1、第第5 5章模擬調幅、檢波與混頻電路章模擬調幅、檢波與混頻電路5.1 概述概述5.2 振幅調制與解調原理振幅調制與解調原理5.3 調幅電路調幅電路5.4 檢波電路檢波電路5.5 混頻混頻5.6 倍頻倍頻5.7 適用的振幅調制、解調及混頻電路適用的振幅調制、解調及混頻電路本章知識點及構造本章知識點及構造振振幅幅調調制制與與解解調調調幅波的性質數學表達式、頻譜特征、功率調幅波的性質數學表達式、頻譜特征、功率 調幅波的解調電路，評價目的，檢波失真調幅波的解調電路，評價目的，檢波失真調幅波的產生原理，電路，評價目的調幅波的產生原理，電路，評價目的 混混頻頻與與混混頻頻干干擾擾變頻器的根本原理數學表達式

2、、頻譜特征變頻器的根本原理數學表達式、頻譜特征 變頻信號的產生電路，評價目的變頻信號的產生電路，評價目的 變頻干擾干擾種類，抑制方法變頻干擾干擾種類，抑制方法5.1 概概 述述回顧問題：第一章回顧問題：第一章 調制系統概念調制系統概念3. “調制與調制與“解調的方式有哪些？解調的方式有哪些？2. “調制與調制與“解調的過程如何實現？解調的過程如何實現？1. 什么是什么是“調制與調制與“解調？解調？1.“1.“調制與調制與“解調：解調：p調制調制modulation )modulation )p解調解調demodulationdemodulationp p 電信號通訊中，實現低頻信號遠間隔電信號

3、通訊中，實現低頻信號遠間隔傳輸的一種主要方法。傳輸的一種主要方法。2.“調制與調制與“解調的過程解調的過程: 人人飛機的參數如分飛機的參數如分量、速度等量、速度等控制控制 飛機飛機載體載體載有人的飛機載有人的飛機調調制制人人解解調調低頻信號低頻信號高頻信號高頻信號載波載波載波的參數如幅度、載波的參數如幅度、頻率、相位頻率、相位已調波已調波復原復原低頻信號低頻信號裝裝載載卸卸載載2.“2.“調制與調制與“解調的過程：解調的過程： 用被傳送的低頻信號去控制高頻信號載波用被傳送的低頻信號去控制高頻信號載波的參數幅度、頻率、相位，實現低頻信的參數幅度、頻率、相位，實現低頻信號搬移到高頻段。號搬移到高頻

4、段。是調制的反過程。即：把低頻信號從是調制的反過程。即：把低頻信號從高頻段搬移下來，復原被傳送的低頻高頻段搬移下來，復原被傳送的低頻信號。信號。調制：調制：解調：解調：3.調制的方式調制的方式:控制控制調調制制低頻信號低頻信號高頻信號高頻信號載波載波載波的參數載波的參數已調波已調波幅度調制簡稱幅度調制簡稱“調幅，調幅，AM頻率調制簡稱頻率調制簡稱“調頻，調頻，FM相位調制簡稱相位調制簡稱“調相，調相，PM幅度幅度頻率頻率 相位相位角度調制角度調制相角相角 按照所采用的載波波形區分，調制可分為延續波按照所采用的載波波形區分，調制可分為延續波( (正弦正弦波波) )調制和脈沖調制。調制和脈沖調制。

5、 本課程只研討各種正弦調制方法性能和電路。本課程只研討各種正弦調制方法性能和電路。一、分類一、分類 延續波調制以單頻正弦波為載波，受控參數可以是載波延續波調制以單頻正弦波為載波，受控參數可以是載波的幅度的幅度A A，頻率，頻率或相位或相位，因此有調幅，因此有調幅AMAM、調頻、調頻FMFM和調相和調相PMPM三種方式。三種方式。二、為什么要調制二、為什么要調制 1 1在無線系統中，只需當天線尺寸與電信號波長可比在無線系統中，只需當天線尺寸與電信號波長可比擬時，電信號才干以電磁波方式有效地被輻射；擬時，電信號才干以電磁波方式有效地被輻射； 2 2多路復用。多路復用。 5.2 振幅調制與解調原理振

