高頻電子線路第二版第6章振幅調(diào)制與解調(diào)電路

1、高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 第6章 振幅調(diào)制與解調(diào)電路 教學(xué)基本要求 1. 了解調(diào)制的作用。掌握調(diào)幅信號(hào)的定義、表達(dá)式、波形、頻譜等特征。 2. 掌握典型的幅度調(diào)制與解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)、原理、分析方法和性能特點(diǎn)。 3. 了解數(shù)字調(diào)幅的基本概念和典型的調(diào)制與解調(diào)方式及其實(shí)現(xiàn)電路。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 本章教學(xué)內(nèi)容 6.1 概述 6.2 低電平調(diào)幅電路 6.3 高電平調(diào)幅電路 6.4 單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生 6.5 包絡(luò)檢波器 6.6 同步檢波器 6.7 數(shù)字信號(hào)調(diào)幅與解調(diào)高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱

2、工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1概述 引言：1.調(diào)制的基本概念 (1)調(diào)制與解調(diào)是通信系統(tǒng)中的重要的環(huán)節(jié)。 (2)通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是在要求的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)不失真的傳送信息。需傳送的原始信息通常為非電量,例如語(yǔ)言、文字、圖像、溫度、壓力等非電量,它們不能直接在通信系統(tǒng)中傳輸。 (3)需傳送的原始信息(非電量)是需通過(guò)變換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸。此電信號(hào)是占有一定頻譜寬度的低頻信號(hào)，通常稱為基帶信號(hào)。 (4)基帶信號(hào)是占有一定頻譜寬度的低頻信號(hào)，基帶信號(hào)直接通過(guò)功率放大后,經(jīng)天線發(fā)射進(jìn)行無(wú)線傳輸，存在難于實(shí)現(xiàn)多路傳輸和有效發(fā)射的問(wèn)題。 (5)將基帶信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去(調(diào)制)，用高頻信號(hào)

3、作為運(yùn)載工具，這樣就能較好地實(shí)現(xiàn)多路有選擇性的遠(yuǎn)距離通信。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.什么是調(diào)制? 用需傳送的基帶信號(hào)(調(diào)制信號(hào))去控制高頻振蕩的三參量之一(振幅、頻率和相位)，使其隨調(diào)制信號(hào)線性關(guān)系變化，輸出相應(yīng)的已調(diào)波。實(shí)現(xiàn)將基帶信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去的過(guò)程稱為調(diào)制。 3.調(diào)制的分類 幅度調(diào)制(AM) 模擬信號(hào)調(diào)制 頻率調(diào)制(FM) 相位調(diào)制(PM) 調(diào)制分為 幅度鍵控(ASK) 數(shù)字信號(hào)調(diào)制 頻率鍵控(FSK) 相位鍵控(PSK) 4. 解調(diào)是調(diào)制的相反過(guò)程，是從高頻已調(diào)信號(hào)中取岀調(diào)制信號(hào)。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工

4、程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.1 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、頻譜及功率關(guān)系 1.振幅調(diào)制的定義： 用需傳送的電信息(調(diào)制信號(hào)) 去控制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào) 線性關(guān)系變化。 2.普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式 若載波信號(hào)電壓為 ，調(diào)制信號(hào)為 ，根據(jù)定義普通調(diào)幅波的振幅 為 其中ka為比例系數(shù)，則普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式為 設(shè)調(diào)制信號(hào)電壓為 通常 ，根據(jù)調(diào)幅波的定義)(tu)(tutUtuccmccos)()(tu)(mtU)()(acmmtukUtUttukUtUtucacmcmcos)(cos)(FtUtUtu2coscos)(mmcttUkUtucmacmcos)cos()(ttmUc

5、acmcos)cos1 (高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 上式是單頻調(diào)制時(shí)普通調(diào)幅波的表示式。 稱為調(diào)幅指數(shù)。 是不失真調(diào)制。 為過(guò)調(diào)幅， 是失真調(diào)制。 普通調(diào)幅波又稱標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波。(AM波) 3.普通調(diào)波的波形 圖6.1.1是單頻調(diào)制的普通調(diào)幅波波形圖, 調(diào)幅指數(shù)為 圖6.1.1調(diào)幅波波形cmmaa/UUkm1am1ammminmmaxmminmmaxaUUUUm)1 (acmmmaxmUU)1 (acmmminmUU高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖6.1.2過(guò)量調(diào)幅波形 圖(a) 和圖(b) 是實(shí)際電路中常見(jiàn)的兩種

6、過(guò)調(diào)幅輸岀波形。 圖(a) 是由于在調(diào)制信號(hào)電壓的最低值附近, 輸岀調(diào)幅波會(huì)變?yōu)樨?fù)值。 圖(b)是由于電路管子截止, 岀現(xiàn)的過(guò)調(diào)幅波形。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 4.普通調(diào)幅波的頻譜 它表明單頻調(diào)制的普通調(diào)幅波由 三個(gè)頻率分量組成，即載波分量 、圖6.1.3單音調(diào)制的調(diào)幅波頻譜 上邊頻分量 和下邊頻分量 。其圖如圖6.1.3所示。 問(wèn)題： 調(diào)制信號(hào)為多頻時(shí),數(shù)學(xué)式與頻譜如何表示?ttmUtucacmcos)cos1 ()(tUmtUmtUc)cos(21)cos(21cosccmacmaccmccc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大

7、學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 對(duì)于調(diào)制信號(hào)由多個(gè)頻率信號(hào)組成時(shí)，設(shè)其為根據(jù)調(diào)幅的定義則普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)式為 可見(jiàn)，其頻譜為 、 、 、 。 tUtUtUtu3m32m21m1coscoscos)()coscoscos1 (3cm3ma2cm2ma1cmm1acmtUUktUUktUUkU)coscoscos1 (3a32a21a1cmtmtmtmUc1c2c3ctUktUktUkUtUa33ma22ma11mcmmcoscoscos)(ttmtmtmUtuc3a32a21a1cmcos)coscoscos1 ()(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 多頻調(diào)幅的數(shù)學(xué)表示式可

