第6章-振幅调制解调及混频1要点

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1、第6章 振幅调制、解调与混频1第第6章振幅调制、解调及混频章振幅调制、解调及混频6.1 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 6.3 混频混频 思考题与习题思考题与习题 第6章 振幅调制、解调与混频2本章重点：本章重点：各种频谱线性搬移电路的概念、原理、各种频谱线性搬移电路的概念、原理、特点及实现方法。特点及实现方法。实用的频谱线性搬移电路。实用的频谱线性搬移电路。了解：了解：第6章 振幅调制、解调与混频3概述概述1地位地位通信系统的基本电路。通信系统的基本电路。2特点特点对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。为此

2、，需引用一些信号与频谱的概念。为此，需引用一些信号与频谱的概念。非线性非线性第6章 振幅调制、解调与混频43信号与频谱信号与频谱信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。载载 波波复音复音调制调制波波单音单音调制调制波波频频 谱谱波波 形形表达式表达式信号信号maxnmnn 1u(t)Ucosn tu(t)U costccmcu(t)U cost第6章 振幅调制、解调与混频54两种类型的频谱变换电路两种类型的频谱变换电路 频谱搬移电路频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制、解调、混频电路例：振幅调制、解

3、调、混频电路(本章讨论本章讨论)。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。频谱非线性变换电路频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。的非线性变换。例：频率调制与解调电路例：频率调制与解调电路(第第 7 章章讨论讨论)。特点：产生新的频谱分量。特点：产生新的频谱分量。第6章 振幅调制、解调与混频6第一节第一节 振振 幅调幅调 制制几个概念：几个概念：调制：调制：调制信号：调制信号：载波：载波：已调波：已调波：解调：解调：用调制信号去控制载波某个参数的过程。用调制信号去控制载波某个参数的过程。第6章 振幅调制、解调与混

4、频7 由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化。信号的规律变化。(SSB-SC)：抑制载波的单边带调制。：抑制载波的单边带调制。振幅调制的三种方式：振幅调制的三种方式：(AM)：普通的调幅；：普通的调幅；(DSBSC)：抑制载波的双边带调制；：抑制载波的双边带调制；是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其它参数其它参数(频率和相位频率和相位)不变。不变。什么是振幅调制？什么是振幅调制？第一节第一节 振振 幅调幅调 制制第6章 振幅调制、解调与混频8u=Ucost （一）（一）调幅波的分析调幅波的分析1、

5、表示式及波形、表示式及波形设载波电压为设载波电压为:调制电压调制电压:uC=UCcosct已调波振幅：已调波振幅：)cos1(cos)()(CaCCCmtmUtUkUtUUtU调幅度：调幅度：CaCCUUkUUm调幅信号表达式调幅信号表达式:AMmcCc()()cos (1cos)cosutUttUmtt第6章 振幅调制、解调与混频9（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析1、表示式及波形、表示式及波形调幅度调幅度aCk UmU调幅信号表达式调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)cost m1调制信号波形调制信号波形载波波形载波波形已调波波形已调波波形波形表示波形表示第6章 振幅调制、解

6、调与混频10（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析调幅度调幅度调幅信号表达调幅信号表达式式AMCcu(t)U(1mcost)cost m1aCk UmU调制信号波形调制信号波形载波波形载波波形已调波波形已调波波形波形表示波形表示第6章 振幅调制、解调与混频11m1（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析调幅度调幅度调幅信号表达调幅信号表达式式AMCcu(t)U(1mcost)cost aCk UmU调制信号波形调制信号波形载波波形载波波形波形表示波形表示已调波波形已调波波形 过调制！过调制！第6章 振幅调制、解调与混频12（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析1、表示式及波形、表示式及波形调幅信号表达

7、式调幅信号表达式AMCcu(t)U(1mcost)cost 连续频谱信号连续频谱信号f(t)uAM(t)=UC1+m f(t)cosct若调制信号为：若调制信号为：1)cos()(nnnntUtf则调幅波表示式为：则调幅波表示式为：ttmUtunnnnc1 CAMcos)cos(1)(式中，式中，mn=kaUn/UC第6章 振幅调制、解调与混频13（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析1、表示式及波形、表示式及波形连续频谱信号连续频谱信号f(t)调幅波表达式调幅波表达式:uAM(t)=UC1+m f(t)cosct调制信号调制信号已调波已调波第6章 振幅调制、解调与混频14（一）（一）调幅波的分

8、析调幅波的分析1、表示式及波形、表示式及波形AM信号的产生原理图信号的产生原理图或或AMCcu(t)U(1mcost)cost 第6章 振幅调制、解调与混频152、调幅波的频谱、调幅波的频谱调幅波的三角展开：调幅波的三角展开：AMCcCcCc()coscos()2 cos()2utUtmUtmUt 带宽带宽BAM2F分析：分析：单频调制单频调制(1)频谱的中心分量；频谱的中心分量；(2)两个边频分量；两个边频分量；这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。调制信号频谱调制信号频谱载波频谱载波频谱已调波频谱已调波频谱AMCcu(t)U(1mc

