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1、第6章振幅调制、 解调及混频 第6章 振幅调制、 解调及混频 6.1 振幅调制 6.2 调幅信号的解调 6.3 混频 6.4 混频器的干扰 第6章振幅调制、 解调及混频 6.2 调幅信号的解调 6.2.1 调幅解调的方法 振幅解调方法可分为包络检波和同步检波 两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入 已调波的包络成正比的检波方法。由于AM信 号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波 只适用于AM波。其原理框图如图630所示。 第6章振幅调制、 解调及混频 图630 包络检波的原理框图 第6章振幅调制、 解调及混频 图631 同步解调器的框图 第6章振幅调制、 解调及混频 同步检波分为乘积型(
2、a)和叠加型(b)两类。 都需要用恢复的载波信号ur进行解调。 图632 同步检波器 第6章振幅调制、 解调及混频 6.2.2 二极管峰值包络检波器 1原理电路及工作原理 图633(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。 它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。 式中,c为输入信号的载频,在超外差接收机中则 为中频I为调制频率。在理想情况下,RC网络的阻 抗Z应为 第6章振幅调制、 解调及混频 图633 二极管峰值包络检波器 (a)原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止 c为输入信号载频,在超外差接收机中为中频,I 为调制频率,在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为 第6章振幅调制、
3、 解调及混频 图634 加入等幅波时检波器的工作过程 第6章振幅调制、 解调及混频 特点: (1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电 与电容对电阻R放电的交替重复过程。 (2)由于RC时间常数远大于输入电压载波周期, 放电慢, 使得二极管负极永远处于正的较高的 电位(二极管是一窄脉冲序列, 输出电压接近于 高频正弦波峰值UoUm) (3)二极管电流 iD 包含平均分量(直流分量) Iav及 高频分量。 检波器输出电压UoUav 第6章振幅调制、 解调及混频 图635 检波器稳态时的电流电压波形 第6章振幅调制、 解调及混频 图636 输入为AM信号时检波器的输出波形图 第6章振幅调制、 解
4、调及混频 图637 输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 第6章振幅调制、 解调及混频 图638 包络检波器的输出电路 第6章振幅调制、 解调及混频 2性能分析 1) 传输系数Kd 检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波 效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调 能力或效率的一个物理量。若输入载波电压振 幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为 (643a) (643b) 第6章振幅调制、 解调及混频 由于输入大信号,检波器工作在大信号状态,二极管 的伏安特性可用折线近似。在考虑输入为等幅波,采用 理想的高频滤波,并以通过原点的折线表示二极管特性( 忽略二极管的导通电压VP),则
5、由图635有: (644) (645) 式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,为电流通角,iD是周期 性余弦脉冲,其平均分量I0为 第6章振幅调制、 解调及混频 式中,0()、1()为电流分解系数。 由式(643(a)和图635可得 基频分量为 (646) (647) (648) 第6章振幅调制、 解调及混频 由此可见,检波系数Kd是检波器电流iD的通角的函 数,求出后,就可得Kd。 由式(646)Uo=I0R,有 (649) 等式两边各除以cos,可得 (650) 当很小时,即gDR很大时,如gDR50时, 第6章振幅调制、 解调及混频 传输系数特点 当电路一定时，在大信号检波器中仅与检波
6、器的 电路参数有关是恒定的，与输入信号大小无关。 越小，Kd越大，并趋近于1。而随gDR增大而减 小，因此， Kd随gDR增加而增大。 实际上输出平均电压还是要小些。实际传输持性与 电容C的容量有关。 理想状态：通角为0 第6章振幅调制、 解调及混频 图639 KdgDR关系曲线图 图640 滤波电路对Kd的影响 第6章振幅调制、 解调及混频 2) 输入电阻Ri 检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci。 输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基 频分量振幅I1之比值,即 第6章振幅调制、 解调及混频 图641 检波器的输入阻抗 第6章振幅调制、 解调及混频 第6章振幅调制、 解
7、调及混频 3检波器的失真 1)惰性失真 在二极管截止期间,电容C两端电压下降的 速度取决于RC的时常数。 图642 惰性失真的波形 第6章振幅调制、 解调及混频 为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高 频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等 于包络的下降速度,即 (655) 如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时 刻其包络的变化速度为 第6章振幅调制、 解调及混频 二极管停止导通的瞬间,电容两端电压uC近似为输 入电压包络值,即uC=Um(1+mcost)。从t1时刻开始通过 R放电的速度为 第6章振幅调制、 解调及混频 实际上,不同的t1, U(t)和uC的下降速度不同,为避免 产生惰
8、性失真,必须保证A值最大时,仍有Amax1。故令 dadt1=0,得 代入式(658),得出不失真条件如下 : (659) (660) (661) 第6章振幅调制、 解调及混频 图643 底部切削失真 2) 底部切削失真 底部切削失真又称 为负峰切削失真。 产生这种失真是因 检波器的交直流负 载不同引起的。 第6章振幅调制、 解调及混频 因为Cg较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本不 变,大小约为载波振幅值UC,可以看作一直流电源。它 在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的压降为 调幅波的最小幅度为UC(1-m) ,要避免底部切削 失真,应满足 (662) 第6章振幅调制、 解调及混频 图
9、644 减小底部切削失真的电路 第6章振幅调制、 解调及混频 4实际电路及元件选择 图645 检波器的实际电路 第6章振幅调制、 解调及混频 根据上面诸问题的分析,检波器设计及元件 参数选择的原则如下: (1)回路有载QL值要大, (2) 为载波周期 (3) (4) (5) 第6章振幅调制、 解调及混频 5. 二极管并联检波器 除上面讨论的串联检波器外,峰值包络检波 器还有并联检波器、推挽检波器、倍压检波器 、视频检波器等。这里讨论并联检波器。 第6章振幅调制、 解调及混频 图646 并联检波器及波形 (a)原理电路 (b)波形 (c)实际电路 第6章振幅调制、 解调及混频 根据能量守恒原理,
10、实际加到并联型检波器中的高 频功率,一部分消耗在R上,一部分转换为输出平均功率, 即 当UavUC时(UC为载波振幅)有 (665) 第6章振幅调制、 解调及混频 6小信号检波器 小信号检波指输入信号振幅在几至几十毫伏范围内 的检波。这时,二极管的伏安特性可用二次幂级数近似, 即 一般小信号检波时Kd很小,可以忽略平均电压负反 馈效应,认为 (666) (667) 将它代入上式,可求得iD的平均分量和高频基波分 量振幅为 第6章振幅调制、 解调及混频 若用Iav=Iav-a0表示在输入电压作用下产生的平均 电流增量,则 (668) 相应的Kd和Ri为 (669) (670) 第6章振幅调制、 解调及混频 若输入信号为单音调制的AM波,因Us时,上式可近似为 (681) (682) 第6章振幅调制、 解调及混频 图649 叠加型同步检波器原理电路 第6章振幅调制、 解调及混频 图650 平衡同步检波电路 第6章振幅调制、 解调及混频 右图由两个检波器构成平衡同 步检波电路,可以减小解调器输出 电压的非线性失真。 上检波器输出： uo2=KdUr(1mcost) 下检波器的输出： uo2=KdUr(1mcost) 则总的输出 uo=uo1-uo2=2KdUr mcost 第6章振幅调制、 解调及混频 作 业 P253-255 : 1 3, 14, 17
