《通信電子電路》全套PPT課件

《通信電子電路》全套PPT課件,通信電子電路,通信,電子電路,全套,PPT,課件 5.5 5.5 普通調幅波的解調電路普通調幅波的解調電路一、小信號平方律檢波一、小信號平方律檢波 (參考參考5.35.3節(jié)節(jié) 1 1冪級數(shù)冪級數(shù)分析法分析法)二、大信號檢波（峰值包絡檢波二、大信號檢波（峰值包絡檢波）1.1.工作原理工作原理2.2.檢波效率檢波效率3.3.輸入電阻輸入電阻4.4.檢波失真檢波失真5.5.檢波電路參數(shù)的選取檢波電路參數(shù)的選取 解調解調從調幅信號中檢出調制信號從調幅信號中檢出調制信號 調幅信號的解調：調幅信號的解調：相干解調相干解調 非相干解調（非相干解調（包絡檢波包絡檢波）（1 1）檢波器輸入信號與輸出信號的波形）檢波器輸入信號與輸出信號的波形圖圖5-21 5-21 檢波器與輸入、輸出波形檢波器與輸入、輸出波形圖圖5-21 5-21 檢波器與輸入、輸出波形檢波器與輸入、輸出波形（2 2）檢波器的質量要求）檢波器的質量要求 檢波效率檢波效率 若輸入等幅波若輸入等幅波 若輸入調幅波若輸入調幅波 檢波失真檢波失真 輸出電壓與輸入調幅波輸出電壓與輸入調幅波包絡包絡的相似程度的相似程度 輸入阻抗輸入阻抗 檢波器輸入端的等效阻抗檢波器輸入端的等效阻抗一、小信號平方律檢波一、小信號平方律檢波 1.1.電路電路 由于二極管的非線性作用，使對稱的電壓調幅由于二極管的非線性作用，使對稱的電壓調幅波變成不對稱的電流。波變成不對稱的電流。圖圖5-225-22（a)a)小信號小信號二極管二極管檢波電路檢波電路 圖圖5-225-22（b)b)小信號小信號二極管二極管檢波電路檢波電路2.2.原理原理二極管特性曲線在二極管特性曲線在Q 點的冪級數(shù)展開式為點的冪級數(shù)展開式為設輸入的是單頻正弦調制的調幅波，即設輸入的是單頻正弦調制的調幅波，即二極管的輸入電壓為二極管的輸入電壓為（5-605-60）（5-615-61）它正是所需要的解調信號。它正是所需要的解調信號。由于它的幅值與輸入由于它的幅值與輸入信號幅值的平方成正比，信號幅值的平方成正比，故稱平方律檢波。故稱平方律檢波。（5-625-62）式中式中將式（將式（5-605-60）代入式（）代入式（5-615-61），只取前兩項，得），只取前兩項，得 另外，頻率為另外，頻率為 的成分最值得注意。的成分最值得注意。把二次諧波與基波之比稱為二次諧波失真系數(shù)，把二次諧波與基波之比稱為二次諧波失真系數(shù)，用用 表示，即表示，即可見，調制系數(shù)可見，調制系數(shù) ma越大，失真越嚴重。一般情況下越大，失真越嚴重。一般情況下 3.3.檢波效率檢波效率式中，式中，檢波效率檢波效率4.輸入電阻輸入電阻 因二極管因二極管D 始終處于導通，始終處于導通，輸入電阻等于輸入電阻等于D的交流阻抗的交流阻抗 rD 1.1.工作原理工作原理1 1）大信號檢波過程）大信號檢波過程是是利用二極管的單向利用二極管的單向導電特性和檢波負導電特性和檢波負載載RC的充放電過程。的充放電過程。特點特點：快充慢放快充慢放 rD二極管電阻二極管電阻 RL負載電阻負載電阻二、大信號檢波（峰值包絡檢波二、大信號檢波（峰值包絡檢波）圖圖5-23 5-23 大信號檢波電路大信號檢波電路ui(t)uo(t)(導通導通)C 充電充電,時間常數(shù)時間常數(shù)充充=rDC (小小)，充電快。，充電快。ui(t)uo(t)（截止）截止）C 放電，放電，時間常數(shù)時間常數(shù)放放=RLC（大），放電慢。大），放電慢?？斐渎趴斐渎牛ＷC，保證uo(t)接近接近ui(t)的包絡。的包絡。注注：輸出輸出電壓電壓uo(t)(t)的大小與輸入電壓的峰值的大小與輸入電壓的峰值 接近相等，故稱為峰值包絡檢波。接近相等，故稱為峰值包絡檢波。2 2）uo(t)的成分的成分 音頻成分音頻成分有用輸出；高頻有用輸出；高頻濾去濾去 直流成分直流成分隔直流電容濾去，可用于隔直流電容濾去，可用于AGC（自動增益控制電路）自動增益控制電路）。