收音机工作原理

2020/8/311哈尔滨师范大学教育技术系收音机原理2020/8/312一、为什么调制?语言的远距离传播有线通信----导线限制了它的传播范围无线传输----音频信号的直接传输与天线的尺寸有关二、调制出发点：为了把频率较低的信号发射出去，必须设法借助于频率较高的高频振荡波，将低频信号“附加”在高频振荡波上，然后把带有低频信号特征的高频振荡发射出去，以达到无线通讯的目的。调制:是指用低频信号直接控制高频振荡的某个参数（振幅、频率、相位），使高频信号具有低频信号特性的过程。调制、解调和变频2020/8/313调制的方法不仅用于无线电通信、语言广播还用于有线通信中。例如：应用调制的方法可在一对通信线路中实现多路通信方法：把几路频带相同的信号，通过调制分别移到不同的频带上，在同一对传输线上传输到达接受端后，再设法把各路信号分开。三、调制的方式：连续调制：低频信号直接调制高频振荡，已调波连续不断地向空间发送。脉冲调制：先将低频信号调制一串脉冲，使脉冲的某一参数（幅度、宽度、相位）随低频信号变化，再将已调脉冲去调制高频振荡。2020/8/314（一）调幅调幅：用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅按照调制信号规律变化特点：载波振幅的包络随调制信号变化，其载频不变。优点：调幅电路具有占用频带窄，线路简单等优点。中短波无线广播均使用这种方法缺点：传输信号效率低，抗干扰能力差2020/8/315(二)、调频调频：用调制信号控制载波的频率，使载波的频率按照调制信号规律变化。特点：载波振幅的载频随调制信号变化，其振幅不变。2020/8/316（三）、调相调相：用调制信号控制载波的相位，使载波的相位按照调制信号规律变化。多用于数字通信系统2020/8/317四、解调低频信号经过调制，被高频信号“载”到目的地后，还必须由接受机将它还原出来，这个从高频已调波信号中检出低频调制信号的过程，称为解调解调的方式：检波、鉴频、鉴相五、非线性电路及其分析方法（一）非线性电路的特性非线性电路会产生新的频率分量（二）非线性电路的常用分析方法1、图解法：利用非线性元件的伏安特性曲线2、解析近似法：为常数、、其中；2102210aaavavaai2020/8/318一、调幅的基本原理与电路FtVvftVvFFff2cos2cosVF为高频振荡信号Vf为低频调制信号L1与C构成并联谐振选频网络根据调幅的定义，进行调幅时，应有一个高频振荡信号和一个低频调制信号。调幅2020/8/3191、调幅波的表达式Ffvvv管上的总电压：作用在非线性元件二极22102cos2cosvavaaiFtVftVvFf，将其代入即；22102cos2cos2cos2cosFtVftVaFtVftVaaiFfFfcoscos21coscos;22cos1cos2利用三角函数关系：.....)(2cos)(2cos)2(2cos2)2(2cos22cos2cos222222221122220tfFVVatfFVVatFVatfVaFtVaftVaVaVaaiFfFfFfFfFf2020/8/3110.....)(2cos)(2cos)2(2cos2)2(2cos22cos2cos222222221122220tfFVVatfFVVatFVatfVaFtVaftVaVaVaaiFfFfFfFfFf结果表明：二极管D电流中出现了原来输入信号中没有的频率成分：2F、2f、F+f、F-f、…；因此输出电压与输入电压不相似而产生非线性失真。若L1与C构成的并联谐振选频网络的谐振频率为载频上下。因为Ff：直流分量、调制基波、载波的二次谐波、调制信号的二次谐波均被并联谐振选频网络短路2020/8/3111F、F-f、F+f他们的频率等于或接近L1与C构成的并联谐振选频网络的谐振频率，使LC并联谐振网络的阻抗Z0最大，上述频率的电流在回路两端产生的压降V0也最大。tfFVVatfFVVaFtVaZVFfFfF)(2cos)(2cos2cos22100ftFtVVaFtVaZVFfF2cos2cos22cos2100FtftaVaVZaVfF2cos2cos2112010称之为调幅度令,212aVamfFtftmVZaVF2cos2cos1010调幅波表达式：2020/8/31122、对调幅波表达式的分析（1）已调波的幅度是按调制信号的变化而变化FtftmVZaVF2cos2cos1010调幅波表达式：已调波振幅已调波频率=载频02cos02cosftmftVvff时；当)(2cos100101回路载波电压mFFVVZaftmVZa的载波信号回路输出等幅即此时)(011FVZaCL2020/8/3113低频调制信号的特点。振幅具有而变化，使高频载波的此时振幅将随时；载波信号的振幅为当fFfftmVZavV2cos10012020/8/3114(2)调幅度系数。反比于特性曲线一次项系数正比于特性曲线二次项从式中可以看出调幅度212;2aaVamf回路只能输出等幅载波调幅，此时，不能实现部分，择的不当，工作在直线如果二极管的工作点选LC012aamVZaUmVZaUFMINFMAX11010010；调幅波的变化范围FMINMAXVZaUUm01002上式表明调幅波包络幅度的变化程度语言广播m≤90﹪；电话m≈100﹪若m1，调幅波包络会出现失真，因避免这种过量调幅.2020/8/3115（3）调幅波的频率tfFVZmatfFVZmaFtVaZVFFF)(2cos2)(2cos22cos0101100FtftmVZaVF2cos2cos1010调幅波表达式：由上式可知，正弦调制的调幅波可以认为是由调幅前的载频F、下边频F+f、上变频F-f三个频率不同的正弦波组成。