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1、第第 4 章章振幅调制、解调振幅调制、解调与混频电路与混频电路4.4振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路4.4.1振幅调制电路振幅调制电路4.4.2二极管包络检波电路二极管包络检波电路4.4.3同步检波电路同步检波电路4.4.1振幅调制电路振幅调制电路地位：地位：无线电发射机的重要组成部分。无线电发射机的重要组成部分。高电平调制高电平调制低电平调制低电平调制分类分类(按功率高低按功率高低)：高高电电平平调调制制：调调制制置置于于发发射射机机的的末末端端，产产生生大大功功率率的已调信号。的已调信号。低低电电平平调调制制：调调制制置置于于发发射射机机的的前前端端，产产生生小小功功率率的已调信号，再
2、通过多级线性功率放大器放大。的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。一、高电平调幅电路一、高电平调幅电路1优点优点可可不不必必采采用用效效率率较较低低的的线线性性功功率率放放大大器器，使使发发射射机机整整机效率高。机效率高。2要求要求 要达到所需调制线性。要达到所需调制线性。高效率地输出足够大的已调信号功率。高效率地输出足够大的已调信号功率。3电路电路 多采用高效率的多采用高效率的丙类谐振功放丙类谐振功放，包括：，包括：集集电电极极调调幅幅电电路路：根根据据谐谐振振功功率率放放大大器器的的集集电电极极调调制制特性，调制信号加到集电极上；特性，调制信号加到集电极上；基基极极调调幅幅电电路路：根
3、根据据谐谐振振功功率率放放大大器器的的基基极极调调制制特特性性，调制信号加到基极上；调制信号加到基极上；复复合合调调幅幅电电路路：将将调调制制信信号号同同时时加加到到集集电电极极和和基基极极上上，以提高调制线性。以提高调制线性。二、低电平调制电路二、低电平调制电路1用途用途主要用来实现双边带和单边带调制。主要用来实现双边带和单边带调制。2要求要求 调调制制线线性性好好，载载波波抑抑制制能能力力强强，功功率率和和效效率率的的要要求求是是次次要的。要的。载载波波抑抑制制能能力力的的强强弱弱可可用用载载漏漏(输输出出泄泄漏漏的的载载波波分分量量低低于边带分量的分贝数于边带分量的分贝数)表示，分贝数越
4、大，载漏就越小。表示，分贝数越大，载漏就越小。3.种类种类前前介介绍绍的的各各种种相相乘乘器器均均可可构构成成性性能能优优良良的的平平衡衡调调制制器器，例如例如 1596、AD630 平衡调制器等。平衡调制器等。实用的低电平调制电路不再讨论。仅讨论以下内容。实用的低电平调制电路不再讨论。仅讨论以下内容。4采用滤波法的单边带发射机采用滤波法的单边带发射机(1)原理原理采采用用滤滤波波法法的的技技术术难难度度与与载载波波频频率率的的高高低低密密切切相相关关。例例如，假设调制信号的最低频率为如，假设调制信号的最低频率为 100 Hz，若若 载载波波频频率率为为 2 000 kHz，则则双双边边带带调
5、调制制信信号号的的两两个个边边频频分分别别为为 2 000.1 kHz 和和 1 999.1 kHz，两两边边频频间间隔隔为为 0.2 kHz。取取上上边边频频，两两边边频频的的相相对对间间隔隔为为(0.2/2 000.1)100%=0.01%。载载频频减减小小为为 50 kHz，上上、下下边边频频间间隔隔仍仍为为 0.2 kHz，则两边频的相对间隔为则两边频的相对间隔为(0.2/50.1)100%=0.4%。相相对对间间隔隔越越大大，滤滤波波器器就就越越容容易易实实现现。故故单单边边带带发发射射机机在在低低载载波波频频率率上上产产生生单单边边带带信信号号，而而后后用用混混频频器器将将载载波波
6、频频率率提升到所需的载波频率上。提升到所需的载波频率上。(2)组成组成图图 4-4-3(a)采用滤波法的单边带发射机组成框图采用滤波法的单边带发射机组成框图图图 4-4-3(b)采用滤波法的单边带发射机组成框图采用滤波法的单边带发射机组成框图平衡调制器平衡调制器第一混频器第一混频器第二混频器第二混频器本振频率本振频率/kHz相对频率间隔相对频率间隔边带最小频率间隔边带最小频率间隔/kHz100(载波载波)2 00026 0000.2200.24 200.20.2%9.4%14.9%两两混混频频器器的的输输出出滤滤波波器器很很容容易易取取出出所所需需分分量量，滤滤除除无无用分量。用分量。在在某某