8、寫為 其中 mi=kaUim/Ucm ,ka 是由電路參數(shù)決定的比例系數(shù),電路確定后, ka不變。 因?yàn)槎嘁粽{(diào)制時(shí)各個(gè)低頻分量的幅度并不相等，因而調(diào)幅指數(shù)mi也不相同，所以就整個(gè)調(diào)幅波來(lái)說(shuō)，常引用平均調(diào)幅指數(shù)的概念。大量實(shí)驗(yàn)表明，未經(jīng)加工處理的語(yǔ)言信號(hào)的平均調(diào)制系數(shù)為0.20.3。 從調(diào)幅波的頻譜關(guān)系可以看出，調(diào)制過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜搬移過(guò)程。經(jīng)過(guò)調(diào)制后，調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶。 niiiittmUtUtu1cccmccm)cos()cos(2cos)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 5.普通調(diào)幅波各頻率分量的功率關(guān)系 通常

9、將調(diào)幅波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對(duì)應(yīng)的功率可表示為 (1)載波功率 (2)每個(gè)邊頻功率 (3)調(diào)制一周內(nèi)的平均總功率 從各頻率分量所占的功率比例來(lái)看，含有傳送信息的上、下邊頻分量所占功率成分比載波功率要小很多。 例如ma=0.3,PoT=95.7%Poav ,上下邊頻功率僅4.3%Poav。RUP2cmoT21oT2a2cma411221ccPmRUmPPoT2aoToav21ccPmPPPP高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.2 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)和單帶調(diào)幅信號(hào) 1.為什么要用雙邊帶調(diào)幅信號(hào)或單帶調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行發(fā)射? 因?yàn)檎{(diào)幅

10、信號(hào)的載波本身并不包含信息，且占有較大的功率，為了減小不必要的功率浪費(fèi)，可以去掉載波，只用雙邊帶調(diào)幅信號(hào)或單帶調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。 2.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)(DSB) 數(shù)學(xué)表示式 頻譜為 波形如圖所示,注意：調(diào)制信號(hào)負(fù)半 周時(shí),雙邊帶載波反相。 cttUtUtUtututucmccmmccoscoscoscos)()()(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 因?yàn)殡p邊帶信號(hào)不包含載波，它的全部功率都為邊帶占有，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高于AM制。 3.單邊帶調(diào)幅波(SSB) 因?yàn)閮蓚€(gè)邊帶的任何一個(gè)邊帶已經(jīng)包含調(diào)制信號(hào)的全部信息，所以可以進(jìn)一

11、步把其中的一個(gè)邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個(gè)邊帶，這就是單邊帶調(diào)幅波。其數(shù)學(xué)表示式為 或 單邊帶調(diào)幅波的頻譜為 或 。 單邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度只有雙邊帶的一半，其頻帶利用率高，在通信系統(tǒng)中是一種常用的調(diào)制方式。tUtUUtu)cos()cos(21)(cmccmmtUtUUtu)cos()cos(21)(cmccmmcc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 電壓電壓表達(dá)式表達(dá)式普通調(diào)幅波普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號(hào)單邊帶信號(hào)波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖信號(hào)信號(hào)帶寬帶寬F2F2三種振幅調(diào)制信號(hào)三種振幅調(diào)制信號(hào)或FttmUcacmcos)c

12、os1 (ttUcmcoscostU)cos(cmtU)cos(cm高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.3 振幅調(diào)制電路的功能 1.功能：將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過(guò)電路變換成高頻調(diào)幅信號(hào)輸出。 2.表示形式 (1)普通調(diào)幅波 當(dāng)輸入調(diào)制信號(hào) ， 輸入載波信號(hào) 時(shí)， 輸出信號(hào)電壓 。 輸入與輸出信號(hào)的 頻譜表示形式頻tUtucos)(mtUtuccmccos)(ttmUtucacmcos)cos1 ()(數(shù)學(xué)式表示頻譜表示法頻譜表示法高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 輸入調(diào)制信號(hào) 輸入載

13、波信號(hào) 輸出信號(hào)電壓 輸入與輸出信號(hào)的 頻譜表示形式tUtucos)(mtUtuccmccos)(ttUtucmcoscos)(數(shù)學(xué)式表示頻譜表示法高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (3)抑制載波的單邊帶調(diào)幅 輸入調(diào)制信號(hào) 輸入載波信號(hào) 輸出信號(hào)電壓 或 輸入與輸出信號(hào)的 頻譜表示形式tUtucos)(mtUtuccmccos)(tUtu)cos()(cmtUtu)cos()(cm數(shù)學(xué)式表示頻譜表示法高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.4 振幅調(diào)制電路的分類及基本組成 1.分類 低電平調(diào)幅電路 按調(diào)幅級(jí)電平的高低分

14、高電平調(diào)幅電路 2.要求 低電平調(diào)幅電路的功率較小，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點(diǎn)是提高調(diào)制的線性，減少不需要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。 高電平調(diào)幅電路是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。它的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)效率高。設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。通常高電平調(diào)幅只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.振幅調(diào)制電路基本組成 一般來(lái)說(shuō)振幅調(diào)制電路是由輸入回路，非線性器件和帶通濾波器三部分組成。 輸入回路的作用是將載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)直接耦合或相加后直接加到非線性器件上。 非線性器件（乘法器、二極管、三極管）的作用是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生