6、幅調制與解調原理5.2.15.2.1普通調幅方式普通調幅方式AMAM 設調制信號為單音音頻信號設調制信號為單音音頻信號 載波信號為載波信號為 1. 1.調幅信號的波形圖調幅信號的波形圖tUtu cos)(mtUtuccmccos)( 2. 2.調幅信號的數學表達式調幅信號的數學表達式 ka是由電路決議的常數， 稱為調幅指數或調幅度，它表征載波的振幅受調制信號控制的強弱程度，普通0ma1。 未調幅時，ma=0；ma值越大，調幅越深，當ma=1那么到達最大值，稱為百分之百調幅。ma1時，包絡出現過零點，上下包絡不反映調制信號的變化，稱為過調幅。ttUkUtucmacmAMcos)cos()( tt

7、mUcacmcoscos1 cmma/UUkma 3. 3.調幅信號的頻譜調幅信號的頻譜兩點結論：兩點結論： 1 1調制的過程是實現頻譜線性搬移的過程；調制的過程是實現頻譜線性搬移的過程； 2 2載頻仍堅持調制前的頻率和幅度，因此它沒有反映載頻仍堅持調制前的頻率和幅度，因此它沒有反映調制信號信息，只需兩個邊帶攜帶了調制信號的信息。調制信號信息，只需兩個邊帶攜帶了調制信號的信息。 調幅信號的帶寬調幅信號的帶寬 B B2F2F 思索題：多音調制，已調波思索題：多音調制，已調波的頻譜寬度的頻譜寬度 B B？tUmtUmtUcm)cos(21)cos(21cosccmaccmac ttmUtucacm

8、AMcos)cos1()( 4. 4.調幅波的功率調幅波的功率 載波功率載波功率 邊頻功率上邊頻或下邊頻邊頻功率上邊頻或下邊頻因此，在調制信號一周期內，調幅信號的平均功率為因此，在調制信號一周期內，調幅信號的平均功率為 由于由于ma1ma1，所以邊頻功率之和最多占總輸出功率的，所以邊頻功率之和最多占總輸出功率的1/31/3。調幅波中至少有。調幅波中至少有2/32/3的功率不含信息，從有效地利用發的功率不含信息，從有效地利用發射機功率來看，普通調幅波是很不經濟的。射機功率來看，普通調幅波是很不經濟的。L2cmc21RUP c2aL2cma21411)2(21PmRUmPP c2a21c)21(P

9、mPPPP 普通，實踐中傳送的調制信號并非單一頻率的信號，常普通，實踐中傳送的調制信號并非單一頻率的信號，常為一個延續頻譜的限帶信號為一個延續頻譜的限帶信號 。) t ( f假設將假設將 )(tf分解為：分解為： 1)cos()(nnnntUtf ttfkUucacmAMcos)(1 那么那么有有 ttmUucnnnncmAMcos)cos(11 其中：其中： cmmnanUUkm運用例運用例1：寫出調制信號為限帶信號的調幅波表達式：寫出調制信號為限帶信號的調幅波表達式2.普通調幅波的產生和解調方法普通調幅波的產生和解調方法一、引言一、引言 1.疊加波疊加波調幅波調幅波 調幅波的共同之處是在調

10、幅前后產生了新的頻率分量，調幅波的共同之處是在調幅前后產生了新的頻率分量，因此需求用非線性器件來完成頻率變換。因此需求用非線性器件來完成頻率變換。 2.調幅的方法調幅的方法 1二、三極管二、三極管 2大、小信號大、小信號 3高、低電平高、低電平 高電平調幅高電平調幅普通置于發射機的最后一級，是在功率普通置于發射機的最后一級，是在功率電平較高的情況下進展調制。電平較高的情況下進展調制。 低電平調幅低電平調幅普通置于發射機的前級，再由線性功率普通置于發射機的前級，再由線性功率放大器放大已調幅信號，得到所要求功率的調幅波。放大器放大已調幅信號，得到所要求功率的調幅波。 4從哪個極參與基極、集電極、發

