第4章振幅調(diào)制與解調(diào)

1、LOGO第四章第四章 模擬振幅調(diào)制和解調(diào)模擬振幅調(diào)制和解調(diào)光學(xué)與信息工程學(xué)院光學(xué)與信息工程學(xué)院 通信工程系通信工程系概述概述o調(diào)制：調(diào)制：在發(fā)射端將調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)從低頻段變換到高頻段, 便于天線發(fā)送或?qū)崿F(xiàn)不同信號(hào)源、不同系統(tǒng)的頻分復(fù)用o解調(diào)：解調(diào)：在接收端將已調(diào)波信號(hào)已調(diào)波信號(hào)從高頻段變換到低頻段, 恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。 o按載波波形分：按載波波形分：脈沖調(diào)制：脈幅調(diào)制(PAM), 脈寬調(diào)制(PDM)和脈位調(diào)制(PPM) 正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制：調(diào)幅(AM)、 調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)o本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：原理、電路組成(混頻、調(diào)制、解調(diào)(檢波)4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特

2、性o振幅調(diào)制的方式振幅調(diào)制的方式AM( (標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制) )DSBAM(抑制抑制載波的載波的雙雙邊帶振幅調(diào)制邊帶振幅調(diào)制) )SSBAM( (抑制載波的抑制載波的單單邊帶振幅調(diào)制邊帶振幅調(diào)制) )VSBAM( (殘留邊帶振幅調(diào)制殘留邊帶振幅調(diào)制) )共同特性：共同特性：對(duì)頻譜進(jìn)行不對(duì)頻譜進(jìn)行不 失真的搬移失真的搬移4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMo標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制(AM)用低頻調(diào)制信號(hào)低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦波控制高頻正弦波( (載波載波) )的振幅的振幅, 使其隨調(diào)制信號(hào)波形的變化而呈線性變化。組成模型tVtvccmccos)(設(shè)載波信號(hào)為)(t

3、v調(diào)制信號(hào)為ttkvVttvtvccmcmcos)(cos)()(已調(diào)信號(hào)為)()()(tvtvtvAccm)(tv)(tvcmA)(tvcmmVkA 4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMo單音調(diào)制單音調(diào)制tVtvmcos)(假設(shè)ttmVttVkVVttkVVtvcacmccmmcmcmcmcos)cos1 (cos)cos1 (cos)cos()(ma為調(diào)幅系數(shù)4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMcmaVmv)1 (max調(diào)幅信號(hào)的最大值調(diào)幅信號(hào)的最大值cmaVmv)1 (min調(diào)幅信號(hào)的最小值調(diào)幅信號(hào)的最小值已調(diào)波已調(diào)波振幅包絡(luò)振幅包絡(luò)cmcmcmc

4、mcmaVVvVvVVvvmmaxminminmax)(21ttmVtvcacmcos)cos1 ()(若0 ma 1(過調(diào)),看圖4-2，產(chǎn)生失真，包絡(luò)變化不再與調(diào)制信號(hào)相同4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMoAM信號(hào)的頻譜帶寬信號(hào)的頻譜帶寬tVmtVmtVttmVtvccmaccmaccmcacm)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(cmVccccmaVm2上邊頻cmaVm2下邊頻4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMo 若v(t)為一般非周期調(diào)制信號(hào)u(t)cmaxcmax0ttmaxminuA M(t)0ccmincminBW

5、u(t)cmaxcmax0ttmaxminuA M(t)0ccmincminBW4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMo 功率功率tVmtVmtVtvccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(oaDSBAMPmPPP)21 (20oaSSBDSBPmPP222oaLcmaSSBPmRVmP421)21(22上邊頻或下邊頻LcmoRVP221載波調(diào)幅波的功率利用率2202022)21 (2aaaaAMDSBmmPmPmPP314.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性AMoAM信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法非 線 性 器 件低 通 濾 波

6、器u(t)uAM(t)包絡(luò)檢波原理圖包絡(luò)檢波原理圖ur(t)uAM(t)u(t)低 通濾 波 器同步檢波原理圖同步檢波原理圖 )()()()(tvtvtvAtvccm)(tv)(tvcmA)(tvAM波調(diào)制原理圖波調(diào)制原理圖4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性DSBo 抑制載波的雙邊帶調(diào)制抑制載波的雙邊帶調(diào)制(Double Sideband Modulation)cos()cos(21)(ttVKVvKvtvcccmmcDSB(a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc)22(2max FBWDSBv 包絡(luò)不再反映調(diào)制信號(hào)，但保持頻譜搬包絡(luò)不再反映調(diào)制信

7、號(hào)，但保持頻譜搬移的特征；移的特征；v在調(diào)制信號(hào)波形過零點(diǎn)處，高頻已調(diào)波在調(diào)制信號(hào)波形過零點(diǎn)處，高頻已調(diào)波有有180 的相位突變；的相位突變；v所占帶寬與所占帶寬與AM一樣。一樣。4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性DSBo DSB信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法ttVKVtvccmmDSBcoscos)(ur(t)uAM(t)u(t)低 通濾 波 器同步檢波原理圖同步檢波原理圖 uKuCuDSB4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性SSBo抑制載波的單邊帶調(diào)制抑制載波的單邊帶調(diào)制(Single Sideband Modulation)2maxFBWSSB