15、新的頻率。(產(chǎn)生上下邊頻分量) 帶通濾波器的作用是取出調(diào)幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率成分。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.5 調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)電路的功能 1.功能：從調(diào)幅信號(hào)中不失真地解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。 2.頻譜表示 雙邊帶和單邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)為相干解調(diào)； 普通調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)為非相干解調(diào)。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.波形表示(以普通調(diào)幅波等非相干解調(diào)為例) 圖6.1.7調(diào)幅解調(diào)電路的輸入與輸岀波形高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.1.6 調(diào)幅解調(diào)電路的分類與基

16、本組成 1.分類 包絡(luò)檢波器(非相干解調(diào))(普通調(diào)幅解調(diào)) 調(diào)幅解調(diào)電路 同步檢波器(相干解調(diào))(雙、單邊帶解調(diào)) 2.基本組成 頻譜搬移電路由高向低搬移高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.2低電平調(diào)幅電路 低電平調(diào)幅電路的分類： 模擬乘法器調(diào)幅電路； 單二極管開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路； 二極管平衡調(diào)幅電路 二極管環(huán)形調(diào)幅電路 討論與分析應(yīng)注意的關(guān)鍵內(nèi)容 低電平調(diào)幅是先在低功率電平級(jí)進(jìn)行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過(guò)高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。 由于低電平調(diào)幅電路的功率較小，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點(diǎn)是提高調(diào)制的線性，減少不需要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能

17、。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.2.1 模擬乘法器調(diào)幅電路 模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)(電壓或電流)相乘作用的電子器件。其電路符號(hào)如圖6.2.1所示。 圖6.2.1模擬乘法器符號(hào) 它具有兩個(gè)輸入端對(duì)(即X和Y輸入端對(duì))和一個(gè)輸出端對(duì)，是三端對(duì)非線性有源器件。它的傳輸特性方程為 式中，K為乘法器的增益系數(shù)，單位為1/V。 實(shí)用的乘法器大多不是理想的相乘特性。 yxuKutu)(o高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 1.雙差分對(duì)管振幅調(diào)制電路 圖6.2.2是常用的的雙差分對(duì)管 模擬乘法器原理電路。 它由兩個(gè)單差分對(duì)

18、管電路T1、 T2、T5和T3、T4、T6組合而成。 圖中u1加在兩個(gè)單差分對(duì)管的 輸入端，u2加到T5和T6的輸入端。 根據(jù)晶體三極管的特性可知, T5和T6組成差分對(duì)管的電流電壓關(guān)系， 在每個(gè)晶體管的1條件下， 圖6.2.2雙差分對(duì)管電路恒流源I0為 BE5es5ukTqIi BE6es6ukTqIi )e1 ()/1 (2-5565650ukTqiiiiiiI高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 則 式中，q為電子電荷；k為波耳茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；I0為恒流源；u2為差模輸入電壓。 同理,對(duì)于T1、T2和T3、T4組成的差分對(duì)，可得kTquIIiuk

19、Tq2th12)e1/(20-052kTquIIiukTq2th12)e1/(20062kTquIii2th2065kTquii2th12151kTquii2th12152kTquii2th12163kTquii2th12164高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 雙端輸出時(shí)，輸出電流 代入 根據(jù)雙曲線正切函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)u1和u2都小于26mV時(shí)， IIIiii)()()()(34214231iiiiiiiiiiikTquii2th)(165)(65ii kTqukTquIi2th2th21021M21022uuKkTqukTquIi高頻電子線路高頻電子線路退出

20、下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 若將u1為載波電壓uc(t)=Ucmcosct, u2為調(diào)制電壓 ， 則可實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅。在實(shí)際電路中為使輸出電壓頻譜純凈，仍需接一個(gè)中心頻率為c的帶通濾波器。 擴(kuò)大u2的動(dòng)態(tài)范圍 可以在T5與T6的發(fā)射極之間接入負(fù)反 饋電阻Ry。并將恒流源I0分為兩個(gè)I0/2的 恒流源，這是集成模擬乘法器中常采用的 一種恒流源形式。 設(shè)流過(guò)Ry的電流為Iy，其方向如圖中所示。 Iy=iE5-I0/2=iE5-(iE5+iE6)/2=(iE5-iE6)/2 由于輸入電壓為u2 ,則tUtucos)(m高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)

21、 u2 =uBE5+IyRy-uBE6=uBE5-uBE6+(iE5-iE6) Ry/2 因?yàn)椋?， ，則 所以 當(dāng)Ry足夠大，滿足深度負(fù)反饋條件，即BE5es5E5ukTqIiiBE6es6E6ukTqIiiE6E5BE6BE5lniiqkTuuyE6E5E6E52)(21lnRiiiiqkTuE6E5yE6E5ln)(21iiqkTRiiy65yE6E52)(21)(21RiiRiiu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 即 則乘法器的雙端輸出電流為 表明，當(dāng)加入反饋電阻Ry后，雙差分對(duì)模擬乘法器輸出電流與 u1 、 u2的關(guān)系。 值得注意的是，因?yàn)閕E5+

22、iE6=I0，且iE5、iE6均為正值，故u2的最大動(dòng)態(tài)范圍為 y265/2Ruii12y2th2ukTquRi 220y20IRuI高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.MC1596平衡調(diào)幅電路 偏置電阻RB使I0=2mA； R1和R2電阻分壓給7端 和8端提供直流偏壓， 8端為交流地電位； 51電阻為與傳輸電 纜特性阻抗匹配； 兩只10k電阻與RP構(gòu) 成的電路，用來(lái)對(duì)載 波信號(hào)調(diào)零。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 設(shè)載波信號(hào) , ，是大信號(hào)輸入。根據(jù)雙曲線正切函數(shù)的特性，在上述條件下具有開(kāi)關(guān)函數(shù)的形式 上式展開(kāi)為傅