9、ost)cost 第6章 振幅调制、解调与混频162、调幅波的频谱、调幅波的频谱BAM=2Fmax 信号带宽是决定无线电台频率间隔的主要因素信号带宽是决定无线电台频率间隔的主要因素，如通常，如通常广播电台规定的带宽为广播电台规定的带宽为9 kHz，VHF电台的带宽为电台的带宽为25 kHz。多频调制多频调制AM信号占用带宽：信号占用带宽：调制信号频谱调制信号频谱已调波频谱已调波频谱第6章 振幅调制、解调与混频173、调幅波的功率、调幅波的功率 载波功率载波功率2CcL2UPR上下边频的平均功率上下边频的平均功率24cmP边频PAM信号的平均功率信号的平均功率21 d212cavmPtPP设：负

10、载电阻设：负载电阻RL两边频功率与载波两边频功率与载波功率的比值：功率的比值：22m载波功率边频功率ttmUuccAMcos)cos1()cos()cos(2coscccccUmtU第6章 振幅调制、解调与混频18AM波的缺点：波的缺点：（一）（一）调幅波的分析调幅波的分析特别是特别是AM波解调很简单，便于接收。波解调很简单，便于接收。功率浪费大，效率低。功率浪费大，效率低。AM波的优点：波的优点：（1）设备简单。）设备简单。（2）AM占用的频带窄。占用的频带窄。第6章 振幅调制、解调与混频19（二）双边带信号（二）双边带信号1.表达式表达式DSBCcu(t)kU U costcost cg(

11、t)costf(t)U cost当时表达式为：表达式为：DSBCu(t)kf(t)u第6章 振幅调制、解调与混频20（二）双边带信号（二）双边带信号2.波形波形调制信号波形调制信号波形载波波形载波波形已调波波形已调波波形 相位跳变！相位跳变！第6章 振幅调制、解调与混频21（二）双边带信号（二）双边带信号与与AM波相比，波相比，DSB信号的特点信号的特点:AM波的包络正比于调制信号波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而的波形，而DSB波的包络则正比于波的包络则正比于|f(t)|。DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点信号的高频载波相位在调制电压零交点处处(调制电压正负交替时调制电压正负交替

12、时)要要突变突变180。(1)包络不同。包络不同。(2)180。相位跳变。相位跳变。第6章 振幅调制、解调与混频22（三）单边带信号（三）单边带信号 单边带单边带(SSB)信号是由信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。带或在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。uDSB(t)=k uuC当取上边带时：当取上边带时：uSSB(t)=Ucos(c+)tuSSB(t)=Ucos(c)t当取下边带时：当取下边带时：单频调制单频调制第6章 振幅调制、解调与混频23（三）单边带信号（三）单边带信号当取上边带时：当取上边带时：uSSB(t)

13、=Ucos(c+)t分析：分析：SSB信号的振幅与调制信号的幅度（振幅）成正比，它的信号的振幅与调制信号的幅度（振幅）成正比，它的频率随调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。频率随调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。SSB信号的包络与调制信号的信号的包络与调制信号的包络包络成正比成正比第6章 振幅调制、解调与混频24（三）单边带信号（三）单边带信号语音调制的语音调制的SSB信号频谱信号频谱第6章 振幅调制、解调与混频25（三）单边带信号（三）单边带信号SSB波的优点：波的优点：（1）功率利用率高。）功率利用率高。（2）频带利用充分。）频带利用充分。BSSB Fm目前已成为短波

14、通信中一种重要的调制方式。目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第6章 振幅调制、解调与混频26二、振幅调制电路二、振幅调制电路可分为高电平调制和低电平调制。可分为高电平调制和低电平调制。是将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再是将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。放大就可直接发送出去。是将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需是将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。调制效率高、调制线性范围大、失真要小等。调制效率高、调制线性范围大、失真要小等。高电平调制：高电平调制：低

15、电平调制：低电平调制：对调制器的主要要求：对调制器的主要要求：第6章 振幅调制、解调与混频27（一）（一）AM调制电路调制电路高电平调制高电平调制 和和 低电平调制。低电平调制。目前，目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。调制方式。1、高电平调制、高电平调制主要用于主要用于AM调制，是在高频功放中进行的。调制，是在高频功放中进行的。基极调幅；基极调幅；集电极调幅；集电极调幅；集电极集电极-基极基极(或发射极或发射极)组合调幅。组合调幅。利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。电流

16、振幅。基本工作原理：基本工作原理：第6章 振幅调制、解调与混频28（一）（一）AM调制电路调制电路1、高电平调制、高电平调制（1）集电极调幅）集电极调幅图图 6-12 集电极调幅电路集电极调幅电路 CCCC0UUu第6章 振幅调制、解调与混频29（一）（一）AM调制电路调制电路1、高电平调制、高电平调制（1）集电极调幅）集电极调幅第6章 振幅调制、解调与混频30（一）（一）AM调制电路调制电路1、高电平调制、高电平调制（2）基极调幅）基极调幅LB1是高频扼流圈是高频扼流圈LB为低频扼流圈为低频扼流圈第6章 振幅调制、解调与混频31（一）（一）AM调制电路调制电路1、高电平调制、高电平调制（2）