當輸入信號很大時，設法。當輸入信號很大時，設法把管子發(fā)射結偏壓降低一些。把管子發(fā)射結偏壓降低一些。圖圖5-23 5-23 大信號檢波電路大信號檢波電路 圖圖5-24 5-24 大信號檢波原理大信號檢波原理 2.2.檢波效率（檢波效率（)當檢波器輸入為高頻等幅波時，輸出平均電壓，則當檢波器輸入為高頻等幅波時，輸出平均電壓，則定義為定義為1)1)定義定義若檢波器輸入調幅波電壓包絡的幅度為若檢波器輸入調幅波電壓包絡的幅度為 ，輸出低頻電壓的振幅為輸出低頻電壓的振幅為 ，則，則 定義為定義為（1 1）一定）一定RL下，下，C RL大大,放大變慢放大變慢 高高當當C RL=100時，可達時，可達0.86，而而 C RL過大，會引起過大，會引起檢波失真。檢波失真。因此因此 C RL=10 100（適當范圍）適當范圍）2)2)電路參數(shù)電路參數(shù)（C RL，RL，r D）對檢波對檢波效率的影響效率的影響 圖圖5-25 5-25 檢波電路參數(shù)對檢波電路參數(shù)對檢波檢波效率的影響效率的影響 4 4）信號強度對）信號強度對 的影響的影響信號強度越大，信號強度越大，大大 越高越高 3 3）檢波管的）檢波管的影響影響 r D小，充電快，小，充電快，高高2 2）負載電阻）負載電阻 RL 在一定的在一定的C RL下，下，RL大，大，高高圖圖5-265-26 輸入輸入電壓對電壓對 的影響的影響 3.輸入電阻（輸入電阻（Rin）輸入電阻是檢波器的另一個重要的性能指標。輸入電阻是檢波器的另一個重要的性能指標。對于高頻輸入信號源，檢波器相當于一個負載，此對于高頻輸入信號源，檢波器相當于一個負載，此負載就是檢波器的等效輸入電阻負載就是檢波器的等效輸入電阻 Rin，它等于輸入高它等于輸入高頻電壓振幅與檢波電流中基波（指載頻頻電壓振幅與檢波電流中基波（指載頻 ）電流振）電流振幅幅 I1m 之比，即：之比，即：一般經驗可取一般經驗可取 Rin=23k4.檢波失真檢波失真1)對角線失真對角線失真（惰性失真、放電失真）（惰性失真、放電失真）失真原因：失真原因：放電太慢，放電太慢，包絡線下降快包絡線下降快,以致跟不上以致跟不上調幅波包絡的變化。調幅波包絡的變化。不失真條件：不失真條件：電容放電的速度電容放電的速度包絡線下降速度包絡線下降速度 要防止對角線失真現(xiàn)象，應使包絡線下降速率要防止對角線失真現(xiàn)象，應使包絡線下降速率小于小于RLC 放電速率，即放電速率，即 （5-745-74）圖圖5-28 5-28 對角線失真原理圖對角線失真原理圖不產生對角線失真的條件不產生對角線失真的條件或或表明表明放電慢放電慢調制深，包絡線下降快調制深，包絡線下降快周期短，包絡線下降快周期短，包絡線下降快 一般在接收機里檢波器輸出耦合到下級的一般在接收機里檢波器輸出耦合到下級的電容很大（電容很大（C1很大很大510 F），），對檢波器輸出對檢波器輸出的直流而言，上充有一個直流電壓。的直流而言，上充有一個直流電壓。2 2）割底失真）割底失真圖圖5-29(a)5-29(a)割底失真原理圖割底失真原理圖當輸入信號當輸入信號 二極管二極管D D導通導通;當輸入信號當輸入信號 二極管二極管D D截止。截止。此時電容此時電容C C上電壓上電壓=E由等效電勢由等效電勢E 維持，形成割維持，形成割底。底。借助于有源二端網絡理論借助于有源二端網絡理論可把可把 C1、RL、Ri i 用一個等用一個等效電路效電路E 和和 代替。代替。其中其中 圖圖5-29 5-29 割底失真原理及波形圖割底失真原理及波形圖設設 則則不不產產生生割割底底失失真真的條件的條件不產生割底失真的條件不產生割底失真的條件注：交流、直流注：交流、直流 負載不同負載不同圖圖5-29 5-29 割底失真原理及波形圖割底失真原理及波形圖 多了一個高頻濾波環(huán)節(jié)多了一個高頻濾波環(huán)節(jié)R2、C3。它的作用是它的作用是濾去前節(jié)濾波后剩余的高頻成分。濾去前節(jié)濾波后剩余的高頻成分。高頻電壓主要降在高頻電壓主要降在R3上，使輸出中高頻大大上，使輸出中高頻大大減少。