通信电子电路-第五章-第5～6节

5.5普通调幅波的解调电路一、小信号平方律检波(参考5.3节1．幂级数分析法)二、大信号检波（峰值包络检波）1.工作原理2.检波效率3.输入电阻4.检波失真5.检波电路参数的选取解调——从调幅信号中检出调制信号调幅信号的解调：相干解调非相干解调（包络检波）（1）检波器输入信号与输出信号的波形图5-21检波器与输入、输出波形图5-21检波器与输入、输出波形（2）检波器的质量要求检波效率若输入等幅波若输入调幅波cmodUUcmaΩmdUmU检波失真输出电压与输入调幅波包络的相似程度输入阻抗检波器输入端的等效阻抗一、小信号平方律检波1.电路由于二极管的非线性作用，使对称的电压调幅波变成不对称的电流。图5-22（a)小信号二极管检波电路图5-22（b)小信号二极管检波电路2.原理EttmUEuucacmAMcos)cos1(二极管特性曲线在Q点的幂级数展开式为设输入的是单频正弦调制的调幅波，即ttmUtucacmAMcos)cos1()(二极管的输入电压为2Q2Q10)()(VuaVuaai（5-60）（5-61）...2cos41cos)2/1(2a22cm2a2cm22cm2a20tmUatmUaUmaaitmUaicosa2m2ΩttmUattmUaaic22a2cm2cacm10cos)cos1(cos)cos1(它正是所需要的解调信号。由于它的幅值与输入信号幅值的平方成正比，故称平方律检波。（5-62）式中将式（5-60）代入式（5-61），只取前两项，得另外，频率为的成分最值得注意。2把二次谐波与基波之比称为二次谐波失真系数，用表示，即441a2cma22cm22amUmaUam可见，调制系数ma越大，失真越严重。一般情况下%30am%5.73.检波效率式中，检波效率4.输入电阻因二极管D始终处于导通，输入电阻等于D的交流阻抗rDtUtRUmaRicoscosΩm22cma22Ω22cma2ΩmRUmaUcm22cma22cma2cmaΩmdURaUmRUmaUmU)()(26QDinmAIrR1.工作原理1）大信号检波过程是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。特点：快充慢放rD—二极管电阻RL—负载电阻二、大信号检波（峰值包络检波）图5-23大信号检波电路ui(t)uo(t)(导通)C充电,时间常数τ充=rDC(小)，充电快。ui(t)uo(t)（截止）C放电，时间常数τ放=RLC（大），放电慢。快充慢放，保证uo(t)接近ui(t)的包络。注：输出电压uo(t)的大小与输入电压的峰值接近相等，故称为峰值包络检波。2）uo(t)的成分音频成分——有用输出；高频——滤去直流成分——隔直流电容滤去，可用于AGC（自动增益控制电路）。当输入信号很大时，设法把管子发射结偏压降低一些。图5-23大信号检波电路图5-24大信号检波原理2.检波效率（)dcmaΩmcmaΩmd)()(UmUUmU度调幅波包络线变化的幅检出的音频电压幅度cm0cm0d)()(UUUU检波电压的幅值整出的直流电压当检波器输入为高频等幅波时，输出平均电压，则定义为1)定义若检波器输入调幅波电压包络的幅度为，输出低频电压的振幅为，则定义为cmaUmΩmUdd（1）一定RL下，ωCRL大,放大变慢高当ωCRL=100时，可达0.86，而ωCRL过大，会引起检波失真。因此ωCRL=10~100（适当范围）d2)电路参数（ωCRL，RL，rD）对检波效率的影响图5-25检波电路参数对检波效率的影响4）信号强度对的影响信号强度越大，大——越高3）检波管的影响rD小，充电快，高ddd)(itu2）负载电阻RL在一定的ωCRL下，RL大，高d图5-26输入电压对的影响d3.输入电阻（Rin）输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标。对于高频输入信号源，检波器相当于一个负载，此负载就是检波器的等效输入电阻Rin，它等于输入高频电压振幅与检波电流中基波（指载频）电流振幅I1m之比，即：一般经验可取Rin=2—3kΩcdL1mcmin2RIUR4.检波失真1)对角线失真（惰性失真、放电失真）失真原因：放电太慢，包络线下降快,以致跟不上调幅波包络的变化。不失真条件：AAcmd()d()ddttttututtt电容放电的速度包络线下降速度要防止对角线失真现象，应使包络线下降速率小于RLC放电速率，即)cos1(1sinAaLAatmCRtm（5-74）图5-28对角线失真原理图不产生对角线失真的条件2La)(11CRmaa2L1mmCR或表明LCR放电慢调制深，包络线下降快am周期短，包络线下降快一般在接收机里检波器输出耦合到下级的电容很大（C1很大5—10F），对检波器输出的直流而言，上充有一个直流电压。cmdiLL0iLLURRRURRREcmd0UULiLL~,||~RRRR2）割底失真图5-29(a)割底失真原理图,)(iEtu当输入信号二极管D导通;当输入信号二极管D截止。此时电容C上电压=E,)(iEtu由等效电势E维持，形成割底。借助于有源二端网络理论可把C1、RL、Ri用一个等效电路E和代替。其中L~RcmdiLL0iLLURRRURRRE图5-29割底失真原理及波形图cmdiLLcma)1(URRREUmiLLda1RRRmLLLiLLiiLiiLLa~11RRRRRRRRRRRRRm设则不产生割底失真的条件1diLL//~RRR不产生割底失真的条件LLa~RRm注：交流、直流负载不同图5-29割底失真原理及波形图多了一个高频滤波环节R2、C3。