7、些些单单边边带带发发射射机机中中，为为了了使使接接收收机机便便于于产产生生同同步步信信号号，还还发发射射低低功功率率的的载载波波信信号号，称称为为导导频频信信号号，这这个个信信号号直直接接由由 100 kHz 的的振振荡荡信信号号通通过过载载波波抑抑制制器器衰衰减减 10 30 dB 后叠加在单边带调制信号上。后叠加在单边带调制信号上。检波概述检波概述振幅解调振幅解调(又称检波又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失从频谱上看，检波就
8、是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于因此，检波器也属于频谱搬移电路。频谱搬移电路。4.4.2二极管包络检波电路二极管包络检波电路 普普通通调调幅幅波波，其其载载波波分分量量未未被被抑抑制制掉掉，可可直直接接利利用用非非线线性性器器件件实实现现相相乘乘作作用用，得得到到所所需需的的解解调调电电压压，无无需需另另加加同步信号，称为同步信号，称为包络检波器包络检波器。最最常常用用的的检检波波器器：二二极极管管包包络络检检波波器器(在在集集成成电电路路中中，主要采用三极管射极包络检波电路主要采用三极管射极包络检波电路)。
9、一、工作原理一、工作原理1电路电路图图 4-4-4原理电路原理电路类类似似二二极极管管整整流流电电路路，由由二二极极管管 D 和和低低通通滤滤波波器器 RLC 相串接构成。相串接构成。特点：检波二极管与负载特点：检波二极管与负载 RL 相串联。相串联。2原理原理 输输入入调调幅幅信信号号：vS(t)=Vm0(1+Macos t)cos ct，若若其其值值足足够够大大，可可设设二二极极管管伏伏安安特特性性用用在在原原点点转转折折的的两两段段折折线线逼近。逼近。(1)D 导通时，导通时，vS 向向 C 充电，充电，=RDC；(2)D 截截止止时时，C 向向 RL 放放电电，=RLC。大信号的检波的
10、原理大信号的检波的原理:主要是利用二主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载极管的单向导电特性和检波负载RC的充的充放电过程来完成调制信号的提取。放电过程来完成调制信号的提取。电电流流 i 为为高高度度按按输输入入调调幅幅信信号号包包络络变变化化的的窄窄脉脉冲冲序序列列，如如图图 4-4-5(b)所所示。示。图图 4-4-5检波检波电路波形电路波形即即 vAV=VAV+V mcos t 且且其其值值与与输输入入调调幅幅信信号号包包络络 Vm0(1+Macos t)成正比成正比 VAV=dVm0，V m=dMaVm0 d：检检波波电电压压传传输输系系数数(检检波系数波系数)，恒小于，恒小于 1。
11、二极管包络检波二极管包络检波3讨论讨论(1)D 的作用的作用原理上，原理上，D 起着受起着受载波电压控制的开关作用载波电压控制的开关作用。实实际际上上，受受 RLC 电电压压反反作作用用，D 仅仅在在载载波波一一个个周周期期中中接接近近正正峰峰值值的的一一段段时时间间(vS vC)内内导导通通(开开关关闭闭合合)，而而在在大大部分时间内截止部分时间内截止(开关断开开关断开)。(2)D 导通与截止时间与导通与截止时间与 RLC 大小有关大小有关RLC C 向向 RL的的放放电电速速度度 C 的的泄泄放放电电荷荷量量 D 导通时间导通时间 锯齿波动锯齿波动 vAV 增大。增大。为提高检波性能，为提
