(xiàn)？才能實(shí)現(xiàn)？問題：問題：1010 (1) 電壓電壓傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)Kd (又稱檢波效率又稱檢波效率)四、四、 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo) 是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。 當(dāng)檢波電路的輸入

6、當(dāng)檢波電路的輸入信號(hào)信號(hào)為高頻等幅波，即為高頻等幅波，即ui(t)=Uimcosct時(shí)，時(shí)，Kd定義為輸出直流電壓定義為輸出直流電壓Uo與輸入高頻電壓振幅與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即的比值，即imodUUK 小于小于1。設(shè)計(jì)電路時(shí)，盡量使它接近。設(shè)計(jì)電路時(shí)，盡量使它接近1。 當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波ui(t)=Uim(1+macost)cosct時(shí)，時(shí)，Kd定義為輸定義為輸出低頻信號(hào)出低頻信號(hào)分量的振幅分量的振幅Um與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅maUim的比值，即的比值，即 imamdUmUK 1212(2) 等效輸入電阻等效輸入電阻Rid 因?yàn)闄z

7、波器是非線性電路，因?yàn)闄z波器是非線性電路，Rid的定義與線性放大器是不相同的。的定義與線性放大器是不相同的。Rid定義為輸入高頻等幅電壓的振幅定義為輸入高頻等幅電壓的振幅Uim，與輸入端高頻脈沖電流基，與輸入端高頻脈沖電流基波分量的振幅之比，即波分量的振幅之比，即 1mimidIUR 輸入阻抗輸入阻抗 檢波器輸入端的等效阻抗（對(duì)載波頻率）檢波器輸入端的等效阻抗（對(duì)載波頻率）（盡量大，減小對(duì)前一級(jí)的影響）（盡量大，減小對(duì)前一級(jí)的影響）(3) 非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)Kf 非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)Kf表示。當(dāng)輸入表示。當(dāng)輸入信號(hào)為單頻調(diào)制的調(diào)

8、幅波時(shí)，信號(hào)為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為定義為 UUUKf2322式中，式中，U、U2、U3分別為輸出電壓中調(diào)制信號(hào)的基波和各分別為輸出電壓中調(diào)制信號(hào)的基波和各次諧波分量的有效值。次諧波分量的有效值。 檢波器輸出電壓中的高頻分量應(yīng)該盡可能的被濾除，以免檢波器輸出電壓中的高頻分量應(yīng)該盡可能的被濾除，以免產(chǎn)生高頻寄生反饋，導(dǎo)致接收機(jī)工作不穩(wěn)定。產(chǎn)生高頻寄生反饋，導(dǎo)致接收機(jī)工作不穩(wěn)定。 高頻濾波系數(shù)的定義為，輸入高頻電壓的振幅高頻濾波系數(shù)的定義為，輸入高頻電壓的振幅Uim與輸出高與輸出高頻電壓的振幅頻電壓的振幅Uom的比值，即的比值，即moim UUF 在輸入高頻電壓一定的情況下，濾波系數(shù)在輸入

9、高頻電壓一定的情況下，濾波系數(shù)F越大，則檢波器輸出越大，則檢波器輸出端的高頻電壓越小，濾波效果越好。通常要求端的高頻電壓越小，濾波效果越好。通常要求F(50100)。 (4) 高頻濾波系數(shù)高頻濾波系數(shù)F 輸出電壓與輸入調(diào)幅波包絡(luò)的相似程度輸出電壓與輸入調(diào)幅波包絡(luò)的相似程度1. 電路與工作原理電路與工作原理2. 性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、 檢波失真（重點(diǎn)）檢波失真（重點(diǎn)）調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)：非相干解調(diào)非相干解調(diào)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波（重點(diǎn)）大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波（重點(diǎn)）小信號(hào)平方律檢波小信號(hào)平方律檢波（輸入調(diào)幅波的幅度在（輸入調(diào)幅波的幅度在500mV以上）以上

10、）相干解調(diào)相干解調(diào)同步解調(diào)同步解調(diào)一、一、 電路與工作原理電路與工作原理ui(t)uo(t) u i(t)與與uo(t)tUDCu(t)tuo(t)檢波器的輸出電壓：檢波器的輸出電壓：uo(t)=u(t)+UDC第二節(jié)第二節(jié) 二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器16161 1、原理電路、原理電路 下圖是二極管大信號(hào)檢波的原理電路，是輸入回路、非線性下圖是二極管大信號(hào)檢波的原理電路，是輸入回路、非線性器件和低通濾波器組成器件和低通濾波器組成 輸入信號(hào)振幅大于輸入信號(hào)振幅大于0.5V，利用二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，利用二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，輸入信號(hào)電壓通過二極管對(duì)低通濾波器的電容，

