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1、第6章振幅调制、解调及混频 第第6章章振幅调制、振幅调制、解调及混频解调及混频6.1振幅调制振幅调制6.2调幅信号的解调调幅信号的解调6.3混频混频6.4混频器的干扰混频器的干扰第6章振幅调制、解调及混频 6.1振幅调制振幅调制一、几个基本概念一、几个基本概念1、调调制制：调调制制是是指指利利用用调调制制信信号号去去控控制制载载波波的的某某个个参参数数的过程。的过程。2、调调制制信信号号：是是指指由由原原始始消消息息（如如声声音音、数数据据、图图象象等等）转转变变成成的的低低频频或或视视频频信信号号。可可以以是是模模拟拟信信号号，也也可可是是数数字字信号。通常用信号。通常用u或或f(t)表示。
2、表示。3、载载波波信信号号：是是指指未未受受调调制制的的高高频频振振荡荡信信号号。可可以以是是正正弦信号，也可是非正弦信号。弦信号，也可是非正弦信号。4、已已调调波波信信号号：是是指指受受调调制制后后的的高高频频信信号号，即即已已经经把把调调制信号加载到载波中的信号。制信号加载到载波中的信号。第6章振幅调制、解调及混频 5、解解调调：是是调调制制的的逆逆过过程程，即即从从已已调调波波信信号号中中提提取取原原调调制制信号的过程。信号的过程。6、振振幅幅调调制制：是是指指利利用用调调制制信信号号去去控控制制载载波波的的振振幅幅，使使载载波信号的振幅按调制信号的规律变化。波信号的振幅按调制信号的规律
3、变化。7、振幅调制的分类、振幅调制的分类：(1)普普通通调调幅幅方方式式（AM）：其其输输出出的的已已调调信信号号称称为为调调幅幅波。波。(2)抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调制制：其其输输出出的的已已调调信信号号称称为为双双边带信号边带信号(DSB)。(3)抑抑制制载载波波的的单单边边带带调调制制：其其输输出出的的已已调调信信号号称称为为单单边带信号边带信号(SSB)。第6章振幅调制、解调及混频 二、振幅调制信号分析（一）调幅波（一）调幅波（AM）的分析的分析1、调幅波的表达式及波形、调幅波的表达式及波形（1）调制信号为单一频率的余弦信号）调制信号为单一频率的余弦信号设载波电压设载波电压
4、为为调制电压为调制电压为（6-1）（6-2）通常通常载波频率与调制信号满足载波频率与调制信号满足c。第6章振幅调制、解调及混频 根根据据振振幅幅调调制制信信号号的的定定义义，已已调调信信号号的的振振幅幅随随调调制制信信号号u线性变化，由此可得线性变化，由此可得振幅调制信号振幅振幅调制信号振幅Um（t）为为Um(t)=UC+UC（t）=UC+kaUcost=UC(1+mcost)（6-3）式中：式中：UC(t)与调制电压与调制电压u成正比，其振幅成正比，其振幅UC=kaU与载与载波振幅之比称为波振幅之比称为调幅度调幅度（调制度）：（调制度）：(6-4)式中，式中，ka为比例系数，一般由调制电路确
5、定，故又称为为比例系数，一般由调制电路确定，故又称为调调制灵敏度。制灵敏度。调幅度：调幅度：第6章振幅调制、解调及混频 图6-1AM调制过程中的信号波形第6章振幅调制、解调及混频 由此可得由此可得调幅信号的表达式调幅信号的表达式：uAM(t)=UM(t)cosct=UC(1+mcost)cosct（6-5）为了使为了使已调波不失真已调波不失真，即高频振荡波的振幅能真实地反映，即高频振荡波的振幅能真实地反映出调制信号的变化规律，出调制信号的变化规律，调幅度调幅度m应小于或等于应小于或等于1，当，当m1时，称为时，称为过调幅过调幅。第6章振幅调制、解调及混频（2）调制信号为一连续频谱信号）调制信号
6、为一连续频谱信号f(t)上上面面的的分分析析是是在在单单一一正正弦弦信信号号作作为为调调制制信信号号的的情情况况下下进进行行的的，而而一一般般传传送送的的信信号号并并非非为为单单一一频频率率的的信信号号，例例如如是是一一连连续续频频谱谱信信号号f（t），这这时时，可可用用下下式式来来描描述述调调幅幅波：波：（6-6）式中，式中，f（t）是是均值为零均值为零的的归一化调制信号归一化调制信号，即即|f(t)|max=1。若将调制信号分解为：若将调制信号分解为：第6章振幅调制、解调及混频(6-7)则调幅波表示式则调幅波表示式为：调制信号和已调波示意调制信号和已调波示意图如图图如图6-3所示。所示。图