11、射極調幅從哪個極參與基極、集電極、發射極調幅 3.實現調幅的方框圖普通調幅波實現框圖普通調幅波實現框圖 普通調幅信號的解調方法有兩種普通調幅信號的解調方法有兩種, , 即包絡檢波和同步檢波即包絡檢波和同步檢波(1)(1)包絡檢波包絡檢波利用普通調幅利用普通調幅AMAM信號的包絡反映了調制信號波形變化這一特信號的包絡反映了調制信號波形變化這一特點點, , 如能將包絡提取出來如能將包絡提取出來, , 就可以恢復原來的調制信號，這就就可以恢復原來的調制信號，這就是包絡檢波的原理。是包絡檢波的原理。 c直流直流 帶通帶通uAM(t)u(t)uc(t)(2) (2) 同步檢波同步檢波同步檢波必需采用一個

12、與發射端載波同頻同相(或固定相位差)的信號, 稱為同步信號。同步檢波由乘法器和低通濾波器實現,2c2c輸出信號中含有直流、輸出信號中含有直流、 、 、 、幾、幾個頻率分量。用低通濾波器取出直流和個頻率分量。用低通濾波器取出直流和分量分量, , 再去掉直流再去掉直流分量分量, , 就可就可 恢復原調制信號。恢復原調制信號。 5.2.25.2.2雙邊帶調幅方式雙邊帶調幅方式DSBDSB 為了抑制普通調幅波效率低的缺陷，提高設備的功率利為了抑制普通調幅波效率低的缺陷，提高設備的功率利用率，可以不發送載波，而只發送邊帶信號。用率，可以不發送載波，而只發送邊帶信號。 單音調制時，單音調制時，DSBDSB

13、的表達式為的表達式為 其所占據的頻帶寬度仍為調制信號頻譜中最高頻率的兩其所占據的頻帶寬度仍為調制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即倍，即BDSB=2FmaxBDSB=2Fmax。)cos()cos(21coscos)(cccmmccmmcDSBttUAUtUtAUuAutu 波形特點：波形特點： 1 1上下包絡不再反映調制信號的變化外形；上下包絡不再反映調制信號的變化外形； 2 2在調制信號為零的兩旁，已調波的相位發生在調制信號為零的兩旁，已調波的相位發生180180突突變。變。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.500.5100.10.20.30.40.50.60.

14、70.80.91-1-0.500.5100.10.20.30.40.50.60.70.80.91-1-0.500.51 雙邊帶DSB調幅信號的產生與解調抑制載波的雙邊帶調幅波實現框圖抑制載波的雙邊帶調幅波實現框圖 由于雙邊帶調幅信號的包絡不能反映調制信號由于雙邊帶調幅信號的包絡不能反映調制信號, , 所以包絡檢波法不適用所以包絡檢波法不適用, , 而同步檢波是進展雙邊帶調幅信號解調的主要方法。與普通調幅信號而同步檢波是進展雙邊帶調幅信號解調的主要方法。與普通調幅信號同步檢波不同之處在于同步檢波不同之處在于, , 乘法器輸出頻率分量有所減少。乘法器輸出頻率分量有所減少。u(t) uc(t) c

15、帶通帶通uDSB(t)5.2.35.2.3抑制載波單邊帶調幅抑制載波單邊帶調幅 在在DSBDSB中，上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有一樣的中，上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有一樣的信息，可以只發送單個邊帶信號，稱為單邊帶通信息，可以只發送單個邊帶信號，稱為單邊帶通SSBSSB。 由由經過邊帶濾波器后，可得上邊帶或下邊帶：經過邊帶濾波器后，可得上邊帶或下邊帶： 下邊帶信號下邊帶信號 上邊帶信號上邊帶信號 其頻帶寬度其頻帶寬度BSSB=FmaxBSSB=Fmax。 tUAUu)cos(21ccmmSSBL tUAUu)cos(21ccmmSSBH tUtAUuAutucccmmDSBcoscos)

