第九章调制解调电路6-4(包络检波)

9.4调幅波的包络检波电路非相干解调电路——不需要同步参考信号适用——包络反映了调制信号变化的普通调幅波AM①介绍包络检波器的组成电路、工作原理、性能指标②用包络检波器构成的另一种相干解调电路—叠加型同步检波本节内容：9.4.1包络检波电路1.电路组成两大部分非线性器件低通滤波器设输入的调幅波（AM信号）为：ttmVtvcacmicos)cos1()(载频、调制频率、调制系数cam低通滤波器RC的取值原则是：时间常数cRC1max1RCc——对高频载波近似短路——让低频调制信号通过max2.工作原理输入信号的大小不同非线性器件描述不同工作原理不同（1）输入为小信号（平方律检波）注意：应加偏置VQ，保证二极管导通VQVDiDiQDvVv忽略输出电压vAV的负反馈，则：小信号作用下二极管的描述——工作点处幂级数展开332210)()()(QDQDQDDVvaVvaVvaai230123......Diiiiaavavav解调（检波）——频谱搬移原理二次方项电流为：]2cos1[)cos1(21cos)cos1(2222222ttmVattmVacacmcacm230123......Diiiiaavavav频谱搬移主要由二次方项产生通过低通，滤除高频，输出平均电压])cos1(21[2220tmVaaRvacmAV)2cos2121cos21(2122220tmmtmRVaRaaaacm调制信号基波调制信号二次谐波tRVmavcmaAVcos22有效解调信号输出为：二极管小信号检波特点：①解调输出与输入信号幅度的平方成正比，称为平方律检波。tRVmavcmaAVcos22有效解调信号输出为：输入的调幅波（AM信号）为：ttmVtvcacmicos)cos1()(②出现了许多高次谐波失真项，二次谐波失真项的大小为：tRVmavcmaAV2cos412222此失真无法由低通滤波器滤除DR（2）输入为大信号（峰值包络检波）大信号作用下二极管非线性描述——二段折线二极管视为开关——导通、截止000DDDDDvvvgi1DDRg（是二极管导通电阻）峰值包络检波原理设输入为等幅载波（包络为常数）()cosicmcvtVtciAViDvtvvtvv)()(二极管两端电压工作过程：初始t=0，＝0，cvCRD充()0ivt当时，二极管导通充电很小，充得快当时，二极管截止AVivtv)(放电RC放很大，放得慢AVv结果：保持在输入信号的峰值上AVAVcmvVV输入等幅波峰值包络检波电路工作过程的特点：①在高频信号的每一周电容器C充、放电一次③当输入为AM信号()(1cos)cosicmacvtVmttAVAVAVvVv检波输出两部分AVV——输出平均值，AVcmVVAVv——输出交流，反映输入的包络()(1cos)AVcmavtVmtAVcvv②,充电快、放电慢；当充放电荷达动态平衡时，输入信号峰值充放达到④二极管只在输入信号峰值尖顶上有短暂的导通，大部分时间截止。二极管电流呈重复频率为的尖顶脉冲c注意：二极管电流不是半波开关原因：输出电压的反馈AVv导通角cosAVcmVV（3）平均包络检波电路构成：非线性器件——晶体管be结RC低通滤波器通过RC低通滤波器取其平均分量：)cos1(1tmVgiacmmCAV)cos1(0tmVRgvvacmmAV输出电压工作原理（输入为大信号）：beBBivVv设BBonVVttmVtvcacmicos)cos1()(则集电极电流为半波)(cos)cos1(1tSttmVgiccacmmc1122()coscos323Sttt其中反映输入信号包络晶体管有放大作用AVv()DiAVvvtviBEQbevVv输出平均电压反馈影响二极管输出电压无反馈，由晶体管隔离二极管工作点左移AVv工作点仅由偏置决定二极管电流是导通角极小的尖顶脉冲电流为半波峰值包络检波与平均包络检波比较——均为大信号检波（4）并联二极管包络检波检波原理——与串联型相同：①二极管电压ciDvtvv)(②充电时间常数CRD充③放电时间常数RC放检波过程完全相同反映了输入信号的包络变化cv)(tvi与串联型检波不同处：输出电压AViciovtvvtvv)()(包含两个过程①检波过程——输出包含——反映输入包络AVv②高频直通——输出包含)(tvi电路结构特点——与前端电路隔直流（电容C）RC取值原则与串联型相同并联型串联型电容C对输入高频短路二极管导通时间极短RviiS并联包络检波的输出波形输出电压()()oiciAVvvtvvtviv输入波形iv（设为等幅载波）电容上电压cv（充电到峰值）3.包络检波器性能指标1）检波效率2）检波失真3）输入阻抗（1）检波效率检波器输出电压输入电压幅度dk＝当输入是等幅载波：则检波器的输出为直流()cosicmcvtVtAVVcmAVdVvk检波器作为频率变换电路，衡量它的变换效果——检波器作为前级中频放大器的负载，衡量其影响dkcos＝33RRD（证明略）理解①检波效率1，效率高②检波效率是由电路参数决定的常数，不随输入信号的幅度而变化，线性不失真检波当输入是单音调幅波时：ttmVtvcacmicos)cos1()(检波器输出：tVvvAVAVAVcos~dkcmaAVdVmVk~动态检波效率输入信号包络幅度输出的交流幅度ddkk~一般有cos＝1（2）输入阻抗输入阻抗对什么频率而言？并接在中频回路两端——影响回路Q值，——影响选择性，输入阻抗越大越好。