它的作用是滤去前节滤波后剩余的高频成分。高频电压主要降在R3上，使输出中高频大大减少。但增加对低频也有影响，为了避免低频成分过分减少，R3应R2比少的多。33c1RC23RR5.检波电路参数的选取图5-31典型检波电路1)检波二极管为了提高检波效率，应选取正向电阻小（以下），反向电阻大（以上），同时要求结电容小的管子。一般选点接触型二极管如2AP系列。k1k500LLLiLLiiLiiLLa~11RRRRRRRRRRRRRmLRdLRL235~10kRRR易产生割底失真，兼顾两者一般取2)负载电阻RLLLLiLLiiLiiLLa~11RRRRRRRRRRRRRmLRdLRL235~10kRRR易产生割底失真，兼顾两者一般取从滤波效果好（高频电压主要降在R3上，使输出中高频大大减少）。从有用信号衰减小，L235~10kRRR3c31CR23RR,101~513R取3500~1kR3R为兼顾二者，在广播收音机中，频率是465kHz,取但是矿用载频电话频率较低如40kHz，滤波效果太差，宜适当加大R3而牺牲一些输出信号，取,5603R25.6k,R10123RR31kΩR3)滤波电容C2和C3C2和C3大，检波效率高，滤波效果好。但太大则放电时间常数过大，易引起对角线失真，一般取(频率为几十kHz)（收音机）4)输出耦合电容C一般取5)偏置电阻R1视电压E而定，一般调整偏流在左右。230.005μF~0.02μFCC234700pF,5100pFCC5~10μF20μA5.6抑制载波调幅波的产生和解调电路一、大信号调幅的数学分析(参考5.3节4．开关函数近似分析法)二、抑制载波调幅波的产生电路1.二极管环形调制器电路图2.工作原理3.波形图4.用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路三、抑制载波调幅的解调电路一、大信号调幅的数学分析1.不考虑调制信号载波正半周载波负半周1)(tk0)(tkttUuccmccos)(...cos2...3cos32cos221)(000tnntttk...7,5,3,1n如果二极管特性曲线折线化后的斜率为g则2.考虑调制信号tUucosmΩ))((Ωωuutgki)coscos)((ΩmccmtUtUtgkiω,)(utgkicmcΩc12(coscos)(cos......2πigUtUtt...cos2...3cos32cos221)(000tnntttkcmcΩmc1cos22coscosπigUtgUttΩm2cmc1cos21cosπgUtgUt相乘得电流i的频率分量中含有调幅波的成分，可以实现调幅。二、抑制载波调幅波的产生电路采用平衡、抵消方法——把载波抑制掉，故这种电路叫抑制载波调幅电路或叫平衡调幅电路。常用——二极管环形调制器模拟乘法器MC1596图5-33二极管环形调制器1.二极管环形调制器电路图它是由四个二极管环接构成。载波从变压器的原边接入，调制信号则接到变压器T1的副边中点和T2的原边中点之间，变压器的副边T2输出已调信号。设调制信号为单频余弦信号，即载波信号为cuutUucosΩmΩtUuccmccos环形调制器既可工作在小信号又可工作在大信号。一般情况下，载波信号幅值很强，控制二极管工作在开关状态。为了分析二极管电流，分别画出其相应的电路。2.工作原理图5-34环形调制器各二极管工作情况)coscos)((Ωmccm1tUtUtgkicmcΩmc12coscoscos2πgUtgUtt2Ωmcmc11coscos2πgUtgUt式中，g是二极管的输入电导。忽略上式中的高次项，1cmΩmΩmcmcmccm11cosπ2411(1)coscos22ππigUgUtUgUtgUtUtIttmItIIic2ca1Ω012coscos)cos1(cos0cm1πIgUΩmΩ21gUIcm121gUI2cm1πIgUΩmacm4πUmU1cmΩmΩmcmcmccm11cosπ2411(1)coscos22ππigUgUtUgUtgUtU用节点电流定律，可得到tIttmItIIic2ca1Ω022coscos)cos1(costIttmItIIic2ca1Ω032coscos)cos1(costIttmItIIic2ca1Ω042coscos)cos1(cos21iii43iiitIttmItIIic2ca1Ω012coscos)cos1(cos电流在输出变压器副边引起的感应电势就是输出电压u,它的波形也与同。可见，环形调制器输入电流是输入信号和的乘积，频谱是载频的上、下边频，没有载波分量，所以称其为抑制载波调幅电路。])cos()[cos(2coscos4cos)cos1(2cos)cos1(2)()(cca1ca1a1ca14321ttmIttmIttmIttmIiiiiiictccostcosiiii变压器T1和T2的中心抽头必须严格对称，四个二极管的特性也应一致，否则就不能把载波抑制掉，从而造成不希望有的“载漏”输出。（载漏是环形调制器输出电流成分中含有载波成分的简称）。图5-36环形调制器实际电路（一）为了消除电路的不对称性，改进后的电路图5-37环形调制器实际电路（二）3.波形图图5-35环形调幅器电流、电压波形随着集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调幅器已被采用。图示是用模拟乘法器实现抑制载波调幅的实际电路。它是用MC1596G构成。这个电路的特点是工作频带宽，输出频谱较纯，而且省去了变压器，调整简单。使用时，建议载波输入电平为60mV，调制信号最大不超过