但增加對低頻也有影響，為了避免低頻成減少。但增加對低頻也有影響，為了避免低頻成分過分減少，分過分減少，R3應應R2比少的多。比少的多。5.5.檢波電路參數(shù)的選取檢波電路參數(shù)的選取圖圖5-31 5-31 典型檢波電路典型檢波電路 1)1)檢波二極管檢波二極管 為了提高檢波效率，應選取正向電阻?。榱颂岣邫z波效率，應選取正向電阻?。ㄒ韵拢聪螂娮璐螅ㄒ韵拢?，反向電阻大（以上），同時要以上），同時要求結電容小的管子。一般選點接觸型二極管如求結電容小的管子。一般選點接觸型二極管如 2AP 系列。系列。易產生割底失真，易產生割底失真，兼顧兩者一般取兼顧兩者一般取2)負載電阻 RL易產生割底失真，易產生割底失真，兼顧兩者一般取兼顧兩者一般取 從濾波效果好從濾波效果好（高頻電壓主要降在（高頻電壓主要降在R3 3上，上，使輸出中高頻大大減少）。使輸出中高頻大大減少）。從有用信號衰減小，從有用信號衰減小，為兼顧二者，在廣播收音機中，頻率是為兼顧二者，在廣播收音機中，頻率是 465kHz,取取 但是礦用載頻電話頻率較低如但是礦用載頻電話頻率較低如40kHz，濾波效果太差，宜適當加大濾波效果太差，宜適當加大R3 而犧牲一些輸而犧牲一些輸出信號，出信號，取取3)3)濾波電容濾波電容C2和和C3 C2 和和C3 大大，檢波效率高，濾波效果好。但太檢波效率高，濾波效果好。但太大則放電時間常數(shù)過大，易引起對角線失真，大則放電時間常數(shù)過大，易引起對角線失真，一般取一般取 (頻率為幾十頻率為幾十kHz)（收音機）收音機）4)4)輸出耦合電容輸出耦合電容C 一般取一般取 5)5)偏置電阻偏置電阻R1 視電壓視電壓 E 而定，一般調整偏流在而定，一般調整偏流在 左右。左右。5.6 5.6 抑制載波調幅波的產生和解調電路抑制載波調幅波的產生和解調電路一、大信號調幅的數(shù)學分析一、大信號調幅的數(shù)學分析(參考參考5.35.3節(jié)節(jié) 4 4開關函數(shù)近似分析法開關函數(shù)近似分析法)二、抑制載波調幅波的產生電路二、抑制載波調幅波的產生電路 1.1.二極管環(huán)形調制器二極管環(huán)形調制器電路圖電路圖 2.2.工作原理工作原理 3.3.波形圖波形圖 4.4.用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際電電路路三、抑制載波調幅的解調電路三、抑制載波調幅的解調電路一、大信號調幅的數(shù)學分析一、大信號調幅的數(shù)學分析1.1.不考慮調制信號不考慮調制信號載波正半周載波正半周載波負半周載波負半周 如果二極管特性曲線折線化后的斜率為如果二極管特性曲線折線化后的斜率為g g 則則 2.考慮調制信號考慮調制信號相乘得相乘得 電流電流i的頻率分量中含有調幅波的成的頻率分量中含有調幅波的成分，可以實現(xiàn)調幅。分，可以實現(xiàn)調幅。二、抑制載波調幅波的產生電路二、抑制載波調幅波的產生電路 采用平衡、抵消方法采用平衡、抵消方法 把載波抑制掉，把載波抑制掉，故這種電路叫抑制載波調幅電路或叫平衡故這種電路叫抑制載波調幅電路或叫平衡調幅電路調幅電路。常用常用 二極管環(huán)形調制器二極管環(huán)形調制器 模擬乘法器模擬乘法器MC1596圖圖5-33 5-33 二極管環(huán)形調制器二極管環(huán)形調制器1.二極管環(huán)形調制器電路圖二極管環(huán)形調制器電路圖 它是由四個二極管環(huán)接構成。它是由四個二極管環(huán)接構成。載波載波 從變從變壓器的原邊接入，調制信號壓器的原邊接入，調制信號 則接到變壓器則接到變壓器T1 的副邊中點和的副邊中點和T2 的原邊中點之間，變壓器的副邊的原邊中點之間，變壓器的副邊T2 輸出已調信號。輸出已調信號。設調制信號為單頻余弦信號，即設調制信號為單頻余弦信號，即 載波信號為載波信號為 環(huán)形調制器既可工作在小信號又可環(huán)形調制器既可工作在小信號又可工作在大信號。工作在大信號。