第六章-调幅信号的解调

高频电子线路首页上页下页退出第六章调幅信号的解调主要内容：第一节概述第二节二极管大信号包络检波器第三节二极管小信号检波器第四节同步检波器高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学第一节概述一、检波电路的功能从调幅波中不失真地解调出原调制信号。1、输入输出波形表示形式输入为高频等幅波时，检波器输出为直流电压。输入为普通调幅波时，检波器输出角频率为的正弦波。iu高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2、输入与输出频谱表示形式检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学二、检波电路的组成检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。三、检波电路的分类根据输入调幅信号的不同特点可分为两大类:检波器包络检波同步检波用于普通调幅波和高频等幅波的检波用于双边带和单边带的检波高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学四、检波电路的技术指标1、电压传输系数：检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。等幅波检波：调幅波检波：imamdUmUkimdUUk0mimidIUR12、等效输入电阻：idR3非线性失真系数：fkUUUkf3222输入等幅高频电压的振幅流过二极管的高频电流脉冲的基波分量的振幅高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学第二节二极管大信号包络检波器一、大信号包络检波输入信号振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压时截止，电容C通过R放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信号振幅变化的规律。二、大信号检波的工作原理1、原理电路下图是二极管大信号检波的原理电路，是输入回路、非线性器件和低通滤波器组成高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2、检波过程①输入为等幅波经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。，二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。1~0t，二极管截止，C通过R放电，放电时常数很大，放电慢。21~tt，二极管导通，又对C充电。32~tt，二极管截止，C上电压对R放电。43~tt高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学②输入为普通调幅波输出电压的变化规律正好与输入信号的包络相同。tu0高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学三、大信号检波器的分析1、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学bedbedbedddUuUuUugi0)(diouuucosiimiuUt数学表示式为gd为二极管导通时的电导，即gd=1/rd；Ubz为二极管的导通电压。2、二极管两端电压cosdoimiuuUt若则3、流过二极管的电流可表示为diid=I0+I1mcosωit+I2mcos2ωit+…+Inmcosnωit其中，I0=α0(θ)IM为直流分量，I1m=α1(θ)IM为基波分量振幅，Inm=αn(θ)IM为n次谐波分量振幅。)cos1(cossin)(0)cos1(cossin)(1输入等幅波di高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学4、与电路参数的关系当时，二极管导通当ωit=θ时，id=0，可得gd(-uo+Uimcosθ-Ubz)=0当ωit=0时，id=IM，可得imbzoUUucos)cos1(1)(0imdimobeimdbcimdMUgUuUUgUUugIbzduubziimdbzdddutuuguugicos0cos1cossin1cos10imdugI由于，则0oMII1(sincos)imdUr高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学经低通滤波器的输出电压uo=I0R=Uim(sinθ-θcosθ)因为为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除，则在或的条件下，可得当，可展开为可得cos(tan)oimobzdimuRUuUrU(tan)oobzduRuUr0bzUtandrRtan6radbzuu0...15231tan53drRπ结论：①在,的条件下,其通角θ只与电路参数和有关,而与输入信号的振幅无关.33Rrd6raddrimU0bzUR②输入等幅波时,输出直流电压:cosimOUU高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学输入调幅波ttmUuiaimicos)cos1(cos)cos1()(tmUtuaimtmUUaimimcoscoscos检波输出直流角频率为的交流tmUuaimBcoscos负载RL上的电压:高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学四、大信号检波器的技术指标1、电压传输系数Kd①输入等幅波时，定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。Kd=coscosoimimimUUUU②输入为普通调幅波ui=Uim(1+macosΩt)cosωit时，定义：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。mUaimmUcoscosmaimaimaimUmUmUmUKd二极管大信号检波器的电压传输系数为常数，又称线性检波。tUtuiimicos)(cosdk高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2、等效输入电阻①定义：输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。②的表达式idR1imidmURI12idRR(sincos)imdUr1sincosimdidmUrRI(tan)drR...!51!31sin53将、、展开成级数取前两项代入tansincos3512tan3152411cos12!4!idR在二极管导通角很小的情况下,等效输入电阻直流电阻高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3、失真检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。