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1、Chapter 9调幅、检波与混频调幅、检波与混频-频谱搬移电路频谱搬移电路9.19.1频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性9.29.2振幅调制原理振幅调制原理振幅调制原理振幅调制原理9.39.3振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路9.49.4振幅检波原理与电路振幅检波原理与电路振幅检波原理与电路振幅检波原理与电路9.59.5混频器原理与电路混频器原理与电路混频器原理与电路混频器原理与电路非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号
2、。相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示(a)调幅原理调幅原理(b)检波原理检波原理9.1频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性2)从频谱结构看，上述频率从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于原来的谱结
3、构，因而都属于所谓的线性频率变换。所谓的线性频率变换。1)它们的实现框图几乎是它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分成分后，滤除无用频率分量。量。3)频谱的横向平移从时域频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。用乘法电路实现。(c)混频原理混频原理9.2.1概述概述调制是将要传送的信息装载到
4、某一高频振荡调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频载频)信信号上去的过程。号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦正弦波波)调制和脉冲调制。调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度受控参数可以是载波的幅度A，频率，频率 或相位或相位。因而有调。因而有调幅幅(AM)、调频、调频(FM)和调相和调相(PM)三种方式。三种方式。9.2振幅调制原理振幅调制原理设设 简谐调制信号简谐调制信号 载波信号载波信号 1.调幅波的数学表达式调幅波的数学
5、表达式称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般般0ma1。通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。9.2.1调幅波的性质调幅波的性质则则调幅信号为调幅信号为2.普通调幅波的波形图普通调幅波的波形
6、图当载波频率当载波频率调制信号频率调制信号频率，0ma1，则可画出，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。频率保持载波频率不变。当时当时ma1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若若ma1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。制。(a)调制信号调制信号(b)已已调调波波形形由非正弦波调制所得到的调幅波形由非
7、正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图过调制波形图若调制信号为非对称信号，如图所示，若调制信号为非对称信号，如图所示，则此时调幅度分与上调幅度则此时调幅度分与上调幅度m ma a上上和下调幅度和下调幅度m ma a下下 若3.调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到将调幅波的数学表达式展开，可得到非正弦波调幅信号的频谱图非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度率两侧
8、的上、下边频，幅度均等于均等于对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度的频带宽度B=2 或或B=2F(=2 F)，对于多音频的调制信，对于多音频的调制信号，若其频率范围是号，若其频率范围是Fmin-Fmax，则已调信号的频带宽度等，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍于调制信号最高频率的两倍。4.普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R R上上载波功率载波功率每个边频功率每个边频功率(上边频或下边频上边频或下边频)在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均
9、输出功率是因为因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。9.2.3抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。率，可以不发送载波，而只发送边带信号。这就是抑制载波的双
10、边带调幅波这就是抑制载波的双边带调幅波(DSBAM)其数学表达式为其数学表达式为 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即2.单边带调幅波单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。其表达式为：其表达式为：或或其频带宽度为：其频带宽度为：电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带
11、宽表表9-1三种振幅调制信号三种振幅调制信号3.残留边带调幅残留边带调幅(a)广播电视台系统发端滤波器特性广播电视台系统发端滤波器特性(b)电视接收系统中频滤波器特性电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅残留边带调幅(记为记为VSBAM)它在发射端发送一个完整的它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。在广播电
12、视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。(a)普通调幅波实现框图普通调幅波实现框图(b)抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图原理框图如下：原理框图如下：9.3.1概述概述9.3振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路高电平调幅电路高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。况下进行调制。低电
13、平调幅电路低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：按调制电路输出功率的高低可分为：1.简单的二极管调幅电路简单的二极管调幅电路二极管调幅电路二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在通过二极管非线性特性的变换，在电流电流i中产生了各种组合频率分量，中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于将谐振回路调谐于(0+)，便能取出和的成分，这便是普通调，便能取出和的成分，这便是普通调幅
14、波。幅波。(1)平方律调幅平方律调幅二极管信号较小时的工作状态二极管信号较小时的工作状态当当vD很小时，级数可只取前四项很小时，级数可只取前四项9.3.2低电平调幅电路低电平调幅电路 (2)(2)平衡调幅器平衡调幅器 平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生制器是产生DSBDSB和和SSBSSB信号的基本电路。信号的基本电路。单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以