一般情況下，載波信號幅值很強，一般情況下，載波信號幅值很強，控制二極管工作在開關狀態(tài)?？刂贫O管工作在開關狀態(tài)。為了分析二極管電流，分別畫出其為了分析二極管電流，分別畫出其相應的電路。相應的電路。2.2.工作原理工作原理圖圖5-34 5-34 環(huán)形調制器各二極管工作情況環(huán)形調制器各二極管工作情況 式中，式中，g 是二極管的輸入電導。是二極管的輸入電導。忽略上式中的高次項，忽略上式中的高次項，用節(jié)點電流定律，可得到用節(jié)點電流定律，可得到 電流電流 在輸出變壓器副邊引起的感應電在輸出變壓器副邊引起的感應電勢就是輸出電壓勢就是輸出電壓 u,它的波形也與它的波形也與 同。同?？梢姡h(huán)形調制器輸入電流是輸入信號可見，環(huán)形調制器輸入電流是輸入信號 和和 的乘積，的乘積，頻譜是載頻的上、頻譜是載頻的上、下邊頻，沒有載波分量，所以稱其為抑制載波下邊頻，沒有載波分量，所以稱其為抑制載波調幅電路。調幅電路。變壓器變壓器T1和和T2的中心抽頭必須嚴格對的中心抽頭必須嚴格對稱，四個二極管的特性也應一致，否則就稱，四個二極管的特性也應一致，否則就不能把載波抑制掉，從而造成不希望有的不能把載波抑制掉，從而造成不希望有的“載漏載漏”輸出。輸出。（載漏是環(huán)形調制器輸出電流成分中含（載漏是環(huán)形調制器輸出電流成分中含有載波成分的簡稱）。有載波成分的簡稱）。圖圖5-36 5-36 環(huán)形調制器實際電路（一）環(huán)形調制器實際電路（一）為了消除電路的不對稱性，改進后的電路為了消除電路的不對稱性，改進后的電路 圖圖5-37 5-37 環(huán)形調制器實際電路（二）環(huán)形調制器實際電路（二）3.3.波形圖波形圖圖圖5-35 5-35 環(huán)形調幅器電流、電壓波形環(huán)形調幅器電流、電壓波形 隨著集成電路的發(fā)展，由線性組件隨著集成電路的發(fā)展，由線性組件構成的平衡調幅器已被采用。圖示是構成的平衡調幅器已被采用。圖示是用用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際電模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際電路。路。它是用它是用MC1596G 構成。這個電路構成。這個電路的特點是的特點是工作頻帶寬，輸出頻譜較純，工作頻帶寬，輸出頻譜較純，而且省去了變壓器，而且省去了變壓器，調整簡單。使用時，調整簡單。使用時，建議載波輸入電平為建議載波輸入電平為 6060mV，調制信號最調制信號最大不超過大不超過300300mV 。用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際電路用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅的實際電路圖圖5-38 5-38 用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波調幅1.1.乘積型同步檢波器的乘積型同步檢波器的工作原理工作原理1)1)組成組成方框圖方框圖 2)2)工作原理工作原理2.2.乘積型檢波電路乘積型檢波電路3.3.利用模擬乘法器構成的抑制載波利用模擬乘法器構成的抑制載波調幅解調電路調幅解調電路三、抑制載波調幅的解調電路三、抑制載波調幅的解調電路 包絡檢波器只能解調普通調幅波，包絡檢波器只能解調普通調幅波，而不能解調而不能解調 DSB 和和 SSB 信號。這是信號。這是由由于后兩種已調信號的包絡并不反映調制于后兩種已調信號的包絡并不反映調制信號的變化規(guī)律，信號的變化規(guī)律，因此，抑制載波調幅因此，抑制載波調幅的解調必須采用的解調必須采用同步檢波電路。同步檢波電路。收端須提供與發(fā)端同頻同相的同步收端須提供與發(fā)端同頻同相的同步信號信號 本地載波信號本地載波信號 最常用的是乘積型同步檢波電路。最常用的是乘積型同步檢波電路。1.