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1、4.4 振幅调制与解调电路,4.4.1 振幅调制电路,地位：无线电发射机的重要组成部分。,分类(按功率高低)：,(1) 高电平调制：调制置于发射机的末端，产生大功率的已调信号。,(2) 低电平调制：调制置于发射机的前端，产生小功率的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。,高电平调制 低电平调制,一、高电平调幅电路,1. 优点：可不必采用效率较低的线性功率放大器，使发射机整机效率高。,3. 电路：多采用高效率的丙类谐振功放，包括：,(1) 集电极调幅电路：根据谐振功率放大器的集电极调制特性，调制信号加到集电极上；,(2) 基极调幅电路：根据谐振功率放大器的基极调制特性，调制信号加到基极上；,(
2、3) 复合调幅电路：将调制信号同时加到集电极和基极上，以提高调制线性。,2. 要求：(1) 要达到所需调制线性。,(2) 高效率地输出足够大的已调信号功率。,二、低电平调制电路,1. 用途：主要用来实现双边带和单边带调制,2. 要求：调制线性好，载波抑制能力强，功率和效率的要求是次要的。,载波抑制能力的强弱可用载漏（输出泄漏的载波分量低于边带分量的分贝数）表示，分贝数越大，载漏就越小。,3. 种类：前介绍的各种乘法器均可构成性能优良的平衡调制器，例1596、AD630 平衡调制器等。,实用的低电平调制电路不再作讨论。下面仅讨论：,4. 采用滤波法的单边带发射机,(1) 原理,采用滤波法的技术难
3、度与载波频率的高低密切相关。例如，假设调制信号的最低频率为100 Hz，若 载波频率为2000 kHz，则双边带调制信号的两个边频分别为 2000.1 kHz和1999.1 kHz，两边频间隔为0.2 kHz。取上边频，两边频的相对间隔为(0.2/2000.1)100% = 0.01%；,相对间隔越大，滤波器就越容易实现。故单边带发射机在低载波频率上产生单边带信号，而后用混频器将载波频率提升到所需的载波频率上。,(2) 组成, 载频减小为 50 kHz，上、下边频间隔仍为0.2 kHz，则两边频的相对间隔为(0.2/50.1) 100% = 0.4%。,两混频器的输出滤波器很容易取出所需分量，
4、滤除无用分量。 在某些单边带发射机中，为了使接收机便于产生同步信号，还发射低功率的载波信号，称为导频信号，这个信号直接由100 kHz的振荡信号通过载波抑制器衰减(1030) dB后叠加在单边带调制信号上。,普通调幅波，其载波分量未被抑制掉，可直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，勿须另加同步信号，称包络检波器。,4.4.2 二极管包络检波电路,最常用的检波器：二极管包络检波器（在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波电路)。,一、工作原理,1.电路,类似二极管整流电路，由 D 和低通滤波器 RLC 相串接 构成。,2. 原理,特点：检波二极管与负载RL相串联,输入调幅信号：vS
5、(t)=Vmc(1+Macos t)cosct，若其值足够大，可设二极管伏安特性用在原点转折的两段折线逼近。 (1) D导通时，vS 向 C 充电，充= RDC； (2) D截止时， C 向 RL 放电， 放= RLC； 充放电达到动态平衡后，输出电压便将稳定在平均值 vAV 上下按角频率 c 作锯齿状波动(a)。,电流 i 为高度按输入调幅信号包络变化的窄脉冲序列，如图(b)所示。,即 vAV = VAV + Vmcos t,且其值与输入调幅信号包络 Vm0(1 + Macost) 成正比：,VAV = dVm0，Vm=dMaVm0,d ：检波电压传输系数(检波 系数)，恒小于1。,二极管包
6、络检波,3. 讨论,原理上，D 起着受载波电压控制的开关作用。 实际上，受 RLC 电压反作用，D 仅在载波一个周期中接近正峰值的一段时间(vS vC)内导通(开关闭合)，而在大部分时间内截止(开关断开)。,(1) D的作用,RLC C 向 RL的放电速度 C 的泄放电荷量 D 导通时间锯齿波动vAV 增大。,为提高检波性能，RLC 的取值应足够大，满足 和 RL RD 的条件。这时，根据上述讨论可以认为，VAV Vm，即检波电压传输系数 d 趋于 1，而叠加在 vAV 上的残余高频(输出纹波)电压趋于 0。,(2)D导通与截止时间与 RLC 大小有关。,二、输入电阻,1等效电路,检波器前有中