11、輸入信號(hào)電壓通過二極管對(duì)低通濾波器的電容C充電。二極管充電。二極管兩端加反向電壓時(shí)截止，電容兩端加反向電壓時(shí)截止，電容C通過通過R放電這一特性實(shí)現(xiàn)的檢波放電這一特性實(shí)現(xiàn)的檢波，其輸出電壓反映輸入信號(hào)振幅變化的規(guī)律。，其輸出電壓反映輸入信號(hào)振幅變化的規(guī)律。1717ZLRui+- -CrdRC低通濾波電路有兩個(gè)作用：低通濾波電路有兩個(gè)作用： 對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)u來說，電容來說，電容C的的容抗容抗 ，電容，電容C相當(dāng)于開路，電阻相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓出低頻解調(diào)電壓 RC1 對(duì)高頻載波信號(hào)對(duì)高頻載波信號(hào)uc來說，電容來

12、說，電容C的容抗的容抗 ，電容，電容C相當(dāng)于相當(dāng)于短路，起到對(duì)高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。短路，起到對(duì)高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。 RC c1理想情況下，理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: : RZZZ)(0)()(cL1818輸入為等幅波輸入為等幅波 經(jīng)過多次反復(fù)充放電，直到在一周內(nèi)電容充電電荷量與放電電經(jīng)過多次反復(fù)充放電，直到在一周內(nèi)電容充電電荷量與放電電 荷量相等，充放電達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。荷量相等，充放電達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。 ，二極管導(dǎo)通，對(duì)，二極管導(dǎo)通，對(duì)C C充電，充電時(shí)常數(shù)很小，充電快。充電，充電時(shí)常數(shù)很小，

13、充電快。10 t ， 二極管截止，二極管截止，C通過通過R放電，放電時(shí)常數(shù)很大，放電慢。放電，放電時(shí)常數(shù)很大，放電慢。21tt ，二極管導(dǎo)通，又對(duì)，二極管導(dǎo)通，又對(duì)C充電。充電。32tt ，二極管截止，二極管截止，C上電壓對(duì)上電壓對(duì)R放電。放電。43tt2 2、大信號(hào)包絡(luò)檢波的工作原理、大信號(hào)包絡(luò)檢波的工作原理 當(dāng)當(dāng)uD= ui- - uo0 ，二極管導(dǎo)通；，二極管導(dǎo)通；當(dāng)當(dāng)uD= ui- - uoUbZ的條件下上式可寫成的條件下上式可寫成RrRgtgdd 27273533115231 tg3333RrRgdd 代入上式可得：代入上式可得：RrRgtgdd 在在 很小時(shí)很小時(shí)imbZUUu 0

14、cos 由于由于所以，所以，當(dāng)輸入電壓為高頻等幅波時(shí)，檢波器輸出電壓為：當(dāng)輸入電壓為高頻等幅波時(shí)，檢波器輸出電壓為： coscos0imbZimUUUu 由以上的分析可以看出由以上的分析可以看出: 當(dāng)電路一定當(dāng)電路一定(管子與管子與R一定一定)時(shí)，在大信號(hào)檢波器中時(shí)，在大信號(hào)檢波器中是是恒定的，它與輸入信號(hào)大小無關(guān)。其原因是由于負(fù)載電阻恒定的，它與輸入信號(hào)大小無關(guān)。其原因是由于負(fù)載電阻R的反作用，使電路具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用而維持的反作用，使電路具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用而維持不變。例如不變。例如, 當(dāng)輸入電壓增加，引起當(dāng)輸入電壓增加，引起增大，導(dǎo)致增大，導(dǎo)致I0、Uo增大，負(fù)載電壓增大，負(fù)載電壓加大，加到二