17、基极调幅）基极调幅但因其工作在欠压状态，集电极效率低是其一大缺点。但因其工作在欠压状态，集电极效率低是其一大缺点。一般只用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。而集一般只用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率较高，适用于较大功率的调幅发射机中。电极调幅效率较高，适用于较大功率的调幅发射机中。由于基极电路电由于基极电路电流小，消耗功率小，流小，消耗功率小，故所需调制信号功率故所需调制信号功率很小，调制信号的放很小，调制信号的放大电路比较简单，这大电路比较简单，这是基极调幅的优点。是基极调幅的优点。第6章 振幅调制、解调与混频32作 业 6-1 6-6 6-7第6章 振幅调制、解

18、调与混频33（一）（一）AM调制电路调制电路2、低电平调制、低电平调制(1)二极管电路产生二极管电路产生AM波波单二极管电路单二极管电路平衡平衡二极管电路二极管电路(2)利用模拟乘法器利用模拟乘法器1cuu令2uucUU且载波载波调制信号调制信号第6章 振幅调制、解调与混频342、低电平调制、低电平调制(1)二极管电路二极管电路单二极管电路单二极管电路cUU条件：DitUgtUgtUgtUgUgi)cos()cos(cos2 cos2cDcDcCDDCDD流过二极管的电流流过二极管的电流i D为为:其频谱图其频谱图:（一）（一）AM调制电路调制电路产生产生AM波！波！第6章 振幅调制、解调与混

19、频352、低电平调制、低电平调制(1)二极管电路二极管电路平衡平衡二极管电路二极管电路1cuu令cUU且产生产生AM波！波！（一）（一）AM调制电路调制电路载波载波调制信号调制信号第6章 振幅调制、解调与混频36平衡平衡二极管电路二极管电路cUU且载波载波调制信号调制信号1cuu令2uuD1iD2ia)cu0b)cu0VD1导通，导通，VD2截止；截止；VD1截止，截止，VD2导通；导通；D1Dccig(uu)K(t)D2Dccig(uu)K(t)总电流：总电流：DD1D2iii第6章 振幅调制、解调与混频37总电流：总电流：DD1D2iiiDcccDccg u K(t)K(t)g u K(t

20、)K(t)DcDccc444g ug u costcos3tcos5t.35 其频谱图其频谱图:平衡平衡二极管电路二极管电路产生产生AM波！波！第6章 振幅调制、解调与混频382、低电平调制、低电平调制(2)利用模拟乘法器产生利用模拟乘法器产生AM波波对单差分电路对单差分电路BAo0EETuuiI1tanhU2U若将若将uc加至加至uA，u加到加到uB，则有，则有co0cEET01c3c5cUUiI 1cos t tanhcostU2U I(1 mcos t)(x)cos t(x)cos3 t(x)cos5 t（一）（一）AM调制电路调制电路调制信号调制信号载波载波cTuxU其中：其中：EEU

21、mU第6章 振幅调制、解调与混频392、低电平调制、低电平调制o01c3cI(1 mcos t)(x)cos t(x)cos3 ti 若集电极滤波回路的中心频若集电极滤波回路的中心频率为率为fc，带宽为，带宽为2F，谐振阻抗，谐振阻抗为为RL，则经滤波后的输出电压：，则经滤波后的输出电压：o0L 1cuI R(x)(1 mcos t)cos t（一）（一）AM调制电路调制电路(2)利用模拟乘法器产生利用模拟乘法器产生AM波波为为AM波！波！第6章 振幅调制、解调与混频40o0L 1cuI R(x)(1 mcos t)cos t图图 6-17 差分对差分对AM调制器的输出波形调制器的输出波形(2

22、)利用模拟乘法器产生利用模拟乘法器产生AM波波第6章 振幅调制、解调与混频41对双差分电路对双差分电路(2)利用模拟乘法器利用模拟乘法器 将调制信号叠加上直流成分，将调制信号叠加上直流成分，即可得到即可得到AM信号输出。信号输出。（一）（一）AM调制电路调制电路第6章 振幅调制、解调与混频42对双差分电路对双差分电路（一）（一）AM调制电路调制电路8V第6章 振幅调制、解调与混频43（二）（二）DSB调制电路调制电路 DSB信号的获得，关键在于调制电路中的乘积项。信号的获得，关键在于调制电路中的乘积项。单二极管电路只能单二极管电路只能产生产生AM信号，不能产生信号，不能产生DSB信号。信号。1

23、)二极管调制电路二极管调制电路 二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。信号。载波载波调制信号调制信号第6章 振幅调制、解调与混频44（二）（二）DSB调制电路调制电路1)二极管调制电路二极管调制电路输出变压器的次级电流输出变压器的次级电流 i L为：为：tUgtUgtUgtUgtUgutKgi)3cos(32)3cos(32 )cos(2)cos(2 cos )(2cDcDcDcDDcDLcUU条件：条件：可获得可获得DSB！第6章 振幅调制、解调与混频45（二）（二）DSB调制电路调制电路1)二极管调制电路二极管调制电路输出变压器的次级电流输

