(1.7)--高频电子线路高频电子线路.pdf

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1、第七章振幅调制解调电路1.基本内容 在通信系统中，模拟调制分为振幅调制和角度调制两大类，本章讨论振幅调制,内容主 要包括振幅调制信号分析，振幅调制的原理、实现方法及电路组成等。2.基本要求（1）掌握振幅调制的类型及已调信号的基本特性。（2）深刻理解非线性电阻（导）器件的相乘作用及其实现信号频谱搬移的原理。（3）充分理解时变电路中非线性器件的时变电导特性。掌握非线性时变电路的分析方法。（4）熟悉二极管调制器、差动放大器调制的工作原理及分析方法。了解并能正确使用集 成模拟乘法器。7.1 概述 调制是通讯系统中重要的环节,将需要传送的基带信号加到高频信号上去的过程称为调 制。调制可分为模拟调制和数字

2、调制,但就调制的基本原理来说，特别是在载波调制形式上，模拟调制可以认为是数字调制的理论基础。模拟调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。7.1.1普通调幅波的数学表达式及其频谱1.普通调幅波的数学表达式 振幅调制是用需传送的信息（调制信号）去控制高频载波 的振幅，使其随调 制信号 线性变化。就是，若载波信号电压为，调制信号为，则普通调幅波的振幅为：（71）则普通调幅波的数学表示式为（72）普通调幅波也叫标准调幅波，用AM表示。设调制信号电压 为（73）其中 和 分别为调制信号的角频率（单位为 rad/s）和频率（单位为Hz）。通常满足 。有：（74）图 7-1 信号波形 上式就是单频调制时普通调

3、幅波的表达式。式中 称为包络函数。而 为调幅指数（调幅度）,为比例系数。普通调幅波的波形如图 7-1 所示。从图中可以看到，已调幅波的包络形状与 调制信号一样。从调幅波的波形上看出包络的最大值 和最小值 分别为：故可得(75)可以看出，不失真调制时；如果，则已调波包络形状与调制信号不一样，这种情况称为过调制，其波形如图 7-2 所示。图 7-2 过调制调幅波形2.普通调幅波的频谱 式（7-4）用三角公式展开：(7(7-6)6)图 7-3 单音调制的调幅波频谱 这表明单频调幅波由载波分量，上边频分量 和下边频分量 三个频率分 量组成，频谱如图 7-3 所示。显然，载波分量并不包含信息，调制信号的

4、信息只包含在上下 边频内。实际上，调制信号是包含多个频率的复杂信号，如调幅广播所传送的语音信号频率 约为 50HZ 至 4.5kHZ，调制后，各个语音频率产生各自的上边频和下边频，迭加后形成上边 频带和下边频带，如图 7-4 所示。因为上、下边频幅度相等且成对出现，所以上、下频带的图 7-4 多音调制的调幅波频谱 频率分布相对载波是对称的。其数学表达式可写为(7-7)由调幅波的频谱图可以看出，调制过程实质上是一种频谱搬移过程。经过调制后，调制 信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下边频带。7.1.2 7.1.2 普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系 设调幅波电压加在电阻 R 两端，各

5、频率分量对应的功率为 1、载波频率(7-8)2、每个边频功率(7(7-9)9)3、调制的平均总功率(7(7-10)10)上式表明，调幅波的输出功率随 的增大而增大。当=1 时，这说明当=1 时，包含信息的上、下边频功率值之和只占总功率的 1/3，而不包含信息的载波功率却占了总功率的 2/3。从能量观点看，这是一种浪费。7.1.3 7.1.3 抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号 抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号 1.1.抑制载波的双边带调幅信号抑制载波的双边带调幅信号 因为载波不包含信息，为了减小不必要的功率浪费，可以只发射上、下边频,而不发射 载波,称为抑制载波的双边带调幅信号,