15、極管上的反偏電壓增大，致使加大，加到二極管上的反偏電壓增大，致使下降。下降。因因一定，一定， Kd=cos，檢波效率與輸入信號(hào)大小無關(guān)。所，檢波效率與輸入信號(hào)大小無關(guān)。所以，以，檢波器輸出、檢波器輸出、 輸入間是線性關(guān)系輸入間是線性關(guān)系線性檢波線性檢波。 當(dāng)輸入當(dāng)輸入AMAM信號(hào)時(shí)，輸出電壓信號(hào)時(shí)，輸出電壓 uo=KdUim(1+macos t)。3333RrRgdd 由于由于2929cos0imUu 當(dāng)輸入電壓為高頻等幅波時(shí)當(dāng)輸入電壓為高頻等幅波時(shí)檢波器輸出電壓為：檢波器輸出電壓為：tUuiimi cos 當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為AMAM信號(hào)時(shí)信號(hào)時(shí)ttmUuiaimi cos)cos1(

16、檢波器輸出電壓為：檢波器輸出電壓為：cos)cos1 (0tmUuaim即即即即cos)cos1 ()(tmUtuaimtmUUaimimcoscoscos當(dāng)輸入普通調(diào)幅波時(shí)，檢波器的輸出當(dāng)輸入普通調(diào)幅波時(shí)，檢波器的輸出直流直流角頻率為角頻率為 的交流的交流tmUuaimBcoscos負(fù)載負(fù)載R RL L上的電壓上的電壓: :為所需的調(diào)制信號(hào)為所需的調(diào)制信號(hào)imamdUmUK 輸輸入入已已調(diào)調(diào)波波包包絡(luò)絡(luò)振振幅幅輸輸出出低低頻頻交交流流電電壓壓振振幅幅ttmUuucaimAMi cos)cos1( oAMoiDuuuuu 若設(shè)輸入信號(hào)若設(shè)輸入信號(hào))(tuo輸出信號(hào)為輸出信號(hào)為,則加在二極管兩端

17、的電壓則加在二極管兩端的電壓uDi DuoUim如果以右圖所示的折線表示二極管的伏安特如果以右圖所示的折線表示二極管的伏安特征曲線（注意在大信號(hào)輸入情況下是允許征曲線（注意在大信號(hào)輸入情況下是允許的），則有：的），則有： )(cos)cos1()()(tuttmUgtuugtiocaimdoAMdd 當(dāng)當(dāng) tc時(shí)時(shí)0)( tid有：有：tUUtUmUtmUtumDCimaimaimo coscoscoscoscos)cos1()( 可見可見)(tuo有兩部分：有兩部分：低頻調(diào)制分量：低頻調(diào)制分量：tUtum cos)(其中：其中： cosimamUmU 直流分量直流分量 ： cosimDCUU

18、 1、 電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)Kd （檢波效率）（檢波效率）定義：定義：三、三、 電路主要性能指標(biāo)電路主要性能指標(biāo) + uD-ui+- -CVDR+- -uo3232 coscos imaimaimamdUmUmUmUK有有 為電流導(dǎo)通角。為電流導(dǎo)通角。其中其中3333RrRgdd 當(dāng)電路一定當(dāng)電路一定(管子與管子與R一定一定)時(shí)，在大信號(hào)檢波器中時(shí)，在大信號(hào)檢波器中是恒定是恒定的，它與輸入信號(hào)大小無關(guān)。的，它與輸入信號(hào)大小無關(guān)。)(tuo有兩部分：有兩部分：低頻調(diào)制分量：低頻調(diào)制分量：tUtum cos)(其中：其中： cosimamUmU 直流分量直流分量 ： cosimDCUU UDC

19、u(t)tuo(t)3333ttmUucaimi cos)cos1( )cos1()(tmUKtuaimdo cosKRd討論：討論： 當(dāng)當(dāng)VD和和R確定后，確定后，即為恒定值，與輸入信號(hào)大小無關(guān)，即為恒定值，與輸入信號(hào)大小無關(guān)，亦即檢波效率恒定，與輸入信號(hào)的值無關(guān)。表明輸入已調(diào)波的包絡(luò)亦即檢波效率恒定，與輸入信號(hào)的值無關(guān)。表明輸入已調(diào)波的包絡(luò)與輸出信號(hào)之間為線性關(guān)系，故稱為線性檢波與輸出信號(hào)之間為線性關(guān)系，故稱為線性檢波 則輸出信號(hào)為：則輸出信號(hào)為： 當(dāng)當(dāng)1 dK1 dK但但理想值理想值50 Rgd9 . 0 dK一般當(dāng)一般當(dāng)，一般計(jì)算方法為：一般計(jì)算方法為：當(dāng)輸入信號(hào)為：當(dāng)輸入信號(hào)為：33

