第7章-振幅调制与解调分解.ppt

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1、第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调v7.1 概述概述v7.2 调幅波的性幅波的性质v7.3 平方律平方律调幅幅v7.4 斩波波调幅幅v7.5 模模拟乘法器乘法器调幅幅v7.6 单边带信号的信号的产生生v7.7 高高电平平调幅幅v7.8 包包络检波波v7.9 同步同步检波波v7.10 单边带信号的接收信号的接收2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调教学目标及要求教学目标及要求v1、熟练掌握调幅波的性质；、熟练掌握调幅波的性质；v2、正确理解实现调幅的基本原理；、正确理解实现调幅的基本原理；v3、熟悉二极管调幅电路、集成模拟乘法器调幅电路、

2、熟悉二极管调幅电路、集成模拟乘法器调幅电路、高电平调幅电路；高电平调幅电路；v4、掌握包络检波的工作原理；、掌握包络检波的工作原理；v5、了解同步检波的工作原理。、了解同步检波的工作原理。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.1 概述概述7.1-1 振幅调制简述振幅调制简述调制的概念调制的概念：在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号：在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是较低的）（它的频率一般是较低的）“附加附加”在高频振荡上，再由天线发射出在高频振荡上，再由天线发射出去。去。为什么要调制？为什么要调制？1）信号不调制进行发射天线太长，无法架设；信号不调

3、制进行发射天线太长，无法架设；2）元件参数范围变化大，这很难做到；）元件参数范围变化大，这很难做到；3）信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调三、三、调调制的分制的分类类连续连续波波调调制制调调幅幅AM线线性幅度性幅度调调制制调频调频FM非非线线性角度性角度调调制制调调相相PM脉冲波脉冲波调调制制脉冲脉冲宽宽度、脉冲振幅、脉冲度、脉冲振幅、脉冲相位相位二次二次调调制（先用基制（先用基带带信号控制脉冲的振幅、信号控制脉冲的振幅、宽宽度、位置等，在用度、位置等，在用已已调调脉冲脉冲对载对载波波进进行行调调制

4、）制）脉冲脉冲编码调编码调制制PCM不同调制方式的比较：抗干扰性；实现调制的简便程度；已调波信号所占的频带宽不同调制方式的比较：抗干扰性；实现调制的简便程度；已调波信号所占的频带宽度；电子器件的效率与输出功率；保真度度；电子器件的效率与输出功率；保真度2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 载波载波：高频振荡波：高频振荡波 载频载频：载波的频率：载波的频率 调制调制：将低频信号：将低频信号“装载装载”在载波上的过程。即用低在载波上的过程。即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有低频信号的特征的过程。低频信号的特征的过程。

5、已调波已调波：经调制后的高频振荡波。：经调制后的高频振荡波。解调解调：从已调信号中取出原来的信息。：从已调信号中取出原来的信息。调制信号调制信号：低频信号（需传送的信息）。：低频信号（需传送的信息）。四、几个基本概念四、几个基本概念2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调1)低电平调幅低电平调幅 调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率小。小。属于这种类型的调制方法有：属于这种类型的调制方法有：(1)平方律调幅平方律调幅 利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线性作用进行调幅。性作用进行调

6、幅。(2)斩波调幅斩波调幅 将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。2)高电平调幅高电平调幅 调制过程在高电平进行，通常是在丙类放大器中进行调调制过程在高电平进行，通常是在丙类放大器中进行调制。制。(1)集电极（阳极）调幅集电极（阳极）调幅(2)基极（控制栅极）调幅基极（控制栅极）调幅 五、实现调幅的方法五、实现调幅的方法2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调按解调方法分有按解调方法分有包络检波和同步检波包络检波和同步检波。