7、6-2实际调制信号的调幅波形第6章振幅调制、解调及混频 图6-3AM信号的产生原理图（3）调制电路框图）调制电路框图由由(6-5)式可以看出，要完成式可以看出，要完成AM调制，可以用图调制，可以用图6-3所示的原理框图实现，其所示的原理框图实现，其关键在于实现调制信号和载波关键在于实现调制信号和载波信号的相乘。信号的相乘。+第6章振幅调制、解调及混频 2、调幅波的频谱、调幅波的频谱由由图图6-1(c)可可知知，调调幅幅波波不不是是一一个个简简单单的的正正弦弦波波形形。在在单单一一频频率率的的正正弦弦信信号号的的调调制制情情况况下下，调调幅幅波波如如式式（6-5）所所描描述。将式（述。将式（6-
8、5）用三角公式展开，可得：）用三角公式展开，可得：(6-8)上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分，即它由三上式表明：单频调制的调幅波包含三个频率成分，即它由三个高频正弦波叠加而成。个高频正弦波叠加而成。其频谱如图其频谱如图6-4所示。所示。+第6章振幅调制、解调及混频 图6-4单音调制时已调波的频谱（a）调制信号频谱（b）载波信号频谱（c）AM信号频谱第6章振幅调制、解调及混频 显然：显然：1)频谱的中心分量就是载波分量，它与调制信号无关，频谱的中心分量就是载波分量，它与调制信号无关，不含消息；不含消息；2)两个边频分量分量两个边频分量分量c及及c则以载频为中心对则以载频为中心对称分布，
9、两个边频信号的幅度相等并与调制信号幅度成正比。称分布，两个边频信号的幅度相等并与调制信号幅度成正比。3)边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。边频相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。因此调制信号的幅度、频率消息只包含在边频分量中。因此调制信号的幅度、频率消息只包含在边频分量中。在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频在多频调制的情况下，各个低频频率分量所引起的边频对组成了已调波的上下两个边带。对组成了已调波的上下两个边带。如图如图6-5所示。所示。第6章振幅调制、解调及混频 图6-5语音信号及已调信号频谱（a）语音频谱（b）已调信号频谱第6章振幅调制、解调及混频 3、调幅波的
10、功率、调幅波的功率由由于于调调幅幅波波的的振振幅幅是是变变化化的的，因因此此存存在在几几种种功功率率，如如载波功率、最大功率、最小功率、平均功率载波功率、最大功率、最小功率、平均功率等。等。根根据据前前面面的的有有关关公公式式，在在负负载载电电阻阻RL上上消消耗耗的的载载波波功率功率为：为：(6-9)(6-10)在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内上，一个载波周期内调幅波消耗的功率调幅波消耗的功率为第6章振幅调制、解调及混频 由由此此可可见见，P是是调调制制信信号号的的函函数数，是是随随时时间间变变化化的的。上、下边频的平均功率上、下边频的平均功率均为：均为：(6-11)(6-12)AM
11、信号的平均功率信号的平均功率由由上上式式可可以以看看出出，AM波波的的平平均均功功率率等等于于载载波波功功率率与与两两个个边边带带功功率率之之和和。而而两两个个边边频频功功率率与与载载波波功功率率的的比值为：比值为：边频功率载波功率(6-13)第6章振幅调制、解调及混频 同同时时可可以以得得到到调调幅幅波波的的最最大大功功率率和和最最小小功功率率，它它们们分分别别对对应应调调制制信信号号的的最最大大值值和和最最小小值值为为（由由6-10直直接接可可得得）:(6-14)总结：总结：由前面分析可得：由前面分析可得：(1)当当调调幅幅度度m=1时时，调调幅幅波波的的最最大大功功率率为为载载波波功功率
12、率的的4倍倍，而而最最小小功功率率为为零零，因因此此由由于于最最大大、最最小小功功率率相相差差太太大大，对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大受限；对特定的功放管而言，其额定输出功率将大大受限；(2)当当m1时时，不不携携带带调调制制信信号号的的载载波波成成分分将将占占用用调调幅幅波波总总功功率率的的2/3，而而带带有有信信号号的的边边频频只只调调幅幅波波总总功功率率的的1/3，因此功率浪费大，效率低；若因此功率浪费大，效率低；若mU时时，由由式式(538)可可知知，流过二极管的电流流过二极管的电流iD为为(6-29)电流电流iD的频谱如图的频谱如图6-16(b)所示，经输出滤波器所示，经输
