高頻電子線路第四章4課件

4.4

振幅調(diào)制與解調(diào)電路4.4.1

振幅調(diào)制電路地位：無(wú)線電發(fā)射機(jī)的重要組成部分。

分類(lèi)(按功率高低)：

(1)

高電平調(diào)制：調(diào)制置于發(fā)射機(jī)的末端，產(chǎn)生大功率的已調(diào)信號(hào)。

(2)低電平調(diào)制：調(diào)制置于發(fā)射機(jī)的前端，產(chǎn)生小功率的已調(diào)信號(hào)，再通過(guò)多級(jí)線性功率放大器放大。

高電平調(diào)制低電平調(diào)制一、高電平調(diào)幅電路

1.優(yōu)點(diǎn)：可不必采用效率較低的線性功率放大器，使發(fā)射機(jī)整機(jī)效率高。

3.電路：多采用高效率的丙類(lèi)諧振功放，包括：

(1)集電極調(diào)幅電路：根據(jù)諧振功率放大器的集電極調(diào)制特性，調(diào)制信號(hào)加到集電極上；

(2)基極調(diào)幅電路：根據(jù)諧振功率放大器的基極調(diào)制特性，調(diào)制信號(hào)加到基極上；

(3)復(fù)合調(diào)幅電路：將調(diào)制信號(hào)同時(shí)加到集電極和基極上，以提高調(diào)制線性。2.要求：(1)

要達(dá)到所需調(diào)制線性。(2)高效率地輸出足夠大的已調(diào)信號(hào)功率。

二、低電平調(diào)制電路1.用途：主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙邊帶和單邊帶調(diào)制

2.要求：調(diào)制線性好，載波抑制能力強(qiáng)，功率和效率的要求是次要的。

載波抑制能力的強(qiáng)弱可用載漏（輸出泄漏的載波分量低于邊帶分量的分貝數(shù)）表示，分貝數(shù)越大，載漏就越小。

3.種類(lèi)：前介紹的各種乘法器均可構(gòu)成性能優(yōu)良的平衡調(diào)制器，例1596、AD630平衡調(diào)制器等。

實(shí)用的低電平調(diào)制電路不再作討論。下面僅討論：4.采用濾波法的單邊帶發(fā)射機(jī)(1)原理采用濾波法的技術(shù)難度與載波頻率的高低密切相關(guān)。例如，假設(shè)調(diào)制信號(hào)的最低頻率為100Hz，若

①

載波頻率為2000kHz，則雙邊帶調(diào)制信號(hào)的兩個(gè)邊頻分別為

2000.1kHz和1999.1kHz，兩邊頻間隔為0.2

kHz。取上邊頻，兩邊頻的相對(duì)間隔為(0.2/2000.1)×100%=0.01%；

平衡調(diào)制器第一混頻器第二混頻器本振頻率(kHz)相對(duì)頻率間隔邊帶最小頻率間隔(kHz)100(載波)2000260000.2200.24200.20.2%9.4%14.9%

兩混頻器的輸出濾波器很容易取出所需分量，濾除無(wú)用分量。在某些單邊帶發(fā)射機(jī)中，為了使接收機(jī)便于產(chǎn)生同步信號(hào)，還發(fā)射低功率的載波信號(hào)，稱(chēng)為導(dǎo)頻信號(hào)，這個(gè)信號(hào)直接由100kHz的振蕩信號(hào)通過(guò)載波抑制器衰減(10～30)dB后疊加在單邊帶調(diào)制信號(hào)上。

普通調(diào)幅波，其載波分量未被抑制掉，可直接利用非線性器件實(shí)現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，勿須另加同步信號(hào)，稱(chēng)包絡(luò)檢波器。4.4.2

二極管包絡(luò)檢波電路最常用的檢波器：二極管包絡(luò)檢波器（在集成電路中，主要采用三極管射極包絡(luò)檢波電路)。一、工作原理

1.電路

類(lèi)似二極管整流電路，由

D和低通濾波器

RLC相串接構(gòu)成。2.原理特點(diǎn)：檢波二極管與負(fù)載RL相串聯(lián)

輸入調(diào)幅信號(hào)：vS(t)=Vmc(1+Macost)cosct，若其值足夠大，可設(shè)二極管伏安特性用在原點(diǎn)轉(zhuǎn)折的兩段折線逼近。