7、包络检波包络检波是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。这种方法只适用于这种方法只适用于AM波。波。同步检波同步检波是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全同步的检波是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全同步的检波方法。它对于方法。它对于AM、DSB、SSB、VSB都适用，但解调都适用，但解调AM信号比包络信号比包络检波复杂，所以很少采用。检波复杂，所以很少采用。7.1-2 检波简述检波简述2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.2 调幅波的性幅波的性质

8、调制信号调制信号载波载波调幅波调幅波单频调制单频调制2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调多频调制多频调制2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.2-1 调幅波的数学表达式与频谱调幅波的数学表达式与频谱单音频调幅波单音频调幅波设调制信号为：设调制信号为：设载波信号为：设载波信号为：则已调波的振幅为：则已调波的振幅为：因此已调波的表达式为：因此已调波的表达式为：2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调单频调幅的频谱单频调幅的频谱频率成分有：载波、上边频、下边频频

9、率成分有：载波、上边频、下边频2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调多频调幅波的表达式和频谱多频调幅波的表达式和频谱设调制信号为：设调制信号为：则调幅波方程为：则调幅波方程为：频率成分有：上边带、下边带、载频频率成分有：上边带、下边带、载频2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.2-2 调幅波的功率关系调幅波的功率关系（1）载波功率）载波功率 （2）上、下边频功率上、下边频功率 （3）总边频功率总边频功率（有用的功率）（有用的功率）（4）总平均功率）总平均功率2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 由此可知

10、，调幅波的输出功率随由此可知，调幅波的输出功率随ma的增大而增加。它所的增大而增加。它所增加的部分就是两个变频所产生的功率。增加的部分就是两个变频所产生的功率。载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率是率的绝大部分。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率是没有用的。所以没有用的。所以调幅发射机的效率低调幅发射机的效率低，这是调幅制所固有的缺，这是调幅制所固有的缺点。其优点是点。其优点是电路简单电路简单。只发送一个包含信号的边带的方式称为只发送一个包含信号的边带的方式称为单边带发送单边带发

11、送。单。单边带发送的优点的边带发送的优点的效率高、节约频带效率高、节约频带，缺点是，缺点是电路复杂电路复杂。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调调幅波的几种调制方式调幅波的几种调制方式v普通调幅（普通调幅（AM）：含载频、上、下边带含载频、上、下边带v双边带调幅（双边带调幅（DSB）：不含载频，只含上、不含载频，只含上、下边带下边带v单边带调幅（单边带调幅（SSB）：只含一个边带只含一个边带v残留单边带调幅（残留单边带调幅（VSB）：含载频、一个边含载频、一个边带、另一个边带的残留部分带、另一个边带的残留部分2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.3 平方律平方律调

12、幅幅7.3-1 工作原理工作原理非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性非线性 器件器件带通带通滤波器滤波器2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调用幂级数来表示非线性器件的特性：希望的得到希望的得到的频率分量的频率分量最有害的频率分量最有害的频率分量2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 当当vo通过中心频率为通过中心频率为 的滤波器后，不需要的的滤波器后，不需要的 诸项都很易于滤除，只让诸项都很易于滤除，只让 通过。但通过。但 也在也在 附近，不附近，不能被滤除，显然要求能被滤除，显然要求 =0。同样道理，同样道理，等项将产生等项将产生 等失真项。为了等失真项。为了避免

13、调幅波失真，也应要求避免调幅波失真，也应要求 。由此可见，为了获得不失真调幅，要求非线性器件的特性为：由此可见，为了获得不失真调幅，要求非线性器件的特性为：其中产生调幅作用的是其中产生调幅作用的是 项，故称为项，故称为平方律调幅平方律调幅。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调通过调制和滤波后，输出电压为：通过调制和滤波后，输出电压为：2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.3-2 平衡平衡调幅器幅器 平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波，亦即平平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波，亦即平衡调幅器输出是载波被抑制的双边带。衡调幅器输出是载波被抑