16、( 5.2.35.2.3單邊帶調幅方式單邊帶調幅方式單邊帶調幅波實現框圖單邊帶調幅波實現框圖 單邊帶調幅方式是指僅發送上、下邊帶中的一個。如以發送上邊單邊帶調幅方式是指僅發送上、下邊帶中的一個。如以發送上邊帶為例帶為例, , 那么單頻調制單邊帶調幅信號為：那么單頻調制單邊帶調幅信號為：由上式可見由上式可見, , 單頻調制單邊帶調幅信號是一個角頻率為單頻調制單邊帶調幅信號是一個角頻率為 的單頻正弦波信號的單頻正弦波信號, , 但是但是, , 普通的單邊帶調幅信號波形卻比較普通的單邊帶調幅信號波形卻比較復雜。不過有一點是一樣的復雜。不過有一點是一樣的, , 即單邊帶調幅信號的包絡已不能即單邊帶調幅

17、信號的包絡已不能反映調制信號的變化。單邊帶調幅信號的帶寬與調制信號帶寬反映調制信號的變化。單邊帶調幅信號的帶寬與調制信號帶寬一樣一樣, , 是普通調幅和雙邊帶調幅信號帶寬的一半。是普通調幅和雙邊帶調幅信號帶寬的一半。u(t)u DSB(t) 帶通帶通uSSB(t)uc(t) c+ 或或 c c產生單邊帶調幅信號的方法產生單邊帶調幅信號的方法(1)(1)濾波法濾波法這種方法是根據單邊帶調幅信號的頻譜特點這種方法是根據單邊帶調幅信號的頻譜特點, , 先產生雙邊帶先產生雙邊帶調幅號調幅號, , 再利用帶通濾波器取出其中一個邊帶信號。再利用帶通濾波器取出其中一個邊帶信號。這種方法對于頻譜范圍為這種方法

18、對于頻譜范圍為 的普通調制信號的普通調制信號, , 如如 很小很小, , 那么上、下兩個邊帶相隔很近那么上、下兩個邊帶相隔很近, , 用濾波器完全取出用濾波器完全取出一個邊帶而濾除另一個邊帶是很困難的。一個邊帶而濾除另一個邊帶是很困難的。 minmaxmin(2)(2)相移法相移法種方法是基于單邊帶調幅信號的時域表達式:由上式可知, 只需用兩個90相移器分別將調制信號和載波信號相移90, 成為 和 ，然后進展相乘和相減, 就可以實現單邊帶調幅, sintsinct顯然顯然, , 對單頻信號進展對單頻信號進展9090相移比較簡單相移比較簡單, , 但是但是對于一個包含許多頻率分對于一個包含許多頻

19、率分量的普通調制信號進展量的普通調制信號進展9090相移相移, , 要保證其中每要保證其中每個頻率分量都準確相移個頻率分量都準確相移9090是很困難的。是很困難的。3 3相移濾波法相移濾波法*濾波法的缺陷在于濾波器的設計困難。假設調制信號頻率范圍 為 ，那么上下邊帶間隔為 。假設要求濾波器取出一個邊帶而濾除另一個邊帶, 那么過渡帶寬度就是 。*當濾波器的過渡帶寬度固定, 那么任務頻率越高, 要求衰減特性越峻峭, 實現越困難。*相移法的困難在于寬帶90相移器的設計, 而單頻90相移器的設計比較簡單。結合兩種方法的優缺陷而提出的相移濾波法是一種比較可行的方法, 其原理圖見以下圖。minmaxFFm