24、出变压器的次级电流 iL为：为：tUgtUgtUgtUgtUgutKgi)3cos(32)3cos(32 )cos(2)cos(2 cos )(2cDcDcDcDDcDL若输出滤波器的中心频率若输出滤波器的中心频率fc，带宽，带宽2F，谐振阻抗，谐振阻抗RL，则：，则：ttgRUtUgRtUgRtu cos cos4 )cos(2)cos(2)(cDLcDLcDLo第6章 振幅调制、解调与混频46二极管平衡调制器波形二极管平衡调制器波形D1cuuuD2cuuu第6章 振幅调制、解调与混频47（二）（二）DSB调制电路调制电路1)二极管调制电路二极管调制电路 调制线性好、载漏小调制线性好、载漏小

25、(输出端的残留载波电压要小，输出端的残留载波电压要小，一般应比有用边带信号低一般应比有用边带信号低20 dB以上以上)，同时希望调制效率，同时希望调制效率高及阻抗匹配等。高及阻抗匹配等。对平衡调制器的主要要求对平衡调制器的主要要求:实用的平衡调制器电路。实用的平衡调制器电路。第6章 振幅调制、解调与混频48实用的平衡调制器电路实用的平衡调制器电路（二）（二）DSB调制电路调制电路D1cuuuVD1、VD2同时导通；同时导通；D2cuuucu0a)当当时时cu0b)当当时时VD1、VD2同时截止；同时截止；C1 对高频短路、对音频开路对高频短路、对音频开路分析：分析：第6章 振幅调制、解调与混频

26、49（二）（二）DSB调制电路调制电路1、二极管调制电路二极管调制电路双平衡调制器电路：双平衡调制器电路：调制信号与载波的位置可以互换！调制信号与载波的位置可以互换！波形波形第6章 振幅调制、解调与混频50（二）（二）DSB调制电路调制电路1、二极管调制电路二极管调制电路双平衡调制器电路双平衡调制器电路LDccDcc2()()44 2coscos3cos 3ig KtKtugttUt经滤波后，有经滤波后，有ttUgRucDLocos cos8DSB信号！信号！第6章 振幅调制、解调与混频512、差分对调制器、差分对调制器（二）（二）DSB调制电路调制电路 设设uB=uC，uA=u，则双端输出，

27、则双端输出电流电流 i0(t)为：为：txtxtmItVUtmIti 3cos)(cos)()cos1(cos2tanhcos1)(31c0T c0o经滤波后的输出电压经滤波后的输出电压 u0(t)为：为：o0L1cu(t)I R m(x)cos tcostccU cos tcost单差分对单差分对DSB信号！信号！载波载波调制信号调制信号第6章 振幅调制、解调与混频522、差分对调制器、差分对调制器（二）（二）DSB调制电路调制电路单差分对单差分对图图 6-24 差分对差分对DSB调制器的波形调制器的波形第6章 振幅调制、解调与混频53（二）（二）DSB调制电路调制电路单差分对单差分对txt

28、xtmItVUtmIti 3cos)(cos)()cos1(cos2tanhcos1)(31c0T c0o并不是理并不是理想乘法器！想乘法器！1）信号的注入必须是）信号的注入必须是uA=u，uB=uC，且且U26 mV；分析：分析：2）要得要得DSB信号，必须加接滤波器信号，必须加接滤波器以滤除不必要的分量以滤除不必要的分量;3）必须双端差动输出，单端输出只能）必须双端差动输出，单端输出只能得到得到AM信号信号;4）当输入信号为零时，输出并不为零。）当输入信号为零时，输出并不为零。载波载波调制信号调制信号第6章 振幅调制、解调与混频542、差分对调制器、差分对调制器（二）（二）DSB调制电路调

29、制电路双差分对双差分对TBTA0o2tanh2tanh)(VuVuIti差动输出电流为：差动输出电流为：若若U、UC均很小，则：均很小，则：C2T0o14)(uuVIti双差分对调制器克服了单差分对调制器上述大部分的缺点。双差分对调制器克服了单差分对调制器上述大部分的缺点。第6章 振幅调制、解调与混频55图图 6-25：彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际电路：彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际电路第6章 振幅调制、解调与混频568V用用MC1596实现实现DSB电路电路DSB信号信号第6章 振幅调制、解调与混频57产生方法主要有滤波法和移相法两种。产生方法主要有滤波法和移相法两种。（三

30、）（三）SSB调制电路调制电路1、滤波法滤波法滤波法的关键是边带滤波器的制作。滤波法的关键是边带滤波器的制作。第6章 振幅调制、解调与混频58（二）（二）SSB调制电路调制电路2、移相法、移相法coscossinsinSSBLccuUttUttcoscossinsinSSBUccuUttUtt /2相移网络是移相移网络是移相法的关键部件。相法的关键部件。第6章 振幅调制、解调与混频59作 业 6-8（c、d）6-11 6-14第6章 振幅调制、解调与混频60第二节第二节 调幅信号的解调调幅信号的解调一、调幅解调的方法一、调幅解调的方法2.同步检波同步检波1.包络检波包络检波只适用于只适用于AM