14、制的双边带。串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调此为载波被抑制的双边带，以此为载波被抑制的双边带，以DSB-SC表示。表示。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 利用晶体三极管（或场效应管、电子管）也可以构成平衡调幅器。其利用晶体三极管（或场效应管、电子管）也可以构成平衡调幅器。其工作原理与二极管平衡调幅器的相似，不过应将三极管的工作原理与二极管平衡调幅器的相似，不过应将三极管的集电极电流用基集电极电流用基极电压的幂级数表示极电压的幂级数表示而已。而已。三极管电路的优点是具有一定的功率增益；但线路比二极管电

15、路复杂。三极管电路的优点是具有一定的功率增益；但线路比二极管电路复杂。晶晶体体三三极极管管平平衡衡调调幅幅器器2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 应该指出，在以上这些电路中，无形中都已假定所有的二应该指出，在以上这些电路中，无形中都已假定所有的二极管（或三极管）的特性都相同，极管（或三极管）的特性都相同，电路完全对称电路完全对称。这样，输出。这样，输出中才能将载波完全抑制。事实上，电子器件的特性不可能完全中才能将载波完全抑制。事实上，电子器件的特性不可能完全对称，所用的变压器也难于做到完全对称。因此，电路中往往对称，所用的变压器也难于做到完全对称。因此，电路中往往要加平衡装置，

16、以使载漏减至最小。要加平衡装置，以使载漏减至最小。从平衡调幅器获得载波被抑止的双边带后，再设法滤除一从平衡调幅器获得载波被抑止的双边带后，再设法滤除一条边带，即可获得单边带输出。因此，平衡调幅器是单边带技条边带，即可获得单边带输出。因此，平衡调幅器是单边带技术中的基本电路。术中的基本电路。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.4斩波波调幅幅7.4-1 工作原理工作原理 所谓斩波调幅就是将所要传送的信号所谓斩波调幅就是将所要传送的信号 通过一个受载波频率通过一个受载波频率 控制控制的开关电路的开关电路(斩波电路斩波电路)，以使它的输出波形被，以使它的输出波形被“斩斩”成周期为成周

17、期为 的脉冲，的脉冲，因因而包含而包含 及各种谐波分量。再通过中心频率为及各种谐波分量。再通过中心频率为 的的BPF，取出所需，取出所需要的调幅波输出要的调幅波输出 ，即实现了调幅。，即实现了调幅。斩斩波波调调幅幅器器方方框框图图2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调斩波电路按照开关函数斩波电路按照开关函数 对音频信号对音频信号 进行斩波。进行斩波。斩波后的电压为：斩波后的电压为：双边带信号双边带信号DSB-SC2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调平衡斩波调幅器及其图解平衡斩波调幅器

18、及其图解2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调DSB-SC双边带信号双边带信号DSB-SC与开关函数与开关函数S1(t)比较：比较：2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.4-2 实现斩波调幅的两种电路实现斩波调幅的两种电路1、二极管电桥斩波调幅电路、二极管电桥斩波调幅电路2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 环形平衡调制器电路及波形环形平衡调制器电路及波形 2、环形平衡调制器电路、环形平衡调制器电路22013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.5 模模拟乘法器乘法器调幅幅 现现将将常常用用的的Motorola公公司司MC1496/1596(国

19、国内内同同类类型型号号是是XFC-1596),MC1495/1595(国国内内同同类类型型号号是是BG314)和和MC1494/1594单单片片模模拟拟乘乘法法器器的的参数指标简介如下。参数指标简介如下。MC14系系列列与与MC15系系列列的的主主要要区区别别在在于于工工作作温温度度,前前者者为为070,后者为后者为-55125。其其余余指指标标大大部部分分相相同同,个个别别后后者者稍稍好好一一些些。表表给给出出了了MC15系系列列三三种种型号模拟乘法器的参数典型值。型号模拟乘法器的参数典型值。模拟乘法器的输出为两输入信号的乘积，故能实现调幅。模拟乘法器的输出为两输入信号的乘积，故能实现调幅。