20、33RrRgDd KdgDR關(guān)系曲線圖 34342、檢波的等效輸入電阻、檢波的等效輸入電阻idR 峰值檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級(jí)的負(fù)載，故其輸入阻抗對(duì)峰值檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級(jí)的負(fù)載，故其輸入阻抗對(duì)前級(jí)的有載前級(jí)的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是峰值檢波器的主要缺點(diǎn)。值及回路阻抗有直接影響，這也是峰值檢波器的主要缺點(diǎn)。 檢波器的輸入電阻檢波器的輸入電阻Rid是為研究是為研究檢波器對(duì)其輸入諧振回路影響的檢波器對(duì)其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，大小而定義的，因而，Rid是對(duì)載是對(duì)載波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量。波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量。+- -uo中放末級(jí)中放末級(jí)RsVDRCsCL

21、sisRid+- -ui3535 檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻Ri及輸入電容及輸入電容 Ci，如下圖，如下圖所示。所示。 輸入電阻是輸入載波電壓的振幅輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Uim與檢波器電流的基與檢波器電流的基頻分量振幅頻分量振幅I1m之比值，即之比值，即mimidIUR1 檢波器輸入電容包括檢波器輸入電容包括檢波二極管結(jié)電容檢波二極管結(jié)電容Cj和和二極管引線對(duì)地分布電二極管引線對(duì)地分布電容容Cf，CiCj+Cf。Ci可可以被看作是輸入回路的以被看作是輸入回路的一部分。一部分。的表達(dá)式的表達(dá)式idR1imidmURI12idRR1sin cosimdidmUr

22、RI(tan)drR.! 51! 31sin53將將 、 、 展開成級(jí)數(shù)取前兩項(xiàng)代入展開成級(jí)數(shù)取前兩項(xiàng)代入tansincos3512tan3152411cos12!4! idR在二極管導(dǎo)通角在二極管導(dǎo)通角 很小很小的情況下的情況下,等效輸入電阻等效輸入電阻直流電阻直流電阻)cossin(1)(11imdMmUrII 全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻R上上消耗的功率消耗的功率 KdUimui(t)t 忽略二極管導(dǎo)通電阻忽略二極管導(dǎo)通電阻rd上的損上的損耗功率，由能量守恒的原則，檢波耗功率，由能量守恒的原則，檢波器輸入端口的高頻功率器輸入端口的高頻功率 id2im2RURUK2im

23、2d即有即有 RUKRU2im2did2im2 又因又因Kd=cos 1 RR21id 所以所以 若設(shè)輸入信號(hào)為等幅載波信號(hào)若設(shè)輸入信號(hào)為等幅載波信號(hào)tUucimi cos 由此可見，串聯(lián)二極管峰值包絡(luò)檢波器的輸入電阻與二極由此可見，串聯(lián)二極管峰值包絡(luò)檢波器的輸入電阻與二極管檢波器負(fù)載電阻管檢波器負(fù)載電阻R有關(guān)。當(dāng)有關(guān)。當(dāng)較小時(shí)，近似為較小時(shí)，近似為R的一半。的一半。R越大，越大，Ri越大，對(duì)前級(jí)的影響就越小。越大，對(duì)前級(jí)的影響就越小。也可以以下列方式導(dǎo)出也可以以下列方式導(dǎo)出Rid的表達(dá)式的表達(dá)式3838 (1) 惰性失真惰性失真 在二極管峰值型檢波器中，存在著兩種特有失真在二極管峰值型檢波器

24、中，存在著兩種特有失真： 惰性失真惰性失真 底部切割失真底部切割失真3 3、檢波器的失真、檢波器的失真 一般為了提高檢波效率和濾波效果，（一般為了提高檢波效率和濾波效果，（C越大，高頻波紋越?。傁Ｍ酱?，高頻波紋越?。傁Ｍx取較大的選取較大的R，C值，但如果值，但如果R，C 取值過大，使取值過大，使R，C的放電時(shí)間常數(shù)的放電時(shí)間常數(shù) 所對(duì)應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)(AM)包絡(luò)下降速度時(shí)，會(huì)造成輸出波形不包絡(luò)下降速度時(shí)，會(huì)造成輸出波形不隨輸入信號(hào)包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，隨輸入信號(hào)包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電