6、用 DSB 表示。这种信号的其数学表示式为(7-11)双边带调幅信号的振幅为,而普通调幅波高频信号的振幅为，显然双边带的振幅 可正可负，而普通调幅波在 时振幅不可能出现负值。单频调制的双边带调幅波信号波形如图 7-5 所示。图 7-5 双边带调幅信号的波形 双边带信号的包络仍然是随调制信号变化的,但它的包络已不能完全准确地反映低频 调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周，已调波高频与原载波反相，调制信 号的正半周,已调波高频与原载频同相;双边带信号的高频相位在调制电压过零点处跳变 180 度。另外,双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的，为 2Fmax。因为双边带信号不包含

7、载波,所以发送的全部功率都载有信息，功率有效利用率。2.2.单边带调幅信号单边带调幅信号因为双边带调幅波两个边带都包含调制信号的信息，所以可以进一步把其中的一个边带 抑制掉,而只发射一个边带,这就是单边带调幅波,用 SSB 表示。其数学表示式为(7(7-12)12)(7-13)单边带调幅波的频谱宽度只有双边带的一半,频带利用率高,是一种常用的调制方式。对 于单频调制的单边带信号,它是等幅波,但它与原载波电压是不同的,含有传送信息的特征。7.1.4 7.1.4 振幅调制电路的功能振幅调制电路的功能 振幅调制电路的功能是将调制信号和载波信号通过电路变换成高频调幅信号输出。振幅调制电路的功能也可用输

8、入、输出信号的频谱关系来表示。图 7-6 所示是三种调幅 电路输入、输出信号的频率关系。图 7-6 三种调幅电路的频率变换关系 由图可知三种电路的输入信号都是调制信号和载波信号，其频率为 和。而输出信号则不同，普通调幅波调幅电路输出频谱为,双边带调幅电路的 输出频谱为，单边带调幅电路的输出频谱为 或。7.1.5 7.1.5 振幅调制电路的分类振幅调制电路的分类 在调幅无线电发射机中，按实现调幅级电平的高低可分为低电平调幅电路和高电平调幅 电路。由于低电平调幅电路的功率较小，对调幅电路来说，输出功率和效率不是主要指标，重点是提高调制的线性，减少不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。低电平调幅电路

9、是先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高频功率放大器放大到 所需要的发射功率。高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。它的优点是整机效率高。设 计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。常用的晶体管集电极调幅电路和基极调幅 电路，以及电子管板极调幅电路和栅极调幅电路。通常高电平调幅只能产生普通调幅波。7.2 7.2 低电平调幅电路 低电平调幅电路 7.2.1 7.2.1 单二极管开关状态调幅电路单二极管开关状态调幅电路 所谓开关状态调幅电路是指二极管在不同频率电压作用下进行频率变换时，其中一个电 压振幅足够大，另一电压振幅较小，二极管的导通或截止受大振幅电压的控制，近似认为二

10、 极管处于开关状态。1.1.单二极管开关状态单二极管开关状态伏安持性的折线近似 单二极管电路的原理电路如图 7-7 所示(负载略),输入信号 U1 和控制信号（参考信号）U2 同时作用在非线性二极管上。图 77 单二极管开关调幅电路电路 忽略输出电压 Uo 的反作用,加在二极管两端的电压 UD 为（7-14）二极管可等效为一个受控开关,控制电压就是 U2图 78 二极管伏安持性的折线近似 1 二极管开关状态调幅电路分析 由图 67(b),认为二极管的通断主要由 u2 控制,可得（7-15）一般情况下,Vp较小,有U2Vp,可令Vp=0(也可在电路中加一固定偏置电压E0,用以抵消 Vp,式（71

11、5）可进一步写为（7-16）由于 u2U2mcos2t,则 u20 对应于 2n-/22t2n+/2,n=0,1,2,故有（7-17）上式也可以合并写成（7-18）式中,g（t）为时变电导,受 u2 的控制;K(2t)为开关函数,它在 u2 的正半周时等于 1,在 负半周时为零,即（7-19）时变电导 g（t）为 图 7-9 K（2t）与 u2 的波形图（7-20）K（2t）是周期性函数,可用傅里叶级数展开为:（7-21）2 二极管开关状态调幅频谱分析 若 u1U1mcos1t 为单频率信号,代入(7-20)式有（7-22）可以看出,流过二极管的电流 iD 中的频率分量有:1.输入信号 u1