20、单片集成单片集成模拟乘法器种类较多模拟乘法器种类较多,由于内部电路结构不同由于内部电路结构不同,各项参数指标也不同。在各项参数指标也不同。在选择时选择时,应注意以下主要参数：工作频率范围、电源电压、输入电压动态应注意以下主要参数：工作频率范围、电源电压、输入电压动态范围、线性度等。范围、线性度等。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 MC1596是是以以双双差差分分电电路路为为基基础础,在在Y输输入入通通道道加加入入了了反反馈馈电电阻阻,故故Y通通道道输输入入电电压压动动态态范范围围较较大大,X通通道道输输入入电电压压动动态态范范

21、围围很很小小。MC1595是是在在MC1596中中增增加加了了X通通道道线线性性补补偿偿网网络络,使使X通通道道输输入入动动态态范范围围增增大大。MC1594是是以以MC1595为为基基础础,增增加了电压调整器和输出电流放大器。加了电压调整器和输出电流放大器。MC1595和和MC1594分分别别作作为为第第一一代代和和第第二二代代模模拟拟乘乘法法器器的的典典型型产产品品,线线性性度度很很好好,既既可可用用于于乘乘、除除等等模模拟拟运运算算,也也可可用于调制、用于调制、解调等频率变换解调等频率变换,缺点是工作频率不高。缺点是工作频率不高。MC1596工工作作频频率率高高,常常用用作作调调制制、解

22、解调调和和混混频频,通通常常X通通道道作作为为载载波波或或本本振振的的输输入入端端,而而调调制制信信号号或或已已调调波波信信号号从从Y通通道道输输入入。当当X通通道道输输入入是是小小信信号号(小小于于26 mV)时时,输输出出信信号号是是X、Y通道输入信号的线性乘积。通道输入信号的线性乘积。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调模模拟拟乘乘法法器器调调幅幅电电路路由由图图可可知知,X通通道道两两输输入入端端、10脚脚直直流流电电位位均均为为6.V,可作为载波输入通道；可作为载波输入通道；2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与

23、解调 Y通通道道两两输输入入端端、脚脚之之间间外外接接有有调调零零电电路路,可可通通过过调调节节50k电电位位器器使使脚脚电电位位比比脚脚高高UY,调调制制信信号号u(t)与与直直流流电电压压UY迭迭加加后后输输入入Y通通道道。调调节节电电位位器器可可改改变变调调制制指指数数Ma。输输出出端端、12脚脚外外应应接接调调谐谐于于载载频频的的带带通通滤波器。滤波器。、脚之间外接脚之间外接Y通道负反馈电阻。通道负反馈电阻。采采用用图图中中电电路路也也可可以以组组成成双双边边带带调调幅幅电电路路,区区别别在在于于调调节节电电位位器器的的目目的的是是为为了了使使Y通通道道、脚脚之之间间的的直直流流电电位

24、位差差为为零零,即即Y通通道道输输入入信信号号仅仅为为交交流流调调制制信信号号。为为了了减减小小流流经经电电位位器器的的电电流流,便便于于调调零零准准确确,可可加加大大两两个个750 电阻的阻值电阻的阻值,比如各增大比如各增大10k。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.6 单边带信号的信号的产生生 单边带发送单边带发送：将载波抑止，并进一步再抑止一个边带，只让另一个：将载波抑止，并进一步再抑止一个边带，只让另一个边带发送出去。这样，仍具有传递信息的功能。边带发送出去。这样，仍具有传递信息的功能。单边带制在载波电话和短波通信中占

