高頻電子技術(shù)共享課件34解調(diào)電路

1模塊三無(wú)線接收系統(tǒng)

課題一輸入調(diào)諧回路課題二高頻小信號(hào)放大器課題三變頻、混頻課題四解調(diào)電路課題五反饋控制電路23.4解調(diào)電路解調(diào)電路調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)又稱為檢波。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)又稱為鑒頻；調(diào)相信號(hào)的解調(diào)又稱為鑒相；3主要要求：掌握振幅解調(diào)的基本原理。理解二極管包絡(luò)檢波器的典型電路、工作原理，了解其參數(shù)的選擇方法，了解避免惰性失真、負(fù)峰切割失真的方法。掌握同步檢波電路的組成模型與基本原理。任務(wù)一調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)4

從高頻調(diào)幅信號(hào)中取出原調(diào)制信號(hào)的過程稱為振幅解調(diào)，或振幅檢波，簡(jiǎn)稱檢波。檢波電路概述普通調(diào)幅波

解調(diào)出調(diào)制信號(hào)5主要要求：檢波效率高、失真小、輸入電阻較高。檢波電路概述調(diào)幅解調(diào)電路種類：包絡(luò)檢波電路普通調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)代表調(diào)制信號(hào)的波形，一般采用二極管包絡(luò)檢波器解調(diào)得到調(diào)制信號(hào)。同步檢波電路適用于所有調(diào)幅波的檢波，但通常用于解調(diào)DSB、SSB。因?yàn)镈SB和SSB信號(hào)的包絡(luò)并不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，故只能采用同步檢波器檢取調(diào)制信號(hào)。63.4.1二極管包絡(luò)檢波電路一、工作原理當(dāng)滿足Usm>0.5V，RC>>1/wc,R>>rD時(shí)，可認(rèn)為Uo

?Usm。要求輸入信號(hào)的幅度在0.5V以上，為大信號(hào)檢波器。Uo上升，Io逐漸減小充放電相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，Uo穩(wěn)定。Us>Uo+0.7，二極管導(dǎo)通，對(duì)電容充電。rD很小，充電電流Io較大輸入信號(hào)Us是等幅高頻信號(hào)。Us<Uo+0.7，二極管截止，電容放電?？斐渎?，電壓Uo快速上升73.4.1二極管包絡(luò)檢波電路一、工作原理Uo隨調(diào)幅波的包絡(luò)線而變化，獲得調(diào)制信號(hào)完成檢波。輸入信號(hào)Us是調(diào)幅信號(hào)。Uo的大小與輸入電壓的峰值接近相等，故又稱之包絡(luò)峰值檢波器。8振幅檢波器必須有哪幾個(gè)組成部分？各部分作用如何？下列各圖（見圖所示）能否檢波？圖中R、C為正常值。

例題19

包絡(luò)檢波的實(shí)質(zhì)是利用非線性器件（二極管或三極管）進(jìn)行頻率變換。檢波器是頻譜搬移電路，所以檢波器的組成中非線性器件是其核心元件，用低通濾波器濾除無(wú)用頻率分量，取出原調(diào)制信號(hào)的頻率分量。從頻譜來(lái)理解檢波的實(shí)質(zhì)：包絡(luò)檢波的頻譜變化過程102fc

由于檢波器的非線性特性，輸出信號(hào)的頻譜中出現(xiàn)了低頻調(diào)制信號(hào)、載波的基波及其高次諧波，通過低通濾波器就可取出低頻調(diào)制信號(hào)?！蔷€性器件進(jìn)行頻率變換的結(jié)果！

從頻譜來(lái)理解檢波的實(shí)質(zhì)：包絡(luò)檢波的頻譜變化過程11二極管特性曲線在Q點(diǎn)的展開式為忽略輸出電壓的反作用，可以認(rèn)為加在二極管兩端的電壓為音頻信號(hào)，由二次項(xiàng)產(chǎn)生包絡(luò)檢波的頻譜變化過程12包絡(luò)檢波的頻譜變化過程電流i中的成分：音頻成分（調(diào)制信號(hào)）——有用輸出：