31、波。波。DSB和和SSB信号的包络不同于调制信号，不能信号的包络不同于调制信号，不能用包络检波，必须使用同步检波。用包络检波，必须使用同步检波。恢复载波应与调制端的载波电压完全同步恢复载波应与调制端的载波电压完全同步(同频同相同频同相)。同步检波的含义？同步检波的含义？第6章 振幅调制、解调与混频61其原理框图如图所示。其原理框图如图所示。第二节第二节 调幅信号的解调调幅信号的解调一、调幅解调的方法一、调幅解调的方法1.包络检波包络检波第6章 振幅调制、解调与混频62一、调幅解调的方法一、调幅解调的方法2.同步检波同步检波 同步解调器的框图同步解调器的框图 第6章 振幅调制、解调与混频63一、

32、调幅解调的方法一、调幅解调的方法2.同步检波同步检波乘积型乘积型 叠加型叠加型ur :恢复的载波信号。恢复的载波信号。第6章 振幅调制、解调与混频64二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器1 原理电路及工作原理原理电路及工作原理RC低通滤波器低通滤波器（1）组成）组成 输入回路输入回路二极管二极管VD末级中放的输出回路。末级中放的输出回路。导通电压小、导通电压小、rD小的锗管。小的锗管。(a)作为检波器的负载，在其两端产生调制频率电压作为检波器的负载，在其两端产生调制频率电压;(b)起到高频电流的旁路作用。起到高频电流的旁路作用。11 cRRCCRC网络须满足网络须满足:第6章 振幅

33、调制、解调与混频65二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器（2）工作原理）工作原理 二极管串联型大信号峰值包络检波器。二极管串联型大信号峰值包络检波器。信号源、非线性器件二极管及信号源、非线性器件二极管及 RC 网络三者为串联。网络三者为串联。：该检波器工作于大信号状态。：该检波器工作于大信号状态。0.5iUV故全称：故全称：这种电路也可工作在小信号情况：小信号检波器。这种电路也可工作在小信号情况：小信号检波器。第6章 振幅调制、解调与混频66二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器（2）工作原理）工作原理检波过程分析：检波过程分析：二极管截止二极管截止二极管导通二极管导通C

34、rDRC第6章 振幅调制、解调与混频67检波过程分析检波过程分析 u i(t)为等幅波时：为等幅波时：uo=uC =Uav+uDi检波器输出电压检波器输出电压充电过程充电过程放电过程放电过程高频纹波电压高频纹波电压包络为常数，只要直流包络为常数，只要直流调制信号为低频调制信号调制信号为低频调制信号第6章 振幅调制、解调与混频68检波过程是信号源通过二检波过程是信号源通过二极管给电容充电与电容对电极管给电容充电与电容对电阻阻 R 放电的交替重复过程；放电的交替重复过程；导通时间很短，电流通角导通时间很短，电流通角很小，二极管电流是一窄脉冲很小，二极管电流是一窄脉冲序列；序列；二极管电流二极管电流

35、 i D 包含平均分包含平均分量（直流分量）及高频分量。量（直流分量）及高频分量。二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器检波过程总结：检波过程总结：Diuo=uC =Uav+u第6章 振幅调制、解调与混频69大信号检波器在稳定状态电流电压波形大信号检波器在稳定状态电流电压波形二极管伏安特性二极管伏安特性二极管两端电压二极管两端电压 （输入等幅波时）（输入等幅波时）二极管电流二极管电流解调包络，只需要直流解调包络，只需要直流第6章 振幅调制、解调与混频70(2)工作原理分析工作原理分析+uD -+-uoiduD=ui-uoi充充+-uoi放放 载波正半周时二极管正向导通，对载波正半周时

36、二极管正向导通，对电容电容 C 充电，充电时间常数为充电，充电时间常数为 rd C。uD=ui-uo当当uD=ui-uo0，二极管导通二极管导通当当uD=ui-uo0，二极管导通二极管导通当当uD=ui-uo0，二极管截止二极管截止 uo(t)=u(t)+UDCUDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t)u i(t)与与uo(t)t u i(t)为调幅波时：为调幅波时：二极管二极管VD两端电压：两端电压：检波器的有用输出电压：检波器的有用输出电压：)cos1(tmUKcd第6章 振幅调制、解调与混频72二、二极管峰值包络检波器二、二极管峰值包络检波器输入为输入为AM信号时，检波器信号时，

37、检波器二极管二极管的电压及电流波形：的电压及电流波形：二极管伏安特性二极管伏安特性二极管两端电压二极管两端电压 （输入调幅波时）（输入调幅波时）二极管电流二极管电流 uD=ui-uo =uAM-uouo(t)=u(t)+UDC第6章 振幅调制、解调与混频73包络检波器的输出电路包络检波器的输出电路 如果只需输出如果只需输出调制频率调制频率电压电压，则可在原电路上增加，则可在原电路上增加隔直电容隔直电容Cg和负载电阻和负载电阻Rg。若需要检波器提供与载波若需要检波器提供与载波电压大小成比例的电压大小成比例的直流电压直流电压，则可用低通滤波器取出则可用低通滤波器取出直流分量，如图直流分量，如图:R