13、出滤波器(调谐在调谐在c，带宽为2F)选出输出频率分量选出输出频率分量：下边带下边带(频频)差频、载频、差频、载频、上边带上边带(频频)和频，即和频，即AM信号信号。第6章振幅调制、解调及混频 图6-16单二极管调制电路及频谱大家思考一下：在实际中，该电路能否完成实现大家思考一下：在实际中，该电路能否完成实现DSB调制调制？为什么？为什么？当然，利用二极管平衡电路，也可实现当然，利用二极管平衡电路，也可实现AM调制，大家可调制，大家可以自行分析。以自行分析。第6章振幅调制、解调及混频 2)2)利用模拟乘法器产生普通调幅波利用模拟乘法器产生普通调幅波(6-30)若若将载波将载波uC加至加至uA，
14、调制信号调制信号u加到加到uB，则，则有：有：(6-31)模模拟拟乘乘法法器器是是以以差差分分放放大大器器为为核核心心的的，根根据据第第五五章章的的分析，由分析，由单差分对的单差分对的(5-70)式有：式有：第6章振幅调制、解调及混频 式式中中，m=U/Ee，x=UCVT。若若集集电电极极滤滤波波回回路路的的中中心心频频率率为为fc，带带宽宽为为2F，谐谐振振阻阻抗抗为为RL，则则经经滤滤波波后后的的输出电压：输出电压：(6-32)其差分传输特性及输出电流波形如图其差分传输特性及输出电流波形如图6-17所示。所示。利用双差分对电路也可得到利用双差分对电路也可得到AM信号信号，图，图6-18给出
15、了利用给出了利用集成模拟乘法器实现集成模拟乘法器实现AM调制的电路图。调制的电路图。第6章振幅调制、解调及混频 图6-17差分对AM调制器的输出波形第6章振幅调制、解调及混频 图6-18利用模拟乘法器产生AM信号第6章振幅调制、解调及混频 3.DSB3.DSB调制电路调制电路只能使用低电平调制只能使用低电平调制(1)二极管调制电路二极管调制电路单单二二极极管管电电路路只只能能产产生生AM信信号号，不不能能产产生生DSB信信号号。二二极管平衡电路和二极管环形电路极管平衡电路和二极管环形电路可以产生可以产生DSB信号。信号。1)二极管平衡二极管平衡DSB调制电路调制电路电路如图电路如图6-19所示
16、，根据前面分析可得所示，根据前面分析可得T2次级电流：次级电流：(6-33)第6章振幅调制、解调及混频 图6-19二极管平衡调制电路第6章振幅调制、解调及混频 iL中中包包含含F分分量量和和(2n+1)fcF(n=0，1，2，)分分量量，若若输输出出滤滤波波器器的的中中心心频频率率为为fc、宽宽为为2F、谐谐振振阻阻抗抗为为RL，则则输输出电压为：出电压为：(6-34)二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉，从而获得从而获得DSB信号。平衡调制器的波形如图信号。平衡调制器的波形如图6-20所示，加所示，加在在VD1、VD2上的电压仅调制信号的相
17、位不同（反相），故上的电压仅调制信号的相位不同（反相），故电流电流i1和和i2仅调制信号包络反相仅调制信号包络反相（分析图（分析图6-20）。第6章振幅调制、解调及混频 图6-20二极管平衡调制器波形第6章振幅调制、解调及混频 图6-21平衡调制器的一种实际线路图图6-21为一实用的平衡调制器电路为一实用的平衡调制器电路。其中省掉了变压器其中省掉了变压器N2，调制信号采用单端输入。由于两个二极管方向相反，调制信号采用单端输入。由于两个二极管方向相反，故载波电压仍同相加于两管。故载波电压仍同相加于两管。第6章振幅调制、解调及混频 2)二极管环形二极管环形DSB调制电路调制电路双平衡电路双平衡电路
18、为为进进一一步步减减少少组组合合分分量量，可可采采用用双双平平衡衡调调制制器器(环环形形调调制制器器)，如如图图6-22所所示示。在在第第5章章已已得得到到双双平平衡衡调调制制器器输输出出电电流流的的表表达达式式(5-49)，在在u1=u，u2=uC的的情情况况下下，该该式式可表示为：可表示为：(6-35)(6-36)经滤波后经滤波后，有，有第6章振幅调制、解调及混频 图6-22双平衡调制器电路及波形第6章振幅调制、解调及混频 4)二极管桥式调制器二极管桥式调制器电电路路如如图图6-23所所示示，调调制制电电压压反反向向加加于于两两桥桥的的另另一一对对角角线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则
