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1、温州大学教案 通信电子电路 5-3第五章第第3次课课教案授课时间间：第112周星星期二112节授课类型型：理论论课授课题目目：调幅幅电路（一一）二极管管调幅电电路本授课单单元教学学目标：介绍调幅幅电路的的概况、主主要类型型，以低低电平调调幅中二二极管调调幅电路路为重点点讨论产产生调幅幅信号的的基本原原理，学习用用开关函函数法分分析电路路。要求：通通过本次次课，了了解调幅幅电路的的基本类类型，熟熟悉二极极管平衡衡调制电电路、二二极管环环形调制制电路的的电路形形式、实实现原理理，掌握握开关函函数结合合频谱图图的分析析方法。本授课单单元教学学重点和和难点：二极管平平衡调制制电路的的实现原原理及开开关
2、函数数分析法法。本授课单单元教学学过程设设计：1、过程程设计：u 首先，复复习前面面课中调调幅信号号产生原原理及分分析方法法部分的内内容；u 接着，介介绍本次次课所教教的电路路的应用用领域以引引起学生生们学习习兴趣；u 然后，进进入正题题；u 最后，小小结本次次课教学学内容。2、采用用的方法：u 多媒体课课件+板板书；u 由浅入深深，先从从最简单单的单二二极管调调幅电路路开始分分析，在在介绍它它的不足足之处后后引入双双二极管管平衡调调幅电路路，再通通过分析析其可改改进之处处引入四四二极管管的环形形调幅电电路。u 为鼓励学学生积极极思考，每每一个电电路讲解解结束后后让学生生们分析析该电路路的优缺
3、缺点以及及可能改改进的地地方。本授课单单元主要要教学内容容（见后后）教学内容容从本次课课开始主主要学习习和讨论论关于调调幅波的的产生和和解调电电路，共共3次课课，主要要教学内内容、课课时安排排及与书书上章节节的对应应关系为为：教学内空空课时安排排上课时间间5.4 普通调调幅波的的产生电电路概述5.4.1 低低电平调调幅电路路二极管调调制电路路2第12周周星期二二12节节 差分分对调制制电路和和模拟乘乘法器5.4.2 高高电平调调幅电路路基极调幅幅重重点集电极调调幅重点2第13周周星期二二12节节5.5 普通调调幅波的的解调电电路概述5.55.1 小信号号平方律律检波器器5.44.2 大信号号峰
4、值包包络检波波第五章小小结2第13周周星期五五12节节概述 调幅的的方法主主要分两两大类低电电平调幅幅和高电电平调幅幅。1、低电电平调幅幅 低电电平调幅幅将功率率放大和和调制分分开。调调制过程程在低电电平级进进行。需需要的调调制功率率小，电电路简单单。调制制后的信信号电平平较低，功率较低，需要再经过功率放大器放大，达到一定的发射功率后再发送。一般放置在发射机的前级。DSB、SSB及FM均采用这种方式。 其主要要实现方方法有二极管管调制器器、模拟乘乘法器调调制器等等。2、高电电平调幅幅 高电平平调幅将将功率放放大和调调制合二二为一，直直接产生生达到输输出功率率要求的的已调波波。调制制过程在在高电
5、平平级进行行，通常常在高频频功率放放大器（丙丙类）中中进行调调制输出电电压振幅幅受调制制信号控控制的调调谐功率率放大器器。不需需效率低低的线性性放大器器，有利利于提高高整机效效率，但但须兼顾顾输出功功率、效效率和调调制线性性的要求求。通常常放置在在发射机机的最后后一级。主要用于形成AM信号，如许多广播发射机都采用这种方式。 其实现现方法主主要有集集电极调调幅（调制信信号控制制集电极极电源电电压以实实现调幅幅）和基极极调幅（调制信信号控制制基极电电源电压压以实现现调幅）。5.4.1 低低电平调调幅电路路低电平调调幅电路路主要包包括：l 二极管调调制电路路 单二极管管调制电电路 二极管平平衡电路路