15、及载波的各次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。平衡调制器原理图及其等效电路平衡调制器原理图及其等效电路(2)普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180 的突变，这的突变，这是因为双边带波是由是因为双边带波是由v0和和v 相乘而产生的。相乘而产生的。（1）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难；
16、映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难；平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是Tr1和和Tr2对中心抽头来说必须严格对称，对中心抽头来说必须严格对称，D1，D2两管的特性完全相两管的特性完全相同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压就会泄漏到输出端。就会泄漏到输出端。抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形平衡开关调幅器平衡开关调幅器
17、在大信号情况应运时，依靠二极管的导通和截止来实现频在大信号情况应运时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。率变换，这时二极管就相当于一个开关。满足满足 的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。输出调幅波有用电流分量输出调幅波有用电流分量平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形(3)(3)环形调制器环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中两个二极管，使电路中4 4个二极管首尾个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图环行调制
18、器原理图 环型调制器等效电路环型调制器等效电路 从其正负半周期的原理图从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流可知环形调制器输出电流的有用分量的有用分量=gDVcos(0)t+cos(0)t振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频 分量，分量，因而获得了广泛应用。因而获得了广泛应用。调节直流电压VDC的大小，可以改变调幅系数ma的值。模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为如果如果v v1 1(t)(t)为高频载波为高频载波，v v2 2(t)(t)为低频调制信号为低频调制信号则输出电压则输出电压如果在调制信号如果
19、在调制信号v v2 2(t)(t)上叠加一直流电压，则可以得到普通调幅信号的输出上叠加一直流电压，则可以得到普通调幅信号的输出抑制载波的双边带调幅信号。抑制载波的双边带调幅信号。3.模拟相乘器调幅电路模拟相乘器调幅电路4.产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波法 滤波器法实现单边带调制滤波器法实现单边带调制DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信信号。由于号。由于 0 max，上、下边带之间的距离很近，要想通过一，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。个边带而滤除另
20、一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？问题：问题：实际滤波器法单边带发射机方框图实际滤波器法单边带发射机方框图(2)相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是制信号电压和载波电压都是互相移相互相移相90。因此，输出电压为因
21、此，输出电压为这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。但这种方法要求调制信号的移相网络和载但这种方法要求调制信号的移相网络和载波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地移相移相90。这一点在实际上是很难做到的。这一点在实际上是很难做到的。(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法这种方法所需要的这种方法所需要的90移相网络工作于固定频率移相网络工作于固定频率 1与与 2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，因此制造和维护都比较
22、简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。是一种有发展前途的方法。高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。1.集电极调幅电路集电极调幅电路集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号调制信号经低频变压经低频变压器加在集电极上，并与直流电器加在集电极上，并与直流电源电压源电压VcT相
23、串馈。相串馈。高频载波高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器经高频变压器加在基极回路中。加在基极回路中。9.3.3高电平调幅电路高电平调幅电路集集电电极极调调幅幅电电路路波波形形图图集集电电极极调调幅幅应应工工作作在在过过压压区区集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1)集电极有效电源电压集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率供给被调放大器的总平均功率2)集电极直流电源集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为所供给的平均功率则为3)调制信号源调制信号源Vc 供给的平均功率供给的平均功率4)平均输出功率平均输出功率5)集电极平
24、均耗散功率集电极平均耗散功率6)集电极效率集电极效率故：故：2)总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与VC 所供给，所供给，VCT供给用以产供给用以产生载波功率的直流功率生载波功率的直流功率P=T，VC 则供给用以产生边则供给用以产生边带功率的平均功率带功率的平均功率PDSB。1)平均功率均为载波点各功率的平均功率均为载波点各功率的()()倍倍3)集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCMPcav。4)输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功输出的边频功
25、率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5)集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。2.基极调幅电路基极调幅电路基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电与集电极调幅电路同样的分析，可以路同样的分析，可以认为认为VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基极等效是放大器的基极等效低频供电电源。低频供电电源。因为因为VB(t)随调制信号随调制信号v(t)变化，如果要求放大器的输变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变
26、化。变化。放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压、输出电压Vc(t)按基极供电电压按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。出电压随调制电压变化的调幅。9.4.1概述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