25、惰性引起的，故稱為惰性失真。故稱為惰性失真。RC tui(t)與與uc(t)uc(t)ui(t)3939 產(chǎn)生惰性失真的原因：產(chǎn)生惰性失真的原因： 輸入輸入AM信號(hào)包絡(luò)的信號(hào)包絡(luò)的變化率變化率RC放電的速率放電的速率 避免產(chǎn)生惰性失真的條件：避免產(chǎn)生惰性失真的條件： 在任何時(shí)刻，電容在任何時(shí)刻，電容C上電壓的上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化率，即變化率，即ttUtuAMC )(tui(t)與與uc(t)uc(t)ui(t) 分分 析析另外，在二極管截止瞬間，電容兩端所保持的電壓近似等于輸入信號(hào)另外，在二極管截止瞬間，電容兩端所保持的電壓近似等于輸入信號(hào)的峰值

26、。即的峰值。即ttmUuaimi0cos)cos1 ()cos1()(tmUtUaimAM 1sin)(1tUmttUimattAM)cos1(tmUuaimC dtduCticC)()cos1(111tmURCtuaimttC 若設(shè)輸入信號(hào)若設(shè)輸入信號(hào)AM信號(hào)：信號(hào)： 包絡(luò)信號(hào)為：包絡(luò)信號(hào)為：在在t1時(shí)刻包絡(luò)的變化率時(shí)刻包絡(luò)的變化率:那么電容那么電容C通過通過R放電，放電時(shí)，放電，放電時(shí)，通過通過C的電流為的電流為：通過通過R的電流為：的電流為：RuicR因?yàn)橐驗(yàn)閕C=iR的電流的電流 即：即：RCudtduRudtduCcccc414111sin)cos1(1tmUmtmURCaimaim

27、 時(shí)刻不產(chǎn)生惰性失真的條件為：時(shí)刻不產(chǎn)生惰性失真的條件為：1t所以要求在所以要求在則有：則有：1cos1sin11 tmtmRCAaa1t)(tUAMCu實(shí)際上不同的實(shí)際上不同的 ，和和下降速度不同。下降速度不同。為在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證為在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值取最大時(shí)仍有值取最大時(shí)仍有1max A故令故令:0 dtdAttUtuAMC )(1sin)(tUmttUimaAM )cos1(111tmURCtuaimttC 4242 0cos1sincos)cos1(22222 tmtRCmttmmRCdtdAaaaa即：即：;cosamt 221cos1si

28、namtt 可解得：可解得：aammRC21有有 實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶( min max)，并且各頻率分量所對(duì)應(yīng)的調(diào)制系數(shù)并且各頻率分量所對(duì)應(yīng)的調(diào)制系數(shù)ma也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)該用最大調(diào)制度該用最大調(diào)制度mmax和最高調(diào)制頻率和最高調(diào)制頻率max來檢驗(yàn)有無惰性失真，其來檢驗(yàn)有無惰性失真，其檢驗(yàn)公式為檢驗(yàn)公式為可見，可見，ma 、 越大，信號(hào)包絡(luò)變化越快，要求越大，信號(hào)包絡(luò)變化越快，要求RC的值就應(yīng)該越小。的值就應(yīng)該越小。a2amax1mmRC2max1aammRCA不產(chǎn)生惰性失真的條件不產(chǎn)生惰性失真的條

29、件單音頻調(diào)幅波檢波時(shí)單音頻調(diào)幅波檢波時(shí),不產(chǎn)生惰性失真的條件不產(chǎn)生惰性失真的條件:21aamRCm 多音頻調(diào)幅波檢波時(shí)多音頻調(diào)幅波檢波時(shí),不產(chǎn)生惰性失真的條件不產(chǎn)生惰性失真的條件:aammRC2max14444 不難看出調(diào)制信號(hào)角頻率不難看出調(diào)制信號(hào)角頻率 越高，調(diào)幅系數(shù)越高，調(diào)幅系數(shù)ma越大，包越大，包絡(luò)下降速度越快，惰性失真絡(luò)下降速度越快，惰性失真越嚴(yán)重。要克服這種失真，越嚴(yán)重。要克服這種失真，必須減小必須減小RC的數(shù)值，使電容的數(shù)值，使電容器的的放電速度加快，因此器的的放電速度加快，因此要求：要求： tui(t)與與uc(t)uc(t)ui(t)amax2a1mmRC式中的調(diào)制信號(hào)角頻率