12、和控制信号 u2 的频率分量 1 和 2 2.控制信号 u2 的频率 2 的偶次谐波分量;3.由输入信号 u1 的频率 1 与控制信号 u2 的奇次谐波分量的组合频率分量（2n+1）21,n=0,1,2,。7.2.2 7.2.2 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路 1.二极管平衡调幅电路 图 7-10（a）是二极管平衡电路的原理电路。它是由两个性能一致的二极管及中心抽头 变压器 T1、T2 组成。图 710 二极管平衡调幅电路 1.二极管平衡调幅电路的工作原理二极管处于大信号工作状态,伏安特性可用折线近似。U2U1,二极管开关主要受u2控制。忽略输出电压的反作用,则加到两个二极管上的电压 u

13、D1、uD2 为 uD1=u2+u1 uD2=u2-u1（723）由于加到两个二极管上的控制电压 u2 是同相的,因此两个二极管的导通、截止时间是相 同的,其时变电导也是相同的。由此可得流过两管的电流 i1、i2 分别为（7-23）i1、i2 在 T2 次级产生的电流分别为（7-24）但两电流流过 T2 的方向相反,在 T2 中产生的磁通相消,故次级总电流 iL 应为（7-25）将式（7-23）代入上式,有（7-26）考虑,代入上可得(7(7-27)27)当考虑 RL 的反映电阻对二极管电流的影响时,要用包含反映电阻的总电导来代替 gD。如 果 T2次级所接负载为宽带电阻,则初级两端的反映电阻

14、为 4RL。对 i1、i2 各支路的电阻为 2RL。此时用总电导（7-28）7.2.3 7.2.3 二极管环形调幅电路二极管环形调幅电路图 711 为二极管环形调幅电路,与二极管平衡电路相比,多接了两只二极管 VD3 和 VD4,四只二极管组成一个环路,因此称为二极管环形电路。图 711 环形调幅电路 二极管环形电路的分析二极管平衡电路相同。根据图 711（b）（c）中电流的方向,平衡电路 1 和 2 在负载 RL 上产生的总电流为（729）其中（7-30）图 712 环形电路的开关函数波形图 由此可见 K（2t）、K（2t-）为单向开关函数,K(2t)为双向开关函数,且有(7(7-31)31

15、)由此可得 K（2t-）、K(2t)的傅里叶级数（7-32）当 u1=U1mcos1t 时,图 713 实际的环形电路 图 714 双平衡混频器组件的外壳和电原理图1.模拟乘法器构成的调幅器 可以看出普通调幅波，双边带调幅波和单边带调幅波都含有调制信号和载波的乘积项，所以可以用模拟乘法器来构成调幅器。采用集成模拟乘法器 1496来构成调幅器，图715 为1496芯片内部电路图，它是一个 四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1V4组成，以反极性方式相连 接，而且两组差分对的恒流源又 组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电 压可正可负，以此实现了四象限工作。D、V7、V

16、8为差动放大器V5、V6的恒流源。进行调 幅时，载波信号加在V1V4的输入端，即引脚的8，10之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，2、3脚外接1K电阻，以扩大调制信号动态范围，图7151496芯片内部电路图已调制信号取自双差动放大 的两集电极（即引出脚（6）、（12）之间）输出。用1496集成电路构成的调幅器电路图如图716所示，图中RP1用来调节引出脚1，4之间的平衡，Rp2用来调节8，10之间的平衡，三极管V 为射极跟随器，以提高调幅器带负 载能力。图716 1496构成的调幅器 7.3 7.3 高电平调幅电路 高电平调幅电路 7.3.1 7.3.1 集电极调

