第7章-2調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

1、調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)掌握振幅解調(diào)的基本原理。掌握振幅解調(diào)的基本原理。理解理解二極管包絡(luò)檢波器二極管包絡(luò)檢波器的典型電路、工作的典型電路、工作 原理，了解其參數(shù)的選擇方法，了原理，了解其參數(shù)的選擇方法，了解避免惰性失真、負(fù)峰切割失真的解避免惰性失真、負(fù)峰切割失真的 方法。方法。掌握掌握同步檢波電路同步檢波電路的組成模型與基本原理。的組成模型與基本原理。7.1 調(diào)制信號(hào)的解調(diào)調(diào)制信號(hào)的解調(diào) 解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過程原低頻調(diào)制信號(hào)的過程。從頻譜上看，解調(diào)也是。從頻譜上看，解調(diào)也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過程，一種信

2、號(hào)頻譜的線性搬移過程，是將高頻端的信是將高頻端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端號(hào)頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過程是和調(diào)制過程相，解調(diào)過程是和調(diào)制過程相對應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對應(yīng)于不同的解調(diào)。對應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對應(yīng)于不同的解調(diào)。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 峰值包絡(luò)檢波峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波 乘積型同步檢波乘積型同步檢波 疊加型同步檢波疊加型同步檢波 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 非線形非線形電路電路低通低通濾

3、波器濾波器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高頻載波信號(hào)直接進(jìn)行檢波輸出如何？高頻載波信號(hào)直接進(jìn)行檢波輸出如何？ 由于由于DSB和和SSB信號(hào)的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)，不能信號(hào)的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)，不能用包絡(luò)檢用包絡(luò)檢 波器，只能用波器，只能用同步檢波器同步檢波器，但需注意同步檢，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)制載波同步（即同頻同相）。復(fù)的載波必須與原調(diào)制載波同步（即同頻同相）。 乘法器乘法器低通低通uDSBuou2

4、 同步檢波同步檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波加法器加法器uDSBuou仿真仿真07-11uAM解調(diào)解調(diào)載波載波 (1) 電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)Kd 3 檢波電路的檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)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 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定義定義

5、為輸出低頻信號(hào)為輸出低頻信號(hào)分量的振幅分量的振幅Um與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅的振幅maUim的比值，即的比值，即 (2) 等效輸入電阻等效輸入電阻Rid imodUUK imamdUmUK 因?yàn)闄z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的定義與線性放大器是不相同的。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，與輸入端高頻脈沖電流基波分量的振幅之比，即脈沖電流基波分量的振幅之比，即 1mimidIUR (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

6、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)信號(hào)為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，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。 (4) 高頻濾波系數(shù)高頻濾波系數(shù)F 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

7、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)。 7.2 7.2 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 1. 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 (1) 電路組成電路組成 ZL+- -uiVDRC+- -uiRui+- -Crd它是由輸入回路、二極管它是由輸入回路、二極管VD和和RC低通濾波器組成。低通濾波器組成。 RC低通濾波電路有兩個(gè)作用：低

8、通濾波電路有兩個(gè)作用： 對低頻調(diào)制信號(hào)對低頻調(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)生輸出低就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓頻解調(diào)電壓 RC1 對高頻載波信號(hào)對高頻載波信號(hào)uc來說，電容來說，電容C的容抗的容抗 ，電容電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。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)()(cLZL+- -uiVDRC+- -uiRui+-

9、 -Crd(2) 工作原理分析工作原理分析 + uD - -+- -uoiduD= ui- - uoRi充充+- -uoi放放+- -ui+- -uiVDRCui+- -Crd 當(dāng)輸入信號(hào)當(dāng)輸入信號(hào)ui(t)為調(diào)幅波時(shí)，那為調(diào)幅波時(shí)，那么載波正半周時(shí)二極管正向?qū)ǎ摧d波正半周時(shí)二極管正向?qū)?，輸入高頻電壓通過二極管對電容輸入高頻電壓通過二極管對電容C充充電，充電時(shí)間常數(shù)為電，充電時(shí)間常數(shù)為rdC。因?yàn)橐驗(yàn)閞dC較小，充電很快，電容上電壓建立較小，充電很快，電容上電壓建立的很快的很快,輸出電壓輸出電壓uo(t) 很快增長很快增長 。 作用在二極管作用在二極管VD兩端上的電壓為兩端上的電壓為ui

