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1、无线电发送与接收设备组成无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成 第1页/共41页第六章调幅信号的解调 u主要内容概述二极管大信号包络检波器二极管小信号检波器同步检波器第2页/共41页第一节 概述u振幅解调（检波）是振幅调制的逆过程u作用：从已调制高频振荡中恢复出原来的调制信号u检波器属于线性频谱搬移电路从频谱上看，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。u检波器的组成：输入回路非线性器件RC低通滤波器第3页/共41页一、检波电路的功能一、检波电路的功能 从调幅波中不失真地解调出原调制信号。从调幅波中不失真地解调出原调制信号。第4页/共41页1、输入输出波形
2、表示形式、输入输出波形表示形式 输入为普通调幅波时，输入为普通调幅波时，检波器输出角频率为检波器输出角频率为 的正弦波。的正弦波。第5页/共41页2、输入与输出频谱表示形式、输入与输出频谱表示形式 u检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段。普通调幅普通调幅波检波波检波双边带调双边带调幅波检波幅波检波单边带调单边带调幅波检波幅波检波第6页/共41页检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。二、检波电路的组成二、检波电路的组成第7页/共41页用于普通调幅波
3、和用于普通调幅波和高频等幅波的检波高频等幅波的检波用于双边带和用于双边带和单边带的检波单边带的检波三、检波电路的分类三、检波电路的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波的分类检波的分类按器件类型按器件类型按信号大小按信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器按工作特点按工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器第8页/共41页四、检波电路的主要技术指标四、检波电路的主要技术指标1、电压传输系数（检波效率）、电压传输系数（检波效率）：等幅波检波：调幅波检波：检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。第9页/共41页2、等
4、效输入电阻：、等效输入电阻：3、非线性失真系数：、非线性失真系数：输入等幅高频电压的振幅输入等幅高频电压的振幅输入高频电流脉冲输入高频电流脉冲的基波分量的振幅的基波分量的振幅第10页/共41页第二节二极管大信号包络检波器第二节二极管大信号包络检波器 输入信号振幅大于输入信号振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，输入，利用二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压充电。二极管两端加反向电压时截止，电容时截止，电容C通过通过R放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信放电这一特性实现的检波，其输
5、出电压反映输入信号振幅变化的规律。号振幅变化的规律。二、大信号检波的工作原理二、大信号检波的工作原理一、大信号包络检波一、大信号包络检波1 1、原理电路、原理电路第11页/共41页2、检波过程、检波过程 经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。，二极管导通，对二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。充电，充电时常数很小，充电快。，二极管截止，二极管截止，C通过通过R放电，放电时常数很大，放电慢。放电，放电时常数很大，放电慢。，二极
6、管导通，又对二极管导通，又对C充电。充电。，二极管截止，二极管截止，C上电压对上电压对R放电。放电。输入为等幅波输入为等幅波 第12页/共41页输入为普通调幅波输入为普通调幅波u输出电压输出电压 的变化规律正好与输入信号的包络相同。的变化规律正好与输入信号的包络相同。第13页/共41页三、大信号检波器的分析三、大信号检波器的分析 1 1、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示 2 tididududIM00UimUbzuo2 tuoCuiud+-R第14页/共41页Id 数学表示式为gd 为二极管导通时的电导，即gd=1/rd ；Ubz
7、为二极管的导通电压。2、二极管两端电压、二极管两端电压 若则3、流过二极管的电流、流过二极管的电流 id 可表示为 id=I0+I1mcosit+I2mcos2it+Inmcosnit其中，其中，I0=0()IM为直流分量，为直流分量，I1m=1()IM为基波分量振幅，为基波分量振幅，Inm=n()IM为为n次谐波次谐波分量振幅。分量振幅。输入为等幅波输入为等幅波uoCuiud+-R第15页/共41页4、与电路参数的关系与电路参数的关系 当当 时，二极管导通时，二极管导通 当当it=时，时，id=0，可得可得 gd(-uo+Uim mcos-Ubz)=0 当当it=0 时，时，id=IM，可得
