調(diào)幅波的解調(diào)

基本內(nèi)容調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)是調(diào)制的逆過程。本章主要內(nèi)容包括振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)原理、實(shí)現(xiàn)方法及電路等。2基本要求（1）理解并掌握調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的原理、類型及實(shí)現(xiàn)模型。（2）掌握二極管包絡(luò)檢波器的工作原理和性能參數(shù)的估算方法。2基本要求（1）理解并掌握調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的原理、類型及實(shí)現(xiàn)模型。（2）掌握二極管包絡(luò)檢波器的工作原理和性能參數(shù)的估算方法。（3）掌握乘積型和疊加型同步檢波器的組成原理及分析方法。第一節(jié)概述信號(hào)的解調(diào)是振幅調(diào)制的相反過程，是從已調(diào)高頻信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)。通常將這種解調(diào)稱為檢波。完成這種解調(diào)的電路稱為振幅檢波器。一、 檢波電路的功能檢波電路的功能是從調(diào)制信號(hào)中不失真的解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為高頻等幅波時(shí)，檢波器輸出電壓為直流電壓。當(dāng)輸入信號(hào)為脈沖調(diào)制調(diào)幅信號(hào)的時(shí)，檢波器輸出電壓為脈沖波。 從信號(hào)的頻譜來看，檢波電路的功能是將已調(diào)波的邊頻或邊帶信號(hào)頻譜般移到原調(diào)制信號(hào)的頻譜處。二、 檢波電路的分類檢波電路可分為兩大類，包絡(luò)檢波和同步檢波。包絡(luò)檢波是指檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律的波形特點(diǎn)，顯然只適合于普通調(diào)幅波的解調(diào)。 同步檢波主要應(yīng)用于雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波的解調(diào)。三、 檢波電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.檢波電路的電壓傳輸系數(shù) 檢波電路的電壓傳輸系是指檢波電路的輸出電壓和輸入電壓振幅之比。 2.等效輸入電阻 等效輸入電阻定義為輸入等幅高頻電壓的振幅與輸入高頻電流的基波分量振幅的比值。 3.非線性失真系數(shù) 4.高頻濾波系數(shù) 高頻濾波系數(shù)定義為，輸入高頻電壓的振幅與輸出高頻電壓的比值。第二節(jié)二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器大信號(hào)包絡(luò)檢波是高頻輸入信號(hào)的振幅大于0.5伏時(shí)，利用二極管對(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)的。分析時(shí)采用折線法。大信號(hào)包絡(luò)檢波的工作原理1.原理電路及工作原理 圖6—1(a)是二極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。它是由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。-^―?R-^―>>R?眼 (6-1)式中，矣為輸入信號(hào)的載頻,在超外差接收機(jī)中則為中頻3IQ為調(diào)制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z應(yīng)為Z(祀二0Z(Q)二R(6-2)%%圖6—1二極管峰值包絡(luò)檢波器 (a)原理電路(b)二極管導(dǎo)通(c)二極管截止圖6—2加入等幅波時(shí)檢波器的工作過程圖6—2加入等幅波時(shí)檢波器的工作過程從這個(gè)過程可以得出下列幾點(diǎn)： (1)檢波過程就是信號(hào)源通過二極管給電容充電與電容對(duì)電阻R放電的過程。 ⑵由于RC時(shí)常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期，放電慢，使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)

處于正的較高的電位（因?yàn)檩敵鲭妷航咏诟哳l正弦波的峰值，即Uo^Um）0 （3）二極管電流iD包含平均分量（此種情況為直流分量）Iav及高頻分量。波器穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流電壓波形圖6—4輸入為AM信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形圖

