高頻電子線路55自動增益控制

第五章信號變換一：振幅調(diào)制、

解調(diào)與混頻電路5.1信號變換概述5.2振幅調(diào)制電路5.3振幅解調(diào)電路5.4混頻電路5.5自動增益限制本章小結(jié)高頻電子線路

第五章信號變換一：振幅調(diào)制、

解調(diào)與混頻電路

5.1信號變換概述

5.1信號變換概述

在電子技術(shù)中，有時須要頻率變換，例如調(diào)幅、檢波、混頻等。在頻率變換，就是輸出信號的頻率與輸入信號的頻率不相同，而且滿足確定的變換關(guān)系。進(jìn)行頻率變換必需利用非線性器件。非線性器件可接受二極管、三極管、場效應(yīng)管、差分對管及模擬乘法器。非線性特性的冪級數(shù)表示法i＝a0＋a1u＋a2u2＋···一、為什么要調(diào)制1.信號不調(diào)制進(jìn)行放射天線太長，無法架設(shè)。2.信號不調(diào)制進(jìn)行傳播會相互干擾，無法接收。

二、幾個基本概念

⒈載波：高頻振蕩波⒉載頻：載波的頻率⒊調(diào)制：將低頻信號“裝載”在載波上的過程。即用低頻信號去限制高頻振蕩波的某個參數(shù)，使高頻信號具有低頻信號的特征的過程。⒋已調(diào)波：經(jīng)調(diào)制后的高頻振蕩波。⒌解調(diào)：從已調(diào)信號中取出原來的信息。⒍調(diào)制信號：低頻信號（需傳送的信息）。三、調(diào)制的方式模擬調(diào)制有以正弦波為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。幅度調(diào)制，調(diào)制后的信號頻譜和基帶信號頻譜之間保持線性平移關(guān)系，稱為線性幅度調(diào)制。（振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻）角度調(diào)制中，頻譜搬移時沒有線性對應(yīng)關(guān)系，稱為非線性角度調(diào)制。（頻率調(diào)制與解調(diào)電路）

5.1.1振幅調(diào)制電路

一、一般調(diào)幅（AM）

⒈什么是調(diào)幅？——載波的振幅值隨調(diào)制信號的大小作線性變更，稱為振幅調(diào)制，簡稱調(diào)幅（AM）2.一般調(diào)幅電路模型3.一般調(diào)幅信號的表達(dá)式

設(shè)載波uC＝UCmcoswCt

調(diào)制信號uΩ＝UΩmcosΩt則uo＝A（uC＋AmuCuΩ）＝AUCm（1＋AmUΩmcosΩt）coswCt＝Uom（1＋kaUΩm／UomcosΩt）coswCt

＝Uom（1＋macosΩt）coswCtUom＝AUCm是未經(jīng)調(diào)制的輸出載波電壓振幅ma＝AmUΩm＝kaUΩm／Uom調(diào)幅系數(shù)ka是取決于調(diào)幅電路的比例常數(shù)。

4.調(diào)幅波的波形調(diào)幅系數(shù)不同時的已調(diào)波波形

0≤Ma≤15.調(diào)幅波的頻譜及其帶寬（1）單音頻調(diào)幅波uo＝Uom（1＋macosΩt）coswCt＝UomcoswCt＋maUom/2cos（wC+Ω）t＋maUom/2cos（wC-Ω）tBW=（fc+F）-（fc-F）=2F

（2）多音頻調(diào)幅波

若uΩ＝UΩ1mcosΩ1t+UΩ2mcosΩ2t+···+UΩnmcosΩnt則uo＝Uom（1＋ma1cosΩ1t+ma2cosΩ2t+···+mancosΩnt）coswCt帶寬BW=2Fmax6.調(diào)幅波的功率關(guān)系（1）載波功率Pc

=U2cm/（2RL）（2）上、下邊頻功率P上=P下=（maUCm/2）2

/（2RL）=m2aU2cm/（8RL）=m2aPc/4（3）總邊頻功率

PΩ=m2aPc/2（有用的功率）（4）總平均功率P∑a=Pc+PΩ

=（1+m2a/2）Pc例題設(shè)載波功率Pc為100W，問調(diào)幅度為1及0.3時，總邊頻功率、總平均功率各為多少？（ma=1時，PΩ=50W、P∑a=150W、ma=0.3時，PΩ=4.5W、P∑a=104.5W）7.調(diào)幅波的幾種調(diào)制方式一般調(diào)幅（AM）：含載頻、上、下邊帶雙邊帶調(diào)幅（DSB）：不含載頻單邊帶調(diào)幅（SSB）：只含一個邊帶殘留單邊帶調(diào)幅（VSB）：含載頻、一個邊帶二、雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制