23、里葉級(jí)數(shù) 因?yàn)樵?與3端加了反饋電阻Ry=1k，對(duì)于輸入調(diào)制信號(hào) 可擴(kuò)大線性范圍，輸出的電流 可用 表示為tUtuccmccos)(qkTU/2cm2321221thccctt2kTquttt2kTqucccc5cos543cos34cos4thtUtucos)(miiicy2th2ukTquRi高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 若在輸出端加入一個(gè)中心頻 顯然取出的電流分量為雙邊帶信號(hào)。 實(shí)際電路采用了單端輸出方式。集電極電阻Rc對(duì)電流取樣，可得單端輸出時(shí)的uoM表示為 若帶通濾波器帶內(nèi)電壓傳輸系數(shù)為ABP，則濾波后輸出電壓 這是一個(gè)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。

24、ttttURicccmy5cos543cos34cos4cos2ttURicmycoscos8cyccoM2th21ukTquRRiRuttURRAucmycBPocoscos4乘法器怎樣實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波調(diào)幅?高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.2.2 單二極管開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路 1.什么是開(kāi)關(guān)狀態(tài)? 開(kāi)關(guān)狀態(tài)是指二極管在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)行頻率變換時(shí)，其中一個(gè)電壓振幅足夠大，另一電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通或截止將完全受大振幅電壓的控制，可近似認(rèn)為二極管處于一種理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。表明這種狀態(tài)下的二極管是理想的非線性器件。 2.電路分析 u1(t)是一個(gè)小信

25、號(hào)， u2(t)是一個(gè)振幅足夠大的信號(hào), 二極管D主要受到信號(hào)u2(t)的控制， 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 tUtu11m1cos)(tUtu22m2cos)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在u2(t)的正半周，二極管導(dǎo)通， 通過(guò)負(fù)載RL的電流為 其中，rd為二極管的導(dǎo)通電阻。 在u2(t)的負(fù)半周，二極管截止， 通過(guò)負(fù)載RL的電流為零。 因此，電流i可用下式表示： 若將二極管的開(kāi)關(guān)作用以開(kāi)關(guān)函數(shù)式來(lái)表示，可得)()(121LdtutuRri0)(00)(1)(222tututK0)(0)(0)()(12221LdtutututuRri高頻電子線路高頻電子線路退

26、出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 則電流可表示成 因?yàn)閡2(t)是周期性信號(hào)，所以開(kāi)關(guān) 函數(shù)K(2t)也是周期性函數(shù)，其周期與 u2(t)的周期相同。 控制信號(hào)u2(t)的作用下開(kāi)關(guān)函數(shù) K(2t)的波形是振幅為1的矩形脈沖序列， 其角頻率為2。 開(kāi)關(guān)函數(shù) K(2t)可展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)， 開(kāi)關(guān)函數(shù)K(2t)中只含直流分量、2和2的奇次諧波分量。 )()()(121LdtututKRrittttK22225cos523cos32cos221)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 可以看出，電流i中包含以下頻譜成分 u1和u2的頻率成分1和2； u1和u

27、2的和頻和差頻2+1、2-1； u1的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻， 即 ； u2的偶次諧波頻率； 直流成分。 如果2 =c(載波頻率)、1 =(調(diào)制信號(hào)頻率)，并用中心頻率為c，通頻帶寬度略大于2的帶通濾波器作為負(fù)載，負(fù)載上得到的輸出電壓將只包含c、c三個(gè)頻率成分。因此，單二極管開(kāi)關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路，只能實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波的調(diào)幅。) tcostcos( t5cos52t3cos32tcos22112m211m222LdUURri12) 12(n高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.2.3 二極管平衡調(diào)幅電路 在Tr2一次側(cè)輸入調(diào)制電壓 在輸入U(xiǎn)cm足夠大

28、的載波電壓 使二極管D1、D2均工作于受uc(t)控 制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其導(dǎo)通電阻為rd。 設(shè)流過(guò)二極管D1的電流為i1， 流過(guò)二極管D2的電流為i2，它們的 流向如圖所示。根據(jù)變壓器Tr3的 一次、二次繞組匝比為21，且一 次側(cè)為中心抽頭,二次側(cè)負(fù)載RL折合到一次側(cè)的等效電阻為 4RL ,對(duì)應(yīng)到有中心抽頭的每一部分，則為2RL,可得等效電路。 tUtucos)(mtUtuccmccos)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在uc(t)為大信號(hào)的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，對(duì)D1來(lái)說(shuō)，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。對(duì)D2來(lái)說(shuō)，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。它們開(kāi)關(guān)

29、函數(shù)都是K(ct)。因此，電流i1和i2應(yīng)為 根據(jù)變壓器Tr3的同名端及假設(shè)的二次側(cè)電流i的流向。由于i1和i2流過(guò)Tr3一次側(cè)的方向相反，所以，電流i為)()()(21ccLd1tututKRri)()()(21ccLd2tututKRri)(2)(2cLd21tKRrtuiii)3cos32cos221(2cos2ccLdmttRrtUtttRrU)cos(2)cos(2cos2ccLdmtt)3cos(32)3cos(32cc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 由上式可見(jiàn)，i中包含、c、3c，等頻率分量。由于采用開(kāi)關(guān)狀態(tài)和平衡抵消的措施，很多不需要的頻率

30、分量在i中已不存在。通過(guò)中心頻率為c，帶寬為2的帶通濾波器濾波，只有c頻率成分的電流流過(guò)負(fù)載RL，在RL上建立雙邊帶調(diào)幅波的電壓。 問(wèn)題： 1.為什么采用開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)?它與電壓都是小信號(hào)的調(diào)幅有什么區(qū)別? 2.為什么采用平衡調(diào)幅?與非平衡調(diào)幅相比其特點(diǎn)是什么? 3.開(kāi)關(guān)函數(shù)的含意是什么?如何分析判斷?高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.2.4 二極管環(huán)形調(diào)幅電路(雙平衡調(diào)幅電路) 特點(diǎn)： 與平衡調(diào)幅電路的差別多接了兩只二極管D3和D4，它們的極性分別與D1和D2的極性相反，這樣，當(dāng)D1和D2導(dǎo)通時(shí),D3和D4是截止的；反之，當(dāng)D1和D2截止時(shí),D3和D4是