19、图中线上。如果忽略晶体管输入阻抗的影响，则图中ua(t)为为：因晶体管交流电流因晶体管交流电流iC=ieie=ue(t)/Re，所以输出电压为所以输出电压为(6-37)(6-38)第6章振幅调制、解调及混频 图6-23双桥构成的环形调制器第6章振幅调制、解调及混频(2)差分对调制器差分对调制器1）单差分对）单差分对DSB调制电路调制电路在在单单差差分分电电路路(图图5-17)中中，将将载载波波电电压压uC加加到到线线性性通通道道，即即uB=uC，调调制制信信号号u加加到到非非线线性性通通道道，即即uA=u，则双端输出电流则双端输出电流io(t)为：为：(6-39)式式中中，I0=Ee/Re，m
20、=UC/Ee，x=U/VT。经经滤滤波波后后的的输输出出电压电压uo(t)为：为：(6-40)第6章振幅调制、解调及混频 图6-24差分对DSB调制器的波形第6章振幅调制、解调及混频 3)值得说明的问题值得说明的问题：A、与、与AM调制相比，调制相比，载波电压载波电压uC、调制信号调制信号u的加入方的加入方式与式与AM调制相反。调制相反。B、由于由于u加入到非线性通道，出现了加入到非线性通道，出现了fc nF分量分量(n=3,5,7,)，这些分量是不容易滤除的。只有当这些分量是不容易滤除的。只有当u较小时，使较小时，使 3(x)5(x)，才能得到较为理想的才能得到较为理想的DSB信号。信号。C
21、、由信号分析可知，由信号分析可知，DSB信号的产生可将两个输入信号信号的产生可将两个输入信号相乘即可。相乘即可。第6章振幅调制、解调及混频 2）双差分对）双差分对DSB调制电路调制电路双差分对电路的差动输出电流为双差分对电路的差动输出电流为：(6-41)(6-42)若若U、UC均很小，上式可近似为均很小，上式可近似为图图6-25为彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际为彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际电路。电路。第6章振幅调制、解调及混频 图6-25双差分调制器实际线路第6章振幅调制、解调及混频 4、SSB调制电路调制电路SSB信信号号是是将将双双边边带带信信号号滤滤除除一一个个边边带带
22、形形成成的的。根根据据滤滤除除方方法法的的不不同同，SSB信信号号产产生生方方法法有有好好几几种种，主主要要有有滤波法滤波法和和移相法移相法两种。两种。（1）滤波法滤波法图图6-26是采用滤波法产生是采用滤波法产生SSB的发射机框图。的发射机框图。特点：特点：A、要求具有陡峭的过渡带衰减特性要求具有陡峭的过渡带衰减特性；B、带内衰减小，衰减变化小带内衰减小，衰减变化小。由于带通滤波器的相对带宽与品质因数成反比，所以由于带通滤波器的相对带宽与品质因数成反比，所以通常在调制时，通常在调制时，不是直接在工作频率上调制，而是先在不是直接在工作频率上调制，而是先在较低频率上实现调制。较低频率上实现调制。
23、如图如图6-26所示。所示。第6章振幅调制、解调及混频 图6-26滤波法产生SSB信号的框图第6章振幅调制、解调及混频 图6-27理想边带滤波器的衰减特性第6章振幅调制、解调及混频（2）移相法移相法1)原理及框图原理及框图移移相相法法是是利利用用移移相相网网络络，对对载载波波和和调调制制信信号号进进行行适适当当的的相相移移，以以便便在在相相加加过过程程中中将将其其中中的的一一个个边边带带抵抵消消而而获获得得SSB信信号号。在在SSB信信号号分分析析中中我我们们已已经经得得到到了了式式(6-25)，重写如下，重写如下:第6章振幅调制、解调及混频 图6-28移相法SSB信号调制器第6章振幅调制、解
24、调及混频 2)特点特点移移相相法法的的优优点点是是省省去去了了边边带带滤滤波波器器，但但要要把把无无用用边边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件带完全抑制掉，必须满足下列两个条件:A、两个调制器输出的振幅应完全相同两个调制器输出的振幅应完全相同B、移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。相移。此外由于移相法电路中没有边带滤波器，因此对调制此外由于移相法电路中没有边带滤波器，因此对调制器的载波抑制要求很高。器的载波抑制要求很高。第6章振幅调制、解调及混频 图6-29移相法的另一种SSB调制器第6章振幅调制、解调及混频 典型例题第6章振幅调制、解调及混
25、频 第6章振幅调制、解调及混频 第6章振幅调制、解调及混频 第6章振幅调制、解调及混频 第6章振幅调制、解调及混频 第6章振幅调制、解调及混频 例例6-3：已知：调幅波表达式为：已知：调幅波表达式为uAM（t）=10(1+0.6cos23102t+0.3cos23103t)cos2106t(v)求：求：1、调幅波中包含的频率分量与各分量的振幅值。、调幅波中包含的频率分量与各分量的振幅值。2、画出该调幅波的频谱图并求出其频带宽度、画出该调幅波的频谱图并求出其频带宽度BW。解：解：1、包含载波分量：频率为、包含载波分量：频率为1000kHz，幅度为幅度为10V上边频分量：频率为上边频分量：频率为1