17、幅电路 集电极调幅电路 1.1.集电极调幅电路集电极调幅电路 图 7-17 是集电极调幅的原理电路。低频调制信号 与丙类放大器的直流电源 相串联，因此放大器的有效极电极电源电压 等于两电压之和，随调制信号变化。图中 的电容器 是高频旁路电容，它的作用是短路高频电流，而对调制信号相当于开路。图 7-17 集电极调幅电路对于丙类高频功率放大器，当基极偏置 Vbb,激励高频信号电压振幅 Ubm 和集电极有效回 路阻抗 Rp 不变，只改变集电极有效电源电压时，集电极电流脉冲在欠压区可认为不变。而 在过压区，集电极电流脉冲幅度将随集电极电源电压 变化。因此集电极调幅必须工作在 过压区。集电极调幅是高电平

18、调幅，它只能产生普通调幅波。要求电路输出功率高效率高,那 么它的功率和效率关系怎样确定呢？设基极激励信号电压为 则基极瞬时电压为 又设集电极调制信号电压为 则集电极有效电源电压为:上式中，调幅指数 由此可见，要想得到 100%的调幅，调制信号电压的峰值应等于直流电压。2.2.集电极调幅电路的电流与功率集电极调幅电路的电流与功率 在线性调幅时，有集电极有效电源 所提供的集电极电流的直流分量 和集电极电流 的基波分量 与 成正比，如图 7-18 所示。图 7-18 理想化静态调幅特性 当 时，则（7-34）（7-35）在载波状态时，。此时 其对应的功率和效率为 直流电源 输入功率 载波输出功率 集

19、电极损耗功率 集电极效率 当处于调幅波峰（最大点）时，电流和电压都达到最大值：则对应的各项功率和效率为 有效电源输入功率 高频输出功率 集电极损耗功率 集电极效率（常数）以上各式说明，在调制波峰处所有的功率都是载波状态相应功率的 倍，集电 极效率不变。在调制信号（音频）一周内的电流与功率的平均值(7-36)由此得出一个结论：在线形调幅时，集电极被调丙类放大器的平均直流电流不变。由集电极有效电源电压 供给被调放大器的总平均功率为(7-37)式中，有集电极直流电源 所供给的平均功率则为(7-38)由调制信号源 所供给的平均功率为(7-39)在调制一周内平均输出功率为(7-40)在调制信号一周内平均

20、集电极损耗功率为(7-41)在调制信号一周内平均集电极效率为(7-42)综上所述，可得出如下几点结论：1.调制信号一周内平均功率都是在波状态对应功的 倍。2.总输入功率分别由 和 所供给，供给用以产生载波功率的直流功率，则供给用以产生边带功率的平均输入功率。3.集电极平均损耗功率等于在波点的损耗功率的 倍。应根据这一平均损耗功 率来选择晶体管，以使。4.在调制过程中，效率不变，这样可保证集电极调幅电路处于高效率下工作。5.因为调制信号源 需要提供输入功率，故调制信号源 一定要是功率源。大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号源，这是集电极调幅的主要缺点。7.3.2 7.3.2 基极调幅基极调幅

21、1.基极调幅电路 图 7-19 是基极调幅电路。图中 C1,C3为高频旁路电容；C2 为低频旁路电容；B1 为高频变 压器；LC 回路谐振于载波频率，通频带为。基极调幅电路的基本原理是利用丙类功率放大器在电源电压 Vcc，输入信号振幅 Ubm，谐 振电阻 Rp 不变的条件下，在欠压区改变 Vbe，其输出电流随 Vbe变化这一特点来实现调幅的。图 7-19 基极调幅电路 2.2.基极调幅电路的电流与功率极调幅电路的电流与功率 在实际电路中，由于集电极电流中的 Ico 和 Ic1m,随 Vbe 变化线性范围小。因而，调制的 范围将会受到一定的限制。为了说明基极调幅电路的特点，下面仅用线性调幅状态的