31、導(dǎo)通的。 環(huán)形調(diào)幅電路是由兩個(gè)平衡調(diào)幅電路組成。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 晶體二極管D1和D2僅在uc(t)的正半周導(dǎo)通，其開(kāi)關(guān)函數(shù)為K(ct)，流過(guò)輸出負(fù)載電阻RL的電流為)(2)(2cLd21tKRrtuiii高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 二極管D3和D4僅在uc(t)的負(fù)半周內(nèi)導(dǎo)通，其開(kāi)關(guān)函數(shù)為 K(ct-)，流過(guò)輸出負(fù)載RL的電流為(其電流方向如圖所示) 式中)(2)(2cLd34tKRrtuiiitttKccc3cos32cos221)(高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工

32、程大學(xué) 流過(guò)RL的總電流為 可見(jiàn)，環(huán)形調(diào)幅電路與平衡調(diào)幅電路比較，進(jìn)一步抵消了 分量，而且各分量的振幅加倍。通過(guò)中心頻率為 ，通帶為 的帶通濾波器濾波，可取出 的電流，在 上可建立雙邊帶調(diào)幅電壓。)t(Kt)(KRr(t)uiii22c1c1LdttRrtUmccLd3cos34cos42cos2ttRrU)cos(4)cos(42ccLdmtt)3cos(34)3cos(34ccc2cLR高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.3高電平調(diào)幅電路 高電平調(diào)幅電路： 集電極調(diào)幅電路； 基極調(diào)幅電路。 討論與分析應(yīng)注意的關(guān)鍵內(nèi)容 高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出

33、功率要求的已調(diào)波。 它是利用丙類高頻功率放大器在改變VCC或VBB時(shí)具有調(diào)幅特性這一特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 高電平調(diào)幅的關(guān)鍵是整機(jī)效率高。設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。 通常高電平調(diào)幅只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.3.1 集電極調(diào)幅電路 1.基本原理 對(duì)于丙類高頻功率放大器，在VBB、 gc、UBZ、 Ubm、RP不 變的條件下,工作于過(guò)壓狀態(tài)時(shí),集電極電流脈沖幅度將隨集電 極有效電源電壓VCC變化而變化。 即在過(guò)壓區(qū)具有調(diào)幅特性, IC0、 Ic1m將隨VCC變化而變化 。 過(guò)壓區(qū)過(guò)壓區(qū)高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)

34、首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 由集電極調(diào)幅原理電路可知,低頻調(diào)制信號(hào) 與丙類放大器的直流電源VCT相串聯(lián)，有效集電極電源電壓VCC等于兩個(gè)電壓之和，它隨調(diào)制信號(hào)變化而變化。 )(tu)(CTCCtuVV高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.電路分析 設(shè)基極輸入載波信號(hào)電壓 則基極瞬時(shí)電壓為 集電極輸入調(diào)制信號(hào)電壓 則集電極有效電源電壓為 輸出電壓tUtucos)(m)cos1 (cosaCTmCTCCtmVtUVVCTma/VUm)cos1 (aC0TC0tmII)cos1 (ac1Tc1mtmIIttmUtRItucacmcpc1mcos)cos1 (

35、cos)(調(diào)幅調(diào)幅指數(shù)指數(shù)tUucbmbcostUVucbmBBBEcos高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.功率與效率 (1) 載波狀態(tài)： ，VCC=VCT ，IC0=IC0T ，Ic1m=Ic1T 。 直流電源VCT輸入功率 P= VCT IC0T； 載波輸出功率 ； 集電極損耗功率 PcT=P=T PoT； 集電極效率 cT=PoT /P=T。 (2)調(diào)幅波峰處： , VCC=VCT(1+ma), IC0=IC0T(1+ma)， Ic1m=Ic1T(1+ma) 。 有效電源輸入功率 P=max= VCT IC0T(1+ma)2= P=(1+ma)2

36、高頻輸出功率 集電極損耗功率0)(tup2T1coT21RIP1cost2aoTP2a2c1TP2c1momax)1 ()1 (2121mPRmIRIP2acTomaxmaxcmax)1 (mPPPP高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 集電極效率 (3)在調(diào)制信號(hào)一周內(nèi)的平均狀態(tài)： 集電極有效電源電壓VCC供給被調(diào)放大器的總平均輸入功率為 直流電源VCT不變, 流過(guò)VCT的調(diào)制一周內(nèi)的平均直流電流為 CTomaxmaxocmaxTTPPPP)cos1 (aCTCCtmVV)cos1 (aC0TC0tmII)cos1 (ac1Tc1mtmIIaC0TaCTC0C

37、Cav)(d)cos1 ()cos1 (21)(d21-ttmItmVtIVP2122aTC0TCT2aC0TCTmPIVmIVC0TaC0TC0C0av)(d)cos1 (21)(d21-IttmItII高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 則由集電極直流電源VCT所供給的平均輸入功率為 有效電源中調(diào)制信號(hào)源 所供給的平均功率為 有效電源總平圴輸入功率是由直流電源VCT和調(diào)制信號(hào)源 共同提供。 在調(diào)制一周期內(nèi)的平均輸出功率為 )(tuT2aC0TCT2aav22PmIVmPPP)(tu212121 )(d)cos1 (2121)(d21212aoT2ap2c1

38、Tp2a2c1T-p2c1moavmPmRItRtmItRIPTC0TCTC0avCTPIVIVP高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)平均集電極損耗功率為 在一周內(nèi)的平均集電極效率為 幾點(diǎn)結(jié)論： 集電極調(diào)幅必須工作于過(guò)壓區(qū)。 在調(diào)制過(guò)程中，效率不變，這樣可保證集電極調(diào)幅電路處于高效率下工作。常數(shù)CT2a2aavoavcav2121mPmPPPToT2121)(2aCT2aoTToavavcavmPmPPPPP高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在調(diào)制信號(hào)一周內(nèi)的平均功率都是載波狀態(tài)對(duì)應(yīng)功率的 倍 總輸入功率分