1.雙邊帶調(diào)制（1）雙邊帶調(diào)制電路的模型

（2）DSB信號數(shù)學(xué)表達(dá)式及頻譜寬度uo＝AmuCuΩ

＝AmUΩmcosΩtUCmcoswCt＝1/2AmUΩmUCm〔cos（wC+Ω）t＋cos（wC-Ω）t〕頻譜寬度BWDSB=2F

（3）DSB的波形（與AM比）包絡(luò)線不同DSB為半波、AM為全波相位不同DSB調(diào)幅波的高頻相位在調(diào)制信號正負(fù)交替處要突變而AM波則為連續(xù)變更。（3）DSB的波形2.單邊帶調(diào)制（SSB）（1）頻譜寬度BWSSB=F（2）單邊帶信號產(chǎn)生方法常用濾波法、移相法。

濾波法是在DSB調(diào)制后加一帶通濾波器，濾除一個邊帶，即可得到SSB已調(diào)波。

移相法調(diào)制電路由兩個乘法器、兩個90°相移器和一個加法器組成。移相法單邊帶產(chǎn)生器框圖

5.1.2振幅解調(diào)電路從已調(diào)波中提、復(fù)原調(diào)制信號的過程，稱為解調(diào)，通常也稱為檢波。完成解調(diào)的電路稱為解調(diào)器或檢波器。解調(diào)器的頻譜變換

5.1.3混頻電路

一、混頻的概念——將頻率為fc的高頻已調(diào)載波信號不失真地變換成頻率為fI的中頻已調(diào)信號。（調(diào)制規(guī)律不變）。fI、fc之間的關(guān)系為fI＝fc+fLfc－fLfc>fLfI＝fL－fcfL>fcfI>fC的混頻稱為上混頻，fI<fC的混頻稱為下混頻。調(diào)幅廣播收音機(jī)一般接受下混頻，它的中頻規(guī)定為465kHz。二、混頻器組成框圖及工作原理

⒈組成框圖

⒉工作原理

兩個不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時，經(jīng)非線性變換，電流中包含直流重量、基波、諧波、和頻、差頻重量等。其中差頻重量fLo-fs就是混頻所須要的中頻成分，通過中頻帶通濾波器把其它不須要的頻率重量濾掉，取出差頻重量完成混頻。若同一個非線性器件既完成混頻、又作為本地振蕩，則這個混頻器通常稱為變頻器。高頻電子線路第五章信號變換一：振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路

5.2振幅調(diào)制電路5.2振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制按其功率的凹凸可分為低電平調(diào)制和高電平調(diào)制。低電平調(diào)制主要用來實現(xiàn)雙邊帶和單邊帶調(diào)制，目前應(yīng)用最廣泛的低電平調(diào)制電路有：雙差分對模擬乘法器調(diào)幅、二極管環(huán)形調(diào)幅器調(diào)幅。高電平調(diào)制主要用于實現(xiàn)一般調(diào)幅波調(diào)制，它主要用在調(diào)幅放射機(jī)的末端。5.2.1模擬乘法器

一、乘法器的電路符號二、恒流可變差分放大器的相乘特性

⒈恒流源差分放大器的相乘特性⒈恒流源差分放大器的相乘特性令

UT=kT/q為熱力學(xué)電壓Ui=Ube1-Ube2（T＝300K時，UT≈26mV）當(dāng)差模輸入電壓Ui遠(yuǎn)小于UT，即|Ui|﹤﹤UT△IC=Ic1-Ic2≈Iotanh(Ui/2UT)≈I0（Ui/2UT）∴Uo=△ICRC≈I0RC（Ui/2UT）⒉恒流可變差分放大器的相乘特性⒉恒流可變差分放大器的相乘特性

（兩象限相乘器）Io變成可變的，即由Uy限制Io，而Ui=Ux。當(dāng)Ux很小即Ux﹤﹤UT，Uy很大即Uy＞＞ube3，△IC≈I0（Ui/2UT）≈（Uy/Re）（Ux/2UT）Uo=△ICRC≈（RC/Re）（UxUy/2UT）Uy限制Io，也就限制了V1和V2的跨導(dǎo)，也稱跨導(dǎo)相乘器。三、雙差分模擬相乘器