8、可得 由于由于 ，则，则 第16页/共41页经低通滤波器的输出电压经低通滤波器的输出电压 uo=I0R=Uim m(sin-cos)因为因为 为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除 则则 在在 或或 的条件下，可得的条件下，可得 当当 ，可展开为可展开为 可得可得 在在 Ubz=0 ,的条件下的条件下,其通角其通角只与电路参只与电路参 数数 rd 和和 R 有关，而与输入信号的振幅有关，而与输入信号的振幅 Uim 无关无关输入等幅波时，输出直流电压输入等幅波时，输出直流电压:结论：结论：第17页/共41页u输入调幅波输入调幅波检波输
9、出检波输出直流直流角频率为角频率为 的交流的交流负载RL上的电压:第18页/共41页输入为普通调幅波输入为普通调幅波 u ui i=U Uimim(1+(1+m ma acoscostt)cos)cosi it t 时时，定义：输出的定义：输出的 分量振幅分量振幅 与输入高频调幅波包络变化与输入高频调幅波包络变化的振幅的振幅 的比值。的比值。四、大信号检波器的技术指标四、大信号检波器的技术指标输入等幅波输入等幅波 时，时，定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。Kd=Kd二极管大信号检波器的电压传输二极管大信号检波器的电压传输系数为常数，又称
10、线性检波。系数为常数，又称线性检波。1、电压传输系数、电压传输系数Kd第19页/共41页在二极管导通角在二极管导通角 很小很小的情况下的情况下,等效输入电阻等效输入电阻将将 、展开成级数取前两项代入展开成级数取前两项代入2、等效输入电阻、等效输入电阻 定义：输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。的表达式直流电阻第20页/共41页检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。频率失真频率失真不产生频率失真的条件不产生频率失真的条件 R R R 保证高
11、频成分被旁路掉保证最高频率的音频不被旁路掉保证最低音频能通过Cc 3、失真、失真第21页/共41页产生原因：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真产生原因：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真非线性 实现原理：iD v，vi不变vD 如如如如果果果果负负负负载载载载电电电电阻阻阻阻R R R R选选选选得得得得足足足足够够够够大大大大，则则则则检检检检波波波波管管管管非非非非线线线线性性性性特特特特性性性性影影影影响响响响小小小小，它它它它所所所所引引引引起起起起的的的的非非非非线性失真可以忽略。线性失真可以忽略。线性失真可以忽略。线性失真可以忽略。iD 非线性失真非线性失真 第22页/
12、共41页惰性失真（对角线切割失真）惰性失真（对角线切割失真）产生原因：产生原因：RCRC过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度如图所示，在如图所示，在如图所示，在如图所示，在某一点，如果某一点，如果某一点，如果某一点，如果电容两端电压电容两端电压电容两端电压电容两端电压的放电速度小的放电速度小的放电速度小的放电速度小于包络的下降于包络的下降于包络的下降于包络的下降速度，就可能速度，就可能速度，就可能速度，就可能发生惰性失真发生惰性失真发生惰性失真发生惰性失真第23页/共41页电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快。即电容器上电压变化速度
13、比调幅波振幅变化的速度要快。即 其中，其中，Uim=Uim(1+macost)设输入为设输入为ui=Uim(1+macost)cosit，其振幅变化速度为其振幅变化速度为电容器电容器C通过通过R放电，流过放电，流过C和和R的电流相等。流过的电流相等。流过C的电流为的电流为流过流过R的电流为的电流为 则则由于由于 u uc c 为检波器输出电压为检波器输出电压设设Kd1，则则令令A=则不产生惰性失真的条件为则不产生惰性失真的条件为A 1。将将A值对值对t求导数，并令求导数，并令dA/dt=0，可得可得u不产生惰性失真的条件不产生惰性失真的条件或或不产生惰性失真的条件是不产生惰性失真的条件是第24
14、页/共41页u不产生惰性失真的条件不产生惰性失真的条件单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:多音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:第25页/共41页V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R负峰切割失真负峰切割失真（底边切割失真）（底边切割失真）产生原因：产生原因：检波器的直流负载和交流负载不同，且检波器的直流负载和交流负载不同，且m ma a过大而引起的。过大而引起的。第26页/共41页由于由于Cc的存在检波器的直流电的存在检波器的直流电阻为阻为R而交流电阻为而交流电阻为R/RL=R不产生负峰切割失真的条件是输入不产生负峰切割失真的条件是输入调幅波的振幅最小值