(1)D導(dǎo)通時(shí)，vS向

C充電，τ充=RDC；

(2)D截止時(shí)，

C向

RL放電，τ放=RLC；充放電達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，輸出電壓便將穩(wěn)定在平均值

vAV上下按角頻率

c

作鋸齒狀波動(dòng)(a)。

原理上，D起著受載波電壓控制的開(kāi)關(guān)作用。實(shí)際上，受

RLC電壓反作用，D僅在載波一個(gè)周期中接近正峰值的一段時(shí)間(vS>vC)內(nèi)導(dǎo)通(開(kāi)關(guān)閉合)，而在大部分時(shí)間內(nèi)截止(開(kāi)關(guān)斷開(kāi))。(1)D的作用

RLC↑→C向

RL的放電速度↓→

C的泄放電荷量↓→D導(dǎo)通時(shí)間↓→鋸齒波動(dòng)↓→vAV

增大。

為提高檢波性能，RLC

的取值應(yīng)足夠大，滿(mǎn)足和

RL>>RD的條件。這時(shí)，根據(jù)上述討論可以認(rèn)為，VAV

Vm，即檢波電壓傳輸系數(shù)

d趨于

1，而疊加在

vAV上的殘余高頻(輸出紋波)電壓趨于

0。(2)D導(dǎo)通與截止時(shí)間與RLC大小有關(guān)。二、輸入電阻1．等效電路檢波器前有中頻放大器，如等效電路(b)：

iS和

L1C1R1—中頻放大器折算到檢波器輸入端的等效電流源和輸出諧振回路(調(diào)諧在

c)。2．負(fù)載效應(yīng)檢波器作為中頻放大器的輸出負(fù)載，可以用檢波輸入電阻

Ri來(lái)表示這種負(fù)載效應(yīng)。

(1)Ri定義：輸入高頻電壓振幅對(duì)二極管電流

i中基波分量振幅的比值。設(shè)輸入高頻等幅電壓

vS(t)=Vmcosct，則檢波器從輸入信號(hào)源獲得的高頻功率為

Pi=/2Ri

輸出平均功率設(shè)D導(dǎo)通時(shí)間很短，i在

RD

上消耗的功率可以忽略，故

PL

Pi，又VAV

Vm（檢波電壓傳輸系數(shù)

d趨于

1

），由此可得：(2)Ri的求法：可近似從能量守恒原理求得。

(3)Ri的作用：使中頻諧振回路的諧振電阻由

R1減小到(R1//Ri)，因此，

iS

在諧振回路產(chǎn)生的高頻電壓振幅由未接檢波時(shí)的下降到接檢波后的

Vm。顯然

Ri越小，Vm也就越小于

，稱(chēng)負(fù)載效應(yīng)。三、并聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路1．電路

C：負(fù)載電容，兼作中頻放大器和檢波器之間的隔直電容，

RL：負(fù)載電阻，與二極管并接，故稱(chēng)之為并聯(lián)型電路。

2．原理（與串聯(lián)型相同）當(dāng)

D導(dǎo)通時(shí)，vS通過(guò)

D向

C

充電，充電常數(shù)為

RDC；當(dāng)

D

截止時(shí)，C

通過(guò)

RL

放電，放電常數(shù)為

RLC。動(dòng)態(tài)平衡后：

(1)C

上產(chǎn)生與串聯(lián)型電路相類(lèi)似的鋸齒狀波動(dòng)電壓

vC，該電壓的平均值為

vAV。（電流，“負(fù)半周輸出”）特點(diǎn)：中放-檢波工作點(diǎn)隔離

(2)

輸出電壓

vO中還包括(直接通過(guò)

C在輸出端產(chǎn)生的)高頻電壓，故檢波后需加低通濾波器，濾除高頻成份。

Ri值：根據(jù)能量守恒原理，實(shí)際加到檢波器中的高頻功率，一部分直接消耗在

RL上，一部分轉(zhuǎn)換為有用的輸出平均功率，即當(dāng)

VAVVm

時(shí)，輸入電阻比串聯(lián)型電路小。四、大信號(hào)檢波和小信號(hào)檢波(1)

大信號(hào)檢波（包絡(luò)檢波）

①

條件：二極管伏安特性可用原點(diǎn)轉(zhuǎn)折的兩段折線逼近（即輸入電壓足夠大，二極管工作在導(dǎo)通區(qū)和截止區(qū)時(shí)）故二極管包絡(luò)檢波的這種工作狀態(tài)稱(chēng)為大信號(hào)檢波。

②

實(shí)際電路：均外加正向偏置電壓(或電流)，克服

VD(on)

的影響。在這種情況下，工程上，可認(rèn)為輸入高頻電壓振幅大于500mV以上就能保證二極管檢波器工作在大信號(hào)檢波狀態(tài)。(2)小信號(hào)檢波

①

條件：vS

振幅

Vm

足夠小(幾～十幾mV)，此時(shí)，二極管應(yīng)設(shè)有很小的偏置電流。②

分析：二極管伏安特性采用冪級(jí)數(shù)逼近，即i=a0+a1vD+a2+….