（四象限變跨導(dǎo)相乘器）雙差分放大器的相乘特性當(dāng)Ux、Uy﹤﹤UT時△IC≈I0（Ux/2UT）（Uy/2UT）因此，對小信號而言，電路起模擬相乘作用?？蓴U(kuò)大輸入電壓的線性動態(tài)范圍，見P109的圖5.21。四、好用集成模擬相乘器舉例

1.FZ4相乘器的簡化電路圖2.FZ4相乘器的相乘特性

Uo≈4UxUyRC/（I3RxRy）=KUxUy其中K=4RC/（I3RxRy），稱為相乘因子。在Uo的表達(dá)式中已不再有UT，這說明在這種電路中，不再有Ux、Uy﹤﹤UT的要求，即擴(kuò)展了輸入電壓Ux、Uy的線性動態(tài)范圍。5.2.2低電平調(diào)制電路

一、模擬相乘器調(diào)幅原理⒈雙邊帶調(diào)幅相乘器uo=Amuxuy設(shè)ux為載波uC＝UCmcoswCtuy為調(diào)制信號uΩ＝UΩmcosΩt則uo=AmUCmcoswCtUΩmcosΩt=0.5AmUCmUΩm

[cos（wC+Ω）t＋cos（wC-Ω）t]——實現(xiàn)DSB調(diào)制

⒉一般調(diào)幅相乘器uo=Amuxuy設(shè)ux為載波uC＝UCmcoswCtuy為調(diào)制信號疊加直流信號即uy＝Uo+UΩmcosΩt則uo=AmUCmcoswCt（Uo+UΩmcosΩt）=AmUCmUocoswCt＋0.5AmUΩmUCmcos（wC+Ω）t＋0.5AmUΩmUCmcos（wC-Ω）tma=UΩm/Uo即調(diào)整直流電壓Uo可變更ma二、集成模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)幅

1.典型的調(diào)制解調(diào)器MC1596內(nèi)部電路圖2.MC1596實現(xiàn)一般調(diào)幅的電路為了獲得合適的直流電壓Uo，以調(diào)整ma的大小，在輸入端的1、4間接入了兩個750Ω的電阻，50kΩ的電位器（也稱調(diào)零電路）。一般輸入載波信號在（100～400）mV，調(diào)制信號在（10～60）mV，已避開已調(diào)信號失真。3.MC1596實現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅見p112圖5.26。三、環(huán)形調(diào)幅器

——實現(xiàn)DSB調(diào)幅原理圖5.2.3高電平調(diào)制電路

一、基極調(diào)幅⒈原理圖——要實現(xiàn)基極調(diào)幅，應(yīng)工作在欠壓狀態(tài)各元件作用T1：高頻變壓器T2：低頻變壓器T3：輸出變壓器C1：低頻旁路C2：高頻旁路、低頻開路CE：溝通旁路RE、RB1、RB2：偏置電阻EB0=RB2EC/（RB1+RB2）-IEREL、C回路：帶通濾波器把AM信號取出二、集電極調(diào)幅

⒈原理圖——為實現(xiàn)集電極調(diào)幅，應(yīng)工作在弱過壓狀態(tài)高頻電子線路5.3振幅解調(diào)電路5.3振幅解調(diào)電路按解調(diào)方法分有包絡(luò)檢波和同步檢波。包絡(luò)檢波是指檢波器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。這種方法只適用于AM波。同步檢波是本地載波和發(fā)送載波必需保持同頻同相，即完全同步的檢波方法。它對于AM、DSB、SSB、VSB都適用，但解調(diào)AM信號比包絡(luò)檢波困難，所以很少接受。單頻調(diào)制時包絡(luò)檢波器的輸入與輸出波形