8、cmmVKV2ctVKVvccmmSSB)cos(2下邊帶cmmVKV2ctVKVvccmmSSB)cos(2或上邊帶4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性SSBoSSB信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)方法產(chǎn)生uc(t)u(t)帶 通濾波器uDSB(t)uSSB(t)頻域?yàn)V波法頻域?yàn)V波法v具有陡峭過渡帶的帶通濾波器v這樣的高頻高階帶通濾波器不易制作4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性SSBo 當(dāng)調(diào)制波為頻帶信號(hào)，對(duì)每個(gè)頻率分量均準(zhǔn)確移相當(dāng)調(diào)制波為頻帶信號(hào)，對(duì)每個(gè)頻率分量均準(zhǔn)確移相90的的電路比較復(fù)雜電路比較復(fù)雜UcmUmsinct sint90相移器90相移器

9、UmsintUcmsinctuc Ucmcosctu Umcos tuSSB(t)UcmUmcosct cost時(shí)域相移法時(shí)域相移法4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性SSBAMo 相移濾波法相移濾波法u3 cost cost低 通濾波器u5 cos()t低 頻振蕩器u1 cost90相移網(wǎng)絡(luò)低 通濾波器tu11sinu4 cost sintu cos tu2 costtu22sinu6 sin()tu7 cos2t cos()tu8 sin2t sin()tuo cos(1)t90相移網(wǎng)絡(luò)高 頻振蕩器4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性VSBAMo 殘留邊帶調(diào)

10、幅發(fā)送信號(hào)中包括一個(gè)完整邊帶、載波及另一個(gè)邊帶的小部發(fā)送信號(hào)中包括一個(gè)完整邊帶、載波及另一個(gè)邊帶的小部分分(即殘留一小部分即殘留一小部分)v比普通調(diào)幅方式節(jié)省頻帶；v避免單邊帶調(diào)幅要求濾波器衰減特性陡峭的困難；v 發(fā)送的載頻分量便于接收端提取同步信號(hào)。v電視系統(tǒng)中的圖像信號(hào)AM+濾波器同步解調(diào)4.1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性o普通調(diào)幅功率利用率低, 但可采用簡(jiǎn)單、低成本的包絡(luò)檢波方式, 故廣泛用于電臺(tái)廣播系統(tǒng)。o雙邊帶調(diào)幅與單邊帶調(diào)幅功率利用率高, 可用于小型通信系統(tǒng), 其中單邊帶調(diào)幅可節(jié)省一半頻帶, 但需解決如何獲得同步信號(hào)的問題。o殘留邊帶調(diào)幅廣泛用于電視廣播系統(tǒng)。4.

11、1 4.1 調(diào)幅信號(hào)的基本特性調(diào)幅信號(hào)的基本特性o例：例：已知載波信號(hào)為v(t) =Vcmcosct，調(diào)制信號(hào)如圖所示。其中 ，分別畫出m=0.5及m=1兩種情況下AM波形以及DSB波形。tT)(tf111Tfc1 tT)(tf211解 圖4-3解 圖4-44.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路o振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路高電平調(diào)制v在發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的已調(diào)波，在發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的已調(diào)波，有利于提高發(fā)射機(jī)的效率；有利于提高發(fā)射機(jī)的效率；v諧振功率放大器結(jié)合調(diào)制電路諧振功率放大器結(jié)合調(diào)制電路 基極調(diào)幅基極調(diào)幅 集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅低電平調(diào)制v產(chǎn)生小功率已調(diào)

12、波，再經(jīng)線性功率放大器放大，達(dá)到所需產(chǎn)生小功率已調(diào)波，再經(jīng)線性功率放大器放大，達(dá)到所需的發(fā)射功率的發(fā)射功率 乘法器乘法器 二極管調(diào)制器二極管調(diào)制器4.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路丙類諧振功放丙類諧振功放o高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路常用于常用于AM信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制利用丙類諧振功放的基極或集電極調(diào)制特性；集電極電源電壓UCC(t)=UCC0+u(t)，即一個(gè)固定直流電壓直流電壓與一個(gè)低頻交流調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)之和。隨著UCC變化, 使靜態(tài)工作點(diǎn)左右平移, 從而使動(dòng)態(tài)線左右平移。當(dāng)諧振功放工作在過壓狀態(tài)過壓狀態(tài)時(shí)，Ucm將發(fā)生變化, 近似有UcmUCC(t)的關(guān)系。如輸入信號(hào)為高頻載波cosct，輸