這時(shí)，二極管在整個(gè)高頻周期內(nèi)導(dǎo)通，檢波器從信號(hào)源獲得到高頻功率大部分消耗在

RD上，加到二極管上的電壓

vD

vS(t)=Vmcosct，將它帶入

i的展開(kāi)式：檢波器獲得到高頻功率大部分消耗在

RD上，因而可近似認(rèn)為即

Ri

RD，其值小于大信號(hào)檢波(Ri

RL)時(shí)的數(shù)值。由于小信號(hào)檢波存在上述缺點(diǎn)，故接收機(jī)中先將輸入信號(hào)放大再進(jìn)行檢波，以保證工作在大信號(hào)檢波狀態(tài)。

在有效值電壓表等測(cè)量?jī)x器中，利用小信號(hào)檢波的平方律特性，可以方便地測(cè)出被測(cè)信號(hào)的有效值電壓。在這類(lèi)儀器中，小信號(hào)檢波獲得廣泛應(yīng)用。

五、二極管包絡(luò)檢波電路中的失真

為保證檢波器不失真，檢波器輸入調(diào)幅電壓

vS須足夠大，使檢波器始終工作在大信號(hào)檢波狀態(tài)。設(shè)

vS(t)=Vm0(1+Macost)cosct則包絡(luò)的最小值

Vm0(1－Ma)

應(yīng)大于大信號(hào)檢波時(shí)所需的電壓值。當(dāng)二極管的導(dǎo)通電壓

VD(on)

由外加偏置電壓予以克服時(shí)，該電壓應(yīng)在

500mV

以上。因而這種情況下，保證大信號(hào)檢波的條件為Vm0(1-Ma)500mV其次，當(dāng)輸入為復(fù)雜信號(hào)調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，若設(shè)最高調(diào)制頻率為

Fmax，為了不產(chǎn)生失真，

RLC

的低通濾波器帶寬應(yīng)大于

Fmax。除此之外，當(dāng)解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，如果電路參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器還會(huì)產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。

1．惰性失真(1)產(chǎn)生原因增大

RL和

C

值，可提高檢波電壓傳輸系數(shù)和高頻濾波能力。但過(guò)大，二極管截止期間

C通過(guò)

RL的放電速度過(guò)慢，跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，輸出電平就會(huì)產(chǎn)生惰性失真。(2)

避免產(chǎn)生惰性失真的條件2．負(fù)峰切割失真(1)

檢波器的交直流負(fù)載檢波器與下級(jí)放大器連接采用

阻容耦合電路，避免

vAV中的直流分量

VAV影響下級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。

CC

：

隔直電容，要求它對(duì)

呈交流短路；

Ri2：下級(jí)電路的輸入電阻。檢波器的交流負(fù)載：

ZL(j)RL//Ri2直流負(fù)載：ZL(0)=RL說(shuō)明在這種檢波電路中，ZL(j)ZL(0)，且

ZL(j)

ZL(0)(2)負(fù)峰切割失真當(dāng)輸入調(diào)幅波電壓的

Ma較大時(shí)，由于交、直流負(fù)載不等，輸出音頻電壓在其負(fù)峰值附近將被削平，出現(xiàn)“負(fù)峰切割失真”，如圖所示。

(3)失真的原因

①

正常情況——無(wú)負(fù)峰切割若等幅波輸入，CC上產(chǎn)生直流電壓：Vm0加到D的負(fù)端。當(dāng)Ma較小時(shí)，加到D正端的包絡(luò)電壓在一個(gè)周期內(nèi)總是大于VRL，二極管導(dǎo)通，工作正常；

（Vm0－MaVm0）≥VRL②

異常情況——有負(fù)峰切割若Ma較大，可能在t1-t2內(nèi)，包絡(luò)電壓Vm＜VRL，D截止，低部出現(xiàn)切割失真，故稱(chēng)負(fù)峰切割失真，直到包絡(luò)電壓Vm＞VRL，D重新通。

Ma越大，或Ri2越小，失真越大③

避免負(fù)峰切割失真的條件

可見(jiàn)，交直流電阻越接近，不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真所允許的

Ma值就越接近于

1。負(fù)峰切割失真2.電路：相乘器+低通二極管包絡(luò)檢波*3.原理：vS與vr疊加，合成為普通調(diào)幅信號(hào)例：?jiǎn)我粽{(diào)制的雙邊帶調(diào)制若Vrm＞Vm0，M