38、 C第6章 振幅调制、解调与混频742、性能分析、性能分析（传输系数、输入阻抗）（传输系数、输入阻抗）1)传输系数传输系数 Kd（或称检波系数、检波效率）（或称检波系数、检波效率）若输入载波电压若输入载波电压若输入若输入 AM AM 信号信号modUUK（设：载波电压振幅为（设：载波电压振幅为Um，输出直流电压为，输出直流电压为Uo ！）！）cdmUUK 检波器输出检波器输出低频电压低频电压振幅振幅与输入高频与输入高频已调波已调波包包络振幅络振幅之比。之比。这两个定义是一致的。这两个定义是一致的。第6章 振幅调制、解调与混频751)传输系数传输系数 Kd利用两个特殊点：利用两个特殊点：DDma

39、xIiD0idKcos3D3RgDmaxIt0，t ，：二极管导通角！：二极管导通角！下面以等幅波为例推导下面以等幅波为例推导Kd的表达式。的表达式。)cos1(maxmDDUgIKd为为Uo和和 Um的比值，为的比值，为cosUmUo趋于趋于0时，时，Kd 近似为近似为1，Uo=Um第6章 振幅调制、解调与混频762、性能分析、性能分析1)传输系数传输系数 KddKcos3D3Rg分析分析:Kd 当电路一定当电路一定(管子与管子与R一定一定)时，时，在大信号检波器中在大信号检波器中是恒定的，它是恒定的，它与输入信号大小无关。与输入信号大小无关。越小，越小，Kd越大，并趋近于越大，并趋近于1。

40、越贴近峰值越贴近峰值由图可知，当由图可知，当gDR50时，时，Kd变化不大，且变化不大，且Kd 0.9。第6章 振幅调制、解调与混频772、性能分析、性能分析1)传输系数传输系数 Kd2)输入电阻输入电阻Ri输入载波电压的振幅输入载波电压的振幅Um与检波器与检波器电流的基频分量振幅电流的基频分量振幅I1之比值，之比值，即即1miIUR R2 由此可见，由此可见，输入电阻输入电阻与二极管检波器负载电阻与二极管检波器负载电阻R有关。有关。R越大，越大，Ri越大，对前级的影响就越小。越大，对前级的影响就越小。输入电阻定义：输入电阻定义：不能太大，也不能太小，为什么？不能太大，也不能太小，为什么？第6

41、章 振幅调制、解调与混频783检波器的失真检波器的失真 在二极管峰值包络检波器中，存在着两种特有的失真：在二极管峰值包络检波器中，存在着两种特有的失真：惰性失真和底部切削失真。惰性失真和底部切削失真。1)惰性失真惰性失真是由电容放电的惰性引起的。是由电容放电的惰性引起的。产生原因：产生原因：惰性失真的波形惰性失真的波形2maxmaxmax1 mRC m不失真的条件：不失真的条件：可见，可见，m、越大，包络下降速度就越快，要求的越大，包络下降速度就越快，要求的RC就越小。就越小。惰性失真惰性失真第6章 振幅调制、解调与混频793检波器的失真检波器的失真RUCgRURRRU调幅波的最小幅度：调幅波

42、的最小幅度：UC(1m)。避免失真的条件：避免失真的条件：失真的原因：失真的原因：R=R 2)底部切削失真底部切削失真 （又称为负峰切削失真）（又称为负峰切削失真）因此必须限制交、直流负载的差别。因此必须限制交、直流负载的差别。RU+CU+直流负载为直流负载为R交流负载为交流负载为R/Rg直流开路，电容上的电压恒定，直流开路，电容上的电压恒定，很小时，近似等于很小时，近似等于载波载波振幅振幅cgcURRRmU)1(RRRRRmgguoRRRRRRRgg/第6章 振幅调制、解调与混频802)底部切削失真底部切削失真（又称为负峰切削失真）（又称为负峰切削失真）在工程上，在工程上，减小检波器交、直流

43、负载的差别减小检波器交、直流负载的差别采取的措施：采取的措施：在检波器与低放级间插入在检波器与低放级间插入高输入阻抗的高输入阻抗的射极跟随器射极跟随器;R=R1+R2 将将R分成分成R1和和R2R=R1+R2直流负载：直流负载：交流负载：交流负载：R=R1+R2Rg第6章 振幅调制、解调与混频81LcssiQC(R/R)1 (1)回路回路LQ要大。要大。cTRC (2)输出的高频纹波小。输出的高频纹波小。cRC 1 即即 检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择(3)减少输出信号的频率失真。减少输出信号的频率失真。要求：要求：不不影影响响下下限限频频率率不不影影响响上上限限频频率率

44、ddLCCRCRCminmax11 min maxmaxmax2maxmm1RC (4)避免惰性失真。避免惰性失真。LLRRRm RR(5)避免底部切割失真。避免底部切割失真。或或+-u中放末级中放末级RiRLCVDRCsLsRsisCd第6章 振幅调制、解调与混频824 实际电路及元件选择实际电路及元件选择LPF音量控制音量控制第6章 振幅调制、解调与混频835.二极管并联检波器二极管并联检波器(a)原理电路原理电路(b)波形关系波形关系3iRR 输入电阻：输入电阻：(c)实际电路实际电路DiCuuuKd同串联检波器；同串联检波器；输出端除需隔直电容外，还需加高频滤波电路。输出端除需隔直电容