6、 二极管双双平衡乘乘法器（环环形乘法法器） 二极管双双平衡乘乘法器（环环形组件件乘法器器）l 差分对调调制电路路 单差分对对乘法器器 双差分对对乘法器器（压控控吉尔伯伯特乘法法器）l 集成电路路XFCCl5996 三差分对对乘法器器（四象象限线性性化可变变跨导乘乘法器）l 集成电路路BG3314 本次课课主要讨讨论二极极管调制制电路。一、二极极管调制制电路1、单二二极管电电路 单二极极管电路路如右图所示示。当二极管管两端的的电压UUD大于二二极管的的导通电电压时，二二极管导导通，流流过二极极管的电电流与加加在两端端的电压压成正比比；当二二极管两两端的电电压UD小于二二极管的的导通电电压时，二二
7、极管截截止，电电流为00；二极极管等效效为一个个受控开开关。控控制电压压为二极极管两端端电压UUD。 当UcmUm且Ucm为大大信号（0.55V）时时，可进进一步认认为二极极管的通通断主要要由Uc控制。一一般情况况下二极极管的开开启电压压UP较小，有有UcmUP，可令令UP近似为为0或在在电路中中加一固固定偏置置电压来来抵消UUP。忽略输输出电压压的反作作用，用用开关函函数分析析法则可得到到 可得到到相应的的频谱图图如下： 将它通通过以c为中心心、通频频带2为的带带通滤波波器后，可可得到调调幅波。 这里的的分析忽忽略了输输出电压压的反作作用。是是因为输输出电压压的相对对于Uc而言很很小。若若考
8、虑反反作用，输出电压对二极管两端的电压影响不大，频率分量不会变化，可能使输出信号幅度降低（rDrD+RL）。 另外，如果不满足大信号条件，不能用开关函数分析法或线性时变分析法，但可用幂级数分析法，可以知道该电路仍然可以完成频谱的线性搬移功能。2、二极极管平衡衡调制器器在单二极极管电路路中，由由于工作作在线性性时变工工作状态态，因而而二极管管产生的的频率分分量大大大减少了了，但在在产生的的频率分分量中，仍仍然有不不少不必必要的频频率分量量，因此此有必要要进一步步减少一一些频率率分量。二极管平平衡电路路可以满满足这一一要求。其其原理电电路如右右图。 该电路路由两个个性能一一致的二极极管及中中心抽头
9、头变压器器Tr1、TTr2接成成平衡电电路。电电路上下下两部分分完全一一样。控控制信号号（载波信信号）加在两两个变压压器的中中心抽头头处，输输入信号号（调制信信号）接在输输入变压压器，即即载波信信号同相相加到DD1、D2上；调制制信号uu2反相相加到DD1、D2上输出变变压器接接滤波器器，用以以滤除无无用的频频率分量量。从TTr2次次向右看看的负载载电阻为为RL。则该电电路可等等效成如如左的原理理电路形形式。 由于加加到两个个二极管管的控制制电压是是同相的的，利用用开关函函数分析析法，可可得到负负载上总总电流为为其频谱图图如下（学学生们分分析） 与单二二极管电电路相比比，i含有频频谱：、1、3
10、1、，经中心心角频率率为c的3dBB带宽为为2的LC带通通滤波器器后，可可在负载载RL得到频频谱c电压分分量，可可见是实实现了DDSB调调制。这是不不难理解解的，由由于控制制电压uuC同相地加在两两个二极管管的两端端。当电电路完全全对称时时，两个个相等的的C分量互互相抵消消，因此此在输出出中不再再有C及其谐谐波分量量。即在在输出中中，不必必要的频频率分量量进一步步减少了了。（DDSB调调幅） 以上分分析中假假设电路路是完全全对称的的，因而而可以抵抵消一些些无用的的频率分分量，但但实际上上很难做做到这点点。例如如由于两两个二极极管特性性不一致致，两个个电流值值将不同同，从而而形成载载波信号号的泄
11、漏漏。 为减少少这种泄泄漏，首首先要保保证电路路的对称称性。一一般采用用以下方方法： 使二极管管的特性性相同用小小电阻与与二极管管串接，使使二极管管等效正正反电阻阻彼此接接近；（会会使电流流减小，因因此阻值值不能大大，一般般为几十十到几百百欧。 使变压器器中心抽抽头准确确对称，分分布电容容及漏感感对称双线线并绕法法，在中中心抽头头处加平平衡电阻阻；注意意两线圈圈对地分分布电容容的对称称性；为为了防止止杂散电电磁耦合合影响对对称性，可可采用屏屏蔽措施施。为改善电电路性能能，应使使其工作作在理想想开关状状态，且且二极管管的通断断只取决决于载波波电压，而而与调制制信号无无关。为为此： 理想开关关状态