25、有重要的地位，获得了广泛的单边带制在载波电话和短波通信中占有重要的地位，获得了广泛的应用。应用。7.6-1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点优点：优点：1、频带节约一半，大大提高了短波波段的利用率。这是单边带制的主要优点。、频带节约一半，大大提高了短波波段的利用率。这是单边带制的主要优点。2、单边带制能大大节省发送的功率，单边带制能获得更好的通信效果。、单边带制能大大节省发送的功率，单边带制能获得更好的通信效果。3、单边带制的选择性衰落现象要轻得多。、单边带制的选择性衰落现象要轻得多。缺点：缺点：主要是接收端必须先恢复原来失去的载波，才能检出原来的信号。因而要主要是接收端必须先恢复原来失去

26、的载波，才能检出原来的信号。因而要求收、发设备的频率稳定度高，使整个设备复杂，技术要求高。求收、发设备的频率稳定度高，使整个设备复杂，技术要求高。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.6-2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法 SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同，信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同，SSB信号产生方法有好几种，主要有信号产生方法有好几种，主要有滤波器法滤波器法和和移相法移相法两种。两种。1)滤波器法滤波器法 这种方法对滤波器的要求很高，而且由于载波频率不能太高，要这种方法对滤波器的要求很高，而且由于载波频率

27、不能太高，要将载频逐步提高到所需要的工作频率上，就需要经过多次的平衡调幅将载频逐步提高到所需要的工作频率上，就需要经过多次的平衡调幅与滤波。因此整个设备复杂昂贵。但性能稳定可靠，所以仍然是目前与滤波。因此整个设备复杂昂贵。但性能稳定可靠，所以仍然是目前干线通信所采用的标准形式。干线通信所采用的标准形式。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 2)移相法移相法 移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中

28、的一个边带抵消而获得相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。信号。移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件抑制掉，必须满足下列两个条件:(1)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 (2)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。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调移相法移相法SSB信号调制器方框图信号调制器方框图 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解

29、调振幅调制与解调3）修正的移相滤波器）修正的移相滤波器2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.8 高高电平平调幅幅 AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前，式完成。目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。电平调制方式。高电平调制主要用于高电平调制主要用于AM调制，这种调制是在高频功率放调制，这种调制是在高频功率放大器中进行的。大器中进行的。丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调制特性两种集电极调制特性两种,

30、据此可以分别组成据此可以分别组成集电极调幅电路集电极调幅电路和和基基极调幅电路极调幅电路。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.7-1 集电极调幅集电极调幅 集电极调幅：就是利用调制信号去改变高频功率放大器集电极调幅：就是利用调制信号去改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。的集电极直流电源电压，以实现调幅。在在过压状态过压状态下，集电极电流的基波分量下，集电极电流的基波分量 随集电极电随集电极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，得到调幅波的输出。随调制信号的波形而变化，得到调

31、幅波的输出。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调集电极调幅电路集电极调幅电路 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调集电极调幅的波形集电极调幅的波形 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.7-2 基极调幅基极调幅 基极调幅：就是用调制信号电压来控制高频功率放大器的基极基极调幅：就是用调制信号电压来控制高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。偏压，以实现调幅。在欠压状态下，集电极电流的基波分量在欠压状态下，集电极电流的基波分量 随基极电压成正比变化。随基极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，因此，集电极的回路输出高频

32、电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波。于是得到调幅波。基极调幅的平均集电极效率不高，这是它的缺点。它的主要优基极调幅的平均集电极效率不高，这是它的缺点。它的主要优点是所需调制功率很小，对整机的小型化有利。点是所需调制功率很小，对整机的小型化有利。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调基极调幅电路基极调幅电路 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调基极调幅的波形基极调幅的波形 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 高电平调幅电路的高电平调幅电路的优点优点是调幅、是调幅、功放合一功放合一,整机效率高整机效率高,可直接产生很大功率输出的调幅信号可直接