13、出LC回路調(diào)諧在c上, 則輸出信號(hào)可寫成:uo(t)=Ucmcosct =kUCC0+u(t)cosct其中k為比例系數(shù)。uc(t)UBB UCC0uUCC(t)LCuo(t)集電極調(diào)制原理圖集電極調(diào)制原理圖4.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路丙類諧振功放丙類諧振功放o為實(shí)現(xiàn)深度調(diào)幅，放大器需始終工作于過壓區(qū)；為實(shí)現(xiàn)深度調(diào)幅，放大器需始終工作于過壓區(qū)； Ucm與與UCC(t)不可能是線性關(guān)系；不可能是線性關(guān)系；o效率高，但調(diào)制信號(hào)的功率要大；效率高，但調(diào)制信號(hào)的功率要大；4.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路乘法器乘法器o低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路常用于常用于DSB信號(hào)信號(hào)單片集成模擬乘法器則兩信號(hào)相

14、乘后的輸出信號(hào)為,cos,cos21222111tUutUu設(shè)兩個(gè)輸入信號(hào)分別為)cos()cos(221212121ttUkUukuuo乘法運(yùn)算能夠產(chǎn)生兩個(gè)輸入信號(hào)頻率的和頻和頻與差頻差頻，這正是調(diào)幅、檢波和混頻等電路所需要的功能。4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 模擬乘法器是利用模擬乘法器是利用非線性器非線性器件件完成兩個(gè)模擬信號(hào)的相乘完成兩個(gè)模擬信號(hào)的相乘運(yùn)算。運(yùn)算。o 集成模擬乘法器是一種模擬集成模擬乘法器是一種模擬集成電路，它是以集成電路，它是以差分放大差分放大器器為基礎(chǔ)構(gòu)成的信號(hào)相乘電為基礎(chǔ)構(gòu)成的信號(hào)相乘電路。路。o 模擬乘法器模擬乘法器主要指標(biāo)主要指標(biāo)有工作有工作頻

15、率、運(yùn)算精度、載波抑制頻率、運(yùn)算精度、載波抑制比、輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍等。比、輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍等。u1u2uo乘法器的符號(hào)乘法器的符號(hào)4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 差分放大器原理差分放大器原理差模放大、共模抑制，信號(hào)差模放大、共模抑制，信號(hào)噪聲比優(yōu)噪聲比優(yōu)單差分放大器單差分放大器單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)12121211211222BETBEToC QC QCQCCoBEBEuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiI eiiI ei直流狀態(tài)下直流狀態(tài)下EoEEIR 1時(shí)時(shí)

16、晶體三極管工作在放大區(qū)時(shí)的晶體三極管工作在放大區(qū)時(shí)的轉(zhuǎn)移特轉(zhuǎn)移特性曲線性曲線的指數(shù)函數(shù)表達(dá)式為：的指數(shù)函數(shù)表達(dá)式為：TbeUusCeIi 其中：其中：Is為發(fā)射極反向飽和電流；為發(fā)射極反向飽和電流；熱電壓熱電壓UT26mV4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器12121211211222BETBEToCQCQC QCCoB EB EuUEsCuUEsCIIIIiiIuuuiI eiiI ei1112(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithUxxxxeeeexchxshxth)()()(雙曲正切：交流狀態(tài)下交流狀態(tài)下單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2u

17、BE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)可得：可得：TBETBEUusCUusCeIieIi2121,單差分放大器單差分放大器 ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3RE EE(a)u2RE EEV3Io(b)4.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路乘法器乘法器ECRCRCiC1iC2V1V2uBE1uBE2u1uoIoV3REEE(a)u2REEEV3Io(b)21 (2)21 (2122121TEEcTEEcUuthRuEiUuthRuEi若，恒流源電路是受電壓若，恒流源電路是受電壓u2控制的受控制的受控恒流源控恒流源CccoRiiu)(

18、21EEoRuEI2TCEEUuthRRuE22212 4.2 4.2 調(diào)幅電路調(diào)幅電路乘法器乘法器TTTUuUuthUu2212111 時(shí)，有當(dāng)21112222uuURRuURREUuRRuETECTECETCEE TCEEUuthRRuEu222120 u u1為小信號(hào)時(shí)，uo中含兩輸入電壓的相乘項(xiàng)u u1為中等大小信號(hào)時(shí)，thx用傅立葉系數(shù)展開；u1為大信號(hào)時(shí)，thx近似雙向開關(guān)函數(shù)，不管u1大小如何，uo中都含兩輸入電壓的相乘項(xiàng)，因此單差分電路可用于調(diào)制、解調(diào)、混頻等頻譜搬移的場(chǎng)合；u uo與u2呈線性關(guān)系，即下輸入端為線性。uo與u1為雙曲正切關(guān)系，即上輸入端是非線性，將產(chǎn)生高次諧波

19、。減小上輸入端信號(hào)電平，將改善非線性u(píng) uo不僅有相乘項(xiàng)，還有其他成分，因此單差分對(duì)乘法電路不是理想的乘法器；4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器o 雙差分對(duì)乘法電路雙差分對(duì)乘法電路RCiC1V1V2u1(a)uoRC ECiC2iC3iC4u2IoV5V6iC5iC6V3V4(b)u2IoV5V6iC5iC6RE雙差分電路雙差分電路2526(1)22(1)22oCToCTIuithUIuithU511512613614(1)22(1)22(1)22(1)22CCTCCTCCTCCTiuithUiuithUiuithUiuithUCccccoRiiiiu)()(4231TCCCUuth