圖6—5輸入為皿信號(hào)時(shí)，檢波器二極管的電壓及電流波形圖6—5輸入為皿信號(hào)時(shí)，檢波器二極管的電壓及電流波形圖6—6包絡(luò)檢波器的輸出電路性能分析 1)傳輸系數(shù)Kd 檢波器傳輸系數(shù)Kd或稱為檢波系數(shù)、檢波效率，是用來描述檢波器對(duì)輸入已調(diào)信號(hào)的解調(diào)能力或效率的一個(gè)物理量。若輸入載波電壓振幅為Um,輸出直流電壓為Uo,則Kd定義為一(6-3) 由于輸入大信號(hào)，檢波器工作在大信號(hào)狀態(tài),二極管的伏安特性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波,采用理想的高頻濾波，并以通過原點(diǎn)的折線表示二極管特性(忽略二極管的導(dǎo)通電壓VP),則由圖6-3有：Sdud5°壇=<0uD<0(6-4)質(zhì)岫=— —c薜&)(6-5)式中，uD=ui-uo，gD=1/rD，。為電流通角，iD是周期性余弦脈沖，其平均分量I0為"如即°)=籍伽湘部)(6-6)基頻分量為足 (6-7)式中，a0(0)、a1(0)為電流分解系數(shù)。 由式(6—43(a))和圖6-3可得=cos^S (6-8)由此可見，檢波系數(shù)Kd是檢波器電流iD的通角0的函數(shù)，求出9后,就可得Kd。 由式(6—46)Uo=I0R,有邳二箜二空(sin&-Ms9)二cos9"職莎 (6-9)等式兩邊各除以cos9,tan。-弟-^―可得 脂R(6-10)當(dāng)gDR很大時(shí)，如gDRN50時(shí)，tan0e0-03/3,代入式(6-9)，有U—3 戲質(zhì)(6-11)圖6—7(a)Kd?圖6—7(a)Kd?gDR關(guān)系曲線圖圖6—7(b)濾波電路對(duì)Kd的影響2)輸入電阻2)輸入電阻Ri檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻Ri及輸入電容Ci,如圖6—8所示。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Um火】汨與檢波器電流的基頻分量振幅I1之比值，即 L(6-12)輸入電阻是前級(jí)的負(fù)載，它直接并入輸入回路，影響著回路的有效Q值及回路阻抗。由式(6—11),有'—sin取。曙) (6-13)當(dāng)gDRN50時(shí)，0很27?.R尺^—小,sin020-03/6，cos021-02/2，代入上式,可得3 2(6-14)

圖6—8檢波器的輸入阻抗檢波器的失真 1)惰性失真圖6—8檢波器的輸入阻抗檢波器的失真 1)惰性失真電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時(shí)常數(shù)。在二極管截止期間,性失真的波形圖6—9惰8U(f)

di為了避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi)，使電容C通8U(f)

di(6-15)過R放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度，即I責(zé)(6-15)f時(shí)1(6-16) 二極管停止導(dǎo)通的瞬間，電容f時(shí)1(6-16) 二極管停止導(dǎo)通的瞬間，電容兩端電壓uC近似為輸入電壓包絡(luò)值，即uC=Um(1+mcosQt)。從t1時(shí)刻

0-th1—［心￡如］二一 U(1+mcosClL)eRC開始通過R放電的速度為 切JiCmsin皿1+mcos皿(6-17)將式(6—15)和式JiCmsin皿1+mcos皿(6-18)實(shí)際上，不同的t1,U(t)和Cu的下降速度不同,為避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值最大時(shí),仍有AmaxW1。故令da/dt1=0,得8$皿=質(zhì) (6-19)代入式(6—18),得出不失真Gm條件如下： 。岫成皿(6-20V Cu %天爵］虹Qc==『加;I0——f⑵ )圖6—10底部切削失真2)底部切削失真 底部切削失真又稱為負(fù)峰切削失真。產(chǎn)生這種失真后,輸出電壓的波形如圖6—10(c)所示。這種失真是因檢波器的交直流負(fù)載不同引起的。 因?yàn)镃g較大,在音頻一周內(nèi),其兩

端的直流電壓基本不變，其大小約為載波振幅值UC,可以把它看作一直流電源。它在電阻R和Rg上產(chǎn)生分壓。在電阻R上的壓降為(6-21)調(diào)幅波的最小幅度為UC(1-m),由圖6-10可『R771< — 以看出,要避免底部切削失真,應(yīng)滿足 R+虬氏=(6-22)%R射隨器%R射隨器圖6-11減小底部切削失真的電路第三節(jié)二極管小信號(hào)檢波器小信號(hào)檢波是高頻輸入信號(hào)的振幅小于0。2伏，利用二極管伏安特性彎曲部分進(jìn)行頻率變換，然后通過低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波。一、二極管小信號(hào)檢波的工作原理圖6-12是二極管檢波器的原理電路。圖6-12圖6-12因?yàn)槭切⌒盘?hào)輸入，需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點(diǎn)位于二極管特性曲線部分的Q點(diǎn)。當(dāng)加的輸入信號(hào)為調(diào)幅信號(hào)時(shí)，二極管中的電流變化規(guī)律如圖6-136-13二、二極管小信號(hào)檢波的分析二極管的伏安特性在工作點(diǎn)Q疆=誑十S3』-VQ}+b2（ud-Pg）2十如（紡-心尸+A（6-23）因?yàn)槎O管小信號(hào)檢波器輸出電壓很小，忽略輸出電壓的反作用，可得七—七十七則婦=如）1Mi缶％』經(jīng)低通濾波器取出其中為直流電流增量，它代表二極匹1=1管的檢波作用的結(jié)果。輸出電壓增量為當(dāng)輸入信號(hào)為u. IcosQMcos■I- iL-rJi!- * LhL* ■ ?L*因?yàn)榭烧J(rèn)為是不變的這樣檢波器的輸出電壓增量為匹