22、功率、效率的关系来进行分析说明。图 7-20 时线性段的调幅特性。图 7-20 基极调幅特性 设在调制电压变化范围内，Ic1m,Ic0 与 Vbb 的关系是线形的，且调制信号为,则 其中 在载波状时，则载波状态的功率与效率为 直流电源输入功率 载波输出功率 集电极损耗功率 集电极效率 在调制波峰处，则 直流电源输入功率高频输出功率 集电极效率 在调制信号一周内，平均输入功率 平均输出功率 集电极平均损耗功率 集电极平均效率 由以上的讨论可知，基极调幅电路的特点是：1必须工作在欠压状态下；2载波功率和边频功率都由直流电源 Vcc 提供;3调制过程中效率是变化的；4，选取晶体管时应按照 的条件选取

23、。7.4 7.4 单边带信号的单边带信号的产生产生 调幅波所传送的信息是包含在两个边带内的,载波本身不包含任何信息。因此可以将载 波抑制,再抑制一个边带,只发送一个边带。这样,仍具有传递信息的功能。这就是所谓单边 带发送。单边带在载波电话和短波通信中占有重要地位,获得了广泛的应用。7.4.1 7.4.1 单边带通信的优点单边带通信的优点 1 单边带调幅波频谱宽度只有双边带调幅波的一半,占有频带窄,功率利用率高。在与普 通调幅波总功率相等的情况下,接收端的信噪比明显提高,因而通信距离可大大增大。2 在短波传播过程中,不同频率的电磁波会产生不同的衰减和相移,引起接收信号的失 真和不稳定，这就是选择

24、性衰落。单边带只有一个边带分量，这种选择性衰落现象影响较小。3 单边带调幅对接收机要求高，即必须采用同步检波的方式实现解调。这必然带来设备 复杂、成本高的缺点。7.4.2 7.4.2 单边带信号的产生方法单边带信号的产生方法产生单边带信号产生单边带信号常用的方法是滤波法和移相法。滤波法实现的方框图如图 7-21 所示。由平衡调幅电路加边带滤波器组成，但对边带滤 波器的性能要求很高。因为双边带信号中，上 图 7-21 滤波法方框图 下边频的频率间隔为 2Fmin，而 Fmin 较小，所以为了达到滤波效果好，滤除一个边带而保 留另一边带，要求边带滤波器具有很陡峭的衰减特性。又因为 fcFmin,边

25、带滤波器的相对 带宽很小，制作困难。另一种产生单边带信号的方法是移相法。在调制信号为 时，若单边 带调幅信号为 是两个双边带信号相减，可用图 7-22 所示的方框图来实现。移相法获得的单边带信号，不依靠滤波器来抑制另一边带，所以这一方法原则上能把相距很近的两个边带分开，而不需 要多次重复的调制和复杂的滤波器。这是相移法的突出优点。但这种方法要求调制信号和载 波在整个频带范围内，都要准确地相移 90 0，实际上是很难做到的。图 7-22 移相法单边带调制器方框图第八章 调幅信号的解调1.基本内容 信号的解调是调制的逆过程。本章内容主要包括振幅调制信号的解调原理、实现方法 及电路等。2.基本要求（

26、1）理解并掌握调幅信号解调的原理、类型及实现。（2）掌握二极管包络检波器的工作原理和性能参数的估算方法。（3）掌握乘积型和叠加型同步检波器的组成原理及分析方法。8.1 概述 调幅信号的解调是从已调振幅调制信号中取出调制信号。通常将这种解调称为检波。完成这种解调作 用的电路称为振幅检波器，简称检波器。8.1.1检波电路的功能 检波电路的功能是从调制信号中不失真的恢复出原调制信号。当输入信号为高频等幅波时，检波器 输出为直流电压，如图 8-1（a）所示。当输入信号是正弦调制的调幅信号时，检波器输出电压为正弦波，如图 8-1（b）所示，当输入信号为脉冲调制调幅信号的时，检波器输出电压为脉冲波，如图