20、Rii2)(165TCToUuthRUuthI22122124uuURITCo4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器TCCCoUuthRiiu2)(165EEeeRuRrrui2652p具有射極反饋電阻的雙差分對(duì)乘法電路具有射極反饋電阻的雙差分對(duì)乘法電路p加入負(fù)反饋電阻解決輸入信號(hào)線性范圍太小的問題加入負(fù)反饋電阻解決輸入信號(hào)線性范圍太小的問題RE遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于V5、V6的發(fā)射結(jié)電阻的發(fā)射結(jié)電阻reEoocRuIiIi2522EoocRuIiIi2622u2不是以雙曲正切函數(shù)自變量的形式出現(xiàn)在輸出電壓表達(dá)式中，對(duì)不是以雙曲正切函數(shù)自變量的形式出現(xiàn)在輸出電壓表達(dá)式中，對(duì)u2取值只受限于受控恒流

21、源。取值只受限于受控恒流源。TEcUuthuRR2212i為了保證ic5、ic6始終大于零，u2的動(dòng)態(tài)范圍為2122222omoEoETIUIRRcuuuRU 4.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器p 常用的單片集成模擬乘法器pMotorola公司公司MC1496/1596(國內(nèi)同類型號(hào)是國內(nèi)同類型號(hào)是XFC-1596), MC1495/1595(國內(nèi)同類型號(hào)是國內(nèi)同類型號(hào)是BG314)和和MC1494/15943.9 kUCC(12 V)RciAiBiC1iC2V1V2V3V4uouxiC5iC3iC4iC6V5V6RyV7V8500500V9500uy6.8 kMC1496iR20I

22、20IUEE(8 V)3.9 kRc1262351414810恒流源恒流源在在 腳間接入負(fù)反饋腳間接入負(fù)反饋電阻電阻Ry，ux小于小于26 mV時(shí)時(shí) yxTycouuURRu加入負(fù)反饋電阻加入負(fù)反饋電阻Ry以后，以后，uy的動(dòng)態(tài)范圍可以擴(kuò)大，但的動(dòng)態(tài)范圍可以擴(kuò)大，但ux的幅度大小仍受限制的幅度大小仍受限制。Motorola公司公司MC1496/15964.2 4.2 調(diào)幅電路乘法器調(diào)幅電路乘法器X通道兩輸入端、腳直流電通道兩輸入端、腳直流電位為位為6V, 可作為載波輸入通道可作為載波輸入通道Y通道兩輸入端、腳之間外接有調(diào)零電路通道兩輸入端、腳之間外接有調(diào)零電路, 可通過調(diào)節(jié)可通過調(diào)節(jié)50k電位

23、器使腳電位比腳高電位器使腳電位比腳高UY, 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)u(t)與直流電壓與直流電壓UY迭加后輸入迭加后輸入Y通道通道輸出端、輸出端、12腳外應(yīng)接調(diào)腳外應(yīng)接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器諧于載頻的帶通濾波器也可作為雙邊帶調(diào)幅電路也可作為雙邊帶調(diào)幅電路, 區(qū)別在于調(diào)節(jié)電區(qū)別在于調(diào)節(jié)電位器的目的是：使位器的目的是：使Y通道、通道、 腳之間的腳之間的直流電位差為零直流電位差為零, 即即Y通道輸入信號(hào)僅為交通道輸入信號(hào)僅為交流調(diào)制信號(hào)流調(diào)制信號(hào)4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅o 單個(gè)二極管調(diào)制單個(gè)二極管調(diào)制二極管內(nèi)部特性iD=f (uD)uiEDuDVDiDRLuo0iDUBu

24、DgDrD10uDUBQui EDuDuoiDiDRLui ED(a)(b)(c)uiEDuDVDiDRLuo0iDUBuDgDrD10uDUBQui EDuDuoiDiDRLui ED(a)(b)(c)UBuiRLSrD(a)k(it)10t(b)EB二極管可看成一個(gè)受輸入二極管可看成一個(gè)受輸入電壓控制的開關(guān)，等效電路電壓控制的開關(guān)，等效電路4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅o開關(guān)調(diào)幅開關(guān)函數(shù)法開關(guān)調(diào)幅開關(guān)函數(shù)法mcmVV當(dāng)vc正半周，導(dǎo)通當(dāng)vc負(fù)半周，截止二極管受vc(t) 的控制,工作在開關(guān)狀態(tài)。VVCRLRDS(t)i)(1cLDvvRr00 cv0 cv4.