1=1可認(rèn)為是不變的這樣檢波器的輸出電壓增量為匹

1=1L挪U%2（1cosQ/）2=l^RU建建9J如E' Li ■- 9DL.rfl-4JLim+b^Rm^U^cosQ/4 LiLffl- LALffl-（6-25）經(jīng)隔直耦合在幾￡上得到電壓為顯然，產(chǎn)生了非線性失真。三、二極管小信號(hào)檢波的性能指標(biāo)1）輸入為等幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為*方1（6-27）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J ="湛maUirn（6-28）上式說明，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)不是常數(shù)，而是與輸入高頻電壓的振幅成正比。 2）小信號(hào)檢波器的等效輸入電阻可以近似認(rèn)為等于二極管的導(dǎo)通電阻。 3）小信號(hào)檢波器得非線性失真系數(shù)為礦 +K1K廣 商 =嚴(yán)（6-29）可見，調(diào)制系數(shù)用您越大，則越大，失真越嚴(yán)重。第四節(jié)同步檢波同步檢波器主要用于對(duì)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)，也可以用來解調(diào)普通調(diào)幅波。同步檢波器是有相乘器和低通濾波器兩部分組成。它與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進(jìn)行解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)電壓外，還必須外加一個(gè)頻率和相位與輸入信號(hào)載頻完全相同的本地載頻信號(hào)電壓、。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號(hào)。圖6-14為同步檢波器的方框原理圖。同步檢波器的原理如動(dòng)畫D61-11 相乘器 * 低通濾波器 —圖6-14株（6-30）本地載頻信號(hào)電壓為七項(xiàng)M（6-31）即本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)的載頻同頻同相位。經(jīng)相乘器相乘，輸出為Ku.u^-KU7mUrm KU7mUnmcosQfit*I—-1 iL-rrd-I—-'rirt!- it* L Lriri!-I—-1rri!-/2+KUimUomcos[（初+0）t]*KU"mcos（^-Q）Z/4（6-32）經(jīng)低通濾波得低頻信號(hào)g= 。收Ct（6-33）對(duì)單邊帶信號(hào)來說，解調(diào)過程與雙邊帶相似。設(shè)輸入信號(hào)為單頻調(diào)制的上邊帶信號(hào)電壓為蜂-Uimcus（凹+LY）l（6-34）本地載波頻信號(hào)電壓為土m8"七/ （6-35）Ku^un—kU^Un^cos（oj.+Q）/cosoj^■L-I——1 bL-rri!-I—-'rr■!- '■>L- ■' it-經(jīng)相乘器相乘，輸出為=KqjJ□現(xiàn)cosG￡+cos（2啊+G）<|/2（6-36）經(jīng)低通濾波得低頻信號(hào)也（6-37）對(duì)于普通調(diào)幅波，同樣也可以采用同步檢波器來實(shí)現(xiàn)解調(diào)。本地載波的產(chǎn)生方法及不同步的影響為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號(hào)，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的同時(shí)，附帶發(fā)射一個(gè)載頻信號(hào)，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號(hào)。 本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)的載頻不能保持同步，對(duì)檢波性能會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響呢？ 設(shè)本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)載頻的不同步量為4巾，相位不同步量為夕，即若用模擬乘法器構(gòu)成同步檢波電路解調(diào)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，則=KUimUomcosQtcosa?;tcos［（ry;+△時(shí)f+（p\-KUorJJimcosQtcos（Aa?t+伊）/2+KUomUimcosQtcos［（2o?^十+網(wǎng)/2（6-39）經(jīng)低通濾波器取出。以"口一 九沖cns（'Ar^1rp）costJr—+ArcjjZ-伊_|「-1+K!7?！綯口時(shí)cos|_（Q—Ap