chapter振幅调制与解调概述实用实用教案

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1、无线电发送与接收设备(shbi)组成无线通信系统无线通信系统(xtng)(xtng)的基本组成的基本组成 第1页/共41页第一页，共42页。第六章调幅(diof)信号的解调u主要内容(nirng)u概述u二极管大信号包络检波器u二极管小信号检波器u同步检波器第2页/共41页第二页，共42页。第一节概述(ish)u振幅解调（检波）是振幅调制的逆过程(guchng)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u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：u输入回路u非线性器件uRC低通滤波器第3页/共41页第三页

2、，共42页。一、检波电路一、检波电路(dinl)的功能的功能 从调幅从调幅(dio f)波中不失真地解调出原调制信号。波中不失真地解调出原调制信号。第4页/共41页第四页，共42页。1、输入输出波形表示、输入输出波形表示(biosh)形式形式 输入为普通调幅输入为普通调幅(dio f)波时，检波器输出角频率波时，检波器输出角频率为为 的正弦波。的正弦波。第5页/共41页第五页，共42页。2、输入与输出频谱表示、输入与输出频谱表示(biosh)形式形式 u检波的过程检波的过程(guchng)也是频谱的搬移过程也是频谱的搬移过程(guchng)，将频谱由载频，将频谱由载频附近搬移到低频段。附近搬移

3、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页第六页，共42页。检波检波(jinb)(jinb)电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。 二、检波二、检波(jinb)电路的组成电路的组成第7页/共41页第七页，共42页。用于普通用于普通(ptng)调调幅波和高频等幅波的幅波和高频等幅波的检波检波用于双边用于双边(shungbin)带带和单边带的检波和单边带的检波三、检波电路三、检波电路(dinl)的分类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

4、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页第八页，共42页。四、检波电路四、检波电路(dinl)的主要技术指标的主要技术指标1、电压传输、电压传输(chun sh)系数（检波效系数（检波效率）率） ：等幅波检波(jinb)： 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页第九页，共42页。2、等效、等效(dn xio)输输入电阻：入电阻：3、非线性失真系数、非线性失真系数(xsh)：输入输入(shr)

5、等幅高频电压等幅高频电压的振幅的振幅输入高频电流脉冲的基输入高频电流脉冲的基波分量的振幅波分量的振幅第10页/共41页第十页，共42页。第二节二极管大信号第二节二极管大信号(xnho)包络检波器包络检波器 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，输入信号电压，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时截止，电容充电。二极管两端加反向电压时截止，电容C通过通过R放电这一特性实现的检波放电这一特性实现的检波(jinb)，其输出电压反映输入信号振幅变化的，其输出电压反映输入信号振

6、幅变化的规律。规律。二、大信号检波的工作二、大信号检波的工作(gngzu)原理原理一、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页第十一页，共42页。2、检波、检波(jinb)过程过程 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量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相等，充放电达到动态平衡进入(jnr)(jnr)稳定工作状态。稳定工作状态。 ，二极管导通，对C C充电(chng din)(chng din)，充电(chng din)(chng din)时常数很小，充电(chng (chng din)

7、din)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页第十二页，共42页。输入输入(shr)(shr)为普通调幅波为普通调幅波u输出电压输出电压 的变化规律正好与输入的变化规律正好与输入(shr)(shr)信号的包络相同。信号的包络相同。 第13页/共41页第十三页，共42页。三、大信号三、大信号(xnho)检波器的分析检波器的分析 1 1、大信号检波器的二极管的伏安、大信号检波器的二

8、极管的伏安(f n)(f n)特性可近似用折线表示特性可近似用折线表示 2 tididududIM00UimUbzuo2 tuoCuiud+-R第14页/共41页第十四页，共42页。Id 数学数学(shxu)表示式为表示式为gd 为二极管导通时的电导(din do)，即gd=1/rd ；Ubz 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(dinli) id 可表示为可表示为 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

9、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页第十五页，共42页。4、 与电路参数与电路参数(cnsh)的关系的关系 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 ，可得可得 由于由于 ，则，则 第16页/共41页第十六页，共42页。经低通滤波器的输出电压经低通滤波器的输出电压(diny) uo=I0R= Uim(sin-(diny) uo=I0R= Uim(sin-cos)cos) 因为因为 为未知数