用低通濾波器可分離需要的分量。高頻——濾除：所有和的乘積項(xiàng)目直流成分——隔直流電容濾去：

可用于AGC（自動(dòng)增益控制電路）。

當(dāng)輸入信號(hào)很大時(shí)，設(shè)法把管子發(fā)射結(jié)偏壓降低一些。音頻干擾——較難濾除干凈：13沒有調(diào)制信號(hào)：所以DSB信號(hào)不能用包絡(luò)檢波。二極管特性曲線在Q點(diǎn)的展開式為為什么DSB信號(hào)不能用包絡(luò)檢波?忽略輸出電壓的反作用，可以認(rèn)為加在二極管兩端的電壓為包絡(luò)檢波的頻譜變化過程14總結(jié)：包絡(luò)檢波電路組成要素：非線性元件+低通濾波器輸入信號(hào)通過非線性元件能夠產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。所以包絡(luò)檢波電路適用于AM信號(hào)，不適用于DSB或者SSB信號(hào)。包絡(luò)檢波的頻譜變化過程15振幅檢波器必須有哪幾個(gè)組成部分？各部分作用如何？下列各圖（見圖所示）能否檢波？圖中R、C為正常值。

例題1非線性元件低通濾波器16二、檢波效率與輸入電阻1.檢波效率設(shè)hd<1，實(shí)際電路約80%。則直流解調(diào)輸出信號(hào)可以證明：時(shí)，ηd

→1所以包絡(luò)檢波效率較高。hd=輸出低頻電壓振幅輸入調(diào)幅波的包絡(luò)振幅17二、檢波效率與輸入電阻1.檢波效率hd=輸出低頻電壓振幅輸入調(diào)幅波的包絡(luò)振幅電路參數(shù)（ωc、C、R、rD）對(duì)ηd

的影響(1)(1)RC一定，ωc大TC小，充放電時(shí)間都變短，ηd

幾乎不變，檢波波形變光滑；(2)Rωc一定，C變大，充放電變慢，ηd

幾乎不變，檢波波形變光滑；(3)ωcC一定，R大，充電加快，放電變慢，ηd

高；(4)rD小，充電快，ηd

高。輸入信號(hào)小，則檢波二極管rD大，ηd

降低。18ωc對(duì)檢波的影響ηd

幾乎不變（稍微升高）ηd

幾乎不變（稍微降低）(1)RC一定，ωc大TC小，充放電時(shí)間都變短，ηd

幾乎不變，檢波波形變光滑；19C對(duì)檢波的影響ηd

幾乎不變（稍微降低）ηd

幾乎不變（稍微升高）(2)Rωc一定，C變大，充放電變慢，ηd

幾乎不變，檢波波形變光滑；20R對(duì)檢波的影響R大，放電變慢，ηd

高；R小，放電變快，ηd

??；(3)ωcC一定，R變大，充電加快，放電變慢，ηd

高，檢波波形變光滑；21

輸入電阻定義為輸入高頻電壓振幅對(duì)二極管電流中基波分量振幅的比值。設(shè)輸入為高頻等幅信號(hào)，檢波器從輸入信號(hào)源獲得的高頻功率為經(jīng)二極管D1檢波，相應(yīng)輸出為直流電壓Uo，輸出功率為：由于D1的導(dǎo)通時(shí)間很短，故認(rèn)為PL≈Pi，而Uo≈Ucm，因此2.輸入電阻

Ri

對(duì)高頻輸入信號(hào)源而言，檢波電路相當(dāng)于負(fù)載，故要求Ri越大越好。Ri=輸入高頻電壓振幅二極管電流基波分量振幅22

原因：增大R和C值，可提高檢波電壓傳輸系數(shù)和高頻濾波能力。但是RC過大，放電過慢，使C上電壓跟不上調(diào)幅波幅度。ma越大，調(diào)制信號(hào)角頻率?越大，越容易產(chǎn)生惰性失真。

——放電慢

——調(diào)制深，包絡(luò)線下降快

——周期短，包絡(luò)線下降快三、惰性失真和負(fù)峰切割失真1.惰性失真現(xiàn)象

當(dāng)解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，如果電路參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器會(huì)產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。23(a)不產(chǎn)生惰性失真(b)產(chǎn)生惰性失真為了避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi)，C