检波器输入阻抗的影响：iR设输入信号为：()cosicmcvtVt二极管电流为尖顶脉冲——含有丰富的谐波检波器输入阻抗的定义：mimiIVR1输入信号幅度电流中信号分量幅度——体现了对前级中频回路的影响c输入阻抗对信号基波而言输入阻抗的大小——用能量守恒原理求证iR设输入信号为：()cosicmcvtVt则输入功率为：icmiRVP221检波器输出电压为直流AVAVdcmcmvVkVV负载所得功率为：RVRVPcmAVo22二极管在载波一周内导通时间极短，电流很小，吸收功率极小ioPPRVRVcmicm2221则：2RRi结论：峰值包络检波器的输入阻抗等于负载电阻的一半iR并联包络检波电路的输入阻抗iR输出电压()()oiciAVvvtvvtv包含两个过程：高频直通包络检波输入电流是两个过程电流的叠加检波电流——尖顶脉冲信号电流RviiS输入阻抗等效为两过程阻抗并联：RRRRi31//2检波器输入阻抗信号电流阻抗（3）二极管包络检波器的失真①惰性失真电路元件参数选得不恰当，将会出现失真包络下降速度与什么有关？不失真失真现象：在包络下降部分，电容器放电速度跟不上包络下降惰性失真大，包络下降快am(1)cmaVmcmV()cmVt（相同）t)cos1()(tmVtVacmim调制频率大，包络下降快am（相同）为避免惰性失真对电路元件的要求11)()(ttimttcdttdVdttdv为信号包络下降区间的某一时刻1t)cos1()(tmVtVacmim在时刻，电容C通过R放电的时间函数：1ttRCttacmRCttttccetmVeVtv111)cos1()(1)(设输入的包络为：1sin)(1tVmdttdVcmattim)cos1(1)(11tmVRCdttdvacmttc包络的变化速率为：电容电压的变化速率：为不失真，要求：1cos1sin)()(1111tmtmCRdttdvdttdVAaattcttim代入A，得不失真条件：aammRC21不同时刻，调幅波的包络下降速度不同，为了保证在包络下降最快时仍不产生惰性失真1t求得A达到最大值的时刻：amt1cos10dAdt、越大，不产生惰性失真要求的时间常数就越小。am结论：am当多音频调制时，和均取最大值②负峰切割失真检波器后接交流负载可能引入的失真设输入为AM信号：()(1cos)cosicmacvtVmttAVAVAVvVv检波输出两部分不失真反映包络检波电流两部份AVAVAViIiAVi失真现象负峰切割失真~(1cos)cosAVdcmaAVAVvkVmtVVt()(1cos)cosicmacvtVmttAViAVi输入：输出：失真原因分析此比值不一定小于1此值一定小于1AVI~AVIAVAvII~LRRVRvcmAVRVmRVcmaAV~1amLRRVRvcmAVLcmaLAVRRVmRRV////~LaRRRm//检波电流无有直流交流幅度AViAViAViAVI~AVi不接交流负载时，~1AVaAVImI接有交流负载时~1//AVaAVLIRmIRR?大于1时，二极管不可能负电流所以被切割——失真不失真条件：~1//AVaAVLIRmIRR结论：检波器的交、直流负载阻抗之比受调幅系数限制减少交、直流负载阻抗之比的措施措施一：交流负载仅与部分直流负载并联措施二：采用输入阻抗极大的射极跟随器做交流负载包络检波器小结：2.正确选择检波器各元器件参数：二极管的导通电压尽可能小，为提高检波效率和对高频的滤波能力——RC时间常数尽可能大为防止惰性失真和保证调制信号带宽——RC时间常数不能太大3.检波器输出电压包括两部份反映输入信号载波幅度的直流分量——可用于自动增益控制反映调制信号的交流分量——送入低频放大器放大（注意不引起负峰切割失真）1.是一种线性不失真检波电路，其主要指标是：电压传输系数、输入阻抗实用AM包络检波电路——分析工作原理交流直流AVV~AVv注意各点波形AM调幅波交流~AVv直流AVV9.4.2同步检波调幅波的相干解调又称为同步检波用途：解调抑制载波的双边带和单边带信号，难点：需要一个与输入调幅波载波同频同相的同步信号电路构成方框图乘积型同步检波叠加型同步检波ttVvcmDSBcoscostVtvrrmrcos)(tVtvrrmrcos)(ccc两信号叠加特征：叠加型同步检波器工作原理电原理图tVtvcsmSSB)cos()(输入单边带信号同步信号tVtvcrmrcos)(smrmVV（要求）①合成信号的幅度以角频率变化（但包络不对称）②合成信号的相位以角频率变化——引起频率变化结果包络检波器输出包络包络检波器对频率变化不响应22)cos()sin(tVVtVVsmrmsmm叠加信号的幅度（包络）：tVVVVVVrmsmrmsmrmmcos2)(12改写为：2/1]cos21[tVVVVrmsmrmmsmrmVV2rmsmVV若满足，则可忽略221[1cos()cos]2smsmmrmrmrmVVVVttVV级数展开忽略三次方以上得：]2cos)(41cos)(411[22tVVtVVVVVVrmsmrmsmrmsmrmm调制信号谐波失真]2cos)(41cos)(411[22tVVtVVVVVVrmsmrmsmrmsmrmm叠加信号的输入包络：叠加型同步检波的不失真输出：cosAVsmvVt二次谐波失真系数：rmsmmmfVVVVk4122结论：①叠加型同步检波可实现对单边带、抑制载频的双边带信号的解调②解调信号有失真，为减小失真，要求smrmVV采用平衡电路减小失真电路特征：①上、下两个包络检波器②两个包络检波器的输入包