26、003kHz，幅度为幅度为1.5V上边频分量：频率为上边频分量：频率为1000.3kHz，幅度为幅度为3V下边频分量：频率为下边频分量：频率为997kHz，幅度为幅度为1.5V下边频分量：频率为下边频分量：频率为999.7kHz，幅度为幅度为3V2、带宽带宽BW236kHzkHz10V3V1.5V1.5V3V10031000.31000997999.7第6章振幅调制、解调及混频 例例6-4：写出下列图形所示波形对应的信号余弦表达式并画：写出下列图形所示波形对应的信号余弦表达式并画出其频谱结构图（若载波为出其频谱结构图（若载波为uc=Uccosct，调制信号为，调制信号为u=Ucost，调制度为
27、，调制度为m）ABC第6章振幅调制、解调及混频 例：例：有一调幅波，幅度最大值为有一调幅波，幅度最大值为8V，最小值为，最小值为2V，载波，载波频率为频率为2MHz，调制信号频率为，调制信号频率为500Hz，求：，求：调幅系数；调幅系数；写出写出AM信号的表示式；信号的表示式；画出调幅波的频谱图并计算画出调幅波的频谱图并计算带宽；带宽；各频率分量的功率（负载为单位电阻）。各频率分量的功率（负载为单位电阻）。第6章振幅调制、解调及混频 6.2调幅信号的解调调幅信号的解调一、调幅解调的方法振振幅幅解解调调方方法法可可分分为为包包络络检检波波和和同同步步检检波波两两大大类类。包包络络检检波波是是指指
28、解解调调器器输输出出电电压压与与输输入入已已调调波波的的包包络络成成正正比比的的检检波波方方法法。由由于于AM信信号号的的包包络络与与调调制制信信号号成成线线性性关关系系，因因此此包包络络检检波波只只适适用用于于AM波波。其其原原理理框框图图如如图图6-30所示。所示。第6章振幅调制、解调及混频 图6-30包络检波的原理框图第6章振幅调制、解调及混频 图6-31同步解调器的框图第6章振幅调制、解调及混频 同同步步检检波波又又可可以以分分为为乘乘积积型型(图图6-32(a)和和叠叠加加型型(图图6-32(b)两两类类。它它们们都都需需要要用用恢恢复复的的载载波波信信号号ur进进行行解调。解调。图
29、6-32同步检波器第6章振幅调制、解调及混频 二、二极管峰值包络检波器1原理电路及工作原理原理电路及工作原理图图6-33(a)是是二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器的的原原理理电电路路。它它是是由输入回路、二极管由输入回路、二极管VD和和RC低低通滤波器组成。通滤波器组成。式式中中，c为为输输入入信信号号的的载载频频，在在超超外外差差接接收收机机中中则则为为中中频频I，为调制频率。在理想情况下，为调制频率。在理想情况下，RC网络的阻抗网络的阻抗Z应为：应为：由于信号源、非线性器件及由于信号源、非线性器件及RC网络三者是串联的，故称为网络三者是串联的，故称为串联型。若输入信号足够大，则称为
30、串联型。若输入信号足够大，则称为二极管串联型峰值包络二极管串联型峰值包络检波器。检波器。第6章振幅调制、解调及混频 图图6-33二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器(a)原理电路原理电路(b)二极管导通二极管导通(c)二极管截止二极管截止（1）当输入等幅载波时）当输入等幅载波时为了分析方便，我们先假设输入信号为为了分析方便，我们先假设输入信号为等幅高平电压等幅高平电压。且输入电压足够大，即属于大信号峰值检波。且输入电压足够大，即属于大信号峰值检波。第6章振幅调制、解调及混频 图6-34加入等幅波时检波器的工作过程第6章振幅调制、解调及混频 从这个过程可以得出下列几点从这个过程可以得出下列几
31、点:(1)检检波波过过程程就就是是信信号号源源通通过过二二极极管管给给电电容容充充电电与与电容对电阻电容对电阻R放电的交替重复过程放电的交替重复过程。(2)由由于于RC时时常常数数远远大大于于输输入入电电压压载载波波周周期期，放放电电慢慢，使使得得二二极极管管负负极极永永远远处处于于正正的的较较高高的的电电位位(因因为为输出电压接近于高频正弦波的峰值，即输出电压接近于高频正弦波的峰值，即UoUm)。(3)二二极极管管电电流流iD包包含含平平均均分分量量(此此种种情情况况为为直直流流分分量量)Iav及及高高频频分分量量。平平均均分分量量Iav流流经经电电阻阻R形形成成平平均均电电压压Uav（载载