12、高检波性能，RLC 取值应足够大，要满足取值应足够大，要满足和和 RL RD 的的条条件件。这这时时，根根据据上上述述讨讨论论可可以以认认为为，VAV Vm，即即检检波波电电压压传传输输系系数数 d 趋趋于于 1，而而叠叠加加在在 vAV 上上的的残残余余高频高频(输出纹波输出纹波)电压趋于电压趋于 0。二、输入电阻（二、输入电阻（Q Q值的影响）值的影响）1等效电路等效电路图图 4-4-6中频放大器和检波器级联中频放大器和检波器级联如如图图 4-4-6(a)所所示示，检检波波器器前前有有中中频频放放大大器器，其其等等效效电电路如图路如图 4-4-6(b)所示。所示。iS 和和 L1C1R1
13、中中频频放放大大器器折折算算到到检检波波器器输输入入端端的的等等效效电电流流源源和和输输出出谐谐振振回回路路(调调谐谐在在 c)。2负载效应负载效应检检波波器器作作为为中中频频放放大大器器的的输输出出负负载载，可可以以用用检检波波输输入入电电阻阻 Ri 来来表示这种负载效应。表示这种负载效应。(1)Ri 定义定义 输入高频电压振幅对二极管电流输入高频电压振幅对二极管电流 i 中基波分量振幅的比中基波分量振幅的比值。值。(2)Ri 的的求法求法 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为守恒的原则，输入
14、到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）即有即有，而，而V o(3)Ri 的的作用作用使使中中频频谐谐振振回回路路的的谐谐振振电电阻阻由由 R1 减减小小到到(R1/Ri)，因因此，此，iS 在在谐振回路产生的高频电压振幅由未接检波时的谐振回路产生的高频电压振幅由未接检波时的下降到接检波后的下降到接检波后的 Vm。显然显然 Ri 越小，越小，Vm 也就越小于也就越小于 ，称称负载效应。负载效应。图图 4-4-7三极管射极三极管射极包络检波电路包络检波电路(4)负载效应的抑制负载效应的抑制减减小小负负载载效效应应，必必须须增
15、增大大 Ri，即即增增大大 RL。但但增增大大 RL，受受检检波波器器惰惰性性失失真真(下下面面介介绍绍)的的限限制制。解解决决办办法法：采采用用三三极极管管射射极极包包络络检检波波电路。电路。原理：原理：发射结等效检波二极管；发射结等效检波二极管；输入电阻比二极管检波器增输入电阻比二极管检波器增大了大了(1+)倍倍(该检波电路广泛应用于在集成电路中该检波电路广泛应用于在集成电路中)。三、并联型二极管包络检波电路三、并联型二极管包络检波电路1电路电路图图 4-4-8并联型二极管并联型二极管包络检波电路包络检波电路特点：特点：中放中放-检波工作点隔离。检波工作点隔离。C：负负载载电电容容，兼兼作
16、作中中频频放放大器和检波器之间的大器和检波器之间的隔直电容隔直电容；RL：负负载载电电阻阻，与与二二极极管管并并接，故称之为接，故称之为并联型电路。并联型电路。2原理原理(与与串联型串联型相同相同)当当 D 导通时，导通时，vS 通过通过 D 向向 C 充电，充电常数为充电，充电常数为 RDC；当当 D 截止时，截止时，C 通过通过 RL 放电，放电常数为放电，放电常数为 RLC。动态平衡后：动态平衡后：C 上上产产生生与与串串联联型型电电路路相相类类似似的的锯锯齿齿状状波波动动电电压压 vC，该电压的平均值为该电压的平均值为 vAV(电流，电流，“负半周输出负半周输出”)。输出电压输出电压
17、vO 中还包括中还包括(直接通过直接通过 C 在输出端产生的在输出端产生的)高频电压，故检波后需加低通滤波器，滤除高频成分。高频电压，故检波后需加低通滤波器，滤除高频成分。Ri 值值：根根据据能能量量守守恒恒原原理理，实实际际加加到到检检波波器器中中的的高高频频功功率率，一一部部分分直直接接消消耗耗在在 RL 上上，一一部部分分转转换换为为有有用用的的输输出出平平均功率，即均功率，即当当 VAV Vm 时时，输入电阻比串联型电路小。，输入电阻比串联型电路小。四、大信号检波和小信号检波四、大信号检波和小信号检波(1)大信号检波大信号检波(包络检波包络检波)条条件件：二二极极管管伏伏安安特特性性可