10、，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，而与输入信号有关，而与输入信号(xnho)的振幅的振幅 Uim 无无关关输入输入(shr)等幅波时，输出直流电压等幅波时，输出直流电压:结论：结论：第17页/共41页第十七页，共42页。u输入输入(shr)调幅波调幅波检波检波(jinb)输出输出直流直流角频率为角频率为 的交流的交流(jioli)(jioli)负载R

11、L上的电压:第18页/共41页第十八页，共42页。输入为普通调幅波输入为普通调幅波 ui=Uim(1+macost)cosit ui=Uim(1+macost)cosit 时，时， 定义：输出的定义：输出的 分量振幅分量振幅 与输入高频与输入高频(o pn)(o pn)调幅波包调幅波包络变化的振幅络变化的振幅 的比值。的比值。四、大信号四、大信号(xnho)检波器的技术指检波器的技术指标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定义：输出直流电压与输入高频(o pn)(o pn)电压的振幅的比值。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

12、电压传输系数为常数，又称线性检波。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页第十九页，共42页。在二极管导通角在二极管导通角 很小的情很小的情况况(qngkung)下下,等效输入等效输入电阻电阻将将 、 、 展开展开(zhn ki)(zhn ki)成级数取前两项代入成级数取前两项代入2、等效、等效(dn xio)输入电阻输入电阻 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页第二十页，共42页。检波器的失真检波器的失真(sh zhn)可分频率失真可分频率

13、失真(sh zhn)、非线性失真、非线性失真(sh zhn)、惰性失真、惰性失真(sh zhn)和负峰切割失真和负峰切割失真(sh zhn)。 频率频率(pnl)(pnl)失真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 保证高频(o pn)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页第二十一页，共42页。产生原因产生原因(yunyn)：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真：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(rgu)(rgu)(rgu)(rgu)负负负负载

14、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/共41页第二十二页，共42页。惰性惰性(duxng)(duxng)失真（对角线切割失真）失真（对角线切割失真） 产生原因：产生原因：RCRC过大，放电太慢；放电速度过大，放电太慢；放电速度(sd)(sd)跟不上包络的变化速度跟不上包络的变化速度(sd)(sd)如图所

15、示，在如图所示，在如图所示，在如图所示，在某一点某一点某一点某一点(y (y din)din)，如果，如果，如果，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页第二十三页，共42页。电容器上电压变化速度比调幅波振幅电容器上电压变化速度比调幅波振幅(zhnf)(zhnf)变化的速度要快。即变化的速度要快。即 其中，其中，Uim=Uim(1+macost)Uim=Uim(1+macos

16、t)设输入为设输入为ui=Uim(1+macost)cositui=Uim(1+macost)cosit，其振幅，其振幅(zhnf)(zhnf)变化速度为变化速度为电容器电容器C C通过通过R R放电，流过放电，流过C C和和R R的电流相等。流过的电流相等。流过C C的电流为的电流为流过流过R R的电流为的电流为 则则由于由于 uc uc 为检波器输出电压为检波器输出电压设设Kd1Kd1，则，则令令A=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 1A 1。将将A A值对值对t t求导数，并令求导数，并令dA/dt=0dA/dt=0，可得，可得u不产生惰性不产生惰性(duxng)(

17、duxng)失真失真的条件的条件或或不产生不产生(chnshng)惰性失真的条件是惰性失真的条件是第24页/共41页第二十四页，共42页。u不产生不产生(chnshng)惰性失真的条件惰性失真的条件单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的(zhn de)条件:多音频调幅波检波时,不产生惰性(duxng)失真的条件:第25页/共41页第二十五页，共42页。V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R负峰切割负峰切割(qig)(qig)失真失真 （底边切割（底边切割(qig)(qig)失真）失真）产生原因产生原因(yunyn)(yunyn)： 检波器的直流负载和交流负载不同，且检