20、ax2Fmax2F*4 4殘留邊帶調幅方式殘留邊帶調幅方式殘留邊帶調幅是指發送信號中包括一個完好邊帶、 載涉及另一個邊帶的小部分(即殘留一小部分)。 這樣, 既比普通調幅方式節省了頻帶, 又防止了單邊帶調幅要求濾波器衰減特性峻峭的困難, 發送的載頻分量也便于接納端提取同步信號。 (a) 發送發送 (b) 接納接納 殘留邊帶調幅發送和接納濾波器幅頻特性殘留邊帶調幅發送和接納濾波器幅頻特性 5.3 5.3 調幅電路調幅電路5.3.15.3.1高電平調幅電路高電平調幅電路丙類諧振功放的調制特性分為基極調制特性和集電極調制特性兩丙類諧振功放的調制特性分為基極調制特性和集電極調制特性兩種種, , 據此可

21、以分別組成基極調幅電路和集電極調幅電路。據此可以分別組成基極調幅電路和集電極調幅電路。集電極調制特性是指固定丙類諧振功放的集電極調制特性是指固定丙類諧振功放的 和和 , ,當在集電當在集電極回路任務在過壓形狀下，集電極回路輸入一個等幅高頻正弦極回路任務在過壓形狀下，集電極回路輸入一個等幅高頻正弦波時波時, , 輸出高頻正弦波的振幅輸出高頻正弦波的振幅 將隨集電極電源電壓的變化而將隨集電極電源電壓的變化而變化。變化。集電極調幅電路原理集電極調幅電路原理 基極調幅電路原理基極調幅電路原理BBVLR大信號基極調幅電路大信號基極調幅電路 1.電路 2.根本任務原理 思緒： u相當于一個緩慢變化的偏壓，

22、使icmax按調制信號的大小而變化，從而引起基波電流振幅Ic1m的變化，最后使得輸出回路兩端電壓也跟隨u變化。u 3. 3.設計要求設計要求 1 1關于放大器的任務形狀關于放大器的任務形狀 欠壓形狀，設計時應使放大器最大任務點調幅波幅值欠壓形狀，設計時應使放大器最大任務點調幅波幅值最大處處于臨界形狀。最大處處于臨界形狀。 2 2晶體管的選擇晶體管的選擇 放大器的任務形狀隨調制信號而變化，應根據最困難條放大器的任務形狀隨調制信號而變化，應根據最困難條件選管子。件選管子。 ICM ICMIcmaxIcmaxmaxmax BVceo 2Ec BVceo 2Ec PCM (PC)c PCM (PC)c

23、 載波形狀傳送言語或音樂信息的休載波形狀傳送言語或音樂信息的休止止時間集電極損耗功率時間集電極損耗功率 設載波形狀在調制特性的中心，那么設載波形狀在調制特性的中心，那么 當調制信號為單頻正弦信號時，當調制信號為單頻正弦信號時， ，因，因EcEc不不變，所以變，所以 由于由于所以所以cr0cc0ccrc1mcc1m)(21)()(21)(IIII c0cav0c)()(II cSc0ccav0ccavS)()()()(PIEIEP )21()()(2coavoamPP cocScCavoavSavC)()()()()()(PPPPPP )1)(1)()(cccocCCM PPP 3 3優缺陷優缺

24、陷 優點：所需調制信號功率很小；電路比較簡單。優點：所需調制信號功率很小；電路比較簡單。 缺陷：任務在欠壓形狀，集電極效率很低。缺陷：任務在欠壓形狀，集電極效率很低。 4 4失真波形失真波形 兩種：波谷變平、波腹變平兩種：波谷變平、波腹變平 波谷變平波谷變平 波腹變平波腹變平 產生波谷變平的緣由：產生波谷變平的緣由： 過調即反偏壓過調即反偏壓UmUm過大或鼓勵電壓過大或鼓勵電壓UmUm過小，呵斥過小，呵斥管子在波谷處截止。管子在波谷處截止。 產生波腹變平的緣由：產生波腹變平的緣由： 放大器任務在過壓形狀。鼓勵過強或阻抗匹配不當都放大器任務在過壓形狀。鼓勵過強或阻抗匹配不當都能夠呵斥此景象；能夠