33、产生很大功率输出的调幅信号,但也有一些但也有一些缺点和局限性缺点和局限性：一是只能产生普通调一是只能产生普通调幅信号；二是调制线性度差幅信号；二是调制线性度差,例如集电极调制特性例如集电极调制特性中中Vcm与与VCC并非完全成线性关系。并非完全成线性关系。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.9 包络检波包络检波 7.9-1 包络检波电路的工作原理包络检波电路的工作原理 包包络络检检波波原原理理如如图图。其其中中的的非非线线性性器器件件可可以以是是二二极极管管,也可以是三极管或场效应管也可以是三极管或场效应管,电路种类也较多。电路种类也较多。2013.第第7章章 振幅调制与解调

34、振幅调制与解调现以二极管峰值包络检波器为例进行讨论现以二极管峰值包络检波器为例进行讨论,其中其中RC元件组成了低通滤波器元件组成了低通滤波器2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 vi正半周时，二极管导通，即输入电压正半周时，二极管导通，即输入电压vi对对C充电。由于充电。由于二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很快充到输入电压二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很快充到输入电压峰值，充电电压相对二极管是附加了反向偏置峰值，充电电压相对二极管是附加了反向偏置uo，当，当ui下降下降到小于充电电压到小于充电电压uo时，二极管截止，时，二极管截止，C向向RL放电，由于放电，由于RL

35、很很大，放电时间常数大，故大，放电时间常数大，故C上电压还没下降多少，输入信号上电压还没下降多少，输入信号ui下一个周期又来到，充电、放电下一个周期又来到，充电、放电 如此循环，直到如此循环，直到电容上的充放电达到平衡。电容上的充放电达到平衡。结论：利用二极管的单向导电性和检波负载电阻、电容的结论：利用二极管的单向导电性和检波负载电阻、电容的充放电过程来完成检波任务。充放电过程来完成检波任务。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 7.9-2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器的的性性

36、能能指指标标主主要要有有检检波波效效率率、输输入入电电阻阻、惰惰性性失真和底部切割失真几项。失真和底部切割失真几项。1)检波效率检波效率Kd。如如果果考考虑虑到到二二极极管管的的实实际际导导通通电电压压不不为为零零,以以及及充充电电电电流流在在二二极极管管微微变等效电阻上的电压降等因素变等效电阻上的电压降等因素,实际检波效率比以上公式计算值要小。实际检波效率比以上公式计算值要小。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 检检波波器器的的前前级级通通常常是是一一个个调调谐谐在在载载频频的的高高Q值值谐谐振振回回路路,检检波波器器相相当当于于此此谐谐振振回回路路的的负负载载。为为了了研研

37、究究检检波波器器对对前前级级谐谐振振回回路路的的影影响响,故故定定义义检波器等效输入电阻检波器等效输入电阻 其其中中Uim是是输输入入等等幅幅高高频频载载波波的的振振幅幅。I1m即即为为输输入入高高频频电电流流的的基基波波分分量量的的振振幅幅。显显然然,检检波波器器对对前前级级谐谐振振回回路路等等效效电电阻阻的的影影响响是是并并联联了了一一个阻值为个阻值为Ri的电阻。的电阻。2)等效输入电阻等效输入电阻Ri。由于二极管在大部分时间处于截止状态由于二极管在大部分时间处于截止状态,仅在输入高频信号仅在输入高频信号的峰值附近才导通的峰值附近才导通,所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。所以检波器的瞬时输

38、入电阻是变化的。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 按按照照第第5章章尖尖顶顶余余弦弦脉脉冲冲序序列列的的分分析析方方法法,可可以以求求得得I1m与与Uim的关系式的关系式,从而可得到从而可得到:上式也可以利用功率守恒的原理求出。上式也可以利用功率守恒的原理求出。因检波器输入功因检波器输入功率率为为,输输出出功功率率为为 ,若若忽忽略略二二极极管管上上的的功功率率损损耗耗,则则输输入入功功率率应应与与输输出出功功率率相相等等,考考虑虑到到Kd1,由由此此也可得到上式。也可得到上式。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 3)惰性失真惰性失真 在在调调幅幅波波包包络络