25、2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅VCS ( t )t)(tS0 costc0 costc10ttttSccc552332221coscoscos)()()()()(1vvtSgvvtSRricDcLD則4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅調(diào)幅電路二極管開關(guān)調(diào)幅 ttVttVttVtVtVtVgtttVtVgicccmcccmccmccmmccmDccmccmD)cos()cos(coscos)cos()cos()cos(coscos)coscos)(coscos( 333243212121332221 上式包含 (AM波)，沒有包含 最有害的項(xiàng)，其他成分易于濾除。cc

26、 ，2c4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器(AM,DSB,SSB)等效等效p 二極管特性實(shí)際是指數(shù)曲線，所以實(shí)際單個(gè)二極管調(diào)制二極管特性實(shí)際是指數(shù)曲線，所以實(shí)際單個(gè)二極管調(diào)制電路中電路中存在著非線性失真存在著非線性失真。為了減小失真，采用了平衡對(duì)。為了減小失真，采用了平衡對(duì)消技術(shù)，將兩個(gè)完全相同的單個(gè)二極管調(diào)制器電路組成平消技術(shù)，將兩個(gè)完全相同的單個(gè)二極管調(diào)制器電路組成平衡式二極管調(diào)制器。衡式二極管調(diào)制器。4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器vvvcD1)(tSvgiDD11vvvcD2)(tSvgiDD22)coscos(cos)(

27、tttVgtSvgiiiccmDDL 3322212221ttVgttVgtVgccmDccmDmD)3cos()3cos(32)cos()cos(2cos經(jīng)濾波，得到經(jīng)濾波，得到ttVgiccmDL)cos()cos(2用于產(chǎn)生用于產(chǎn)生DSB波、波、SSB波波4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器例：二極管平衡調(diào)制器如圖所示，已知例：二極管平衡調(diào)制器如圖所示，已知 (1)(1)寫出寫出vo(t) =? (2)若若vc與與v 位置互換，輸出位置互換，輸出vo(t) =?(3)(3)若將此電路產(chǎn)生若將此電路產(chǎn)生SSB信號(hào)，電路應(yīng)如何變化信號(hào)，電路應(yīng)如何變化? ?),(

28、102cos3VtVvm)( 102cos6VtVvcmc,mcmVV)( 5 . 0 VVcm4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器)coscos(cos)(: )( tttVgtSvgiccmDDL 332221221解解經(jīng)濾波后，輸出電壓vo(t)為：(V) )102cos()102cos(4)(63ttRVgRitvLmDLo是DSB信號(hào))(tSvgiDDD11vvvcD2cDvvv1: )2()(222cDDDTtSvgi4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器)2()()2()(21cDccDDDTtStSvgTtStSvgiiit

29、ttVgtVgiccmDccmD3cos34cos4coscosttttSccc552332221coscoscos)(ttVRgtVRgRitvcmLDccmLDLocoscos4cos)(經(jīng)濾波AM 信號(hào)ttttTtSccccc3cos32cos221)33cos(32)cos(221)2(4.2 4.2 調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅器(3) (3) 通過濾波器產(chǎn)生通過濾波器產(chǎn)生SSB信號(hào)信號(hào), ,濾波器要求：濾波器要求：KHzFfc1001 上截止頻率：MHzfc1 下截止頻率：KHzFfc5100021. 中心頻率：KHzF1 帶寬：4.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器

30、調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡調(diào)制器）p為進(jìn)一步提高調(diào)制器的質(zhì)量、減少失真，可將兩個(gè)完全相同的單平衡二極管調(diào)制器組合，再一次對(duì)消，構(gòu)成雙平衡二極管調(diào)制器。等效等效4.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡調(diào)制器）1Li)(tSvgiiiDL22112Li)(22432cDLTtSvgiiivvvcD3vvvcD4vvvcD1vvvcD24.2 4.2 調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器調(diào)幅電路環(huán)形調(diào)制器( (雙平衡調(diào)制器）雙平衡調(diào)制器）ttttSccc552332221coscoscos)( )()(2221cDLLLTtStSvgiii ttttTtSccc

31、cc 33222133322212coscos)cos()cos()( ttVgttvgiccmDccDL)cos()cos(coscos 433442輸出輸出DSB4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 檢波（解調(diào)）：檢波（解調(diào)）：從已調(diào)波中提取，恢復(fù)調(diào)制信號(hào)振幅檢波器us0tCuo0tkdUm0(直流)kdmaUm0 cost(調(diào)制信號(hào))uo kdUm0(1 ma cost)us Um0(1 ma cost)cosCt0Uo()kdUm0kdmaUm00Us()Um0maUm0C2maUm02CC(a)(b)振幅檢波振幅檢波(a)AM調(diào)幅波及其頻譜；調(diào)幅波及其頻譜； (b)檢波輸出波形及其頻譜

32、檢波輸出波形及其頻譜4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o包絡(luò)檢波：包絡(luò)檢波：要從AM調(diào)幅波中提取振幅變化的信息，可以首先將AM調(diào)幅波變成單極性信號(hào)，之后再從單極性信號(hào)中取出它的平均值或峰值。1.1.包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 2.2.同步檢波同步檢波檢波檢波方式方式：解調(diào)解調(diào)AM波波解調(diào)解調(diào)AM, DSB, SSB波波大信號(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4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波- -原理原理o 大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器二極管峰值包絡(luò)檢波器將單極性信號(hào)通過電阻和電容組成的惰性網(wǎng)絡(luò)，取出單極性信號(hào)的峰值信息輸入信號(hào)振幅較大0.5V；二

