通信電子線路講義62

教學要求掌握典型調(diào)幅信號解調(diào)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點。了解數(shù)字調(diào)幅的典型解調(diào)方式及其實現(xiàn)電路。當前第1頁\共有23頁\編于星期日\16點解調(diào)：是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復出原低頻調(diào)制信號的過程。調(diào)幅信號的解調(diào)器又稱振幅檢波器。從頻譜上看：解調(diào)也是信號頻譜的線性搬移過程，將高頻端的信號頻譜搬移到低頻端。解調(diào)過程和調(diào)制過程相對應，不同的調(diào)制方式對應于不同的解調(diào)。振幅調(diào)制

解調(diào)AM調(diào)制

DSB調(diào)制

SSB調(diào)制包絡檢波

同步檢波

峰值包絡檢波平均包絡檢波

乘積型同步檢波

疊加型同步檢波

6.1概述?調(diào)幅解調(diào)的分類當前第2頁\共有23頁\編于星期日\16點?調(diào)幅解調(diào)的方法

1.包絡檢波

t調(diào)幅波調(diào)幅波頻譜ωc+Ωωc-Ωωcω輸出信號頻譜Ωω包絡檢波輸出t非線形電路低通濾波器t調(diào)幅波t調(diào)幅波t調(diào)幅波包絡檢波輸出t包絡檢波輸出t包絡檢波輸出t當前第3頁\共有23頁\編于星期日\16點由于DSB和SSB信號的包絡不同于調(diào)制信號，不能用包絡檢波器，只能用同步檢波器，但需注意：同步檢波過程中，為了正常解調(diào)，必須恢復載波信號，而所恢復的載波必須與原調(diào)制載波同步（即同頻同相）。乘法器低通濾波器uDSBu'ou'Ω2.同步檢波包絡檢波器

加法器uDSBu'ou'ΩuAM解調(diào)載波當前第4頁\共有23頁\編于星期日\16點

(1)電壓傳輸系數(shù)Kd

?檢波電路的主要技術指標是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。

當檢波電路的輸入信號為高頻等幅波，即ui(t)=Uimcosωct時，Kd定義為輸出直流電壓Uo與輸入高頻電壓振幅Uim的比值，即

當輸入高頻調(diào)幅波ui(t)=Uim(1+macosΩt)cosωct時，Kd定義為輸出低頻信號Ω分量的振幅UΩm與輸入高頻調(diào)幅波包絡變化的振幅maUim的比值，即

(2)等效輸入電阻Rid

因為檢波器是非線性電路，Rid的定義與線性放大器是不相同的。Rid定義為輸入高頻等幅電壓的振幅Uim，與輸入端高頻脈沖電流基波分量的振幅之比，即

(3)非線性失真系數(shù)Kf

非線性失真的大小，一般用非線性失真系數(shù)Kf表示。當輸入信號為單頻調(diào)制的調(diào)幅波時，Kf定義為：

UΩ、U2Ω、U3Ω…分別為輸出電壓中調(diào)制信號的基波和各次諧波分量的有效值。

(4)高頻濾波系數(shù)F

檢波器輸出電壓中的高頻分量應該盡可能的被濾除，以免產(chǎn)生高頻寄生反饋，導致接收機工作不穩(wěn)定。

高頻濾波系數(shù)的定義為，輸入高頻電壓的振幅Uim與輸出高頻電壓的振幅Uoωm的比值，即在輸入高頻電壓一定的情況下，濾波系數(shù)F越大，則檢波器輸出端的高頻電壓越小，濾波效果越好。通常要求F≥(50～100)。當前第5頁\共有23頁\編于星期日\16點6.2二極管大信號包絡檢波器1.大信號包絡檢波的工作原理

(1)電路組成ZL+-uiVDRC+-uiRui+-Crd由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。

RC低通濾波電路有兩個作用：

①對低頻調(diào)制信號uΩ來說，電容C的容抗，電容C相當于開路，電阻R就作為檢波器的負載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。②對高頻載波信號uc來說，電容C的容抗，電容C相當于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡所呈現(xiàn)的阻抗為:

當前第6頁\共有23頁\編于星期日\16點(2)工作原理分析

+

uD-+-uoiduD=ui-uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd當輸入信號ui(t)為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管正向?qū)?，輸入高頻電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數(shù)為rdC。因為rdC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快，輸出電壓uo(t)很快增長。作用在二極管VD兩端上的電壓為ui(t)與uo(t)之差，即uD=ui-uo。所以二極管的導通與否取決于uD

當uD=ui-uo>0，二極管導通；當uD=ui-uo<0

，二極管截止。

ui(t)達到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當ui(t)=uo(t)，即uD=ui-uo=0時，二極管VD截止。C把導通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。