12、选择择开关特特性好的的二极管管，如热热载流子子二极管管。载波波远大于于调制信信号（110倍以以上）。*二二极管桥桥式调制制器二极管管平衡调调制器的的另一形形式（讨讨论）不需要中中心抽头头的变压压器，四四个二极极管接成成桥式，控控制电压压直接加加到二极极管上。当当u2(uC) 0时，四四个二极极管同时时截止；u直接加加到T22上；u2(uC) 0时，四四个二极极管导通通，A、BB两点短短路， u无输出出，可得得uAB(tt)K(c) u。3、二极极管双平衡调调制器二极极管环形形调制器器 在二极极管平衡衡调制电电路中，通过两个单二极管电路的上下对称平衡接法，大大减少了不必要的频率分量，同时使有用频
13、率分量的幅度增加了一倍。但依然有不必要的频率分量如调制信号的频率分量存在，且所得到的有用频率分量的幅度依然不是很大。那么，是否可以通过再平衡的方法进一步减少不必要的频率分量且让有用分量的幅度再增加一倍呢？二极管双双平衡电电路可以以满足这这一要求求。其原原理电路路如图。 该电路路由两个个双二极极管平衡衡电路组组成，由由于四个个二极管管环接形形成环路路，所以以该电路路又称二二极管环环形调制制器。载载波从变变压器TT1接入，调调制信号号接到两两个变压压器的中中心抽头头间，变变压器TT2输出已已调信号号。 其分析析条件与与单二极极管电路路和二极极管平衡衡电路相相同。各二极管管工作情情况如下下图。 则可
14、得得（学生生们分析析） 其频谱谱图如下下。i中含有有频谱：c，3c经经中心为为c、3dBB带宽为为2的带通通滤波器器后，在在负载RRL 上可可得到频频谱c电压频频谱分量量，实现现了DSSB调制制。从频谱图图中可以以看出，环形电路在平衡电路的基础上，又消除了低频调制信号的频率分量，且输出的DSB信号幅度为平衡电路的二倍。其无调制信号分量是两次平衡抵消的结果，每个平衡电路自身抵消载波及谐波分量，两个平衡电路抵消调制信号分量，所以环形电路的性能更接近理想相乘器。 前述平平衡电路路中的实实际问题题同样存存在于环环形电路路中，在在实际电电路中仍仍需采取取措施加加以解决决。 另外还还有一种更更为有效效的方
15、法法是采用用环形电电路组件件（又称称双平衡衡混频器器组件或或环形混混频器组组件）。 其工作作原理与与二极管管环形调调制电路路相同。 现已有有从短波波到微波波波段的的系列产产品提供供。它由由精密配配对的肖肖特基二二极管及及传输线线变压器器装配而而成，内内部元件件用硅胶胶粘接，外外部用小小型金属属壳屏蔽蔽。二极极管和变变压器在在装入混混频器前前经过严严格的筛筛选，能能随强烈烈的震动动、冲击击和温度度循环。其其特点是是：动态态范围大大、损耗耗小、频频谱纯、隔隔离度高高。部分国产产双平衡衡混频器器组件的的特性参参数见下下表。思考题1、在二二极管平平衡调幅幅电路中中，设二二极管工工作在开开关状态态。若一
16、一个二极极管极性性接反，能能否实现现平衡调调幅？若若一个二二极管极极性接反反，且uuc和u的位置置互换，能能否实现现平衡调调幅？ 2、在二二极管环环形调幅幅电路中中，若uuc和u的位置置互换，能能否实现现调幅？本次课小小结 调幅电电路主要要有两大大类实现现方法低电电平调幅幅和高电电平调幅幅。本次课主主要介绍绍了低电电平调幅幅中二极极管调幅幅电路，包包括单二二极管调调幅器、平平衡二极极管调幅幅器及环环形二极极管调幅幅器，它它们的基基本原理理相同，都都是实现现了信号号的相乘乘。 另外，当当二极管管处在大大信号状状态下时时，可通通过开关关函数法法来分析析其动作作。施肖菁第 13 页 物理与电子信息学院