33、極管處于受控開關(guān)狀態(tài)p 二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，信源信源us對(duì)對(duì)C充電，充電時(shí)常數(shù)充電，充電時(shí)常數(shù)約等于約等于RDC ，RDC小，小，C充電快充電快p 二極管截止，二極管截止，電容電容C通過電阻通過電阻RL放電，放電，RLC 大，大，C放電慢放電慢p 對(duì)對(duì) 信號(hào)，信號(hào)， C 相當(dāng)開路相當(dāng)開路p 對(duì)對(duì) c信號(hào)，信號(hào)，C 相當(dāng)短路相當(dāng)短路1 1CRRCLLcLLcCRRC11通常通常RL510K 峰值包絡(luò)檢波器電路峰值包絡(luò)檢波器電路4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波- -原理原理峰值包絡(luò)檢波器電路峰值包絡(luò)檢波器電路如果如果us是調(diào)幅波，則是調(diào)幅波，則u0隨調(diào)幅波的包絡(luò)線而變化，從而獲隨調(diào)幅波的包絡(luò)線

34、而變化，從而獲得調(diào)制信號(hào)，完成檢波作用得調(diào)制信號(hào)，完成檢波作用如果如果us是高頻等幅波，則是高頻等幅波，則u0為直流電壓；為直流電壓；4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o對(duì)檢波器的要求對(duì)檢波器的要求電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）描述檢波器將高頻調(diào)幅波轉(zhuǎn)換為低頻描述檢波器將高頻調(diào)幅波轉(zhuǎn)換為低頻電壓的能力。電壓的能力。v輸出低頻電壓振幅與輸入高輸出低頻電壓振幅與輸入高頻電壓包絡(luò)線的振幅之比，頻電壓包絡(luò)線的振幅之比，實(shí)際上是輸出平均電壓實(shí)際上是輸出平均電壓V0與與輸入載波電壓振幅之比輸入載波電壓振幅之比imimamdVVVmVK0 越大越好越大越好dK4.3 4.3 包絡(luò)檢波

35、電路包絡(luò)檢波電路q檢波效率（電壓傳輸系數(shù)）檢波效率（電壓傳輸系數(shù)）Kd 二極管導(dǎo)通與否, 不僅與輸入電壓us有關(guān), 還取決于輸出電壓uo, 即輸出信號(hào)有反饋?zhàn)饔?；充放電過程交替中，除起始幾個(gè)周期外, 二極管導(dǎo)通時(shí)間均在輸入高頻振蕩信號(hào)的峰值附近, 且時(shí)間很短, 或者說, 其導(dǎo)通角很小 ；導(dǎo)通角越小, uo曲線與us的包絡(luò)線越接近。若趨近于0, 則uo曲線就幾乎完全反映了us的包絡(luò)線即調(diào)制信號(hào)波形, 此時(shí)檢波效率最高, 失真最小峰值包絡(luò)檢波器電路峰值包絡(luò)檢波器電路4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路導(dǎo)通角導(dǎo)通角 由二極管的電導(dǎo)由二極管的電導(dǎo)gD和電阻和電阻RL確定，確定，增大負(fù)載電阻增大負(fù)載

36、電阻可提高檢波器的檢波效率可提高檢波器的檢波效率336LDRg 時(shí)，當(dāng)二極管峰值包絡(luò)檢波器的電壓傳輸系數(shù)二極管峰值包絡(luò)檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd近似等于近似等于cos 。導(dǎo)。導(dǎo)通角通角 越小，電壓傳輸系數(shù)越高。越小，電壓傳輸系數(shù)越高。4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路中頻放大器uiZin振幅檢波器uo中頻調(diào)諧回路fsfi 輸入阻抗輸入阻抗檢波器前級(jí)是中頻放大器，檢波器前級(jí)是中頻放大器，檢波器的輸入阻抗就是中頻放大檢波器的輸入阻抗就是中頻放大器的負(fù)載器的負(fù)載，直接影響中頻放大器的性能。檢波器輸入阻抗中的，直接影響中頻放大器的性能。檢波器輸入阻抗中的電抗分量可以歸入中頻放大器的中頻諧振回路，作