通過

R的放電速度大于等于包絡(luò)的下降速度可推得不產(chǎn)生惰性失真的充要條件

ma和

越大，包絡(luò)的下降速度越快，不產(chǎn)生惰性失真所要求的

RC

值必須越小。24惰性失真惰性失真正常檢波252.負(fù)峰切割失真原因：檢波電路的交流負(fù)載電阻和直流負(fù)載電阻相差太大。導(dǎo)致在包絡(luò)波谷處二極管截止，造成負(fù)峰切割失真?，F(xiàn)象：直流負(fù)載R交流負(fù)載R'L=R//RL<R檢波器與下級(jí)連接采用阻容耦合電路，濾除直流分量當(dāng)26電容CC用于濾除檢波后的直流分量，故電容CC兩端存在左高右低的直流電壓Vm0，在電阻R上的分壓為：為了避免負(fù)峰切割失真，則即對(duì)二極管相當(dāng)加入一個(gè)反向偏壓，當(dāng)二極管陽(yáng)極電壓小于UR時(shí)，二極管將截止，導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)峰切割失真?；蜇?fù)峰切割失真原因分析——從電壓角度分析交流負(fù)載R’L直流負(fù)載R說明負(fù)峰切割失真是由于檢波器交直流負(fù)載不等、調(diào)幅系數(shù)過大引起的。27當(dāng)沒有負(fù)峰切割失真時(shí)，若輸入

時(shí)，檢波輸出平均電壓為

平均電流為

若要消除負(fù)峰切割失真，則即若，二極管將截止，導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)峰切割失真?；蜇?fù)峰切割失真原因分析——從電流角度分析28

改進(jìn)措施出發(fā)點(diǎn)：減小交、直流負(fù)載電阻的差別。

將

RL分成

RL1和

RL2，當(dāng)

RL維持一定時(shí)，

RL1越大，交、直流負(fù)載電阻的差值就越小，但輸出音頻電壓也就越小。為了折中地解決這個(gè)矛盾，實(shí)用電路中常取

RL1/RL2=0.1~0.2。

C2：進(jìn)一步濾除高頻分量，提高高頻濾波能力。二極管檢波器的改進(jìn)電路29負(fù)峰切割失真負(fù)峰切割失真正常檢波30負(fù)峰切割失真正常檢波負(fù)峰切割失真消失，紋波電壓減小，輸出電壓減小負(fù)峰切割失真調(diào)幅收音機(jī)的檢波電路檢波fSfLfIfIfI自動(dòng)增益控制AGC四、二極管包絡(luò)檢波電路的元件選擇原則：滿足非線性失真指標(biāo)，提供盡可能大的hd、Ri。1、檢波效率2、輸入電阻

Ri3、惰性失真4、負(fù)峰切割失真或四、二極管包絡(luò)檢波電路的元件選擇1、檢波二極管的選擇應(yīng)該選擇正向?qū)娮?、結(jié)電容?。ㄗ罡吖ぷ黝l率高），導(dǎo)通電壓低。通常選用點(diǎn)接觸型鍺二極管。2、RC的選擇(3)為提高檢波效率和高頻濾波能力，RC應(yīng)盡可能大(4)為避免惰性失真綜合(1)為保證所需的檢波輸入電阻，R應(yīng)盡可能大(2)為避免負(fù)峰切割失真綜合2、RC的選擇一般情況：

C選0.01uF~0.05uFR選5kΩ~1kΩ收音機(jī)最高音頻信號(hào)取Fmax=4500Hz或ur(t)LPFuS(t)Sp(t)uO(t)電路組成模型×363.4.2同步檢波電路需加入與調(diào)幅信號(hào)的載波同頻同相的同步本地振蕩信號(hào)乘積型同步檢波電路疊加型同步檢波電路一、乘積型同步檢波低通濾波器乘法器同步檢波器在工作時(shí)，必須給乘法器輸入一個(gè)與載波同頻同相的本地振蕩信號(hào)，即同步電壓。稱為同步檢波器，它適合于各種調(diào)幅波的檢波（AM、DSB、SSB）。注意:同步檢波器均要求同步信號(hào)與發(fā)送端載波信號(hào)嚴(yán)格保持同頻同相,否則會(huì)引起解調(diào)失真。uS(t)37設(shè)接收端收到的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)：本地載波：通過低通濾波器濾除2ωc頻率分量的信號(hào)后得：