乘積型同步檢波器的乘積型同步檢波器的工作原理工作原理1)1)組成方框圖組成方框圖圖圖5-39 5-39 乘積型同步檢波器的組成方框圖乘積型同步檢波器的組成方框圖 它與普通包絡檢波器的區(qū)別就在于它與普通包絡檢波器的區(qū)別就在于接收接收端必須提供一個本地載波信號，端必須提供一個本地載波信號，而且要求它而且要求它是與發(fā)送端的載波信號同頻、同相的同步信是與發(fā)送端的載波信號同頻、同相的同步信號。號。利用這個外加的本地載波信號與接收端利用這個外加的本地載波信號與接收端輸入的調幅信號兩者相乘，輸入的調幅信號兩者相乘，可以產生原調制可以產生原調制信號分量和其它諧波組合分量，信號分量和其它諧波組合分量，經低通濾波器后，就可解調出原調制信號。經低通濾波器后，就可解調出原調制信號。2)工作原理工作原理設輸入的設輸入的 DSB 信號及同步信號分別為信號及同步信號分別為 （當兩個載波有相差時）（當兩個載波有相差時）則則乘法器的輸出電壓為：乘法器的輸出電壓為：設設 經低通濾波器濾除高頻分量，經低通濾波器濾除高頻分量，則解調輸出則解調輸出信號為信號為 低頻信號輸出幅度與低頻信號輸出幅度與 成正比，成正比，當當 時，時，解調輸出為零。解調輸出為零。當當 時，時，解調所得低頻信號幅度最大。解調所得低頻信號幅度最大。若輸入信號是若輸入信號是SSB 波，即波，即 因此，因此，同步信號與發(fā)送端載波信號必同步信號與發(fā)送端載波信號必須嚴格保持同頻同相，須嚴格保持同頻同相，否則就會引起解調失否則就會引起解調失真。真。當相位相同而頻率不等時，將產生明顯的當相位相同而頻率不等時，將產生明顯的解調失真；解調失真；當頻率相等而相位不同時，則檢波輸出將當頻率相等而相位不同時，則檢波輸出將產生相位失真。產生相位失真。3）本地載波信號產生方法本地載波信號產生方法 如何產生一個與載波信號完全同頻同相的同如何產生一個與載波信號完全同頻同相的同步信號是極為重要的。步信號是極為重要的。對于雙邊帶調幅波，同步信號可直接從輸入對于雙邊帶調幅波，同步信號可直接從輸入的雙邊帶調幅波中提取，的雙邊帶調幅波中提取，即將雙邊帶調幅波取平即將雙邊帶調幅波取平方方 從中取出角頻率為從中取出角頻率為 的分量，的分量，經二分頻器經二分頻器將它變換成角頻率為將它變換成角頻率為 的同步信號。的同步信號。對于單邊帶調幅波對于單邊帶調幅波，同步信號無法從中，同步信號無法從中提取出來。提取出來。為了產生同步信號，往往為了產生同步信號，往往在發(fā)送端發(fā)送在發(fā)送端發(fā)送單邊帶調幅信號的同時，單邊帶調幅信號的同時，附帶發(fā)送一個功率附帶發(fā)送一個功率遠低于邊帶信號功率的載波信號，稱為導頻遠低于邊帶信號功率的載波信號，稱為導頻信號信號，接收端收到導頻信號后，經放大就可接收端收到導頻信號后，經放大就可以作為同步信號。以作為同步信號。也可用導頻信號去控制接收端載波振蕩也可用導頻信號去控制接收端載波振蕩器，使之輸出的同步信號與發(fā)送端載波信號器，使之輸出的同步信號與發(fā)送端載波信號同步。同步。如如發(fā)送端不發(fā)送導頻信號，發(fā)送端不發(fā)送導頻信號，那么，那么，發(fā)送端和接收端均發(fā)送端和接收端均采用頻率穩(wěn)定度很高的采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體振蕩器或頻率合成器，以使兩者石英晶體振蕩器或頻率合成器，以使兩者頻率穩(wěn)定不變，頻率穩(wěn)定不變，顯然在這種情況下，要使顯然在這種情況下，要使兩者嚴格同步是不可能的。兩者嚴格同步是不可能的。但只要同步信號與發(fā)送端載波信號但只要同步信號與發(fā)送端載波信號的頻率在容許范圍之內還是可用的。的頻率在容許范圍之內還是可用的。圖圖5-40 5-40 二極管環(huán)形檢波電路二極管環(huán)形檢波電路2.乘積型檢波電路乘積型檢波電路3.3.利用模擬乘法器構成的抑制載波調幅解調電路利用模擬乘法器構成的抑制載波調幅解調電路圖圖5-41 5-41 用模擬乘法器構成的同步檢波電路用模擬乘法器構成的同步檢波電路