39、別由VCT和 所供給，VCT供給用以產(chǎn)生 載波功率的直流功率P=T， 則供給用以產(chǎn)生邊帶功率的平均 輸入功率P。 集電極平均損耗功率等于載波點(diǎn)的損耗功率的 倍。應(yīng)根據(jù)這一平均損耗功率來(lái)選擇晶體管，以使PCMPCav 。 因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)源u(t)需提供輸入功率，故調(diào)制信號(hào)源 u(t)一定要是功率源。大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制 信號(hào)源，這是集電極調(diào)幅的主要缺點(diǎn)。)2/1 (2am)(tu)(tu)2/1 (2am)2/1 (2am高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.3.2 基極調(diào)幅電路 C1、C3為高頻旁路電容； C2為低頻旁路電容； Tr1為高頻變壓器

40、； Tr2為低頻變壓器； 帶通濾波帶通濾波高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 高頻功率放大器在 gc、UBZ、VCC、Ubm、RP不變條件下,工作于欠壓狀態(tài),改變 ,其輸出電流中的基波電流隨 VBB變化這一特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的。 基極調(diào)幅電路的特點(diǎn)是： (1)必須工作于欠壓區(qū)； (2)載波功率和邊頻功率都由直流電源VCC提供； (3)調(diào)制過(guò)程中效率是變化的。 只能用于輸岀功率小、對(duì)失真要求不嚴(yán)的發(fā)射機(jī)中。)(BTBBtuVV高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 調(diào)幅電路與調(diào)幅波的對(duì)應(yīng)關(guān)系高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱

41、工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.4單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生 6.4.1 單邊帶通信的優(yōu)點(diǎn) (1)單邊帶調(diào)幅波占有頻帶窄，頻譜寬度只有雙邊帶調(diào)幅波的一半，頻帶利用率高。 (2)它還能節(jié)省功率，功率利用率高。在與普通調(diào)幅波總功率相等的情況下，接收端的信噪比明顯提高，因而通信距離可大大增大。 (3)單邊帶只有一個(gè)邊帶分量，選擇性衰落現(xiàn)象影響較小，相對(duì)于普通調(diào)幅要小得多。所謂選擇性衰落是在短波傳播過(guò)程中，不同頻率的電波會(huì)產(chǎn)生不同的衰減和相移，引起接收信號(hào)的失真和不穩(wěn)定。 (4)單邊帶調(diào)幅也有缺點(diǎn)，對(duì)接收機(jī)要求高，即必須采用同步檢波的方式實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這必然帶來(lái)設(shè)備復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上

42、頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.4.2 單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法 1.濾波法 圖6.4.1濾波法方框圖 由平衡調(diào)幅電路加邊帶濾波器組成。 因?yàn)殡p邊帶信號(hào)中，上下邊頻的頻率間隔為2Fmin(一般約為幾十赫)，所以為了達(dá)到濾波效果好，濾除一個(gè)邊帶而保留另一個(gè)邊帶，就要求邊帶濾波器具有很陡峭的衰減特性(接近于矩形)。 又因?yàn)閒cFmin，邊帶濾波器的相對(duì)帶寬很小，制作很困難。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在實(shí)際應(yīng)用中是適當(dāng)降低第一次調(diào)制的載波頻率，這就增大了邊帶濾波器的相對(duì)帶寬，使濾波器便于制作。 (解決了邊帶濾波器要求高的問(wèn)題,但是載頻低不符合要求)

43、然后再經(jīng)過(guò)多次平衡調(diào)幅和濾波逐步把載頻提高到要求的數(shù)值，如圖6.4.2所示。圖中f1+f2+f3=fc，顯然設(shè)備比較復(fù)雜，但性能比較可靠。圖6.4.2實(shí)現(xiàn)濾波法的一種方案高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.移相法 在調(diào)制信號(hào)為u(t)=Umcost時(shí)，若單邊帶調(diào)幅信號(hào)為 u=KUcmUmcos(c+)t =KUmcostcosct-KUcmUmsintsinct圖6.4.3相移法單邊帶調(diào)制器方框圖兩個(gè)雙邊帶之差兩個(gè)雙邊帶之差高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.5 包絡(luò)檢波電路 6.5.1 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo) 1.電

44、壓傳輸系數(shù)Kd 檢波電路的電壓傳輸系數(shù)是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。 (1)輸入為高頻等幅波 時(shí)， Kd定義為輸出直流電壓與輸入高頻電壓振幅的比值，即 (2)輸入為高頻調(diào)幅波即 時(shí)， Kd定義為輸出的分量振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅maUim的比值，即tUtuiimicos)(imodUUK ttmUtuiaimicos)cos1 ()(imamdUmUK高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2.等效輸入電阻Rid (1)為什么要考慮等效輸入電阻? 通常檢波器與前級(jí)高頻放大器的輸出端連接，檢波器的等效輸入電阻將作為放大器的負(fù)載影響放大器的電

45、壓增益和通頻帶。設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)時(shí),需要考慮負(fù)載對(duì)放大器性能的影響。 (2)等效輸入電阻的定義 檢波器是非線性電路，Rid的定義與線性放大器是不相同的。 Rid的定義為輸入等幅高頻電壓的振幅Uim與輸入高頻電流脈沖的基波分量振幅I1m的比值，即 實(shí)際上，檢波器的輸入阻抗是復(fù)數(shù)，可看成由電阻和電容并聯(lián)組成。通常輸入電容與高頻諧振回路構(gòu)成諧振，所以可只考慮輸入電阻Rid的影響。1mimidIUR高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.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)Kf表示。當(dāng)輸入為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為 式中U、U2、U3、分別為輸