45、外，还需加高频滤波电路。第6章 振幅调制、解调与混频84(c)并联检波器实际电路并联检波器实际电路C1：高频滤波电容：高频滤波电容Cg：隔直电容：隔直电容(a)原理电路原理电路(b)波形关系波形关系5.二极管并联检波器二极管并联检波器第6章 振幅调制、解调与混频856小信号检波器小信号检波器 小信号检波是指输入信号振幅在小信号检波是指输入信号振幅在1 100mV范围内的检波。范围内的检波。二极管的伏安特性二极管的伏安特性:2D01D2Diaa ua u a0为为 uD=0 时的时的 静态电流静态电流;D1DDDu0adi/du1/r在在uD=0时的斜率时的斜率;D222DD0d/duaiu在在

46、uD=0上的二次导数。上的二次导数。第6章 振幅调制、解调与混频86（1）输入信号等幅波）输入信号等幅波Diavimcuuuuu costi D的平均分量：的平均分量：2m20av21UaaIm2mavd21RUaUUK2m2avav21UaRIU平均电流增量：平均电流增量：6小信号检波器小信号检波器二极管的伏安特性二极管的伏安特性:2D01D2Diaa ua u二极管两端电压：二极管两端电压：电压传输系数：电压传输系数：第6章 振幅调制、解调与混频87（1）输入信号等幅波）输入信号等幅波Diavimcuuuuu cost6小信号检波器小信号检波器二极管的伏安特性二极管的伏安特性:2D01D2

47、Diaa ua u二极管两端电压：二极管两端电压：高频基波分量振幅：高频基波分量振幅：m11UaI D11mi1raIURm2mavd21RUaUUK电压传输系数：电压传输系数：输入电阻：输入电阻：电压传输系数电压传输系数Kd和输入电阻和输入电阻Ri都小！都小！第6章 振幅调制、解调与混频88（2）输入信号为）输入信号为AM波波tmtmmRUatmRUaU 2cos21 cos2)211(21 )cos1(21222m222m2av6小信号检波器小信号检波器（1）输入信号等幅波）输入信号等幅波2m2avav21UaRIU 小信号检波器输出的平均电压小信号检波器输出的平均电压Uav与输入信号电压

48、与输入信号电压振幅振幅Um的平方成正比。的平方成正比。电压传输系数电压传输系数Kd和输入电阻和输入电阻Ri都小，且还有非线性失真。都小，且还有非线性失真。小信号检波器的缺点：小信号检波器的缺点：平方律检波器：平方律检波器：第6章 振幅调制、解调与混频89小信号检波器的原理电路和波形小信号检波器的原理电路和波形第6章 振幅调制、解调与混频90三、同步检波三、同步检波(乘积型和叠加型乘积型和叠加型)1乘积型乘积型要求：恢复载波与发要求：恢复载波与发端的载波同频同相。端的载波同频同相。设输入信号：设输入信号：srrcrc1cos cos()cos()2 UUttt低通滤波器输出：低通滤波器输出：oo

49、cuU cos(t)cost 本地恢复载波：本地恢复载波：sscuU cost cost rrruU cos(t)乘法器输出：乘法器输出：srsrcrcos coscos()u uU Uttt第6章 振幅调制、解调与混频91三、同步检波三、同步检波1乘积型乘积型低通滤波器的输出：低通滤波器的输出：ooc uU cos(t)cost 分析：分析：有一定的频差有一定的频差有一定的相差有一定的相差产生振幅失真！产生振幅失真！rr0 ，即恢复载波与发射载波同频同相，即恢复载波与发射载波同频同相则则oouU cos t oocuU costcos t oouU cos cos t 无失真！无失真！第6章

50、 振幅调制、解调与混频922.叠加型叠加型三、同步检波三、同步检波 将将DSB或或SSB信号插入恢复载波，使之成为或近似为信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号信号，再利用再利用包络检波器包络检波器将调制信号恢复出来。将调制信号恢复出来。分析分析SSB信号的叠加型同步检波。信号的叠加型同步检波。sscuU cos()t rrruU cost设：单边带信号设：单边带信号(上边带上边带)为：为：恢复载波为：恢复载波为：Dsrmcu=u+uU(t)cost(t)二极管端电压：二极管端电压：0u经包络检波器后，输出电压：经包络检波器后，输出电压：odmdruK U(t)K U(1 mcos t)s

51、rU(m1)U第6章 振幅调制、解调与混频932.叠加型（同步检波）叠加型（同步检波）图图 6-50 平衡同步检波电路平衡同步检波电路o1druK U(1mcost)o2druK U(1mcost)oo1o2druuu2K U mcos t则总的输出：则总的输出：第6章 振幅调制、解调与混频94如何提取载波？如何提取载波？AM波波通过限幅器就能去除其包络变化，得到等幅载波通过限幅器就能去除其包络变化，得到等幅载波信号，这就是所需同频同相的恢复载波。信号，这就是所需同频同相的恢复载波。对对DSB信号信号，将其取平方，从中取出角频率为，将其取平方，从中取出角频率为2c的分量，的分量，再经二分频器，

