通信電子線路講義62

1、教學(xué)要求掌握典型調(diào)幅信號(hào)解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點(diǎn)。了解數(shù)字調(diào)幅的典型解調(diào)方式及其實(shí)現(xiàn)電路。第一頁，共二十三頁。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。調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)器又稱振幅檢波器。從頻譜上看：解調(diào)也是信號(hào)頻譜的線性搬移過程，將高頻端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端。解調(diào)過程和調(diào)制過程相對(duì)應(yīng)，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)于不同的解調(diào)。振幅調(diào)制 解調(diào)AM調(diào)制 DSB調(diào)制 SSB調(diào)制包絡(luò)檢波 同步檢波 峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波 乘積型同步檢波 疊加型同步檢波 6.1 概述調(diào)幅解調(diào)的分類第二頁，共二十三頁。調(diào)幅解調(diào)的方法 1. 包絡(luò)檢波 t調(diào)幅波調(diào)幅波頻譜c+c-c輸出信號(hào)

2、頻譜包絡(luò)檢波輸出t非線形電路低通濾波器t調(diào)幅波t調(diào)幅波t調(diào)幅波包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t包絡(luò)檢波輸出t第三頁，共二十三頁。由于DSB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)制載波同步（即同頻同相）。乘法器低通濾波器uDSBuou2. 同步檢波包絡(luò)檢波器 加法器uDSBuouuAM解調(diào)載波第四頁，共二十三頁。 (1) 電壓傳輸系數(shù)Kd 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。 當(dāng)檢波電路的輸入信號(hào)為高頻等幅波，即ui(t)=Uimcosct時(shí)，Kd定義為

3、輸出直流電壓Uo與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即 當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波ui(t)=Uim(1+macost)cosct時(shí)，Kd定義為輸出低頻信號(hào)分量的振幅Um與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅maUim的比值，即 (2) 等效輸入電阻Rid 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。Rid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波分量的振幅之比，即 (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)輸入信號(hào)為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，Kf定義為： U、U2、U3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。 (4) 高頻濾波系數(shù)F

4、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。 高頻濾波系數(shù)的定義為，輸入高頻電壓的振幅Uim與輸出高頻電壓的振幅U om的比值，即在輸入高頻電壓一定的情況下，濾波系數(shù)F越大，則檢波器輸出端的高頻電壓越小，濾波效果越好。通常要求F(50100)。 第五頁，共二十三頁。6.2 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 (1) 電路組成 ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。 RC低通濾波電路有兩個(gè)作用： 對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)u來說，電容C的容抗 ，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩

5、端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。 對(duì)高頻載波信號(hào)uc來說，電容C的容抗 ，電容C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)。 理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: 第六頁，共二十三頁。(2) 工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd當(dāng)輸入信號(hào)ui(t)為調(diào)幅波時(shí)，那么載波正半周時(shí)二極管正向?qū)ǎ斎敫哳l電壓通過二極管對(duì)電容C充電，充電時(shí)間常數(shù)為rdC。因?yàn)閞dC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快，輸出電壓uo(t) 很快增長 。 作用在二極管VD兩端上的電壓為ui(t)與uo(t)之差，即uD= ui- uo

6、。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于uD 當(dāng)uD= ui- uo0，二極管導(dǎo)通；當(dāng)uD= ui- uo50)代入上式可得：第九頁，共二十三頁。（2）檢波的等效輸入電阻峰值檢波器常作超外差接收機(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)。討論： 當(dāng)VD和R確定后，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)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： 當(dāng)?shù)硐胫狄话惝?dāng)，一般計(jì)算方法為：當(dāng)輸入信號(hào)為：檢波器的輸入電阻Rid是為研究檢波器對(duì)其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，Rid是對(duì)載波頻率信號(hào)

7、呈現(xiàn)的參量。若設(shè)輸入信號(hào)為等幅載波信號(hào):+-uo中放末級(jí)RsVDRCsCLsisRid+-uiKdUimui(t)t忽略二極管導(dǎo)通電阻rd上的損耗功率，由能量守恒原則，檢波器輸入端的高頻功率 全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻R上消耗的功率 即有 又因Kd=cos 1 所以第十頁，共二十三頁。 (1) 惰性失真二極管峰值型檢波器中存在著兩種特有失真： 惰性失真底部切割失真為了提高檢波效率和濾波效果，（C越大，高頻波紋越小），總希望選取較大的R、C值，但如果R、C 取值過大，使R、C的放電時(shí)間常數(shù)= RC 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)造成輸出波形不隨輸入信號(hào)包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失

8、真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。(2) 產(chǎn)生惰性失真的原因：輸入AM信號(hào)包絡(luò)的變化率RC放電的速率(3) 避免產(chǎn)生惰性失真的條件：在任何時(shí)刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化率，即：tui(t)與uo(t)uo(t)ui(t)3. 檢波器的失真 第十一頁，共二十三頁。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。即若設(shè)輸入信號(hào)AM信號(hào)： 包絡(luò)信號(hào)為：在t1時(shí)刻包絡(luò)的變化率:那么電容C通過R放電的電壓關(guān)系為： 時(shí)刻不產(chǎn)生惰性失真的條件為：所以要求在(4)分析：則有：實(shí)際上不同的，和下降速度不同。為在任何時(shí)刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值