32、波波输输入入时时，UavUDC），它它是是检检波波器器有有用用的的输输出出电电压压，高高频频电电流流主主要要被被旁旁路路电电容容旁旁路路，其其上上残留很小的高频电压残留很小的高频电压u。，第6章振幅调制、解调及混频 图6-35检波器稳态时的电流电压波形第6章振幅调制、解调及混频 图6-36输入为AM信号时检波器的输出波形图（2）当输入为）当输入为AM信号时信号时第6章振幅调制、解调及混频 图6-37输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形第6章振幅调制、解调及混频 图6-38包络检波器的输出电路（3）检波输出电路）检波输出电路A、若只输出调制频率电压，可采用若只输出调制频率电压，可采用6
33、-38(a)图所示电路；图所示电路；B、若只需要与载波电压成正比的直流电压，可采用若只需要与载波电压成正比的直流电压，可采用6-38(b)图所示电路。图所示电路。第6章振幅调制、解调及混频 2性能指标分析性能指标分析检检波波器器的的主主要要性性能能指指标标有有非非线线性性失失真真、输输入入阻阻抗抗、传传输输系系数数等。等。1)传输系数传输系数Kd(1)定定义义：检检波波器器传传输输系系数数Kd或或称称为为检检波波系系数数、检检波波效效率率，是是用用来来描描述述检检波波器器对对输输入入已已调调信信号号的的解解调调能能力力或或效效率率的的一一个个物物理理量量。若若输输入入载载波波电电压压振振幅幅为
34、为Um，输输出出直直流流电电压压为为Uo，则则Kd定义为：定义为：(6-43a)(6-43b)对于对于AM信号：信号：低频输出电压振幅输入已调波包络振幅第6章振幅调制、解调及混频(2)计计算算：由由于于输输入入大大信信号号，检检波波器器工工作作在在大大信信号号状状态态，二二极极管管的的伏伏安安特特性性可可用用折折线线近近似似。在在考考虑虑输输入入为为等等幅幅波波，采采用用理理想想的的高高频频滤滤波波，并并以以通通过过原原点点的的折折线线表表示示二极管特性二极管特性(忽略二极管的导通电压忽略二极管的导通电压VP)，则由则由图图6-35有有:(6-44)(6-45)式式中中，uD=ui-uo，gD
35、=1/rD，为为电电流流通通角角，iD是是周周期性余弦脉冲，其期性余弦脉冲，其平均分量（直流分量）平均分量（直流分量）I0为为：第6章振幅调制、解调及混频 式中，式中，0()、1()为为电流分解系数电流分解系数。由式由式(6-43(a)和图和图6-35可得可得基频分量基频分量为(6-46)(6-47)(6-48)第6章振幅调制、解调及混频 由由此此可可见见，检检波波系系数数Kd是是检检波波器器电电流流iD的的通通角角的的函数，求出函数，求出后，就可得后，就可得Kd。如何求导通角如何求导通角：由式由式(6-46)Uo=I0R，有有(6-49)等式两边各除以等式两边各除以cos，可得可得(6-50
36、)当当gDR很大时很大时，如，如gDR50时，时，tan-3/3，代入式代入式(6-50)，有，有(6-51)第6章振幅调制、解调及混频(3)讨论讨论：由：由6-48和和6-51式可得式可得(见教材见教材P216）A、当电路一定（二极管、当电路一定（二极管、R一定）时，在大信号检波器一定）时，在大信号检波器中导通角是恒定的，它与输入信号大小无关中导通角是恒定的，它与输入信号大小无关，其原因是由于，其原因是由于负载电阻负载电阻R的反作用，使电路具有自动调节作用。的反作用，使电路具有自动调节作用。B、由于导通角是恒定的，故由于导通角是恒定的，故检波器的传输系数也是恒定检波器的传输系数也是恒定的，与
37、输入信号大小无关的，与输入信号大小无关，因而，因而检波器的输入输出间的关系检波器的输入输出间的关系是线性的是线性的线性检波器线性检波器。C、导通角越小导通角越小，检波器的传输系数检波器的传输系数Kd越接近于越接近于1，而导，而导通角随通角随gDR增大而减小，因此传输系数增大而减小，因此传输系数Kd随随gDR增大而增大。增大而增大。D、实际上理想滤波是做不到的，实际上理想滤波是做不到的，实际传输特性如图实际传输特性如图6-40.第6章振幅调制、解调及混频 图6-39KdgDR关系曲线图图6-40滤波电路对Kd的影响第6章振幅调制、解调及混频 2)输入电阻输入电阻Ri检检波波器器的的输输入入阻阻抗