52、就可得到角频率为再经二分频器，就可得到角频率为c的恢复载波。的恢复载波。对于对于SSB信号信号，发射导频信号。，发射导频信号。第6章 振幅调制、解调与混频95作 业 6-20第6章 振幅调制、解调与混频96第三节第三节 混混 频频一、混频的概述一、混频的概述混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程。混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程。1 混频器的功能混频器的功能时域波形：时域波形：频谱图：频谱图：混频动画混频动画4.5常用的中频数值为常用的中频数值为:465(455)、500 kHz;1、1.5、4.3、5、10.7、21.4、30、70、140 MHz等等第6章 振幅调制、解调与混

53、频97第三节第三节 混混 频频图图 6-52 三种频谱线性搬移功能三种频谱线性搬移功能 调制调制 解调解调混频混频第6章 振幅调制、解调与混频982混频器的工作原理混频器的工作原理第三节第三节 混混 频频一、混频的概述一、混频的概述图图 6-53 混频器的组成框图混频器的组成框图输入已调信号输入已调信号us本振电压本振电压uLsscuU costcostLLLuU cost中频电压中频电压:IIIuU costcost混频器是超外差接收机中的关键部件。混频器是超外差接收机中的关键部件。第6章 振幅调制、解调与混频993混频器的主要性能指标混频器的主要性能指标1)变频增益变频增益定义：变频器中频

54、输出电压振幅定义：变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电与高频输入信号电压振幅压振幅Us之比，即之比，即s1vcUUK2)噪声系数噪声系数)()(F中频频率输出信噪比信号频率信噪比输入N3)失真与干扰失真与干扰 失真有频率失真和非线性失真。除此之外，还失真有频率失真和非线性失真。除此之外，还会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。第6章 振幅调制、解调与混频1004)变频压缩变频压缩(抑制抑制)3混频器的主要性能指标混频器的主要性能指标5)选择性选择性二、混频电路二、混频电路1晶

55、体三极管混频器晶体三极管混频器2二极管混频电路二极管混频电路3其它混频电路其它混频电路 中频输出回路应有较理想中频输出回路应有较理想的谐振曲线的谐振曲线(矩形系数接近矩形系数接近1)第6章 振幅调制、解调与混频101二、混频电路二、混频电路1晶体三极管混频器晶体三极管混频器fI=fLfctItUgtUgtUgiIIIsCIsm1cLsm1Icoscos cos21)cos(21BBBB()LUtUu时变偏置电压：时变偏置电压：且有且有Us UL输出回路对中频输出回路对中频谐振，谐振，则集电极电流则集电极电流cc0msc0m0m1m2s()()()(coscos2.)LLiItgt uItggt

56、gtu第6章 振幅调制、解调与混频1021晶体三极管混频器晶体三极管混频器tItUgtUgtUgiIIIsCIsm1cLsm1Icoscos cos21)cos(21集电极电流：集电极电流：gC=gm1/2变频跨导：变频跨导：gC是变频器的重要参数，不是变频器的重要参数，不仅直接决定着变频增益，还影响仅直接决定着变频增益，还影响到变频器的噪声系数。到变频器的噪声系数。m1sIC21gUIg输入高频电压振幅中频电流振幅输出定义：定义：它与普通放大器的跨导有相似的含义，表示输入高频它与普通放大器的跨导有相似的含义，表示输入高频信号电压对输出中频电流的控制能力。信号电压对输出中频电流的控制能力。第6

57、章 振幅调制、解调与混频103二、混频电路二、混频电路1晶体三极管混频器晶体三极管混频器图图6-57给出了变频跨导与本振电压的关系曲线。给出了变频跨导与本振电压的关系曲线。第6章 振幅调制、解调与混频104二、混频电路二、混频电路1晶体三极管混频器晶体三极管混频器图图6-58给出了变频跨导与偏置电压的关系曲线。给出了变频跨导与偏置电压的关系曲线。第6章 振幅调制、解调与混频105混频器的本振注入方式混频器的本振注入方式第6章 振幅调制、解调与混频106第四节第四节 混频器的干扰混频器的干扰主通道：主通道：寄生通道：寄生通道：混频器存在下列干扰：混频器存在下列干扰：信号与本振的自身组合干扰。信号与本振的自身组合干扰。外来干扰与本振的自身组合干扰。外来干扰与本振的自身组合干扰。外来干扰互相作用形成的。外来干扰互相作用形成的。：外来干扰与信号形成的。：外来干扰与信号形成的。互调干扰：互调干扰：交叉调制干扰交叉调制干扰副波道干扰：副波道干扰：干扰哨声：干扰哨声：阻塞、倒易混频干扰等。阻塞、倒易混频干扰等。第6章 振幅调制、解调与混频107第6章 振幅调制、解调与混频108