9、取最大時(shí)仍有故令:即：可解得：有實(shí)際應(yīng)用中，由于調(diào)制信號(hào)總占有一定的頻帶(minmax)，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)該用最大調(diào)制度mmax和最高調(diào)制頻率max來檢驗(yàn)有無惰性失真，其檢驗(yàn)公式為可見，ma，越大，信號(hào)包絡(luò)變化越快，要求RC的值就應(yīng)該越小。第十二頁，共二十三頁。 Uim(1-ma)(5) 底部切割失真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 m 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。當(dāng) UR Uim(1-ma) UR或 通常Cd取值較大(一

10、般為510F)，在Cd兩端的直流電壓UDC，大小近似等于載波電壓振幅UDC=KdUim UDC經(jīng)R和RL分壓后在R上產(chǎn)生的直流電壓為： 由于UR對(duì)檢波二極管VD來說相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會(huì)影響二極管的工作狀態(tài)。 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，RL越小，UR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maUim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。 后級(jí)放大器ui+-CRLRVDCd+UDC -+-UR+u(t)-要防止這種失真，要求調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值Uim(1-ma)須大于直流電壓UR。即：避免底部切割失真的

11、條件為： 式中：R=RL/R為輸出端的交流負(fù)載電阻，而R為直流負(fù)載電阻。 第十三頁，共二十三頁。一般： (1) 回路有載Q L要大：這應(yīng)該從選擇性及通頻帶的要求來考慮。為高頻載波周期(2)為發(fā)保證輸出的高頻紋波小要求： 即 4. 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)）要求： min max(4) 為了避免惰性失真：要求：(5) 為了避免底部切割失真：或+-u中放末級(jí)RidRLCVDRCsLsRsisCd第十四頁，共二十三頁。1. 小信號(hào)檢波概念輸入高頻信號(hào)的振幅小于0.2V，利用二極管伏安特性的彎曲部分進(jìn)行頻率變換，然后通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢

12、波。 2. 小信號(hào)檢波器的工作原理因?yàn)槭切⌒盘?hào)輸入，檢波器需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點(diǎn)位于二極管伏安特性的彎曲部分。 6.3 二極管小信號(hào)檢波器小信號(hào)檢波的原理電路二極管的伏安特性在工作點(diǎn) Q 附近，可表示為：第十五頁，共二十三頁。由于輸出電壓很小，忽略輸出電壓的反作用，可得 ud=ui+VQ ，則忽略高次項(xiàng)可得：經(jīng)低通濾波器取出 。其中 為直流電流增量，它代表二極管的檢波作用的結(jié)果。輸出電壓增量為：在輸入信號(hào)為高頻等幅波 ui=Uimcosit 時(shí)，第十六頁，共二十三頁。 輸入信號(hào)為普通調(diào)幅波 時(shí)，因?yàn)?i，可以認(rèn)為在i 一周內(nèi)：可見輸出電壓除分量外。還有2的頻率成分，也就是產(chǎn)生了非線性失真

13、。此電壓增量經(jīng)Cc隔直耦合在RL上得電壓為：這樣檢波后的輸出電壓增量為：是不變的第十七頁，共二十三頁。3. 小信號(hào)檢波器的特點(diǎn) (1) 是利用二極管伏安特性非線性段的二次方特性實(shí)現(xiàn)頻率變換，故又稱為平方律檢波。 輸入為等幅波時(shí)的電壓傳輸系數(shù) kd = b2RUim/2 ， 輸入為普通調(diào)幅波時(shí)的電壓傳輸系數(shù) kd = b2RUim 。 它們都與輸入信號(hào)振幅Uim成正比， Uim越小，則 kd 越小，故小信號(hào)檢波的電壓傳輸系數(shù)小。(3) 由于二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，其等效輸入電阻 Rid可近似等于二極管的導(dǎo)通電阻rd 。(4) 當(dāng)輸入為普通調(diào)幅波時(shí)，有2分量輸出產(chǎn)生非線性失真大。 第十八頁，共二十

14、三頁。4. 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： (1) 電壓傳輸系數(shù)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: (2) 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rd (3) 非線性失真系數(shù) 第十九頁，共二十三頁。疊加型乘積型同步檢波器可分為：6.4 同步檢波器(Synchronous Detection)注意：兩種檢波器都需要接收端恢復(fù)載波1. 乘積型乘法器低通濾 波器uDSBuc 本地載波u(t)設(shè)輸入已調(diào)波：而恢復(fù)的本地載波為： So 相乘器輸出為：，則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號(hào)為： 令本地載波DSB信號(hào)第二十頁，共二十三頁。討論： (

15、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）則有：c=0，=0。能夠無失真將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。(2) 若本地載波與調(diào)制載波有頻差，即：即引起頻率和相位失真。則引入一個(gè)振幅衰減因子cos，若隨時(shí)間變化，會(huì)引起頻率和相位失真。乘法器低通濾 波器uDSBuc 本地載波u(t)(3) 若本地載波與調(diào)制載波有相位差，即：第二十一頁，共二十三頁。乘積型同步檢波器的實(shí)用電路 低通濾波器諧振限幅放大器乘法器CDIoyRw-15V-15V15k R+15VR13-EEVT35.1kRwx121k100k121kR11Rc141294Rc8133R327+15V561011IoxRwZEC=15V-+11k1M25k-15V10k10kRwy2k2kRxRy