10、(t)與與uo(t)之差，即之差，即uD= ui- - uo。所以二極管的。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于導(dǎo)通與否取決于uD 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- - uo50)3533115231 tg3333RrRgdd 代入上式可得：代入上式可得：ttmUucaimi cos)cos1( )cos1()(tmUKtuaimdo cosKRd（2）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)峰值檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級(jí)的負(fù)載中放末級(jí)的負(fù)載，故其輸入故其輸入阻抗對前級(jí)的有載阻抗對前級(jí)的有載Q值及回路阻抗有直接影響值及回路

11、阻抗有直接影響，這也是峰值檢波這也是峰值檢波器的主要缺點(diǎn)。器的主要缺點(diǎn)。討論：討論： 當(dāng)當(dāng)VD和和R確定后，確定后，即即為恒定值，與輸入信號(hào)大小無關(guān)，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 gR9 . 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：3333RrRgDd 檢波器的輸入電阻檢波器的輸入電阻R

12、id是為研究檢波器是為研究檢波器對其輸入諧振回路影響的大小而定義的，對其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，因而，Rid是對載波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量是對載波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量。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 +- -uo中放末級(jí)中放末級(jí)RsVDRCsCLsisRid+- -uiKdUimui(t)t 忽略二極管導(dǎo)通電阻忽略二極管導(dǎo)通電阻rd上的損耗功率，上的損耗功率，由能量守恒的原則，檢波器輸入端口的高由能量守恒的原則，檢波器輸入端口的高頻功率頻功率 id2im2RURUK2im2d 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上消耗上消耗的功

13、率的功率 即有即有 RUKRU2im2did2im2 又因又因Kd=cos 1 RR21id 所以所以 (1) 惰性失真惰性失真會(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，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，這種失這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。 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. 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，高頻波紋越小），越大，高頻波

14、紋越小），總希望選取較大的總希望選取較大的R，C值，但值，但如果如果R，C 取值過大，使取值過大，使R，C的放電時(shí)間的放電時(shí)間常數(shù)常數(shù)RC 所對應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)所對應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)(AM)包絡(luò)下降速度時(shí)，包絡(luò)下降速度時(shí)，(2) 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)的變化率信號(hào)包絡(luò)的變化率RC放電的速率放電的速率(3)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 )(仿真仿真07-13tui(t)與與uc(t

15、)uc(t)ui(t)動(dòng)畫動(dòng)畫7-12另外，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)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。的峰值。即即ttmUuaimi0cos)cos1( )cos1()(tmUtUaimAM 1sin)(tUmttUimaAM )cos1(tmUuaimC RCttaimCetmUtu1)cos1()(1 )cos1(111tmURCtuaimttC 11sin)cos1(1tmUmtmURCaimaim 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)時(shí)刻包絡(luò)的的變化率變化率:那么電容那么電容C

16、通過通過R放電的電壓關(guān)系為：放電的電壓關(guān)系為： 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(4)分析：分析：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。為為在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證必須保證A值取最大時(shí)仍有值取最大時(shí)仍有1max A故令故令:0 dtdA 0cos1sincos)cos1(22222 tmtRCmttmmRCdtdAaaaa即：即：;cosamt 221cos1sinamtt 可解得：可解得：aammRC 21有