7、频放大器，如等效电路(b)：,iS 和 L1C1R1 中频放大 器折算到检波器输入端的等效 电流源和输出谐振回路(调谐在 c)。,2负载效应,检波器作为中频放大器的输出负载，可以用检波输入电阻 Ri 来表示这种负载效应。,(1) Ri 定义：输入高频电压振幅对二极管电流 i 中基波分量振幅的比值。,设输入高频等幅电压 vS(t) = Vm cosct，则检波器从输入信号源获得的高频功率为 Pi = / 2Ri 输出平均功率 设 D 导通时间很短，i 在 RD 上消耗的功率可以忽略，故 PL Pi，又VAV Vm（检波电压传输系数 d 趋于 1 ），由此可得：,(2) Ri 的求法：可近似从能量
8、守恒原理求得。,(3) Ri 的作用：使中频谐振回路的谐振电阻由 R1 减小到(R1 / Ri)，因此， iS 在谐振回路产生的高频电压振幅由未接检波时的 下降到接检波后的 Vm。显然 Ri 越小，Vm 也就越小于 ，称负载效应。,(4) 负载效应的抑制：减小负载效应，须增大 Ri，即增大 RL。但增大 RL，受检波器惰性失真(下面介绍)的限制。解决办法：采用三极管射极包络检波电路。,原理： (1)发射结等效检波二极管； (2)输入电阻比二极管检波器增大了(1+)倍(该检波电路广泛应用于在集成电路中)。,可见，二极管包络检波器的输入电阻 Ri 与输出负载电阻 RL 直接相关。,三、并联型二极管
9、包络检波电路,1电路,C：负载电容，兼作中频放大器和检波器之间的隔直电容， RL：负载电阻，与二极管并接，故称之为并联型电路。,2原理,（与串联型相同）,当 D 导通时，vS 通过 D 向 C 充电，充电常数为 RDC；,当 D 截止时，C 通过 RL 放电，放电常数为 RLC。,动态平衡后：,(1) C 上产生与串联型电路相类似的锯齿状波动电压 vC，该电压的平均值为 vAV。（电流，“负半周输出”）,特点：中放-检波工作点隔离,(2) 输出电压 vO 中还包括(直接通过 C 在输出端产生的)高频电压，故检波后需加低通滤波器，滤除高频成份。,Ri 值：根据能量守恒原理，实际加到检波器中的高频
10、功率，一部分直接消耗在 RL 上，一部分转换为有用的输出平均功率，即,当 VAV Vm 时，,输入电阻比串联型电路小。,四、大信号检波和小信号检波,(1) 大信号检波（包络检波）, 条件：二极管伏安特性可用原点转折的两段折线逼近（即输入电压足够大，二极管工作在导通区和截止区时）故二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波。, 实际电路：均外加正向偏置电压(或电流)，克服 VD(on) 的影响。在这种情况下，工程上，可认为输入高频电压振幅大于500 mV以上就能保证二极管检波器工作在大信号检波状态。,(2) 小信号检波, 条件：vS 振幅 Vm 足够小(几十几mV)，此时，二极管应设有很小的偏置
11、电流。, 分析：二极管伏安特性采用幂级数逼近，即,i = a0 + a1vD + a2 +.,这时，二极管在整个高频周期内导通，检波器从信号源获得到高频功率大部分消耗在 RD 上，加到二极管上的电压 vD vS(t) = Vmcosct，将它带入 i 的展开式：,其中，所需的平均分量 IAV由二次方项产生，其值为a2Vm2/2，相应的输出平均电压 VAV也与 Vm 的平方成正比，故称之为平方律检波。, 讨论缺点,平方律检波，输出平均电压 VAV与 Vm 的平方成正比，故不能正确反映输入调幅波的包络变化而产生非线性失真。,检波器获得到高频功率大部分消耗在 RD 上，因而可近似认为,即 Ri RD