可見，無(wú)失真的解調(diào)信號(hào)f(t)，需要在接收端產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送端載波“同頻同相”的本地載波。這就是“同步檢波器”的由來(lái)。①同頻同相1、解調(diào)AM信號(hào)38設(shè)接收端收到的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)：本地載波：通過低通濾波器濾除2ωc頻率分量的信號(hào)后得：可見，的大小決定著能否無(wú)失真的恢復(fù)信號(hào)f(t)②同頻不同相39①當(dāng)，則，通過隔直元件消除直流后，可以無(wú)失真的恢復(fù)原始信號(hào)f(t)②當(dāng)，則，此時(shí)信號(hào)的幅度減小，但不會(huì)產(chǎn)生失真。當(dāng)，則，此時(shí)沒有輸出信號(hào)。當(dāng)，則，此時(shí)，輸出信號(hào)f(t)的符號(hào)改變。對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)無(wú)影響，對(duì)數(shù)字信號(hào)是不允許的②同頻不同相40通過低通濾波器濾除2ωc頻率分量的信號(hào)后得：設(shè)接收端收到的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)：

對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)，當(dāng)頻率誤差很小時(shí)，就會(huì)使輸出具有一種緩慢而音量周期變化的干擾聲。③不同頻不同相本地載波：41設(shè)接收端收到的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)：本地載波：通過低通濾波器濾除2ωc頻率分量的信號(hào)后得：

可見，無(wú)失真的解調(diào)信號(hào)f(t)，需要在接收端產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送端載波“同頻同相”的本地載波。2、解調(diào)DSB信號(hào)42設(shè)接收端收到的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)：本地載波：通過低通濾波器濾除2ωc頻率分量的信號(hào)后得：3、解調(diào)SSB信號(hào)調(diào)制信號(hào)：如何保證本地載波信號(hào)與發(fā)送端載波同頻同相？DSB：取出2wc，分頻得wcSSB：

在發(fā)送SSB信號(hào)的同時(shí)，發(fā)送一個(gè)功率遠(yuǎn)低于邊帶信號(hào)功率的載波信號(hào)，稱為導(dǎo)頻信號(hào)；或發(fā)送端和接收端均采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩電路。44集成電路乘法器同步檢波電路ur(t)是同步信號(hào)，通常足夠大，使相乘器工作在開關(guān)狀態(tài)us(t)是調(diào)幅信號(hào)，小信號(hào)。R6、C5

、C6

組成π型低通濾波器。MC1496構(gòu)成的乘積型同步檢波電路單電源供電us(t)小信號(hào)Ur(t)足

夠大π型低通

濾波器二極管環(huán)形相乘器檢波Tr1Tr281234567LIRur(t)us(t)u’O(t)至低通濾波器46二、疊加型同步檢波電路1.輸入為DSB信號(hào)則當(dāng)合成不失真的普通調(diào)幅波則2.輸入為SSB信號(hào)則若Urm>>Usm則合成電壓近似為AM波48小結(jié)：檢波器包絡(luò)檢波：同步檢波：用于普通調(diào)幅波AM，大信號(hào)，電路簡(jiǎn)單。用于雙邊帶DSB和單邊帶SSB，需要與載波同頻同相的同步信號(hào),電路復(fù)雜乘積型疊加型惰性失真及負(fù)峰切割失真49任務(wù)二調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)---鑒頻主要要求：

了解鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法及鑒頻電路的主要性能指標(biāo)。了解斜率鑒頻器和相位鑒頻器的工作原理。了解限幅器在接收機(jī)中的作用和常用限幅電路。50從調(diào)頻信號(hào)中解調(diào)出調(diào)制信號(hào)的過程叫做鑒頻。

鑒頻器解調(diào)過程一般分為兩步：將調(diào)頻信號(hào)解調(diào)成幅度（相位）與頻率成正比的調(diào)幅（調(diào)相）-調(diào)頻信號(hào)。用包絡(luò)檢波器（或相位檢波器）還原出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。完成鑒頻作用的裝置叫做鑒頻器。理想的鑒頻特性應(yīng)是線性的。實(shí)際電路的非線性失真應(yīng)該盡量減小。鑒頻的概念：51一、鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法1.斜率鑒頻器2.相位鑒頻器3.4.1鑒頻的實(shí)現(xiàn)方法及鑒頻特性523.脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻器4.鎖相鑒頻器在后面章節(jié)中介紹鎖相環(huán)路。53鑒頻電路輸出電壓uo與輸入調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率f之間的關(guān)系曲線稱為鑒頻特性曲線。調(diào)頻信號(hào)中心fc頻率上，輸出電壓為0。當(dāng)信號(hào)頻率偏離中心fc頻率升高、下降時(shí)，輸出電壓將分別向正、負(fù)極性方向變化（或相反）。在信號(hào)頻率fc附近，uo與f近似為線性關(guān)系。為了獲得理想的鑒頻效果，希望鑒頻特性曲線要陡峭且線性范圍大。二、鑒頻特性54鑒頻靈敏度(也稱鑒頻跨導(dǎo))SD線性范圍2fmax