15、调幅波的振幅最小值 设设Kd=cos=1，则，则不产生负峰切割失真的条件不产生负峰切割失真的条件:交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易越大，越容易发生该失真。可见发生该失真。可见R/RL越接近越接近R越不易产生越不易产生失真，这样必须提高失真，这样必须提高RL，可以引入射随器。，可以引入射随器。第27页/共41页负峰切割失真的改进负峰切割失真的改进当当R一定时，将一定时，将R分成两部分：分成两部分：R1和和R2，R直直=R1+R2R交交=R1+（R2RL）/（R2+RL）=R1+R交交，即：，即：（1）R1足足够够大大时时，R交交的的影影响响减减小小，不不易易出出现
16、现负负峰峰切切割割失失真真。但但R1过过大大时，时，V的幅度下降，一般取的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2。（2）检波电路后接射随（）检波电路后接射随（Ri大），即检波电路的大），即检波电路的RL大。大。（3）晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在）晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在Cc。第28页/共41页输入高频信号的振幅小于输入高频信号的振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的弯曲部分，利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。二、小信号检波器的工作原理二、小信号检波器的工作原理 因为是小信
17、号输入，检波因为是小信号输入，检波器需外加偏压器需外加偏压 使其静态工使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。曲部分。一、小信号检波一、小信号检波第三节二极管小信号检波器第三节二极管小信号检波器第29页/共41页第30页/共41页在工作点在工作点Q附近，附近，可用泰勒级数展开：可用泰勒级数展开：输出电压很小，可忽略，则：输出电压很小，可忽略，则：低通滤波后低通滤波后第31页/共41页三、小信号检波器的主要技术指标三、小信号检波器的主要技术指标输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为 1、电压传输系数、电压传输系数输入
18、为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为 可近似地认为等于二极管的导通电阻可近似地认为等于二极管的导通电阻rd 2、检波器的等效输入电阻、检波器的等效输入电阻第32页/共41页电压传输系数电压传输系数 小，且不为常数小，且不为常数.检波效率低。检波效率低。等效输入电阻等效输入电阻存在非线性失真。存在非线性失真。3、非线性失真系数、非线性失真系数 u调幅指数越大调幅指数越大,非线性失真越严重非线性失真越严重四、小信号检波器的特点四、小信号检波器的特点第33页/共41页第四节同步检波器一、同步检波器主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。必须加一个本地
19、载频信号，与原载频同频同相。因此称为同步检波。二、同步检波器的组成由乘法器和低通滤波器组成乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器第34页/共41页经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除 频率分量，得频率为频率分量，得频率为 的输出电压：的输出电压：1、双边带调幅波、双边带调幅波 输入为输入为 本地载频信号为本地载频信号为 经乘法器相乘，输出电流为经乘法器相乘，输出电流为 三、工作原理三、工作原理第35页/共41页输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱第36页/共41页经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除 分量，得到频率为分量，得到频率为 的输出电压的输出电压2、单
20、边带调幅波、单边带调幅波 输入为输入为 本地载频信号为本地载频信号为 经乘法器相乘，输出电流为经乘法器相乘，输出电流为第37页/共41页四、实际应用电路四、实际应用电路第38页/共41页1、输入为双边带调幅波、输入为双边带调幅波 经乘法器相乘，输出电经乘法器相乘，输出电 流为：流为：设本地载频信号与输入载频的不同步量为设本地载频信号与输入载频的不同步量为相位不同步量为相位不同步量为 则则当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真频率失真和和相位失真相位失真。经低通滤波器取出低频分量，输出电压为经低通滤波器取出低频分量，输出电压为五、本地载频信号不同步的影响五、本地载频信号不同步的影响第39页/共41页2、输入为单边带调幅波输入为单边带调幅波 经乘法器相乘，经乘法器相乘，输出电流为：输出电流为：经低通滤波器取出低频分量，输出电压为经低通滤波器取出低频分量，输出电压为当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真频率失真和和相位失真相位失真。第40页/共41页感谢您的观赏！第41页/共41页