25、呵斥此景象； 鼓勵功率不夠或鼓勵信號源內阻過大，呵斥波腹處的鼓勵功率不夠或鼓勵信號源內阻過大，呵斥波腹處的基波脈沖增長不上去；基波脈沖增長不上去； 管子在大電流下輸出特性不好，呵斥波腹處集電極電管子在大電流下輸出特性不好，呵斥波腹處集電極電流脈沖增長不上去。流脈沖增長不上去。大信號集電極調幅電路大信號集電極調幅電路 1. 1.電路電路 電路特點：電路特點：1 1Ecc=Ec+uEcc=Ec+u，綜合電源電壓；，綜合電源電壓；2 2R1R1、C1C1是基極自給偏壓環節。是基極自給偏壓環節。 u 2. 2.根本任務原理著重了解各點波形根本任務原理著重了解各點波形 由于放大器在載波形狀即任務由于放大

26、器在載波形狀即任務在過壓形狀，在過壓形狀，icic脈沖中心下凹。脈沖中心下凹。EccEcc愈愈小，過壓愈深，脈沖下凹愈甚。普通小，過壓愈深，脈沖下凹愈甚。普通是當是當EccEcc最大時，將放大器調整到臨最大時，將放大器調整到臨界界形狀，形狀，icic脈沖不下凹。脈沖不下凹。 ibib的幅值變化規律與的幅值變化規律與icic相反，相反，過過壓愈深，輸入特性曲線左移愈多，壓愈深，輸入特性曲線左移愈多，ibib脈沖愈大。脈沖愈大。 3. 3.設計要點設計要點 1 1放大器的任務形狀放大器的任務形狀 最大任務點設計在臨界形狀，其他時間都處于最大任務點設計在臨界形狀，其他時間都處于過壓形狀。過壓形狀。

27、2 2晶體管的選擇晶體管的選擇 ICM ICMIcmaxIcmaxmaxmax BVceo 4Ec BVceo 4Ec PCM (PC)av PCM (PC)av 圖圖5 518 18 集電極瞬時電壓波形集電極瞬時電壓波形 集電極效率集電極效率 由于調制過程中，由于調制過程中，UcmUcm、Ic1mIc1m、Ic0Ic0都隨都隨EcEc成正比地變化，成正比地變化，所以集電極效率不變。所以集電極效率不變。 由由得得)11(cooSC PPPP)21()()11)(21()()11()()()()(2acCc2acocavoavoavSavCmPmPPPPP c0c1mccmc21IIEU ccc

28、avc)()( 3 3對鼓勵的要求對鼓勵的要求 為保證過壓任務，鼓勵的強度應滿足最大任務點任務在為保證過壓任務，鼓勵的強度應滿足最大任務點任務在臨界形狀。臨界形狀。 假設鼓勵缺乏，那么產生波腹變平的失真。假設鼓勵缺乏，那么產生波腹變平的失真。 4 4對調制信號的要求對調制信號的要求 為了獲得為了獲得ma=1ma=1的深度調幅，的深度調幅，UmEcUmEc。 思索：思索：UmUm過小那么調制不深，過大那么產生過調失真。過小那么調制不深，過大那么產生過調失真。集集電極調幅的過調失真波形？電極調幅的過調失真波形？緣由：緣由： 這是由于這是由于Ecc0Eccuo(t) ui(t)uo(t)導通，導通，

29、C C充電，時間常數充電，時間常數=CrD=CrD 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AGCAGC自動增益自動增益控制電路。當輸入信號很大時，設法把管子發射結偏壓降控制電路。當輸入信號很大時，設法把管子發射結偏壓降低一些。低一些。二檢波效率二檢波效率 1. 1.電路參數電路參數cCRLcCRL、RLRL、rDrD對對 的影響的影響 1 1一定一定RLRL下，下，cCRLcCRL= = 大，大，放電變放電變慢，慢， 高；高； 2 2一定一定cCRLcCRL下，下，RLRL大，大，充電加快，充電加快， 高；高； 3 3