27、8-1（c）所 示。图 8-1 检波器输入输出波形 从信号的频谱来看，检波电路的功能是将已调波的边频或边带信号频谱般移到原调制信号的频谱 处。如图 8-1（b），输入信号频谱为，而通过检波电路后输出信号的频率为。这样的频 谱搬移过程正好与振幅调制的频谱搬移过程相反。8.1.2检波电路的分类 根据输入调制信号的不同特点，检波电路可分为两大类，包络检波和同步检波。包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方 式。根据调幅波的波形特点，显然只适合于普通调幅波的解调。同步检波主要应用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。因为双边带调幅波和单边 带调幅波的频谱中缺少一个载波频

28、率分量。他不能用包罗检波器解调，必须用在检波器输 入端加一个本地载波信号的同步检波器实现解调。8.1.3检波电路的组成 调幅信号的频谱有载频和边频分量组成，它包含有调制信号的信息，但并不包含调制 信号本身的频率分量。例如振幅调制信号，其频谱有载 频 和边频 组成，它没有包含调制信号本身的载频分量。但载频 与上边频 或下边频 之差就是。因而它包含有调制信号的信息。为了解调出原调制频 率，检波器必须包含有非线性器件，以便调幅信号通过它产生新的频率分量，其中包含 有所需的 分量，然后由低通滤波器滤除不需要的高频分量，取出所需的调制信号。所以 检波电路的组成如图82所示，应由三部分组成，即高频输入回路

29、，非线性器件和低通滤 波器。图82振幅检波器组成方框图8.1.4 检波电路的主要技术指标（一）电压传输系数 检波电路的电压传输系是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。当输入为高频等幅波，即 时，定义为输出直流电压与输入高频 电压振幅 的比值，即（81）当输入为高频等幅波，时，定义为输出的 分量振幅 与输入高频调幅波包络变化的振幅 的比值，即（82）（二）等效输入电阻Rid检波器往往与前级高频放大器的输出端连接，检波器的等效输入电阻将作为放大器的 负载影响放大器的电压增益和通频带。实际上，检波器的输入阻抗是复数，可看成有电阻 和电容并联组成。通常输入电容与高频谐振回路构成谐振，所以可只考

30、虑输入电阻Rid的影 响。因为检波器是非线性电路，Rid的定义与线性放大器是不相同的。Rid的定义为输入等 幅高频电压的振幅 与输入高频电流脉冲的基波分量振幅的比值，即（83）希望Rid尽可能大些，以减少对前级回路的影响。（三）非线性失真系数 非线性失真的大小，一般用非线性失真系数 表示。当输入为单频调制的调幅波时，定义为（84）式中，分别为输出电压中调制信号基波和各次谐波分量的有效值。（四）高频滤波系数F高频滤波系数定义为，输入高频电压的振幅 与输出高频电压的振幅 的比 值，即（85）8.2二极管大信号包络检波器大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0.5伏时，利用二极管对电容C充电,加反

31、向电压时截止，电容C上电压对电阻R放电这一特性实现检波的。因为信号振幅较大，且 二极管工作于导通和截止两种状态，分析方法可采用折线分析法。8.2.1大信号包络检波的工作原理 图83(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。(86)式中,c为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频I；为调制信号频率。在理想情况 下,RC网络的阻抗Z 应为(87)(a)原理电路(b)二极管导通(c)二极管截止 图83 二极管峰值包络检波器当加入等幅波时检波器的工作过程如图83(b,c)图84 加入等幅波时检波器的工作过程 从这个过程可以得出下列几点:(1)检波过程就

32、是信号源通过二极管给电容充电和电容对电阻R放电的过程。(2)由于电容充电时间常数rdC远小于电容放电的时间常数RC，使得电容上的电压接近 于高频正弦波的峰值电压，所以叫二极管峰值包络检波器。(3)二极管电流iD包含直流分量Iav及高频分量。图85检波器的电流电压波形图86输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形 图87包络检波器的电路8.2.2大信号检波电路的分析 二极管检波器是工作与非线性状态，输出电压由滤波电容通过充放电建立，而输出电压 全部反馈到二极管两端，因此，要对他进行严格的数学分析就只能解非线性微分方程，这是 较复杂的。通常只对其稳定状态做工程近似分析。由电路图88可知，二极