27、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。9.4振幅解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路 输入电压为输入电压为v1，输出电压为，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，则检波前后的波形如图所示，输出电压输出电压v2是已恢复的原调制信号。是已恢复的原调制信号。检波前后的波形图检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RCRC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普通调幅波。通调幅波。包络检波包络检波同步检波同
28、步检波检波器分类检波器分类:平方率检波平方率检波峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 串联式二极管（大信号）包络检波器如图串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)(a)所示。图中的所示。图中的R RL L、C C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求检波器的输入信号大于检波器的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信号检波器。，所以称为大信号检波器。及。二极管（大信号）峰值包络检波器二极管（大信号）峰值包络检波器 RLC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信二是作为检波器的负载，在其两端
29、输出已恢复的调制信号号一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足故必须满足及及 1.工作原理工作原理串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。大信号的检波的原理大信号的检波的原理:主要是利用二极管的单向导电特性和主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载检波负载RCRC的充放电过程来完成调制信号的提取。的充放电过程来完成调制信号的提取。2.包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)-电流通角电流通角R-检波器负载电阻检波器负载电阻Rd-检波器二极管内阻检波器二极管内阻当当RRd时，时，0，cos1。即
30、检波效率。即检波效率Kd接近接近于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。2)等效输入电阻等效输入电阻RidVim-输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim-输入高频电流的的基波振幅输入高频电流的的基波振幅由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降，值降，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。通常通常因此因此负载负载R R两端的平均电压为两端的平均电压为K Kd dV Vimim，因此
31、平均电流因此平均电流 3)失真失真惰性失真惰性失真惰性失真惰性失真原因原因:由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容C上的电荷不能很快地上的电荷不能很快地随调幅波包络变化随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。不产生失真的条件不产生失真的条件:为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。也就是要求也就是要求 或写成或写成 在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5计算。计算。现象现象:=负峰
32、切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代代表下级电路的输入电阻。表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求在检波过程中，在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管
33、导通，从而产生失真。负峰切割失真波形负峰切割失真波形为了避免底部切割失真，为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度调幅波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VR即：即：现象现象:原因原因:不产生失真的条件不产生失真的条件:非线性失真非线性失真频率失真频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生
34、频率失真，上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：必须满足下列条件：或或电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路作用，即它时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：应满足下列条件：或或一般一般Cc约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同
35、相并保持同步变化的参考信号，此加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。在某些应用中，为了改善性能，对普通调幅信号的解调也在某些应用中，为了改善性能，对普通调幅信号的解调也可以采用同步检波。可以采用同步检波。同步检波有两种实现电路同步检波有两种实现电路:同步检波电路同步检波电路乘积检波电路平衡同步检波同步检波实现模型同步检波实现模型其原理电路见右其原理电路见右同步检波原理电路同步检波原理
36、电路设输入信号为抑制载波的双边带设输入信号为抑制载波的双边带本地振荡信号本地振荡信号则它们的合成信号则它们的合成信号故当故当时时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。包络检波器构成同步检波电路包络检波器构成同步检波电路已调波为载波分量被抑止的双边带信号已调波为载波分量被抑止的双边带信号 准确地等于输入信号载波的角频率准确地等于输入信号载波的角频率即即但二者的相位可能不同；这里但二者的相位可能不同；这里 表示它们的相位差。表示它们的相位差。这时相乘输出（假定相乘器传输系数为这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1 1）低通滤波器滤除低通滤波器滤除附近
37、的频率分量后，就得到频率为附近的频率分量后，就得到频率为 的低频信号，的低频信号，本地载波电压本地载波电压本地载波的角频率本地载波的角频率乘积检波电路乘积检波电路 由式可见，低频信号的输出幅度与由式可见，低频信号的输出幅度与成正比。当成正比。当低频信号电压最大，随着相位差低频信号电压最大，随着相位差 加大，输出电压减弱。加大，输出电压减弱。在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波同步检波”。乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考
38、信号的作用仅是加乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量。强了输入信号中的载波分量。由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡信号，才能完全恢复原调制信号。信号，才能完全恢复原调制信号。时，时，产生本地振荡信号的方法：产生本地振荡信号的方法：（1 1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器的频率和相位与发送端一致。的频率和相位与发送端一致。（2 2）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需）对于双边带调制来说，可