37、為回路的一電抗分量可以歸入中頻放大器的中頻諧振回路，作為回路的一部分考慮；輸入電阻分量直接影響中頻諧振回路的品質(zhì)因數(shù)和部分考慮；輸入電阻分量直接影響中頻諧振回路的品質(zhì)因數(shù)和放大器負(fù)載的輕重。放大器負(fù)載的輕重。輸入電阻輸入電阻越大越大，諧振回路諧振回路品質(zhì)因數(shù)越大品質(zhì)因數(shù)越大，帶寬越窄，放大器負(fù)載越輕；帶寬越窄，放大器負(fù)載越輕；檢波器與中頻放大器的級(jí)聯(lián)檢波器與中頻放大器的級(jí)聯(lián)4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o 輸入阻抗輸入阻抗iiinjXRZ p 檢波電容檢波電容C很大，對(duì)高頻呈現(xiàn)的阻抗近似為零，所以很大，對(duì)高頻呈現(xiàn)的阻抗近似為零，所以 Xi很小很小mimimiIVIVR)(11dLmd

38、oimKRIKVV0：根據(jù)電壓傳輸系數(shù)可得dmLmiKIRIR10dLiKRR2增大負(fù)載電阻可提高檢波器輸入電阻增大負(fù)載電阻可提高檢波器輸入電阻Ri尖頂余弦脈沖序列的分析方法, 在導(dǎo)通角很小的時(shí)候，21104.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o 檢波失真檢波失真檢波特性的非線性引起的失真檢波特性的非線性引起的失真v檢波器輸入為一等幅高頻正弦波時(shí)，檢波器輸入為一等幅高頻正弦波時(shí)，輸出為直流電壓。輸出直流電壓幅輸出為直流電壓。輸出直流電壓幅度度Vo與輸入高頻電壓幅度與輸入高頻電壓幅度Vim之間之間的關(guān)系叫的關(guān)系叫檢波特性檢波特性。v由于二極管的伏安特性是指數(shù)曲線，由于二極管的伏安特性是指數(shù)曲線

39、，二極管的內(nèi)阻二極管的內(nèi)阻RD隨二極管兩端的電隨二極管兩端的電壓壓uD的增加而減小，因此輸出電壓的增加而減小，因此輸出電壓uo就會(huì)隨就會(huì)隨RD的減小而增加，檢波特的減小而增加，檢波特性就會(huì)隨輸入電壓幅度性就會(huì)隨輸入電壓幅度Vim的增加的增加而向上翹而向上翹電阻電阻RL應(yīng)選取足夠大，以減小檢波特性非線性引起的失真應(yīng)選取足夠大，以減小檢波特性非線性引起的失真Uo0UsmRkd1二極管檢波特性VimV04.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路o例：檢波電路如圖所示例：檢波電路如圖所示, cos)cos1 (ttmVvcsmsV 5 . 0smV畫出畫出RC兩端，兩端，Rg兩端，兩端，Cg兩端，二極管

40、兩端的電兩端，二極管兩端的電壓波形壓波形。4.3 4.3 包絡(luò)檢波電路包絡(luò)檢波電路解解 二極管在二極管在vs負(fù)半周導(dǎo)通，因此檢波應(yīng)是調(diào)幅波負(fù)半周導(dǎo)通，因此檢波應(yīng)是調(diào)幅波vs 的下包絡(luò)的下包絡(luò)。 scDvvvscDvvv橫坐標(biāo)上，為二極管導(dǎo)通后的結(jié)果，為一脈沖序列4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o惰性失真惰性失真(Failure-Follow Distortion)從充放電的觀點(diǎn)來看，增大RL和C 值，可以提高檢波效率和濾波能力。但但RL、C 過大，二極管放電速度跟不上調(diào)幅波過大，二極管放電速度跟不上調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生失真包絡(luò)的下降速度，輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生失真。通通常將這種失真

41、稱為惰性失真。常將這種失真稱為惰性失真。4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波ttmVtvcaimScos)cos1 ()(4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 為了避免產(chǎn)生惰性失真，為了避免產(chǎn)生惰性失真，C 通過通過RL放電速度必須大于或等于包絡(luò)的下放電速度必須大于或等于包絡(luò)的下降速度。降速度。111 ttottimtvttvA)(11)( ttimttottvtv)cos()(tmVtvaimim 111tVmttvimattimsin)( p C 通過通過RL放電規(guī)律放電規(guī)律CRttotoLeVv11 在Kd1的條件下，t1時(shí)刻電容兩端的電壓t1時(shí)刻以后二極管截止，電容放電)cos()(1111

42、tmVtvVaimimot 4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波11111ttCRttLotttoLeCRVtv CRtmVLaim)cos( 11 11ttottimtvttvA )(1111 cossin tmtmCRaaLq 保證A取最大值時(shí)滿足 A1q 取取A對(duì)對(duì)t1時(shí)刻的導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可知當(dāng)時(shí)刻的導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可知當(dāng)cos t=-ma時(shí)，時(shí)，A取最大值。取最大值。q得單音調(diào)制時(shí)不產(chǎn)生惰性失真的充要條件：得單音調(diào)制時(shí)不產(chǎn)生惰性失真的充要條件：aaLmmCR21或ma大,則包絡(luò)線變化快，RLC大，則放電慢，都可能發(fā)生惰性失真負(fù)峰切割失真（割底失真）負(fù)峰切割失真（割底失真） 檢波器輸出