同步檢波器的框圖

5.3.1二極管包絡(luò)檢波電路

一、二極管包絡(luò)檢波電路的工作原理

⒈原理圖要求：1/wcCL﹤﹤RL濾去高頻1/ΩCL＞＞

RL取出低頻即低通濾波器⒉工作原理（輸入信號大于0.5v）

①檢波過程ui正半周時，二極管導(dǎo)通，即輸入電壓ui對CL充電。由于二極管正向電阻很小，故充電時間常數(shù)小，很快充到輸入電壓峰值，充電電壓相對二極管是附加了反向偏置uo，當(dāng)ui下降到小于充電電壓uo時，二極管截止，CL向RL放電，由于RL很大，放電時間常數(shù)大，故CL上電壓還沒下降多少，輸入信號ui下一個周期又來到，充電、放電······如此循環(huán)，直到電容上的充放電達(dá)到平衡。②輸入等幅波時檢波器的工作過程③輸入AM信號時檢波器工作過程檢波過程以上檢波過程，事實上是二極管在端電壓ui-uo的作用下，依次導(dǎo)通、截止，使得流過的電流為尖頂余弦脈沖，其中含有直流重量、低頻調(diào)制重量、高頻基波重量及各次諧波重量。由低通濾波器濾除高頻基波和各次諧波重量，保留下與包絡(luò)變更規(guī)律相對應(yīng)的低頻電壓信號。結(jié)論：利用二極管的單向?qū)щ娦院蜋z波負(fù)載電阻、電容的充放電過程來完成檢波任務(wù)。二、主要技術(shù)指標(biāo)二、主要技術(shù)指標(biāo)⒈檢波效率——大直流傳輸系數(shù)Kd=UD/UCm溝通傳輸系數(shù)Ka=UΩm/maUCm⒉檢波器的輸入阻抗Ri=Ucm/Ic1m≈RL/2為了減小檢波器對諧振回路的影響，常接受三極管射極包絡(luò)檢波器（p116）。三、二極管包絡(luò)檢波電路中的失真1.對角線失真（惰性失真）——緣由：RLCL選得太大，放電太慢，跟不上輸入信號包絡(luò)線的變更2.底部切割失真（負(fù)峰切割失真）1.對角線失真（惰性失真）1.對角線失真（惰性失真）調(diào)制信號Ω越高、ma越大，則包絡(luò)下降速度越快，越易產(chǎn)生惰性失真為避開產(chǎn)生惰性失真RLCL≤√1-m2a/（Ωmaxmma）2.底部切割失真（負(fù)峰切割失真）是指耦合電容Cc通過電阻RL放電，對二極管引入一附加偏置電壓，導(dǎo)致二極管截止而引入的失真。底部切割失真（負(fù)峰切割失真）

2.底部切割失真（負(fù)峰切割失真）為避開負(fù)峰切割失真，應(yīng)滿足UCm（1－ma）≥RLUCm/（RL+R`L）即ma≤R`L/（RL+R`L）=RΩ/RLRΩ＝R`L//RL為低頻溝通負(fù)載電阻，RL為檢波器的直流負(fù)載電阻?？梢姍z波器的負(fù)峰切割失真產(chǎn)生的緣由是檢波器交、直流負(fù)載電阻不等造成的。

減小交、直流負(fù)載電阻值差別的檢波電路5.3.2同步檢波電路

1.疊加型同步檢波電路工作原理將雙邊帶信號與同步信號疊加，疊加后的信號是一般調(diào)幅波，然后再經(jīng)包絡(luò)檢波器，解調(diào)出調(diào)制信號。環(huán)形調(diào)幅器實現(xiàn)檢波

2.MC1596模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波

檢波原理本地載波必需與發(fā)送載波同頻同相，即完全同步。MC1596接成同步檢波器高頻電子線路

5.4混頻電路一、混頻器組成框圖及工作原理

⒈組成框圖

二、對混頻器的主要要求

⒈混頻增益高——混頻增益是指混頻器輸出中頻電壓振幅與輸入的高頻電壓振幅之比。A＝20lg（UIUs）或G＝20lg（PIPs）2.失真和干擾要?。ǜ鞣N組合頻率重量引起）3.噪聲系數(shù)NF小NF=10lg[（Ps/PN）/（PI/PN）]4.選擇性好、工作穩(wěn)定性好5.4.1混頻電路混頻電路按所用器件分：二極管混頻器、晶體三極管~、場效應(yīng)管~、差分對管~混頻電路按工作特點分：單管混頻器、平衡~、環(huán)形~

一、晶體三極管混頻電路

1.混頻電路的基本形式(書中P123)

共e：b極輸入、b極注入/b極輸入、e極注入共b：e極輸入、e極注入/e極輸入、b極注入⒉工作原理信號電壓和本振電壓串聯(lián)后，加在管子放射結(jié)be上，利用ic和ube的非線性關(guān)系即ic＝a0＋a1（uLo+us）＋a2（uLo+us）2＋···進(jìn)行頻率變換，輸出電流中包含直流重量、基波重量、諧波、和頻、差頻重量，通過LC并聯(lián)諧振回路這一中頻帶通濾波器取出差頻重量，完成混頻。3.三極管混頻電路好用混頻電路