33、管两端所加电压 则（88）图88大信号检波原理图 对应的二极管电流id为一重复频率 的周期余弦脉冲，其通角为，振幅最大值为。当 时，（89）在，的条件下，通角 近于检波器的电路参数rd和R 有关。也就 是说，在检波器电路确定之后，无论输入高频等伏波还是调幅波，其通角 保持不变。而 的条件，可以采用给检波电路加固定偏压的方法来获得，如图所示：图89加固定偏压的检波电路8.2.3大信号检波器的技术指标1.电压传输系数 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。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(810

34、)（811）gD=1/rd,为流通角,iD是周期性余弦脉冲,(812)由此可见,检波器电压传输系数Kd是检波器电流iD的通角的函数,求出 后,就可得Kd。2.流通角 二极管电流iD为一重复频率 的周期余弦脉冲，其通角为，振幅最大值为 由（813）式，(813)其平均分量I0为(814)基频分量为(815)式中,0()、1()为电流分解系数。所以经低通滤波器的输出电压为（816）由（816）有(817)等式两边各除以cos,可得(818)当gDR很大时,如gDR50时,tan+3/3,代入式(818),有(819)图810(a)KdgDR关系曲线图 图811(b)滤波电路对Kd的影响3.等效输入

35、电阻Rid检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci,如图812所示。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（820）输入电阻是前级的负载,它直接并入输入回路,影响着回路的有效Q值及回路阻抗。图812大信号包络检波器的输入阻抗1由式(817),有(821)由式(818)ta=+3/3,sin 3/6,cos 12/2,代入上式,当gDR50 时 很小，忽略高次项，可 得(822)2由功率关系4.失真 检波器实现对调幅信号进行解调，为了取出原调制频率，通过耦合电容CC与下级输出电阻RL相连接。如图813所示。图813大信号包络检波器电路 检波电路的失真分为

36、频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。(1)频率失真:由容抗对不同频率的信号的传输不同而引起的失真,又叫线性失真。包络检波器输入信号是调制频率为 的调幅波低通滤波器RC具有一定的频 率特性，电容C的主要作用是滤除调幅波中的载波频率分量，为此应满足（823）但是，当C取得过大时，对于检波后输出的电压上限频率 来说，C的容抗将产生 旁路作用。不同的 将产生不同的旁路作用。这样便产生了频率失真。为了不产生频率失真，应使电容C容抗对上限频率 旁路作用要小，为此应满足（824）同样为了不因其频率失真，应使CC对于下限频率 的电压降很小，必须满足（825）(2)非线性失真 二极管的伏安特性是弯曲的

37、，就伏安特性来说，在电压较小时，电流变化较慢，在电压 较大时，电流增加得快。这样，当检波器输入为调幅波时，在调幅波包络的正半周，单位输 入电压引起的电流变化大，检波输出电压大，而在调幅包络的负半周，二极管电流变化的速 度慢，单位输入电压引起的电流变化小，检波输出电压小，这样就造成了检波器输出电压正、负半周不对称。这种波形的不对称是二极管伏安特性非线性引起。(3)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时间常数RC。当时间常数RC较 大时，电容C两端电压下降较慢，形成如图814所示的对角切割，形成惰性失真 图814惰性失真 为了避免产生惰性失真,必须使电容C通过R放电的速率大于或

38、等于包络的下降速率,即(826)如果输入信号为单音调制的AM波,其包络UC=Um(1+mcost)的变化速率为(827)又 电容两端电压近似为输入电压包络值,即UC=uo=Um(1+mcost)。(828)1求导法：令(829)由式(829)式，为避免产生惰性失真，须保证A 值最大时,仍有Amax1。故令dAdt=0,得(830)代入式(828),得出不失真条件如下:(831)2三角函数法：(4)负峰切削失真负峰切削失真又称底部切削失真。产生这种失真后,输出电压的波形如图815(c)所示。因为 Cc较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源。