30、式中的調(diào)制信號(hào)角頻率 取最高調(diào)制角頻率取最高調(diào)制角頻率，調(diào)幅系數(shù)，調(diào)幅系數(shù)ma越應(yīng)越應(yīng)取最大調(diào)幅系數(shù)，因?yàn)檫@種情況下最容易產(chǎn)生惰性失真取最大調(diào)幅系數(shù)，因?yàn)檫@種情況下最容易產(chǎn)生惰性失真 記憶理解記憶理解)cos1(tmUaim Uim(1-ma)(2)底部切割失真（負(fù)峰切割失真）底部切割失真（負(fù)峰切割失真）1) 原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器與后級(jí)低頻放大器的原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器與后級(jí)低頻放大器的連接如圖所示，為能有效地傳輸檢波后的低頻調(diào)制信號(hào)，要求：連接如圖所示，為能有效地傳輸檢波后的低頻調(diào)制信號(hào)，要求： Ui mRRRUULDCR UR二極管截止，檢波輸出信號(hào)不跟隨

31、輸入調(diào)幅波包絡(luò)的變化而產(chǎn)生失真。二極管截止，檢波輸出信號(hào)不跟隨輸入調(diào)幅波包絡(luò)的變化而產(chǎn)生失真。當(dāng)當(dāng) UR Uim(1-ma)ttmUucaimi cos)cos1( UR或或mindL1CR mindL1 CR 通常通常Cd取值較大取值較大( (一般為一般為510F) )，在在Cd兩端的直流電壓兩端的直流電壓UDC，大小近似等，大小近似等于載波電壓振幅于載波電壓振幅UDC=KdUim UDC經(jīng)經(jīng)R和和RL分壓后在分壓后在R上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的直流電壓為：直流電壓為： 由于由于UR對(duì)檢波二極管對(duì)檢波二極管VD來說來說相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會(huì)影相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會(huì)影響二極管的工作狀態(tài)。響二極管

32、的工作狀態(tài)。 在輸入調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)半周峰值處可能會(huì)低于在輸入調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)半周峰值處可能會(huì)低于UR ,后級(jí)放大器后級(jí)放大器ui+- -CRLRVDCd+UDC - -+- -UR+u(t)- -4646 顯然，顯然，RL越小，越小，UR分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，ma值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的振幅值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的振幅maUim越大，調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值Uim(1- -ma)越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。 要防止這種失真，必須要求調(diào)幅波要防止這種失真，必須要求調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值包絡(luò)的負(fù)峰值U

33、im(1- -ma) 大于直流電大于直流電壓壓UR。即。即RRRUmUimLaim)1( 避免底部切割失真的條件為：避免底部切割失真的條件為： RRRRRRRRm /LLLa式中，式中，R=RL/R為檢波器輸出端的為檢波器輸出端的交流負(fù)載電阻交流負(fù)載電阻，而，而R為為直流負(fù)載電阻直流負(fù)載電阻。 后級(jí)放大器后級(jí)放大器ui+- -CRLRVDCc+UDC - -+- -UR+u(t)- -當(dāng)檢波器接有當(dāng)檢波器接有Cc、RL后，檢后，檢波器的直流負(fù)載波器的直流負(fù)載R=仍等于仍等于R，而低頻交流負(fù)載而低頻交流負(fù)載R 等于等于R與與RL的并聯(lián)，即的并聯(lián)，即R =RRL/(R+RL)。因因R=R ，將引起

34、底部失真，將引起底部失真 在工程上，在工程上，減小檢波器交、直流負(fù)載的差別減小檢波器交、直流負(fù)載的差別有兩有兩種常用的措施：種常用的措施： 一是在檢波器與下一級(jí)低放級(jí)之間插入高輸入一是在檢波器與下一級(jí)低放級(jí)之間插入高輸入阻抗的射極跟隨器阻抗的射極跟隨器; 二是將二是將R分成分成R1和和R2，R=R1+R2。此時(shí)，直。此時(shí)，直流負(fù)載電阻：流負(fù)載電阻：R=R1+R2 ，交流負(fù)載電阻：，交流負(fù)載電阻：R =R1+R2Rg ，如，如圖所示。圖所示。減小底部切削失真的電路減小底部切削失真的電路RRma 由隔直耦合電容由隔直耦合電容 Cc 和濾波電容和濾波電容 C 引起的。引起的。LcRC min1RC