12、，其值小于大信号检波(Ri RL)时的数值。,由于小信号检波存在上述缺点，故接收机中先将输入信号放大再进行检波，以保证工作在大信号检波状态。,在有效值电压表等测量仪器中，利用小信号检波的平方律特性，可以方便地测出被测信号的有效值电压。在这类仪器中，小信号检波获得广泛应用。,五、二极管包络检波电路中的失真,为保证检波器不失真，检波器输入调幅电压 vS 须足够大，使检波器始终工作在大信号检波状态。,设 vS(t) =Vm0(1+Macost)cosct,则包络的最小值 Vm0(1Ma) 应大于大信号检波时所需的电压值。当二极管的导通电压 VD(on) 由外加偏置电压予以克服时，该电压应在 500
13、mV 以上。因而这种情况下，保证大信号检波的条件为,Vm0(1 - Ma) 500mV,其次，当输入为复杂信号调制的调幅波时，若设最高调制频率为 Fmax，为了不产生失真， RLC 的低通滤波器带宽应大于 Fmax。,除此之外，当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，二极管包络检波器还会产生惰性失真和负峰切割失真。,1惰性失真,(1) 产生原因,增大 RL 和 C 值，可提高检波电压传输系数和高频滤波能力。但过大，二极管截止期间 C 通过 RL的放电速度过慢，跟不上输入调幅波包络的下降速度，输出电平就会产生惰性失真。,(2) 避免产生惰性失真的条件,内，C 通过 RL 的放电速度大于等于包络的下
14、降速度，即,(4-4-6),为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期,可推得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：,(3) 分析,Ma和 越大，包络的下降速度越快，不产生惰性失真所要求的 RLC 值必须越小。 多音调制时，作为工程估算， 和 Ma 应取其中的最大值。一般按 maxRLC 1.5 计算 。,惰性失真,2负峰切割失真,(1) 检波器的交直流负载,检波器与下级放大器连接采用 阻容耦合电路，避免 vAV 中的直流分量 VAV 影响下级放大器的静态工作点。,CC ： 隔直电容，要求它对 呈交流短路； Ri2 ：下级电路的输入电阻。,检波器的交流负载： ZL( j ) RL / Ri2,
15、直流负载：ZL(0) = RL,说明在这种检波电路中，,ZL(j) ZL(0)，且 ZL(j) ZL(0),(2) 负峰切割失真,当输入调幅波电压的 Ma 较大时，由于交、直流负载不等，输出音频电压在其负峰值附近将被削平，出现“负峰切割失真”，如图所示。,(3) 失真的原因, 正常情况无负峰切割 若等幅波输入，CC上产生直流电压：Vm0,加到D的负端。,当Ma较小时，加到D正端 的包络电压在一个周期内总是大于 VRL，二极管导通，工作正常；,（Vm0Ma Vm0）VRL, 异常情况有负峰切割,若Ma较大，可能在t1-t2内，包 络电压VmVRL，D截止，低部出 现切割失真，故称负峰切割失真，
16、直到包络电压VmVRL，D重新通。,Ma越大，或Ri2越小，失真越大, 避免负峰切割失真的条件,可见，交直流电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的 Ma 值就越接近于 1。,负峰切割失真, 改进措施,法1：将 RL 分成 RL1 和 RL2， 当 RL 维持一定时， RL1 越大，交、直流负载电阻的差值就越小，但输出音频电压也就越小。为了折衷地解决这个矛盾，实用电路中常取 RL1/ RL2 = 0.1 0.2。 C2：进一步滤除高频分量，提高高频滤波能力。,出发点：减小交、直流负载电阻的差别。,法2：当 Ri2 过小时，在 RL 和 Ri2 之间插入高输入阻抗的射随器。,4.4.3 同步检波电路,1.作用：解调双/单边带信号,同步解调,2.电路：,相乘器+低通,二极管包络检波*,3.原理：vS与vr叠加，合成为普通调幅信号,例：单音调制的双边带调制,若Vrm Vm0 ，Ma1，合成了不失真的调幅信号，可通 过包络检波器检波。,4.同步检波的关键：产生与载波同频同相的同步信号 (1)对双边带，可从调制信号取出 例：双边带调制信号：,取平方， ，取角频率为2c的分量,(2)对单边带，若发射导频信号，可通过窄带滤波器从接收信号中取出，放大后作为同步信号；若不发射导频信号，接收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的同步信号。,二分频，可获同步信号c 。,