43、 與下級(jí)放大器連接時(shí)，常采用下圖所示電路。為有效地將檢波后的低頻信號(hào)耦合到下一級(jí)電路, 要求耦合電容CC的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL, 所以CC值很大 vo(t)中的直流分量Vo幾乎都落在CC上, 當(dāng)檢波系數(shù)Kd1時(shí)，這個(gè)直流分量的大小近似為輸入載波的振幅Vim。所以CC等效為一個(gè)電壓為Vim的直流電壓源。 此電壓源在R上的分壓為：4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)tVVtvmoocos)( imLRVRRRV CC隔直電容，避免vo(t) 中的直流分量影響下級(jí)放

44、大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。RL為下一級(jí)輸入阻抗4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 檢波器處于穩(wěn)定工作時(shí), 其輸出端R上將存在一個(gè)固定電壓VR。當(dāng)輸入調(diào)幅波vi(t)的值小于VR時(shí), 二極管將會(huì)截止。o 電平小于VR的包絡(luò)線不能被提取出來, 出現(xiàn)了失真。o 這種失真出現(xiàn)在調(diào)制信號(hào)的底部, 故稱為底部切割失真imLaimVRRRmV )(1LLaRRRm ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)RU4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波ui(t)0UimUim(1 Ma)URUim(1 Macos t)uL(

45、t)0tt(c)(b)ui(t)uo(t)CRCcRLuL(t)(a)RjZL )( 0)(/)(0jZRRRRRRjZLLLLL )()(0jZjZRRRmLLLLa ma過大，也容易發(fā)生割底失真過大，也容易發(fā)生割底失真 為了避免出現(xiàn)負(fù)峰切割失真，在設(shè)計(jì)檢波器時(shí)應(yīng)為了避免出現(xiàn)負(fù)峰切割失真，在設(shè)計(jì)檢波器時(shí)應(yīng)盡量使檢波器的盡量使檢波器的交流負(fù)載阻抗接近于直流負(fù)載阻抗交流負(fù)載阻抗接近于直流負(fù)載阻抗4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o在實(shí)際電路中，可以采取各種措施來減少交、直流阻抗值的差別。sv0vCCC1LRLR2LRLLLLRRRZ/)(21交：21)0(LLLRRZ直：RL2相對(duì)越小，交直流負(fù)載

46、的差別就越?。坏捎赗L1和RL2的分壓作用，輸出的低頻電壓也減??；通常，兩者比值在0.10.2。4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波o 例例:已知普通調(diào)幅信號(hào)載頻fc=465kHz, 調(diào)制信號(hào)頻率范圍為300 Hz3400 Hz, ma=0.3, RL=10 k, 如何確定下圖所示二極管峰值包絡(luò)檢波器有關(guān)元器件參數(shù)。1) 檢波二極管通常選正向電阻小(500 以下)、 反向電阻大(500k以上)、結(jié)電容小的點(diǎn)接觸型鍺二極管, 注意最高工作頻率應(yīng)滿足要求。2) 電容C對(duì)載頻信號(hào)應(yīng)近似短路,故應(yīng)有 通常取,1,1ccRCRC或cRC1053) 為避免惰性失真，應(yīng)有 ，代入已知條件可得(1.73.4)1

47、0-6 RC 0.1510-3max21aammRC4.3 4.3 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波4) 設(shè) ， 則 。為避免底部切割失真, 應(yīng)有 ma R/R , 其中R=R1+R2RL/(R2+RL)。代入已知條件, 可得R 63 k。2 . 021RR65,621RRRR5) 因?yàn)闄z波器的輸入電阻Ri不應(yīng)太小, 而Ri=R/2, 所以R不能太小。取 R=6k, 另取C=0.01F, 這樣, RC=0.0610-3, 滿足第一步對(duì)時(shí)間常數(shù)的 要求。因此, R1=1k, R2=5k。 6) Cc的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號(hào)能有效地耦合到RL上, 即滿足: LCRCmin1min1LcRC則取 Cc=47F4.44

48、.4同步檢波（相干檢波）同步檢波（相干檢波）（Synchronous Detector）o主要用來解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)幅主要用來解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)幅 (DSB、SSB)有兩種實(shí)現(xiàn)電路：有兩種實(shí)現(xiàn)電路：乘積型乘積型疊加型疊加型4.4 4.4 同步檢波同步檢波o乘積檢波電路乘積檢波電路 低通濾波器低通濾波器svrvvov)cos(coscoscosttVVttVVvvvcimrmcimrmsr 21212 tVKVvimrmocos21 經(jīng)低通濾波器：）（DSBttVvcims coscos. 1)()cos(.SSBtVvcims 2tVKVvimrmocos21 經(jīng)低通濾波： ttVVttVVvvvcrmimccrmimrs)cos(coscos)cos( 221本地恢復(fù)載波本地恢復(fù)載波vr必須與輸入信號(hào)保持嚴(yán)格同步：同頻同相必須與輸入信號(hào)保持嚴(yán)格同步：同頻同相4.4 4.4 同步檢波同步檢波u1R151 FX1596R251 C20.05 F1