檢波器的有用輸出電壓：uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)tididi充i充i放i放+-+-當前第7頁\共有23頁\編于星期日\16點檢波器的實際輸出電壓為：

uo(t)+Δuc=uΩ(t)+UDC+Δuc當電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓Δuc很小，可以忽略,輸出電壓為：

uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低頻調(diào)制分量。

圖(a)：電容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復后的原調(diào)制信號uΩ，一般常作為接收機的檢波電路。圖(b)：電容Cφ的旁路作用，交流分量uΩ(t)被電容Cφ旁路，輸出信號為直流分量UDC，一般可作為自動增益控制信號（AGC信號）的檢測電路。UDCuΩ(t)Δuctuo(t)ui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)t

峰值包絡檢波器的應用型輸出電路+-UDC（b）ui+-CVDRφRCφ+-uoui+-CVDRL+-uΩRCd+UDC-+-uo（a）當前第8頁\共有23頁\編于星期日\16點若設輸入信號輸出信號為,則加在二極管兩端的電壓uDiDuoUimθ如果以右圖所示的折線表示二極管的伏安特征曲線（注意在大信號輸入情況下是允許的），則有：當時有：可見有兩部分：低頻調(diào)制分量：其中：直流分量：(1)電壓傳輸系數(shù)Kd

（檢波效率）定義：2.電路主要性能指標

+uD-ui+-CVDR+-uo有為電流導通角。其中另外，還可以證明導通角的表達式：而當很大時，(如>50)代入上式可得：當前第9頁\共有23頁\編于星期日\16點（2）檢波的等效輸入電阻峰值檢波器常作超外差接收機中放末級的負載，故其輸入阻抗對前級的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是峰值檢波器的主要缺點。討論：①當VD和R確定后，θ即為恒定值，與輸入信號大小無關，亦即檢波效率恒定，與輸入信號的值無關。表明輸入已調(diào)波的包絡與輸出信號之間為線性關系，故稱為線性檢波則輸出信號為：②

當?shù)硐胫狄话惝敚话阌嬎惴椒椋寒斴斎胄盘枮椋簷z波器的輸入電阻Rid是為研究檢波器對其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，Rid是對載波頻率信號呈現(xiàn)的參量。若設輸入信號為等幅載波信號:+-uo中放末級RsVDRCsCLsisRid+-uiKdUimui(t)t忽略二極管導通電阻rd上的損耗功率，由能量守恒原則，檢波器輸入端的高頻功率全部轉(zhuǎn)換為輸出端負載電阻R上消耗的功率即有又因Kd=cosθ≈1

所以當前第10頁\共有23頁\編于星期日\16點(1)

惰性失真二極管峰值型檢波器中存在著兩種特有失真：

惰性失真底部切割失真為了提高檢波效率和濾波效果，（C越大，高頻波紋越?。傁Ｍx取較大的R、C值，但如果R、C取值過大，使R、C的放電時間常數(shù)τ=RC所對應的放電速度小于輸入信號(AM)包絡下降速度時，會造成輸出波形不隨輸入信號包絡而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。(2)產(chǎn)生惰性失真的原因：輸入AM信號包絡的變化率>RC放電的速率(3)避免產(chǎn)生惰性失真的條件：在任何時刻，電容C上電壓的變化率應大于或等于包絡信號的變化率，即：tui(t)與uo(t)uo(t)ui(t)3.檢波器的失真

當前第11頁\共有23頁\編于星期日\16點另外，在二極管截止瞬間，電容兩端所保持的電壓近似等于輸入信號的峰值。即若設輸入信號AM信號：包絡信號為：在t1時刻包絡的變化率:那么電容C通過R放電的電壓關系為：

時刻不產(chǎn)生惰性失真的條件為：所以要求在(4)分析：則有：實際上不同的，和下降速度不同。為在任何時刻都避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值取最大時仍有故令:即：可解得：有實際應用中，由于調(diào)制信號總占有一定的頻帶(Ωmin～Ωmax)，并且各頻率分量所對應的調(diào)制系數(shù)ma也不相同，設計檢波器時，應該用最大調(diào)制度mmax和最高調(diào)制頻率Ωmax來檢驗有無惰性失真，其檢驗公式為可見，ma，Ω越大，信號包絡變化越快，要求RC的值就應該越小。當前第12頁\共有23頁\編于星期日\16點

Uim(1-ma)(5)底部切割失真1)原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號，檢波器與后級低頻放大器的連接如圖所示，為能有效地傳輸檢波后的低頻調(diào)制信號，要求：Uim