①频率失真Ci1Cmax1cCmin1不产生频率失真的条件＜＜R＞＞R＜＜R保证高频成分被旁路掉保证最高频率的音频不被旁路掉保证最低音频能通过Cc高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学②非线性失真产生原因：二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真。③惰性失真产生原因：RC过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学不产生惰性失真的条件电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快。即≥其中，U′im=Uim(1+macosΩt)设输入为ui=Uim(1+macosΩt)cosωit，其振幅变化速度为电容器C通过R放电，流过C和R的电流相等。流过C的电流为流过R的电流为则由于为检波器输出电压设Kd≈1，则令A==则不产生惰性失真的条件为A1。将A值对t求导数，并令dA/dt=0，可得不产生惰性失真的条件是或ddccuiCtcRuiRddccuuCtRcu(1cos)cimaduUmtKd(1cos)dcimauUmttRCtutUcimddddsin1cosaamtRCmtmax21aamARCm21aamRCmtucddtUimdd211aamRCmtumdtdUimaimsin'RCudtducc高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学不产生惰性失真的条件①单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:21aamRCm②多音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:aammRC2max1高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学④负峰切割失真产生原因：检波器的直流负载和交流负载不同，且ma过大而引起的。由于Cc的存在检波器的直流电阻为R而交流电阻为R//RL=RΩ不产生负峰切割失真的条件是输入调幅波的振幅最小值大于或等于。设Kd=cosθ=1，则(1)imaUmRUimLaimURRRmU1RRRRRmLa不产生负峰切割失真的条件:imLRURRRU不产生负峰切割失真的条件:高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学直流电阻:交流电阻:21RRRLLRRRRRR221高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学第三节二极管小信号检波器一、小信号检波输入高频信号的振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。二、小信号检波器的工作原理小信号检波的原理电路如右图所示：因为是小信号输入，检波器需外加偏压使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。QV高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学三、小信号检波器的主要技术指标①输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为1、电压传输系数RUbURUbKimimimd2222121②输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为RUbUmRUmbKimimaimad2222、检波器的等效输入电阻可近似地认为等于二极管的导通电阻rd高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学3、非线性失真系数aimaimammmfmRUmbRUmbUUUK4141222222322dirR调幅指数越大,非线性失真越严重四、小信号检波器的特点①电压传输系数小,且不为常数.检波效率低.②等效输入电阻③存在非线性失真.dkdirR高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学第四节同步检波器一、同步检波器主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。与二极管检波不同的是它必须加一个本地载频信号。要求与原载频同频同相。因此称为同步检波。二、同步检波器的组成有乘法器和低通滤波器组成，如下图所示。乘法器低通滤波器本地载频高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学1、输入为双边带调幅波，本地载频信号为。经乘法器相乘，输出电流为coscosiimiuUttcosoomiuUtcoscoscosioimomiiKuuKUUttt111coscos(2)cos(2)244imomimomiimomiKUUtKUUtKUUt2i1cos2imomuKUURt三、工作原理经低通滤波器滤除频率分量，得频率为的输出电压。高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学cos()iimiuUtcos()cosioimiomiKuuKUtUt11coscos(2)22imomimomiKUUtKUUt2i2、输入为单边带调幅波，本地载频信号为。经乘法器相乘，输出电流为cosoomiuUt经低通滤波器滤除分量，得到频率为的输出电压tRUKUumimcos210低频高频高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学四、实际应用电路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学四、本地载频信号不同步的影响设本地载频信号与输入载频的不同步量为,相位不同步量为，即1、输入为双边带调幅波，经乘法器相乘，输出电流为：cos[()]oomiuUtcoscosiimiuUttcoscoscos[()]ioimomiiKuuKUUttt11coscos()coscos[(2)]22imomimomiKUUttKUUttttUKUUomimcoscos21tUKUtUKUomimomimcos41cos41当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。经低通滤波器取出低频分量，输出电压为高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学2、输入为单边带调幅波，