39、以从双边带调制信号中提取所需的同频同相的载波信号作本地振荡信号。的同频同相的载波信号作本地振荡信号。对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控制本机振荡信号使其同步中。制本机振荡信号使其同步中。（3 3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。单边带信号的接收单边带信号的接收(S
40、SB)单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带接收机方框图单边带接收机方框图它是二次变频电路。它是二次变频电路。fi1较高，用调谐回路即可选出所需的边带。较高，用调谐回路即可选出所需的边带。fi2较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。9.5混频器原理与电路混频器原理与电路9.5.19.5.1概述概述概述概述9.5.29.5.2晶体
41、三极管混频器晶体三极管混频器晶体三极管混频器晶体三极管混频器9.5.39.5.3混频器的干扰混频器的干扰混频器的干扰混频器的干扰9.5.1概述概述1.混频器的作用与组成混频器的作用与组成混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一固定的频率上固定的频率上(常称为中频常称为中频)，而保持原信号的特征，而保持原信号的特征(如如调幅规律调幅规律)不变。不变。混频器的电路组成如图所示混频器的电路组成如图所示2.为什么要变频？为什么要变频？变频的优点：变频的优点：1)变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性3)工
42、作稳定性好工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好变频的缺点：变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰3.变频器的分类变频器的分类平衡混频、平衡混频、按器件分：按器件分：二极管混频器、二极管混频器、三极管混频器三极管混频器、三极管变频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应管变频器场效应管混频器、场效应管变频器模拟乘法器混频器、模拟乘法器混频器、按工作特点分：按工作特点分：单管混频单管混频、环型混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频器乘积型混频
43、器4.混频器的性能指标混频器的性能指标1)1)变频变频(混频混频)增益增益：混频器输出中频电压混频器输出中频电压Vim与输入信号电压与输入信号电压Vsm的的幅值之比。幅值之比。2)2)噪声系数：噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。3)3)选择性：选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。抑制中频信号以外的干扰的能力。4)4)非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工
44、作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量指标相互兼顾，整机取得良好的效果。指标相互兼顾，整机取得良好的效果。5)5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度叠加型混频器实现模型图示中的非线图示中的非线性器件具有性器件具有如下特性：如下特性：对其对其2 2次方进行分析：次方进行分析：在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到(0 0+s s)和和(0 0-s s)。若用带通滤波器取出所需的中频成分若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差和频或差频频)，可达到
45、混频的目的。，可达到混频的目的。所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：1.晶体三极管混频器晶体三极管混频器它有一定的混频增益它有一定的混频增益2.场效应管混频器场效应管混频器它交调、互调干扰少它交调、互调干扰少3.二极管平衡混频器和环形混频器二极管平衡混频器和环形混频器它们具有动态范围大它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点组合频率干扰少的优点乘积型混频器实现模型乘积型混频器由模拟乘法器乘积型混频器由模拟乘法器和带通滤波器组成和带通滤波器组成其实现模型如图所示其实现模型如图所示设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波采用中心频率不同的带
46、通滤波器采用中心频率不同的带通滤波器(0 s)或或(0+s)则可则可完成低中频混频或高中频混频。完成低中频混频或高中频混频。晶体管混频器的分析晶体管混频器的分析1.基本基本电路和工作原理路和工作原理设输入信号设输入信号 ，本振电压，本振电压实际上，发射结上作用有三个电压实际上，发射结上作用有三个电压晶体管混频器的分析方法晶体管混频器的分析方法1.1.幂级数分析法幂级数分析法2.2.变跨导分析法变跨导分析法在混频时，混频管可看着一个参数在混频时，混频管可看着一个参数(跨导跨导)在改变的线在改变的线性元件，即变跨导线件元件。性元件，即变跨导线件元件。在小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件在
47、小信号运用的条件下，也可以将某些非线性元器件函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法函数表达式用幂级数函数近似，使问题简化。用这种方法来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定来分析非线性电路可突出说明频率变换作用，不便于作定量分析。量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式 图图(a)a)电电路路对对振振荡荡电电压压来来说说是是共共发发电电路路，输输出出阻阻抗抗较较大大，混混频频时时所所需需本本地振荡注入功率较小，这是它的优点。可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。地振荡注入功率较小，这是它的优点。可能产生频率牵引现象，这是
48、它的缺点。图图(b)b)电电路路的的输输入入信信号号与与本本振振电电压压分分别别从从基基极极输输入入和和发发射射极极注注入入，因因此此，相相互互干干扰扰产产生生牵牵引引现现象象的的可可能能性性小小。同同时时，对对于于本本振振电电压压来来说说是是共共基基电电路路，其其输输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。图图(c)c)和和(d)d)两两种种电电路路都都是是共共基基混混频频电电路路。在在较较低低的的频频率率工工作作时时，变变频频增增益益低低，输输入入阻阻抗抗也也较较低低，因因此此在在频频率率较较低低时时一一般
49、般都都不不采采用用。但但在在较较高高的的频频率率工工作作时时(几几十十MHz)MHz)，因因为为共共基基电电路路的的截截止止频频率率f f 比比共共发发电电路路的的f f 要要大大很很多多，所所以以变变频频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。由由于于信信号号电电压压Vsm很很小小，无无论论它它工工作作在在特特性性曲曲线线的的哪哪个个区区域域，都都可可以以认认为为特特性性曲曲线线是是线线性性的的(如如图图上上ab、a b 和和a b 三三段段的的斜斜率率是是不不同同的的)。因因此此，在在晶晶体体管管混混频频器器的的分分析析中中，我我们们将将
50、晶晶体体管管视视为为一一个个跨跨导随本振信号变化的线性参变元件。导随本振信号变化的线性参变元件。变跨导分析法变跨导分析法加电压后的晶体管转移特性曲线加电压后的晶体管转移特性曲线因因VoVsm使晶体管工作在线使晶体管工作在线性时变状态，所以晶体管集电极静性时变状态，所以晶体管集电极静态电流态电流ic(t)和跨导和跨导gm(t)均随均随作周作周期性变化。期性变化。由由于于信信号号vs远远小小于于v0，可可以以近近似似认认为为对对器器件件的的工工作作状状态态变化没有影响。此时流过器件的电流为变化没有影响。此时流过器件的电流为 i(t)=f(v)=f(v0+vs+vBB)可可将将v0+vBB看看成成器