18、可用用原原点点转转折折的的两两段段折折线线逼逼近近(即即输输入入电电压压足足够够大大，二二极极管管工工作作在在导导通通区区和和截截止止区区时时)故故二极管包络检波的这种工作状态称为二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波大信号检波。实实际际电电路路：均均外外加加正正向向偏偏置置电电压压(或或电电流流)，克克服服 VD(on)的的影影响响。在在这这种种情情况况下下，工工程程上上，可可认认为为输输入入高高频频电电压压振振幅幅大大于于 500 mV 以以上上就就能能保保证证二二极极管管检检波波器器工工作作在在大大信信号检波状态。号检波状态。(2)小信号检波小信号检波 条条件件：vS 振振幅幅 Vm
19、 足足够够小小(几几至至十十几几毫毫伏伏)，此此时时，二二极管应设有很小的偏置电流。极管应设有很小的偏置电流。分析：分析：二极管伏安特性采用幂级数逼近，即二极管伏安特性采用幂级数逼近，即这这时时，二二极极管管在在整整个个高高频频周周期期内内导导通通，检检波波器器从从信信号号源源获获得得到到高高频频功功率率大大部部分分消消耗耗在在 RD 上上，加加到到二二极极管管上上的的电电压压 vD vS(t)=Vmcos ct，将它带入将它带入 i 的展开式的展开式 其其中中，所所需需的的平平均均分分量量 IAV 由由二二次次方方项项产产生生，其其值值为为a2Vm2/2，相相应应的的输输出出平平均均电电压压
20、 VAV 也也与与 Vm 的的平平方方成成正正比比，故称之为故称之为平方律检波平方律检波。讨论讨论缺点缺点产生非线性失真。产生非线性失真。由由于于小小信信号号检检波波存存在在上上述述缺缺点点，故故接接收收机机中中先先将将输输入入信信号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。五、二极管包络检波电路中的失真五、二极管包络检波电路中的失真 为为保保证证检检波波器器不不失失真真，检检波波器器输输入入调调幅幅电电压压 vS 必必须须足足够够大，使检波器始终工作在大信号检波状态。大，使检波器始终工作在大信号检波状态。设设vS(t)=Vm0(1+Macos
21、t)cos ct则则包包络络的的最最小小值值 Vm0(1Ma)应应大大于于大大信信号号检检波波时时所所需需的的电电压压值值。当当二二极极管管的的导导通通电电压压 VD(on)由由外外加加偏偏置置电电压压予予以以克克服服时时，该该电电压压应应在在 500 mV 以以上上。因因而而这这种种情情况况下下，保保证证大信号检波的条件为大信号检波的条件为Vm0(1-Ma)500 mV其其次次，当当输输入入为为复复杂杂信信号号调调制制的的调调幅幅波波时时，若若设设最最高高调调制制频频率率为为 Fmax，为为了了不不产产生生失失真真，RLC 的的低低通通滤滤波波器器带带宽宽应应大于大于 Fmax。除除此此之之
22、外外，当当解解调调调调幅幅波波时时，如如果果电电路路参参数数选选择择不不当当，二极管包络检波器还会产生二极管包络检波器还会产生惰性失真惰性失真和和负峰切割失真负峰切割失真。1惰性失真惰性失真(1)产生原因产生原因增增大大 RL 和和 C 值值，可可提提高高检检波波电电压压传传输输系系数数和和高高频频滤滤波波能能力力。但但过过大大，二二极极管管截截止止期期间间 C 通通过过 RL 的的放放电电速速度度过过慢慢跟跟不不上上输输入入调调幅幅波波包包络络的的下下降降速速度度，输输出出电电平平就就会会产产生生惰惰性性失真失真。(a)(b)图图 4-4-9惰性失真惰性失真(a)不产生惰性失真不产生惰性失真
23、(b)产生惰性失真产生惰性失真(2)避免产生惰性失真的条件避免产生惰性失真的条件为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，C 通过通过 RL 的放电速度大于等于包络的下降速度，即的放电速度大于等于包络的下降速度，即(4-4-6)可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件(3)分析分析Ma和和 越越大大，包包络络的的下下降降速速度度越越快快，不不产产生生惰惰性性失失真真所要求的所要求的 RLC 值必须越小。值必须越小。多多音音调调制制时时，作作为为工工程程估估算算，和和 Ma 应应取取其其中中的的最最大大