17、有 實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶(minmax)，并，并且各頻率分量所對應(yīng)的調(diào)制系數(shù)且各頻率分量所對應(yīng)的調(diào)制系數(shù)ma也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)該也不相同，設(shè)計(jì)檢波器時(shí)，應(yīng)該用最大調(diào)制度用最大調(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，其檢來檢驗(yàn)有無惰性失真，其檢驗(yàn)公式為驗(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。maxmax2max1mmRC )cos1(tmUaim Uim(1-ma)(2)底部切割失真底部切割失真1) 原因：一般為了取出低頻調(diào)

18、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動(dòng)畫動(dòng)畫7-15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

19、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)生上產(chǎn)生的直流電壓為：的直流電壓為： 由于由于UR對對檢波檢波二極管二極管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 , 顯然，顯然，RL越小，越小，UR分壓值越大，底部切分壓值越大，底部切割割失真越容易產(chǎn)生；另外，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

20、絡(luò)的負(fù)峰值Uim(1- -ma)越小，底部切越小，底部切割割失真也越易產(chǎn)生。失真也越易產(chǎn)生。 后級(jí)放大器后級(jí)放大器ui+- -CRLRVDCd+UDC - -+- -UR+u(t)- - 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Uim(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為檢波器輸出為檢波器輸出端的交流負(fù)載電阻，而端的交流負(fù)載電阻，而R為直為直流負(fù)載電阻。流負(fù)載電阻。 仿真仿真07-13一般：一般：

21、 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 maxmaxmax2maxmm1

22、RC (4) 為了避免惰性失真：要求：為了避免惰性失真：要求：LLRRRm RRRL/(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 疊加型疊加型乘積型乘積型同步檢波器可分為：同步檢波器可分為：5.同步檢波同步檢波(Synchronous Detection)注意：兩種檢波器注意：兩種檢波器都需要接收端恢復(fù)載波都需要接收端恢復(fù)載波1. 乘積型乘積型乘法器乘法器低通濾低通濾 波器波器uDSBuc 本地載波本地載波u(t)設(shè)輸入已調(diào)波：設(shè)輸入已調(diào)波：ttUucDSB coscos )cos(1 tUucc 而恢復(fù)的本地載波為

23、：而恢復(fù)的本地載波為： 則相乘器輸出為：則相乘器輸出為： tttUUtttUUuuccccccDSB111coscoscos21)cos(coscos則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號(hào)為：則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號(hào)為： cc 1令令)cos(cos)cos(cos21 ttUttUUuccc oo22 本地載波本地載波DSB信號(hào)信號(hào)討論：討論： (1)當(dāng)恢復(fù)的本地載波與發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相）當(dāng)恢復(fù)的本地載波與發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相）則有：則有：0 c 0 tUu cos無失真將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來無失真將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來 00 c(2)若本地載波與調(diào)制載波有頻差，即：若本地載波與調(diào)制

24、載波有頻差，即：ttUuc coscos 即引起頻率失真。即引起頻率失真。 tUucoscos 則則 cos 引入一個(gè)振幅的衰減因子引入一個(gè)振幅的衰減因子，如果，如果隨時(shí)間變化，也會(huì)引起振幅失真。隨時(shí)間變化，也會(huì)引起振幅失真。乘法器乘法器低通濾低通濾 波器波器uDSBuc 本地載波本地載波u(t)cos(cos)cos(cos21 ttUttUUuccc(3) 若本地載波與調(diào)制載波有相位差，若本地載波與調(diào)制載波有相位差，即：即：0 c 0 乘積型同步檢波器的實(shí)用電路乘積型同步檢波器的實(shí)用電路 低通濾低通濾波器波器諧振限幅放大器諧振限幅放大器乘法器乘法器CDIoyRw- -15V- -15V15k R+15VR13- -EEVT35.1kRwx121k100k121kR11Rc141294Rc8133R327+15V561011IoxRwZEC=15V- -+ +11k1M25k- -15V10k10kRwy2k2kRxRy BG314（MC1595）AVT1VT2LC510510foC 諧振限幅諧振限幅 放大器放大器 乘法器乘法器 低通濾波器低通濾波器C