39、线线下下降降部部分分,若若电电容容放放电电速速度度过过慢慢,导导致致uo的的下下降降速速率率比比包包络络线线的的下下降降速速率率慢慢,则则在在紧紧接接其其后后的的一一个个或或几几个个高高频频周周期期内内二二极极管管上上为为负负电电压压,二二极极管管不不能能导导通通,造造成成uo波波形形与与包包络络线线的的失失真真。由由于于这这种种失失真真来来源源于于电电容容来来不不及及放放电电的惰性的惰性,故称为惰性失真。故称为惰性失真。要要避避免免惰惰性性失失真真,就就要要保保证证电电容容电电压压的的减减小小速速率率在在任任何何一个高频周期内都要大于或等于一个高频周期内都要大于或等于包络线的下降速率。包络线

40、的下降速率。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 单频调幅波的包络线表达式为：单频调幅波的包络线表达式为：us(t)=Uim(1+Macost)其下降速率为：其下降速率为：因为电容通过因为电容通过R放电时放电时,电容电流与电阻电流相同电容电流与电阻电流相同,即即:所以电容电压的减小速率所以电容电压的减小速率2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 在在开开始始放放电电时时刻刻,电电容容电电压压uc可可近近似似视视为为包包络络电电压压us,故故避免惰性失真的避免惰性失真的不等式可写为不等式可写为:即即上式又可写成上式又可写

41、成:避免惰性失真应该满足的条件避免惰性失真应该满足的条件可见，调幅指数越大，调制信号的频率越高，时间常数可见，调幅指数越大，调制信号的频率越高，时间常数RC的允许值越小。的允许值越小。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 4)底底部部切切割割失失真真。检检波波器器输输出出uo是是在在一一个个直直流流电电压压上上迭迭加加了了一一个个交交流流调调制制信信号号,故故需需要要用用隔隔直直流流电电容容将将解解调调后后的的交交流流调调制制信信号号耦耦合合到到下下一一级级进进行放大或其它处理。下一级电路的输入电阻即作为行放大或其它处理。下一级电

42、路的输入电阻即作为检波器的实际负载检波器的实际负载RL。为为了了有有效效地地将将检检波波后后的的低低频频信信号号耦耦合合到到下下一一级级电电路路,要要求求耦耦合合电电容容Cc的的容容抗抗远远远远小小于于RL,所所以以Cc的的值值很很大大。这这样样,uo中中的的直直流流分分量量几几乎乎都都落落在在Cc上上,这这个个直直流流分分量量的的大大小小近近似似为为输输入入载载波波的的振振幅幅Uim。所所以以Cc可可等等效效为为一一个电压为个电压为Uim的直流电压源。的直流电压源。此电压源在此电压源在R上的分压为：上的分压为：2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 这这意意味味着着检检波波器器处

43、处于于稳稳定定工工作作时时,其其输输出出端端R上上将将存存在在一一个个固固定定电电压压UR。当当输输入入调调幅幅波波ui(t)的的值值小小于于UR时时,二二极极管管将将会会截截止止。也也就就是是说说,电电平平小小于于UR 的的包包络络线线不不能能被被提提取取出出来来,出出现现了了失失真真所所示示。由由于于这这种种失失真真出出现现在在调调制制信信号号的的底底部部,故故称称为底部切割失真。为底部切割失真。调调幅幅信信号号的的最最小小振振幅幅或或包包络络线线的的最最小小电电平平为为Uim(1-Ma),所所以以,要要避避免免底底部部切切割割失失真真,必必须须使使包包络络线线的的最最小小电电平平大大于于