24、值。一般按值。一般按 maxRLC 1.5 计算计算。惰性失真惰性失真2负峰切割失真负峰切割失真(a)图图 4-4-10负峰的切割失真负峰的切割失真(1)检波器的检波器的交直流负载交直流负载检波器与下级放大器连接采用检波器与下级放大器连接采用 阻容耦合电路，阻容耦合电路，避免避免 vAV 中的直流分量中的直流分量 VAV 影响下级放大器的静态工作点。影响下级放大器的静态工作点。CC：隔隔直直电电容容，要要求求它它对对 呈交流短路；呈交流短路；Ri2：下级电路的下级电路的输入电阻输入电阻。检波器的检波器的交流负载：交流负载：ZL(j )RL/Ri2直流负载：直流负载：ZL(0)=RL说明在这种检
25、波电路中，说明在这种检波电路中，ZL(j)ZL(0)，且且 ZL(j)ZL(0)(2)负峰切割失真负峰切割失真图图 4-4-10负峰的切割失真负峰的切割失真当当输输入入调调幅幅波波电电压压的的 Ma 较较大大时时，由由于于交交、直直流流负负载载不不等等，输输出出音音频频电电压压在在其其负负峰峰值值附附近近将将被被削削平平，出出现现“负负峰峰切切割割失失真真”，如如图图 4-4-10 所示所示。(3)失真的原因失真的原因 正常情况正常情况无负峰切割无负峰切割若若等等幅幅波波输输入入，CC 上上产产生生直直流电压：流电压：Vm0加到加到 D 的负端的负端 当当 Ma 较较小小时时，加加到到 D 正
26、正端端的的包包络络电电压压在在一一个个周周期期内内总总是是大大于于VRL，二极管导通，工作正常。二极管导通，工作正常。异常情况异常情况有负峰切割有负峰切割若若 Ma 较较大大，可可能能在在 t1-t2 内内，包包络络电电压压 Vm VRL，D 重新导通。重新导通。Ma 越大，或越大，或 Ri2 越小，失真越大越小，失真越大 避免负峰切割失真的条件避免负峰切割失真的条件(Vm0Ma Vm0)VRLMa 可可见见，交交直直流流电电阻阻越越接接近近，不不产产生生负负峰峰切切割割失失真真所所允允许许的的 Ma 值就越接近于值就越接近于 1。负峰切割失真负峰切割失真图图 4-4-11二极管检波器的改进电
27、路二极管检波器的改进电路 改进措施改进措施出出发发点点：减减小小交交、直直流流负载电阻的差别。负载电阻的差别。方法方法 1：将将 RL 分成分成 RL1 和和 RL2，当当 RL 维持一定时，维持一定时，RL1 越大，交、直流负载电阻的越大，交、直流负载电阻的差值就越小，但输出音频电压也就越小。为了折中地解决这差值就越小，但输出音频电压也就越小。为了折中地解决这个矛盾，实用电路中常取个矛盾，实用电路中常取 RL1/RL2=0.1 0.2。C2：进一步滤除高频分量，提高高频滤波能力。进一步滤除高频分量，提高高频滤波能力。方方法法 2：当当 Ri2 过过小小时时，在在 RL 和和 Ri2 之之间间
28、插插入入高高输输入入阻阻抗的射随器。抗的射随器。4.4.3 同步检波电路同步检波电路1作用作用：解调双解调双/单边带信号单边带信号图图 4-4-13用用二极管包络检波器构二极管包络检波器构成的同步检波器成的同步检波器2电路电路：相乘器相乘器+低通低通二极管包络检波二极管包络检波3原理原理：vS 与与 vr 叠加，合成为普通调幅信号叠加，合成为普通调幅信号例：单音调制的双边带调制例：单音调制的双边带调制若若 Vrm Vm0，Ma 1，合合成成了了不不失失真真的的调调幅幅信信号号，可可通通过包络检波器检波。过包络检波器检波。同步解调同步解调4同步检波的关键同步检波的关键：产生与载波同频同相的同步信号产生与载波同频同相的同步信号 对双边带，可从调制信号取出对双边带，可从调制信号取出例：双边带调制信号例：双边带调制信号取平方，取平方，取角频率为，取角频率为 2 c 的分量的分量二分频，可获同步信号二分频，可获同步信号 c。对对单单边边带带，若若发发射射导导频频信信号号，可可通通过过窄窄带带滤滤波波器器从从接接收收信信号号中中取取出出，放放大大后后作作为为同同步步信信号号；若若不不发发射射导导频频信信号号，接收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的同步信号。接收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的同步信号。