（1）自激式變頻電路（2）他激式混頻電路

(書中p123圖5.45)二、二極管平衡混頻電路

⒈原理圖及等效電路

⒉工作原理

u1=uLo+usi1＝a0＋a1u1

＋a2u12＋···u2=uLo-usi2＝a0＋a1u2

＋a2u22＋···i1＝a0＋a1（uLo+us）＋a2（uLo+us）2＋···i2＝a0＋a1（uLo-us）＋a2（uLo-us）2＋···i1-i2＝2a1us+4a2usuLo+6a3usuLo2+2a3us3+···

三、二極管環(huán)形混頻器

⒈原理圖及等效電路⒉工作原理i=（i1-i2）-（i3-i4）=8a2usuLo+16a4us3uLo+16a4usuLo3+···為保證二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，本振信號的功率必需足夠大，且輸入信號功率必需遠(yuǎn)小于本振功率。⒊優(yōu)點靈敏度及抑制干擾方面比平衡混頻器更優(yōu)越四、模擬相乘器混頻電路5.4.2混頻干擾一、組合頻率干擾——有用輸入信號產(chǎn)生二、副波道干擾（寄生通道干擾）三、交調(diào)干擾——外來無用信號產(chǎn)生四、互調(diào)干擾一、組合頻率干擾——干擾哨聲⒈產(chǎn)生緣由有用信號頻率fs與本振信號頻率fLo的組合頻率接近于有用中頻而產(chǎn)生的干擾。即|±pfLo±qfs|=f`I=fI±F式中F為可聽見的音頻頻率比如：fs=931kHz、fI=465kHz、fLo=1396kHz當(dāng)p=1、q=2時f`I=-1396+2×931=466kHz⒉抑制措施p、q越小，影響越大。措施：uLom取小些、usm取小些、合理選擇中頻。為避開最強(qiáng)的干擾哨聲，應(yīng)將接收機(jī)中頻選在接收機(jī)頻段外。二、副波道干擾緣由：外來干擾信號與本振的組合頻率產(chǎn)生的干擾。即|±pfLo±qfN|=fI最強(qiáng)的兩種干擾⒈中頻干擾當(dāng)p=0、q=1時，fN=fI⒉鏡像干擾當(dāng)p=1、q=1時，fN=fLo+fI抑制副波道干擾的方法提高前級各電路的頻率選擇性。在混頻電路之前將這些干擾信號濾除。對中頻干擾也可在高放輸入回路接入中頻陷波器或高通濾波器。三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）緣由：一個已調(diào)的強(qiáng)干擾信號與有用信號（已調(diào)波）同時作用于混頻器，經(jīng)非線性作用，使輸出中頻信號的包絡(luò)上疊加有干擾電壓的包絡(luò)，而形成對有用信號的干擾?，F(xiàn)象：有用信號與干擾信號同存亡。措施：提高前級電路的選擇性選擇合適的混頻器件及其工作狀態(tài)，使混頻器工作在弱非線性區(qū)。四、互調(diào)干擾緣由：兩個干擾信號彼此混頻，產(chǎn)生頻率接近于有用信號頻率而造成的干擾?，F(xiàn)象：只接收到干擾信號。高頻電子線路5.5自動增益限制復(fù)習(xí)提問⒈該電路為何種檢波器？用于解調(diào)何種調(diào)幅波？⒉當(dāng)輸入AM波時，uo為怎樣的波形？⒊當(dāng)把二極管反向，則uo又為怎樣的波形？結(jié)論⒈從檢波二極管陰極取出為正電壓⒉從檢波二極管陽極取出為負(fù)電壓⒊檢波器輸出電壓的幅度與輸入調(diào)幅波幅度成正比

一、增益限制的必要性

⒈接收的信號為不同的功率、不同的距離。⒉接收機(jī)的環(huán)境會發(fā)生變更。⒊由于電離層的變更，使接收的信號有衰落。⒋接收機(jī)與放射機(jī)之間的相對距離發(fā)生變更。⒌電源電壓不穩(wěn)定?！捎谝陨暇売墒馆斎胄盘栍袕?qiáng)有弱，就必需運用自動增益限制（AGC）來限制接收機(jī)的增益使其隨輸入信號強(qiáng)弱變更。其目的是使接收機(jī)輸出電平保持確定。二、AGC的分類1.簡潔AGC(平均值型AGC)一有外來信號，AGC馬上起作用。這對微弱信號的接收不利。2.延遲式AGC在小于檢波器的限制電壓U時，AGC不起作用。無AGC延遲AGC簡單AGCUoUi三、具有AGC限制的接收機(jī)方框圖四、AGC電壓的產(chǎn)生⒈產(chǎn)生方法（1）平均值型（2）延遲式⒉