38、抗包包括括输输入入电电阻阻Ri及及输输入入电电容容Ci，如如图图6-41所所示示。输输入入电电阻阻是是输输入入载载波波电电压压的的振振幅幅Um与与检波器电流的基频分量振幅检波器电流的基频分量振幅I1之比值之比值，即，即(6-52)输输入入电电阻阻是是前前级级的的负负载载，它它直直接接并并入入输输入入回回路路，影响着回路的有效影响着回路的有效Q值及回路阻抗。由式值及回路阻抗。由式(6-47)，有，有(6-53)第6章振幅调制、解调及混频 图6-41检波器的输入阻抗第6章振幅调制、解调及混频 当当gDR50时时，很小，很小，sin-3/6，cos1-2/2，并利并利用式用式6-5，代入上式，可得，
39、代入上式，可得Ri=R/2；另外，也可利用能量守恒，另外，也可利用能量守恒，考虑导通角很小，传输系数考虑导通角很小，传输系数近似为近似为1，有，有可得：可得：第6章振幅调制、解调及混频 3检波器的失真检波器的失真(1)惰性失真惰性失真产生惰性失真的原因产生惰性失真的原因：在二极管截止期间，电容：在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于两端电压下降的速度取决于RC的时常数。当的时常数。当RC太大时会太大时会产生惰性失真。产生惰性失真。图6-42惰性失真的波形第6章振幅调制、解调及混频 避免惰性失真的措施避免惰性失真的措施为为了了避避免免产产生生惰惰性性失失真真，必必须须在在任任何何一一个
40、个高高频频周周期期内内，使使电电容容C通通过过R放放电电的的速速度度大大于于或或等等于于包包络络的的下下降降速速度度，即：，即：(6-55)如如果果输输入入信信号号为为单单音音调调制制的的AM波波，在在t1时时刻刻其其包包络的变化速度络的变化速度为为(6-56)第6章振幅调制、解调及混频 二二极极管管停停止止导导通通的的瞬瞬间间，电电容容两两端端电电压压uC近近似似为为输输入入电电压压包包络络值值，即即uC=Um(1+mcost)。从从t1时时刻刻开开始始通过通过R放电的速度放电的速度为为将式将式(6-56)和式和式(6-57)代入式代入式(6-55)，可得，可得(6-57)(6-58)第6章
41、振幅调制、解调及混频 实实际际上上，不不同同的的t1，U(t)和和Cu的的下下降降速速度度不不同同，为为避避免免产产生生惰惰性性失失真真，必必须须保保证证A值值最最大大时时，仍仍有有Amax1。故令故令dAdt1=0，得，得代代入入式式(6-58)，得得出出不不失失真真条条件件如如下下:(6-59)(6-60)(6-61)或或第6章振幅调制、解调及混频(2)底部切削失真底部切削失真底部切削失真及产生原因底部切削失真及产生原因底底部部切切削削失失真真又又称称为为负负峰峰切切削削失失真真。产产生生这这种种失失真真后后，输输出出电电压压的的波波形形如如图图6-43(c)所所示示。这这种种失失真真是是
42、因因检检波波器器的的交交直直流流负负载载不不同同引引起起的的，因因为为Cg很很大大，直直流流负负载载为为R，而低频交流负载则为而低频交流负载则为R|Rg。因因为为Cg较较大大，在在音音频频一一周周内内，其其两两端端的的直直流流电电压压基基本本不不变变，其其大大小小约约为为载载波波振振幅幅值值UC，可可以以把把它它看看作作一一直直流流电电源源。它它在在电电阻阻R和和Rg上上产产生生分分压压。在在电电阻阻R上上的的压压降降为为(6-62)第6章振幅调制、解调及混频 图6-43底部切削失真第6章振幅调制、解调及混频 检波电流检波电流IAV=IAVIAV/IAV=无无Rg有有Rg设输入信号为单音调幅波
43、，且设检波器传输系数近似为设输入信号为单音调幅波，且设检波器传输系数近似为1，则，则uAV=ucm(1+macost)，它包含了直流分量，它包含了直流分量UAV=Ucm和和音频交流分量音频交流分量uAV=UAVcost=maUcmcost，对应的检，对应的检波电流波电流iAV的交直流幅度如下表所示。的交直流幅度如下表所示。第6章振幅调制、解调及混频 避免和减少底部切削失真的措施避免和减少底部切削失真的措施调调幅幅波波的的最最小小幅幅度度为为UC(1-m)，由由图图6-43可可以以看看出出，要避免底部切削失要避免底部切削失真，应满足真，应满足(6-63)(6-64)由由上上式式可可得得要要：避避
44、免免底底部部切切削削失失真真，检检波波器器的的交交流流负负载与直流负载之比应大于调幅波的调幅度。载与直流负载之比应大于调幅波的调幅度。第6章振幅调制、解调及混频 图6-44减小底部切削失真的电路减少底部切削失真的措施：减少底部切削失真的措施：A、将将R分为两部分，如图分为两部分，如图6-44（a)所示所示；B、在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器如图在检波器与功放间插入高输入阻抗的射随器如图6-44（b)所示所示。第6章振幅调制、解调及混频 4实际电路及元件选择实际电路及元件选择(总结总结)图6-45检波器的实际电路第6章振幅调制、解调及混频 三、三、同步检波同步检波1乘积型乘积型设设输输入