UR二極管截止，檢波輸出信號不跟隨輸入調(diào)幅波包絡的變化而產(chǎn)生失真。當UR>

Uim(1-ma)UR或

通常Cd取值較大(一般為5～10μF)，在Cd兩端的直流電壓UDC，大小近似等于載波電壓振幅UDC=KdUim

UDC經(jīng)R和RL分壓后在R上產(chǎn)生的直流電壓為：

由于UR對檢波二極管VD來說相當于一個反向偏置電壓，會影響二極管的工作狀態(tài)。

在輸入調(diào)幅波包絡的負半周峰值處可能會低于UR,顯然，RL越小，UR分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，ma值越大，調(diào)幅波包絡的振幅maUim越大，調(diào)幅波包絡的負峰值Uim(1-ma)越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。后級放大器ui+-CRLRVDCd+UDC-+-UR+uΩ(t)-要防止這種失真，要求調(diào)幅波包絡的負峰值Uim(1-ma)須大于直流電壓UR。即：避免底部切割失真的條件為：式中：RΩ=RL//R為輸出端的交流負載電阻，而R為直流負載電阻。當前第13頁\共有23頁\編于星期日\16點一般：

(1)

回路有載QL要大：這應該從選擇性及通頻帶的要求來考慮。為高頻載波周期(2)

為發(fā)保證輸出的高頻紋波小要求：

即4.檢波器設計及元件參數(shù)的選擇(3)

為了減少輸出信號的頻率失真（輸出信號為一個低頻限帶信號）要求：

ΩminΩmax(4)

為了避免惰性失真：要求：(5)

為了避免底部切割失真：或+-uΩ中放末級RidRLCVDRCsLsRsisCd當前第14頁\共有23頁\編于星期日\16點1.小信號檢波概念輸入高頻信號的振幅小于0.2V，利用二極管伏安特性的彎曲部分進行頻率變換，然后通過低通濾波器實現(xiàn)檢波。2.小信號檢波器的工作原理因為是小信號輸入，檢波器需外加偏壓VQ使其靜態(tài)工作點位于二極管伏安特性的彎曲部分。6.3二極管小信號檢波器小信號檢波的原理電路二極管的伏安特性在工作點Q附近，可表示為：當前第15頁\共有23頁\編于星期日\16點由于輸出電壓很小，忽略輸出電壓的反作用，可得ud=ui+VQ

，則忽略高次項可得：經(jīng)低通濾波器取出。其中為直流電流增量，它代表二極管的檢波作用的結(jié)果。輸出電壓增量為：在輸入信號為高頻等幅波ui=Uimcosωit時，當前第16頁\共有23頁\編于星期日\16點

輸入信號為普通調(diào)幅波時，因為ωi>>Ω，可以認為在ωi一周內(nèi)：可見輸出電壓除Ω分量外。還有2Ω的頻率成分，也就是產(chǎn)生了非線性失真。此電壓增量經(jīng)Cc隔直耦合在RL上得電壓為：這樣檢波后的輸出電壓增量為：是不變的當前第17頁\共有23頁\編于星期日\16點3.小信號檢波器的特點

(1)是利用二極管伏安特性非線性段的二次方特性實現(xiàn)頻率變換，故又稱為平方律檢波。輸入為等幅波時的電壓傳輸系數(shù)kd

=b2RUim/2

，輸入為普通調(diào)幅波時的電壓傳輸系數(shù)kd

=b2RUim

。它們都與輸入信號振幅Uim成正比，Uim越小，則kd

越小，故小信號檢波的電壓傳輸系數(shù)小。(3)由于二極管始終處于導通狀態(tài)，其等效輸入電阻Rid可近似等于二極管的導通電阻rd。(4)當輸入為普通調(diào)幅波時，有2Ω分量輸出產(chǎn)生非線性失真大。當前第18頁\共有23頁\編于星期日\16點4.小信號檢波器的主要技術指標①輸入為等幅波時，小信號檢波器的電壓傳輸系數(shù)為：(1)電壓傳輸系數(shù)②輸入為調(diào)幅波時，小信號檢波器的電壓傳輸系數(shù)為:(2)檢波器的等效輸入電阻

可近似地認為等于二極管的導通電阻rd

(3)非線性失真系數(shù)

當前第19頁\共有23頁\編于星期日\16點疊加型乘積型同步檢波器可分為：6.4同步檢波器(SynchronousDetection)注意：兩種檢波器都需要接收端恢復載波1.

乘積型乘法器低通濾波器uDSBu'c

本地載波uΩ(t)設輸入已調(diào)波：

而恢復的本地載波為：

So相乘器輸出為：，則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號為：令本地載波DSB信號當前第20頁\共有23頁\編于星期日\16點討論：(1)當恢復的本地載波與發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相）則有：Δωc=0，φ=0。能夠無失真將調(diào)制信號恢復出