44、或或等于等于UR,即即:2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 交交流流负负载载R与与直直流流负负载载R越越接接近近,可可允允许许的的调调幅幅指指数数越越大大。在在实实际际电电路路中中,有有两两种种措措施施可可减减小小交交直直流流负负载载之之间间的的差差别别。一一是是在在检检波波器器与与下下一一级级电电路路之之间间插插入入一一级级射射随随器器,即即增增大大RL的的值值。二二是是采采用用改改进进电电路路,将将检检波波器器直直流流负负载载R分分成成R1和和R2两两部分。显然，在直流负载不

45、变的情况下部分。显然，在直流负载不变的情况下,改进电路的交流负载改进电路的交流负载 比原电路增大。通常比原电路增大。通常以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 3 参数设计参数设计 为为了了使使二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器能能正正常常工工作作,避避免免失失真真,必必须须根根据据输输入入调调幅幅信信号号的的工工作作频频率率与与调调幅幅指指数数以以及及实实际际负负载载RL,正正确选择二极管和确选择二极管和R、C、Cc的值。的值。例例 已已知知普普

46、通通调调幅幅信信号号载载频频fc=465kHz,调调制制信信号号频频率率范范围围为为300 Hz3400 Hz,Ma=0.3,RL=10 k,如如何何确确定定图图所所示示二二极极管管峰峰值值包络检波器有关元器件参数包络检波器有关元器件参数?解：解：一般可按以下步骤进行一般可按以下步骤进行:2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 1)检检波波二二极极管管通通常常选选正正向向电电阻阻小小(500以以下下)、反反向向电电阻阻大大(500k以以上上)、结结电电容容小小的的点点接接触触型型锗锗二二极极管管,注注意意最最高高工工作频率应满足要求。作频率应满足要求。2)RC时间常数应同时满足以下

47、两个条件时间常数应同时满足以下两个条件:电容电容C对载频信号应近似短路对载频信号应近似短路,故有故有 ,通常取通常取 ;为为避避免免惰惰性性失失真真，应应有有RC 。代代入入已已知知条条件件,可可得得(1734)10-6RC0.1510-3 2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 3)设设 =0.2,则则R1=,R2=。为为避避免免底底部部切切割割失失真真,应应有有Ma ,其其中中R=R1+。代代入入已已知知条条件件,可可得得R63 k。因因为为检检波波器器的的输输入入电电阻阻Ri不不应应太太小小,而而Ri=,所所以以R不不能能太太小小。取取R=6k,另另取取C=0.01 F,这这

48、样样,RC=0.0610-3,满满足足上上一一步步对对时时间间常常数数的的要要求求。因因此此,R1=1k,R2=5k。4)Cc的的取取值值应应使使低低频频调调制制信信号号能能有有效效地地耦耦合合到到RL上上,即即满足满足:或2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调 取取 Cc=47F 在在集集成成电电路路里里常常采采用用由由三三极极管管包包络络检检波波器器组组成成的的差差分分电电路路,如如图图所所示示。其其工工作作原原理理与与二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器相相似似,读者可自行分析读者可自行分析,注意它的输入电阻很大。注意它的输入电阻很大。2013.第第7章章 振幅调制与解调

49、振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调7.10 同步检波同步检波 同同步步检检波波电电路路比比包包络络检检波波电电路路复复杂杂,而而且且需需要要一一个个同同步步信信号号,但检波线性性好但检波线性性好,不存在惰性失真和底部切割失真问题。不存在惰性失真和底部切割失真问题。外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：一外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式：一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信号。另一种是将它与接收信号相加，经包络检出原调制信号。另一种是将它与接收信号相加，经包络检波器后取

50、出原调制信号。检波器后取出原调制信号。2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调（a）（b）2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调对第一种情况进行分析：对第一种情况进行分析：2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调对第二种情况进行分析：对第二种情况进行分析：失真才小失真才小2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调在单边带接收机中如何使得本地载波与输入信号载在单边带接收机中如何使得本地载波与输入信号载波频率一样呢？波频率一样呢？一种方法：发射机除发射单边带信号外，还发射受到一定程一种方法：发射机除发射单边带