46、出電壓中調(diào)制信號(hào)基波和各次諧波分量的有效值。UUUK2322f高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 6.5.2 6.5.2 二極管大信號(hào)檢波電路二極管大信號(hào)檢波電路 1.什么是大信號(hào)檢波? 高頻輸入信號(hào)的振幅大于0.5V，利用二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，通過(guò)二極管對(duì)電容C充電，加反向電壓時(shí)截止，電容C上電壓對(duì)電阻R放電這一特性實(shí)現(xiàn)檢波的。 2.工作原理 圖6.5.1大信號(hào)檢波原理電路 圖6.5.1所示是大信號(hào)檢波原理電路。它是由輸入回路、二極管D(非線性器件)和RC低通濾波器組成。 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng)輸入信號(hào)

47、為高頻等幅波時(shí)， 電路接通后, ,充電,充電時(shí)常數(shù)rdC小,充電快； t=t1時(shí), 充電停止； tt1時(shí), 放電,放電時(shí)常數(shù)RC大,放電慢； t=t2時(shí), 放電停止； tt2時(shí), 充電,充電時(shí)常數(shù)rdC小,充電快； t=t3時(shí), 充電停止； tt3時(shí), 又放電, 如此反復(fù)，直到在一周期內(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)。 充電 充電放電 放電)()(oitutu)()(oitutu)()(oitutu)()(oitutu)()(oitutu)()(oitutu)()(oitutu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng)輸入為調(diào)幅

48、波信號(hào)時(shí)，充放電波形如圖6.5.3所示。其過(guò)程與等幅波輸入情況相似。輸出電壓的變化規(guī)律正好與輸入信號(hào)的包絡(luò)相同。 圖6.5.3輸入調(diào)幅波時(shí)檢波過(guò)程高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3.大信號(hào)檢波器的分析 對(duì)于大信號(hào)檢波，二極管的伏安特性可近似用折線表示，其數(shù)學(xué)表示式為 其中，gd為二極管導(dǎo)通時(shí)的電阻rd的倒數(shù)，即gd=1/rd ；UBZ為二極管的截止電壓，通常鍺二極管為0.2V左右，硅二極管為0.5V左右。0)(BZDdDUugiBZDBZDUuUu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 圖6.5.4大信號(hào)檢波原理圖 設(shè)輸入為

49、(高頻等幅波),則 對(duì)應(yīng)的二極管電流iD為一重復(fù)頻率為i的周期余弦脈沖，其通角為，振幅最大值為IM 。 tUtuiimicos)(oiimoiDcos)(utUutuu為直流電壓為直流電壓高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) iD可以分解為直流、基波和各次諧波分量。即 其中，I0=0()IM為直流分量，I1m=1()IM為基波分量振幅，Inm=n()IM為n次諧波分量振幅。 檢波器輸岀端為低通濾波器,只有直流電流I0在電阻上建立電壓,則檢波器輸岀電壓為 問(wèn)題：電流脈沖的IM和半通角怎樣求得? 由二極管伏安特性知,當(dāng)uDUBZ時(shí)， 當(dāng)it=時(shí)，iD=0，可得tnI

50、tItIIiinmi2mi1m0Dcoscos2cosRIRIuM00o)()cos(BZiimodDUtUugiimBZocosUUu 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng)it=0時(shí)，iD=IM，可得 由于 而imoBZimdBZimodM1)(UuUUgUUugI)cos1 (imdMUgI)cos1 (cossin)(0)cos(sin1)(imd0M0UrII)cos1 (cossin)(1高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 經(jīng)低通濾波器的輸出電壓為 將上式除cos得 在UBZ=0或uoUBZ的條件下，上式可寫成)c

51、ossin(1)(imd1M1mUrII)cos(sinimd0oUrRRIu)(tanimdimBZooUrRUUuuRrdtan高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 在很小的條件下，( / 6 )，tan可展開(kāi)成級(jí)數(shù) 忽略高次項(xiàng)，可得 在UBZ=0， / 6（rad）的條件下，通角僅與檢波器的電路參數(shù)rd和R有關(guān)，而與輸入高頻信號(hào)的振幅Uim無(wú)關(guān)。 輸入電壓為高頻等幅波ui=Uimcosit時(shí), 檢波輸出電壓為 5315231tan(rad)3d3RrcoscosimBZimoUUUu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 輸入

52、信號(hào)為調(diào)幅波ui=Uim(1+macost)cosit時(shí)， 由于 ，在高頻電壓一周內(nèi)，由引起的振幅變化可以認(rèn)為是不變的。則檢波輸出電壓 式中含有： 由載波檢波得到的直流成分Uimcos； 邊頻分量檢波而得到的成分Uimmacostcos。 問(wèn)題：怎樣的措施能將兩電壓信號(hào)分開(kāi)? 為了取出原調(diào)制信號(hào)，要去除直流成分，需在低通濾波器后增加隔直電容Cc來(lái)實(shí)現(xiàn),可以選用圖6.5.6所示的檢波電路， 。 icoscoscoscos)cos1 (aimimaimotmUUtmUu高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 輸入信號(hào)圖6.5.6檢波電路 檢波器輸岀 tUtuiimic

53、os)(cosimAUu 0Burad)(3d3Rr高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 輸入信號(hào)圖6.5.6檢波電路 檢波器輸岀rad)(3d3RrttmUtuiaimicos)cos1 ()(coscoscoscos)cos1 (aimimaimAtmUUtmUutmUucoscosaimB高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 實(shí)用電路參數(shù)選取的幾點(diǎn)說(shuō)明： (1)要滿足假設(shè)條件 / 6 （rad）和UBZ=0； (2)應(yīng)選導(dǎo)通電阻rd盡可能小的檢波二極管，而直流負(fù)載電阻R要選大些，滿足 / 6 （rad）的條件； (3) UB