35、max1n為使頻率在為使頻率在 min時(shí)時(shí),Cc上壓上壓 降不大降不大, 不產(chǎn)生頻率失真不產(chǎn)生頻率失真: n為使頻率在為使頻率在 max時(shí)時(shí), C斷開斷開, 不把低頻電流旁路掉不把低頻電流旁路掉:綜上綜上,一般一般,隔直耦合電容隔直耦合電容 Cc 取幾個(gè)微法取幾個(gè)微法( F),濾波電容濾波電容 C 取取0.005 F0.02 F 。RCi1（3）頻率失真）頻率失真對(duì)于對(duì)于C一般：一般： 1)/( idsscLRRCQ (1) 回路有載回路有載LQ要大：這應(yīng)該從選擇性及通頻帶的要求來考慮。要大：這應(yīng)該從選擇性及通頻帶的要求來考慮。cTRC 為高頻載波周期為高頻載波周期cT(2) 為發(fā)保證輸出的高

36、頻紋波小為發(fā)保證輸出的高頻紋波小要求：要求：cRC 1 即即 4. 檢波器設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的選擇檢波器設(shè)計(jì)及元件參數(shù)的選擇 (3) 為了減少輸出信號(hào)的頻率失真（輸出信號(hào)為一個(gè)低頻限帶信號(hào)）為了減少輸出信號(hào)的頻率失真（輸出信號(hào)為一個(gè)低頻限帶信號(hào)）要求：要求： 不不影影響響下下限限頻頻率率不不影影響響上上限限頻頻率率ddLCCRCRCminmax11 min maxmaxmax2max1mmRC(4) 為了避免惰性失真：要求：為了避免惰性失真：要求：LLaRRRmRRRRRmLa/(5) 為了避免底部切割失真：為了避免底部切割失真：或或+- -u中放末級(jí)中放末級(jí)RidRLCVDRCsLsRsisCd

37、5050調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)：非相干解調(diào)非相干解調(diào)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波小信號(hào)平方律檢波小信號(hào)平方律檢波1. 電路電路3. 性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗）性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗）2. 工作原理工作原理（輸入調(diào)幅波的幅度（輸入調(diào)幅波的幅度在幾十在幾十mV, 或更?。┗蚋。┑谌?jié)第三節(jié)二極管小信號(hào)檢波器二極管小信號(hào)檢波器 輸入高頻信號(hào)的振幅小于輸入高頻信號(hào)的振幅小于0.2V，利用二極管伏安特性的彎曲部分進(jìn)行利用二極管伏安特性的彎曲部分進(jìn)行頻率變換，然后通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)頻率變換，然后通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波。檢波。 二、小信號(hào)檢波器的工作原理二、小信號(hào)檢波器的工作原理

38、小信號(hào)檢波的原理電路如右小信號(hào)檢波的原理電路如右圖所示。圖所示。 因?yàn)槭切⌒盘?hào)輸入，檢波器因?yàn)槭切⌒盘?hào)輸入，檢波器需外加偏壓需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點(diǎn)使其靜態(tài)工作點(diǎn) 位位于二極管伏安特性的彎曲部分。于二極管伏安特性的彎曲部分。 一、小信號(hào)檢波一、小信號(hào)檢波檢波器需外加偏壓檢波器需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點(diǎn)使其靜態(tài)工作點(diǎn) 位于二極管伏安特位于二極管伏安特性的彎曲部分。性的彎曲部分。高頻高頻輸入輸入非線性非線性器器 件件低通低通濾波濾波當(dāng)加的輸入信號(hào)為當(dāng)加的輸入信號(hào)為調(diào)幅信號(hào)時(shí)。二極調(diào)幅信號(hào)時(shí)。二極管中電流變化規(guī)律管中電流變化規(guī)律如右圖所示。如右圖所示。2210iiDQiDububbiVuu所以

39、由于三、小信號(hào)檢波器的分析（冪級(jí)數(shù)分析法）三、小信號(hào)檢波器的分析（冪級(jí)數(shù)分析法）332210)()()(QDQDQDDVubVubVubbi將將iD進(jìn)行泰勒展開：進(jìn)行泰勒展開：忽略高次項(xiàng)，有：忽略高次項(xiàng)，有：2210iiDububbitUbtUbUbItUbtUbItUbtUbIitUuiimiimimQiimiimQiimiimQDiimi2cos21cos21)2cos1 (21coscoscoscos221222212221時(shí)，得：當(dāng)輸入為等幅波為二極管偏置電流式中QiiDIbububbi02210其中直流電流增量：其中直流電流增量：直流分量直流分量2221imUb輸出電壓增量：輸出電壓