39、它在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的压降为(832)调幅波的最小幅度为UC(1m),由图815可以看出,要避免底部切削失真,应满足(833)图815底部切削失真 在实际应用中，为了提高RL，可在检波器和下级放大器之间插入一级射及跟随器，如下 图所示：图816 减小底部切削失真的电路8.3 二极管小信号检波器 小信号检波是高频输入信号的振幅小于 0.2V，利用二极管伏安特性弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。通常称其为平方律检波。8.3.1二极管小信号检波的工作原理 图 817是二极管检波器的原理电路。因为是小信号输入，需外 图 817 二极管小信号检波电路 加偏压VQ使其静态

40、工作点位于二极管特性曲线部分的Q点。当加的输入信号为调幅信号时，二极管中的电流变化规律如图 818。图中输入为普通调幅信号，由于二极管伏安特性非线 性，二极管的电流为失真的调幅电流iD，产生了新的频率，而其中包含有调幅信号频率 成 分。经过滤波器后，就可以得到所需的原调制信号。图818 输入为小信号调幅信号时的工作过程8.3.2二极管小信号检波分析 二极管的伏安特性在工作点Q附近用泰勒级数展开，即（834）因为检波器输出电压很小，忽略输出电压的反作用，得 则（835）当输入为等幅波 时，得：经低通滤波器取出。其中 为直流电流增量，它代表二极管检波的作 用结果。输出电压增量。当输入信号为 时，因

41、为，可认为在 一 周内 是不变的,这样检波器的输出电压增量为 此电压增量经 隔直耦合在 上得到电压为 可见输出电压中除 分量外，还有 的频率分量，也就产生了非线性失真。8.3.3二极管小信号检波的主要性能指标 输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为（838）而输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为（839）上式说明，小信号检波器的电压传输系数Kd不是常数，而与输入高频电压的振幅成正比。当输入高频电压振幅Uim很小时，电压传输系数Kd也很小。即检波效率很低，这是小信号 检波器的缺点。小信号检波器的等效输入电阻近似等于二极管的导通电阻rd。小信号检波器得非线性失真系数为（840）可见，

42、调制系数 越大，则 越大，失真越严重。8.4 同步检波 同步检波器主要用于抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波的解调，也可以用来解调 普通调幅波。同步检波器由相乘器和低通滤波器两部分组成。它与包络检波器的区别在于检波器的输 入除了有需要解调的调幅信号电压 外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全 相同的信号电压。经过相乘和滤波后得到原调制信号。图819 为同步检波器的方框图。图 819同步检波器原理方框图8.4.2同步检波器的工作原理 本地载频信号电压为 即本地载频信号与输入信号的载频同频同相位。经相乘器相乘，输出为（841）经低通滤波得到频率为 的低频信号(842)对单边带信号来说，解

43、调过程与双边带相似。设输入信号为单频调制的上边带信号电压 为本地载波频信号电压为 经相乘器相乘，输出为（843）经低通滤波滤除 频率分量后，取出频率为 的低频信号（844）对于普通调幅波，同样也可以采用同步检波器来实现解调。如图820所示为模拟乘法 器MC1596组成的同步检波器。被解调信号可以是任一种调幅信号，从集成电路的1脚输 入，本地载频信号从8脚输入。解调出的原调制信号从9脚输出，经外接 型低通滤波器，即可解调出所需的信号。图820集成同步检波器8.4.3本地载波的产生方法及影响 为了产生本地载频信号，往往在发射机发送双边带或单边带调幅信号时，附带发射载 频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。1 本地载频信号与输入信号载频不同步，会产生什么影响？设本地载频信号与输入信 号载频的频差为，相位差为，即（845）1若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则 经低通滤波器（847）可能产生频率失真和相位失真。2用模拟乘法器构成的乘积检波电路解调单边带信号，则（848）经低通滤波器取出（849）检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。