18、波器的直流负载和交流负载不同，且mama过大而引起的。过大而引起的。第26页/共41页第二十六页，共42页。由于由于Cc的存在检波器的直流电阻的存在检波器的直流电阻为为R而交流而交流(jioli)电阻为电阻为R/RL=R不产生负峰切割失真的条件是输入调幅不产生负峰切割失真的条件是输入调幅(dio f)波的振幅最小值波的振幅最小值 设设Kd=cos=1，则，则不产生负峰切割不产生负峰切割(qig)(qig)失真的失真的条件条件: :交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。可见可见R/RL越接近越接近R越不易产生失真，这样必须提越不易产生

19、失真，这样必须提高高RL，可以引入射随器。，可以引入射随器。第27页/共41页第二十七页，共42页。负峰切割负峰切割(qig)(qig)失真的改进失真的改进当当R一定时，将一定时，将R分成分成(fn chn)两部分：两部分：R1和和R2，R直直=R1+R2R交交=R1+（R2RL）/（R2+RL）=R1+R交，即：交，即：（1）R1足够大时，足够大时，R交的影响减小，不易出现负峰切割失真。但交的影响减小，不易出现负峰切割失真。但R1过过大时，大时，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

20、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页第二十八页，共42页。输入高频信号输入高频信号(xnho)的振幅小于的振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的弯曲，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。部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。 二、小信号检波器的工作二、小信号检波器的工作(gngzu)原理原理 因为是小信号输入，检波器需外加偏压 使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲(wnq)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

21、号检波器第29页/共41页第二十九页，共42页。第30页/共41页第三十页，共42页。在工作点在工作点Q附近附近(fjn)，可用泰勒，可用泰勒级数展开：级数展开：输出电压输出电压(diny)很小，可忽略，很小，可忽略，则：则：低通滤波后低通滤波后第31页/共41页第三十一页，共42页。三、小信号三、小信号(xnho)检波器的主要技术指标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输入为等幅波时，小信号检波器的电压(diny)(diny)传输系数为传输系数为 1、电压、电压(diny)传输系数传输系数输入为调幅波时，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

22、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页第三十二页，共42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.检波效率检波效率(xio l)低。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(xsh) u调幅指数调幅指数(zhsh)(zhsh)越大越大, ,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页第三十三页，共42页。第四节同步(tngb)检波器一、同步检波器主要用于双边带调幅波和单边带调

23、幅波的检波。必须加一个本地载频信号，与原载频同频同相。因此(ync)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页第三十四页，共42页。经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除 频率频率(pnl)(pnl)分量，得频率分量，得频率(pnl)(pnl)为为 的的输出电压：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 经乘法器相乘经乘法器相乘(xin chn)，输出电流为，输出电流为 三、工作三、工作(gngzu)原理原理第35页/共41页第三十五页，共42页。输入双边带信号时乘积检波器的有关输入双边带信

24、号时乘积检波器的有关(yugun)波形和频谱波形和频谱第36页/共41页第三十六页，共42页。经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除 分量分量(fn ling)(fn ling)，得到频率为，得到频率为 的输出电压的输出电压2、单边带调幅波、单边带调幅波 输入为输入为 本地载频本地载频(zi pn)信号为信号为 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页第三十七页，共42页。四、实际四、实际(shj)应用电路应用电路第38页/共41页第三十八页，共42页。1、输入、输入(shr)为双边带调幅波为双边带调幅波 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

25、设本地载频信号(xnho)(xnho)与输入载频的不同步量为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，检出的低频当频率、相位不同步时，检出的低频(dpn)信号将产生频率失真和相位失真。信号将产生频率失真和相位失真。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页第三十九页，共42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(xin chn)，输出电流为：，输出电流为：经低通滤波器取出低频分量，输出经低通滤波器取出低频分量，输出(shc

26、h)电压为电压为当频率、相位不同步时，检出的低频信号当频率、相位不同步时，检出的低频信号(xnho)将产生频率失真和相位失真。将产生频率失真和相位失真。第40页/共41页第四十页，共42页。感谢您的观赏(gunshng)！第41页/共41页第四十一页，共42页。内容(nirng)总结无线电发送与接收设备组成。作用：从已调制高频振荡中恢复出原来的调制信号。检波器属于线性频谱搬移电路。从频谱上看，检波就是(jish)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。R。放电速度跟不上包络的变化速度。电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快。设输入为ui=Uim(1+macost)cosit，其振幅变化速度为。输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为。感谢您的观赏第四十二页，共42页。