非線性失真：指由于鑒頻特性的非線性所產(chǎn)生的失真。通常要求在滿足線性范圍和非線性失真的條件下，提高SD。主要性能指標(biāo)應(yīng)使2fmax>2

fm（調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏）線性范圍為鑒頻特性近似為直線的范圍，表明不失真解調(diào)時(shí)所允許的最大頻率變化范圍。SD表示單位頻偏輸出電壓大小。越大越好。553.4.2斜率鑒頻器一、單失諧回路斜率鑒頻器頻率-振幅變換將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅-調(diào)頻信號(hào)。包絡(luò)檢波采用振幅檢波器，可以得到原調(diào)制信號(hào)uo(t)。56一、單失諧回路斜率鑒頻器調(diào)頻波的中心頻率：fcLC并聯(lián)回路諧振頻率：f0頻率-振幅變換將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅-調(diào)頻信號(hào)。f0≠fc，回路失諧，輸入信號(hào)工作在LC

回路諧振曲線的傾斜部分。57當(dāng)調(diào)頻信號(hào)頻率f隨時(shí)間變化時(shí)，電壓u(t)的振幅也隨時(shí)間產(chǎn)生相應(yīng)變化。利用LC并聯(lián)回路諧振曲線的下降（上升）部分，使等幅的調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅-調(diào)頻信號(hào)。為取得較好的線性轉(zhuǎn)換特性,可將fc

置于幅頻特性曲線下降段線性部分中點(diǎn)，即A點(diǎn)處。58例某鑒頻器輸入調(diào)頻信號(hào)為鑒頻靈敏度為試畫出該鑒頻器的鑒頻特性曲線和鑒頻輸出電壓波形。，鑒頻器帶寬2Δfmax＝100kHz，解：（1）由調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式得：。

由SD和2Δfmax得：故鑒頻特性曲線為59（2）由得解調(diào)輸出電壓為60二、雙失諧回路斜率鑒頻器C1=C2R1=R2兩個(gè)回路的諧振特性相同V1

、V2特性相同uo=uo1–uo2f01<

fc<

f02，對(duì)fc的偏離要適當(dāng)fc–f01=

f02–

fc應(yīng)大于?fm上、下兩個(gè)單失諧回路的鑒頻器特性相互補(bǔ)償，使鑒頻器輸出電壓中的直流分量和低頻偶次諧波相互抵消，故鑒頻器非線性失真減小，線性范圍和鑒頻靈敏度增大。電路諧振曲線鑒頻特性61

若f01與f02位置合適,兩回路鑒頻特性曲線中的彎曲部分互相補(bǔ)償,相減后的鑒頻特性不但線性好,而且線性鑒頻范圍增大。這種電路的主要缺點(diǎn)是調(diào)試比較困難,因?yàn)樾枰{(diào)整兩個(gè)LC回路的參數(shù)使之滿足要求。二、雙失諧回路斜率鑒頻器62一、乘積型相位鑒頻器二、疊加型相位鑒頻器3.4.3相位鑒頻器延時(shí)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)63一、乘積型相位鑒頻器1.乘積型鑒相器

模擬相乘器用來(lái)檢出兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差，并將相位差變換為電壓信號(hào)。低通濾波器用于取出低頻信號(hào)、濾除高頻信號(hào)，從而得解調(diào)輸出電壓uo(t)?！裂訒r(shí)網(wǎng)絡(luò)64設(shè)輸入信號(hào)為：經(jīng)過相乘器后輸出：延時(shí)信號(hào)為：若原調(diào)制信號(hào)為：65即輸出為：若可得而且通過調(diào)整t0

使高頻分量，濾掉低頻分量，保留原調(diào)制信號(hào)為：可見，輸出信號(hào)是與原調(diào)制信號(hào)成正比的。解調(diào)完成。二、疊加型相位鑒頻器1.疊加型鑒相器變換網(wǎng)絡(luò)的作用：由調(diào)頻信號(hào)U1產(chǎn)生調(diào)頻-調(diào)相信號(hào)U2。U1調(diào)頻波的載波頻率是68疊加型平衡鑒相器69(a)

時(shí)，uV1=uV2，鑒相器輸出電壓uo=uo1-uo2=0(b)