fF+fF-fF201FVZmaFVaZ10201FVZma振幅通常调制信号不是单一频率，而是包含许多频率的一个频带，所以实际的调幅波的频谱分布是在载频两边各有一个频带；总的频带宽度为最高调制频率的二倍。2020/8/3116实际电路如图：C1对载波旁路C2对调制信号旁路C3为载波、调制信号旁路偏压使三极管工作在乙类或丙类；即静态使处于零偏或反偏状态。ftVFtVEVVEUfFBfFBBE2cos2cos二、调幅电路2020/8/3117在电路中：放大器集电极电源EC不变，集电极负载不变，基极高频载波VF电压振幅不变。此时，将低频调制电压vf加到基极，把EB+VF看成放大管的偏压。显然这个偏压将随调制信号变化，结果在集电极回路中将出现幅度随调制信号变化的高频信号。优点：线路简单，调制信号功率小缺点：非线性失真大，功率低，难以得到深度调制2020/8/3118发射极调幅工作原理与基极调幅相同：当发射极电流随调制信号变化时，集电极电流随之变化，达到调幅目的。电路效率较高，但是所需的调幅功率较大2020/8/3119集电极调幅ftVEfC2cos集电极电压放大器集电极电源EC不变，集电极负载不变，基极高频载波VF电压振幅不变。集电极电压随调制电压变化因而其工作状态发生变化，导致集电极电流幅度、形状发生变化，达到调幅目的。2020/8/3120检波检波：是指从高频调幅波中检出低频信号的过程，这个低频信号的频率、形状都和高频调幅波的包络线一致。检波器从图中可以看出检波是一个频率变换的过程，因此必须通过非线性元件完成。同时为了能在所产生许多频率中取出低频调制信号，滤除不需要的频率，检波器还应具有低通滤波的特性。2020/8/3121检波电路中，根据输入的调幅波的大小，可以分为：大信号检波和小信号检波两种方式。（一）大信号检波当加到检波器的调幅信号幅度较大时（＞0.5v），二极管运用在伏安特性的线性区域，称为大信号线性检波。频率变换：二极管D低通滤波：电容C2020/8/3122二极管检波的工作原理（1）无调幅时（m=0时）（2）有调幅时（m≠0时）只要放电时间常数RLC和二极管D选择合适，检波效果会很好，实际输出波形要比图中的光滑的多，基本和包络线一致。优点：非线性失真小，但他要求有较大的输入信号。2020/8/3123（3）RL和C的选择RL和C过小，因引起失真RL和C过大，引起对角失真RL和C过小，检波过程中放电太快，造成检波输出波形起伏大，输出变小。故要求电容在载波的一个周期内放电很小，即要求：F1CRLRL和C过大，检波过程中放电过慢，输出波形不能紧跟着包络线下降而下降，引起对角失真。为此要求RLC小于调制信号中的最高频率fmax的周期minmaxLTf1CR2020/8/3124检波器主要性能要求1、电压传输系数K大2、检波失真小检波失真：指输出的低频电压波形和输入的高频电压包络形状的符合程度检波失真主要有两个方面：（1）非线性失真（2）频率失真幅输入端已调信号包络振幅检波输出端低频电压振K提高传输系数：二极管正向电阻小、负载电阻大2020/8/3125小信号平方率检波1、特点是当输入信号幅度较小（＜0.2V）时，利用晶体管伏安特性的非线性区段来实现检波。即二极管运用在伏安特性曲线的弯曲部分，在整个信号周期内二极管都是导通的。小信号检波器的输出低频电压振幅与输入高频载波电压振幅平方成正比，故称之为平方率检波2、原理图：和大信号检波电路相比，电路多了一个正偏电源。其作用是使二极管的工作点移到正向特性的弯曲部分，进行小信号检波。2020/8/3126小信号平方率检波非线性失真较大，效率低，输入阻抗小，现已很少采用。2020/8/3127变频变频是指将某频率的已调波变成另一频率的已调波，并且在变频的过程中只是改变已调信号的载波频率，而信号的调制类型（调幅、调频等）和调制参数（调幅波的包络线、调频波的频偏）都不变。变频器从图中可以看出，变频后的调幅信号的载频发生变化而调幅波的包络并没有变化。2020/8/3128变频的作用：1、高频放大增益较低2、对不同电台发出的高频信号难以实现多级放大（1）高频信号辐射能力强，容易使放大电路产生自激，所以高频放大电路一般不超过两级（2）接受频率不同，若要多级放大，则每级的调谐回路必须实现同步调节，这很难做到3、高低端频率信号增益不均匀2020/8/3129超外差接收机方框原理图中频放大检波低频放大输入回路混频器本地振荡器接收频率为FA的信号UA产生频率为FA，的信号UA，输出频率为FA，-FA的信号UBKHzFFAA465'2020/8/3130变频的原理及电路分析（一）变频的基本原理变频也是一个频率变换的过程，因此要实现变频必须使用非线性元件。2020/8/31312210'2cos2cos'vavaaitFVFtVvFF，将其代入即；.....)(2cos)(2cos)2(2cos2)2(2cos22cos2cos22'2'2'2222'1122220'''''tFFVVatFFVVatFVatFVatFVaFtVaVaVaaiFFFFFFFFFF电流中出现了原来输入信号中没有的频率成分：通过选频网络将频率为（F’-F）的信号取出tFFVVaFF)(2cos'2'其中VF的振幅与调制信号成正比2020/8/3132（二）变频电路两种形式：（1）用两只三极管分别完成本机振荡和混频作用称为混频器（2）用一只三极管完成本机振荡和混频作用称为变频器混频器的电路形式：2020/8/3133混频器实例：T1为混频级T2为本机振荡器本机振荡器采用电感三点式振荡电路本振信号从发射极注入，高频调幅信号从基极注入电路中采用双联可变电容，使本振频率随着输入调谐回