40、增量：RUbim2221若輸入信號(hào)為單音調(diào)制的若輸入信號(hào)為單音調(diào)制的AM波波，因，因c，可用包絡(luò)函數(shù)，可用包絡(luò)函數(shù)U(t)代替上式中的代替上式中的Uim ，檢波器輸出，檢波器輸出電壓增量為：電壓增量為：tmtmmRUbtmRUbRUbaaaaim 2cos21 cos2)211 (21) cos1 (2121222im222im222輸入等幅波時(shí)，輸出電壓增量為輸入等幅波時(shí)，輸出電壓增量為RUbim2221ttmUucaimicos)cos1 ( 由以上分析可知，小信號(hào)檢波器輸出電壓與輸入信號(hào)電壓振幅由以上分析可知，小信號(hào)檢波器輸出電壓與輸入信號(hào)電壓振幅Uim的平方成正比，故將這種檢波器稱為的

41、平方成正比，故將這種檢波器稱為平方律檢波器平方律檢波器。利用其檢。利用其檢波電流與輸入高頻電壓振幅平方成正比這一特性，可以作功率指示，波電流與輸入高頻電壓振幅平方成正比這一特性，可以作功率指示，在測(cè)量儀表及微波檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。這種檢波器的電壓傳輸系數(shù)在測(cè)量儀表及微波檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。這種檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd和輸入電阻和輸入電阻Ri都小，而且還有非線性失真，這是它的缺點(diǎn)。都小，而且還有非線性失真，這是它的缺點(diǎn)。時(shí)當(dāng)輸入調(diào)幅波ttmUucaimicos)cos1 (輸出電壓增量為輸出電壓增量為tmRUbtmRUbUmRbaimaimima2cos41cos)21 (2122222222直流分量直

42、流分量調(diào)制信號(hào)分量調(diào)制信號(hào)分量二次諧波分量二次諧波分量經(jīng)經(jīng)Cc隔直電容耦合在隔直電容耦合在RL上得到的輸出電壓為上得到的輸出電壓為tmRUbtmRUbaimaim2cos41cos22222調(diào)制信號(hào)分量調(diào)制信號(hào)分量二次諧波分量二次諧波分量產(chǎn)生非線性失真產(chǎn)生非線性失真四、小信號(hào)檢波器的主要技術(shù)指標(biāo)四、小信號(hào)檢波器的主要技術(shù)指標(biāo)輸入為等幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為輸入為等幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為 1、電壓傳輸系數(shù)、電壓傳輸系數(shù)RUbURUbKimimimd2222121輸入為調(diào)幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為輸入為調(diào)幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為 RUbUmRUmbK

43、imimaimad2222、檢波器的等效輸入電阻、檢波器的等效輸入電阻 可近似地認(rèn)為等于二極管的導(dǎo)通電阻可近似地認(rèn)為等于二極管的導(dǎo)通電阻rd 由于由于b2、Uim 較低，所以檢波效率低。較低，所以檢波效率低。 對(duì)載波頻率，因二極管對(duì)載波頻率，因二極管D始終處于導(dǎo)通，輸入電阻等于始終處于導(dǎo)通，輸入電阻等于二極管的交流阻抗二極管的交流阻抗rD。輸入電阻小。輸入電阻小。電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù) 小小, ,且不為常數(shù)且不為常數(shù). .檢波效率低檢波效率低 等效輸入電阻小等效輸入電阻小存在非線性失真存在非線性失真 3、非線性失真系數(shù)、非線性失真系數(shù) aimaimammmfmRUmbRUmbUUUK4141222222322u調(diào)幅指數(shù)越大調(diào)幅指數(shù)越大,非線性失真越嚴(yán)重非線性失真越嚴(yán)重五、小信號(hào)檢波器的特點(diǎn)五、小信號(hào)檢波器的特點(diǎn)dkdirR 綜上，小信號(hào)平方律檢波器的檢波質(zhì)量低。綜上，小信號(hào)平方律檢波器的檢波質(zhì)量低。第四節(jié)第四節(jié) 普通調(diào)幅波