54、Z=0的條件，可以采用給檢波電路加固定偏壓的方法來(lái)獲得。圖6.5.5給出了加固定偏壓的檢波電路的形式。 圖6.5.5加固定偏壓的檢波電路高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 4.大信號(hào)檢波器的技術(shù)指標(biāo) (1)電壓傳輸系數(shù) 若輸入電壓為ui=Uimcosit的等幅波時(shí)，則檢波器的輸出電壓uo=Uimcos。 根據(jù)輸入為等幅波時(shí)電壓傳輸系數(shù)的定義，則 若輸入電壓為ui=Uim(1+macost)cosit的調(diào)幅波，檢波器的輸出電壓uo=Uim(1+macost)cos。 根據(jù)調(diào)幅波的電壓傳輸系數(shù)的定義，可得 coscosimimdUUKcoscosimaimadUm

55、UmK高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (2)等效輸入電阻Rid 根據(jù)定義，等效輸入電阻為輸入高頻電壓振幅與流過(guò)檢波二極管的高頻電流的基波振幅之比。即 電流脈沖中的基波分量振幅為 所以 將tan、sin、cos展開(kāi)成級(jí)數(shù)1mimidIUR cossind1mimidrIUR)cossin()cos1 (cossin)cos1 ()(dimimd1CMm1rUUgII高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 通常很小，可忽略高次項(xiàng)，可得3512tan3152411cos12 !4 ! 3511sin35！RRRR21! 21! 31

56、31! 211! 3131333233id2idRR 高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) (3) 失真 檢波器的失真可分為頻率失真、非線性失真、惰性失真和負(fù)峰切割失真。 頻率失真 當(dāng)輸入信號(hào)是調(diào)制頻率為minmax的調(diào)幅波時(shí)，檢波器輸出端A點(diǎn)的電壓頻率包含直流、minmax ，而輸出B點(diǎn)的電壓頻譜包含minmax。 低通濾波器RC具有一定的頻率特性，電容C的主要作用是濾除調(diào)幅波中的載波頻率分量，為此應(yīng)滿足RCi1C選取條件之1高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 當(dāng)C取得過(guò)大時(shí)，對(duì)于檢波后輸出電壓的上限頻率max來(lái)說(shuō)，C的容抗將

57、產(chǎn)生旁路作用。不同的將產(chǎn)生不同的旁路作用。這樣也要引起了頻率失真。為了不產(chǎn)生頻率失真，應(yīng)使電容C的容抗對(duì)上限頻率max不產(chǎn)生旁路作用，為此應(yīng)滿足 耦合電容的容抗將影響檢波器下限頻率min的輸出電壓，即在minmax范圍內(nèi)，電容Cc上電壓降大小不同，在輸出端B點(diǎn)的電壓會(huì)因此而產(chǎn)生頻率失真。為了不引起頻率失真，應(yīng)使Cc對(duì)于下限頻率min的電壓降很小，必須滿足RCmax1RCcmin1C選取條件之2高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 非線性失真 檢波器的輸出電壓是二極管的反向偏壓，具有負(fù)反饋?zhàn)饔?。輸出電壓大，?fù)反饋強(qiáng)，輸出電壓減小，負(fù)反饋減弱。這個(gè)反向偏壓的調(diào)整作用

58、，將使非線性失真減小。檢波負(fù)載電阻越大，反向偏壓越大，非線性失真就越小。一般說(shuō)來(lái)，二極管大信號(hào)檢波器的非線性失真很小。 惰性失真 檢波器的低通濾波器RC的數(shù)值大小對(duì)檢波器的特性有較大影響。 從性能指標(biāo)來(lái)看,負(fù)載電阻R越大，檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd越大，等效輸入電阻Rid越大，非線性失真越小。 但是隨著負(fù)載電阻R的增大，RC的時(shí)間常數(shù)將增大，就有可能產(chǎn)生惰性失真。 產(chǎn)生惰性失真的原因是什么?高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 大信號(hào)檢波器是利用二極管單向?qū)щ娦院碗娙軨的充電放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在正常情況下，在高頻電壓一周內(nèi)，二極管導(dǎo)通一次。導(dǎo)通時(shí)，電容C經(jīng)二極管內(nèi)阻r

59、d被充電。截止時(shí)，電容C通過(guò)負(fù)載電阻R放電。充放電過(guò)程所產(chǎn)生的鋸齒波，其平均值與高頻信號(hào)電壓的包絡(luò)一致。 電容上電壓在t5t6時(shí)間 內(nèi)均高于輸入電壓，二 極管一直截止。 輸出電壓的變化規(guī)律就 不能反映輸入電壓的變 化規(guī)律，從而產(chǎn)生失真。 這種失真是由電容C放電速度太慢引起的，所以稱為惰性失 真。惰性失真失高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 不產(chǎn)生惰性失真的條件： 當(dāng)電容器上電壓變化的速度比調(diào)幅波振幅變化的速度快時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生惰性失真。即 具體分析 設(shè)輸入高頻調(diào)幅波為ui=Uim(1+macost)cosit， 其振幅為 ,振幅變化速度為 電容器C通過(guò)電阻R放電

60、，放電時(shí)通過(guò)C的電流為tUtuddddimc)cos1 (aimimtmUUtUmtUsinddimaimtuCiddcc高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 流過(guò)R的電流為 ,且 ,可得 則電容器C上電壓的變化速度為 若設(shè)大信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd1，則 uc =Uim(1+macost)Kd Uim (1+macost) 根據(jù)不產(chǎn)生惰性失真的條件 ,令 則不產(chǎn)生惰性失真的條件為1。Rui/cRRcii RutuCccddRCutuccdd)cos1 (ddaimctmRCUtutUtuddddimctutUAddddcim高頻電子線路高頻電子線路退出下頁(yè)