45、入信信号号为为DSB信信号号，即即us=Uscostcosct，本本地地恢复载波恢复载波ur=Urcos(rt+)，这两个信号相乘这两个信号相乘(6-72)经经低低通通滤滤波波器器的的输输出出，且且考考虑虑r-c=c在在低低通通滤滤波器频带内，有波器频带内，有(6-73)第6章振幅调制、解调及混频 由上式可以看出：由上式可以看出：(1)当当恢恢复复载载波波与与发发射射载载波波同同频频同同相相时时，即即r=c，=0，则则uo=Uocost(6-74)因此，因此，此时可以无失真地将调制信号恢复出来此时可以无失真地将调制信号恢复出来。(2)若若 恢恢 复复 载载 波波 与与 发发 射射 载载 频频
46、有有 一一 定定 的的 频频 差差，即即r=c+cuo=Uocosctcost(6-75)所以，所以，此时将会引起振幅失真此时将会引起振幅失真。第6章振幅调制、解调及混频(3)若恢复载波与发射载频有一定的相差若恢复载波与发射载频有一定的相差，则，则uo=Uocoscost(6-76)若相差为恒定的，相当于对振幅进行了衰减；若相差是若相差为恒定的，相当于对振幅进行了衰减；若相差是随时间变化的，则也将引起振幅失真随时间变化的，则也将引起振幅失真。几种常见乘积型解调器的实际电路如图几种常见乘积型解调器的实际电路如图6-48所示。所示。第6章振幅调制、解调及混频 图6-48几种乘积型解调器实际线路第6
47、章振幅调制、解调及混频 2.叠加型叠加型叠叠加加型型同同步步检检波波是是将将DSB或或SSB信信号号插插入入恢恢复复载载波波，使使之之成成为为或或近近似似为为AM信信号号，再再利利用用包包络络检检波波器器将将调调制制信信号号恢恢复复出出来来。对对DSB信信号号而而言言，只只要要加加入入的的恢恢复复载载波波电电压压在在数数值值上上满满足足一一定定的的关关系系，就就可可得得到到一一个个不不失失真真的的AM波。图波。图6-49就是一叠加型同步检波器原理电路。就是一叠加型同步检波器原理电路。下面以下面以对对SSB进行叠加型同步检波为例进行分析进行叠加型同步检波为例进行分析（1）基本原理）基本原理设单频
48、调制的单边带信号设单频调制的单边带信号(上边带上边带)为：为：us=Uscos(c+)t=Uscostcosct-Ussintsinct第6章振幅调制、解调及混频 图6-49叠加型同步检波器原理电路第6章振幅调制、解调及混频 恢复载波为恢复载波为ur=Urcosrt=Urcosct有：有：us+ur=(Uscost+Ur)cosct-Ussintsinct=Um(t)cosct+(t)(6-77)式中式中(6-78)(6-79)由式由式(6-77)可知，利用叠加型同步检波器对可知，利用叠加型同步检波器对SSB检波，会出检波，会出现相差，但由于后面采用的包络检波器对相位不敏感，他只现相差，但由于
49、后面采用的包络检波器对相位不敏感，他只关心包络的变化。关心包络的变化。第6章振幅调制、解调及混频(6-80)式式中中，m=Us/Ur。当当mUs时时，上上式式可可近近似为：似为：(6-81)(6-82)显然，由显然，由(6-82)式经隔直后即得原调制信号式经隔直后即得原调制信号。由由(6-81)式可得，式可得，SSB叠加载波信号后，即得一普通调叠加载波信号后，即得一普通调幅幅AM信号信号。经包络检波后可得原调制信号，即：。经包络检波后可得原调制信号，即：第6章振幅调制、解调及混频（2）平衡同步检波电路）平衡同步检波电路采采用用图图6-50所所示示的的平平衡衡同同步步检检波波电电路路，可可以以减
50、减小小解解调调器器输输出出电电压压的的非非线线性性失失真真。它它由由两两个个检检波波器器构构成成平平衡衡电路电路，上检波器输出如式，上检波器输出如式(6-82)，下检波器的输出，下检波器的输出 uo2=KdUr(1-mcost)(6-83)则总的输出则总的输出uo=uo1-uo2=2KdUrmcost(6-84)总之，总之，实现同步检波的关键是在接收端恢复发送端的实现同步检波的关键是在接收端恢复发送端的载波信号同频同相的恢复载波载波信号同频同相的恢复载波。第6章振幅调制、解调及混频 图6-50平衡同步检波电路第6章振幅调制、解调及混频 例例6.5：检波电路如图所示，其中：检波电路如图所示，其中