30、rDrD小，充電快，小，充電快， 高。高。 2.uo(t) 2.uo(t)的成分的成分cL/2TCR d d d d d 輸入信號小，那么檢波二極管輸入信號小，那么檢波二極管rDrD大，大， 降低。降低。三輸入電阻三輸入電阻RinRin 輸入電阻定義為輸入高頻電壓振幅對二極管電流中基波輸入電阻定義為輸入高頻電壓振幅對二極管電流中基波分量振幅的比值。分量振幅的比值。 設輸入為高頻等幅信號設輸入為高頻等幅信號 , ,相應輸出為直相應輸出為直流電壓流電壓UoUo，檢波器從輸入信號源獲得的高頻功率為，檢波器從輸入信號源獲得的高頻功率為經二極管變換作用，一部分轉換為有用輸出功率經二極管變換作用，一部分轉

31、換為有用輸出功率 由于由于V V的導通時間很短，近似以為的導通時間很短，近似以為PLPi PLPi ，而，而Uo UcmUo Ucm，因此，因此 3. 3.信號強度對信號強度對 的影響的影響in2cmi2/ RUP L2oL/ RUP LRR21in tUtuccmicos)( d d 四檢波失真四檢波失真cmdiLLcma)1(URRREUm iLLda1RRRm 1. 1.割底失真割底失真 1 1不產生割底失真的條件不產生割底失真的條件 設設 ，那么不產生割底失真的條件，那么不產生割底失真的條件 ma ma愈大或檢波器交直流負載電阻比值愈小，愈容易產生愈大或檢波器交直流負載電阻比值愈小，愈

32、容易產生割底失真。割底失真。1d LLiLiiLL1RRRRRRRRma 2 2改良電路改良電路 思緒：減小交、直流負載電阻值的差別 常取 RL1/RL20.10.2 2. 2.對角線失真放電失真，惰性失真對角線失真放電失真，惰性失真 1 1失真緣由失真緣由 放電慢，包絡線下降快。放電慢，包絡線下降快。 2 2不失真條件不失真條件 C C經過經過RLRL的放電速度大于的放電速度大于或等于包絡的下降速度。或等于包絡的下降速度。 3 3易產生對角線失真的情況易產生對角線失真的情況 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dttdudtdu)(

33、mc 放放a2aL1mmCR LCR am 五檢波器元器件選擇與設計原那么五檢波器元器件選擇與設計原那么 1. 1.檢波二極管檢波二極管 選用正向電阻和結電容小或最高任務頻率高的晶體選用正向電阻和結電容小或最高任務頻率高的晶體二極管。二極管。 2.RL 2.RL和和C C的選擇的選擇 1 1從提高檢波效率和高頻濾波才干思索，從提高檢波效率和高頻濾波才干思索，RLCRLC應盡應盡能夠大；從防止對角線失真思索，能夠大；從防止對角線失真思索， RLC RLC有一最大允許值。有一最大允許值。 2 2為保證所需的檢波輸入電阻，為保證所需的檢波輸入電阻，RL2RinRL2Rin；為防止；為防止割底失真，割

34、底失真，RLRL有一最大允許值。有一最大允許值。5.4.25.4.2、同步檢波電路、同步檢波電路 從頻譜圖上看，調幅波的解調是將調幅波中的邊帶信號不失真的搬到零頻附近。因此，調幅波的解調電路也屬于頻譜搬移電路。 1電路模型 2解調電路uAM(t) 低通濾波器低通濾波器u(t)uc(t)5.5 5.5 混混 頻頻 概述概述一、什么是混頻器一、什么是混頻器 混頻，又稱變頻，是將信號的載頻從一混頻，又稱變頻，是將信號的載頻從一個頻率個頻率變換到另外一個頻率的電路。變換到另外一個頻率的電路。 混頻器具有兩個輸入電壓，其頻率分別混頻器具有兩個輸入電壓，其頻率分別為為fsfs和和fLfL，輸出頻率，輸出頻

35、率fIfI是這兩者的差頻是這兩者的差頻 fI= fL fI= fL fS fS ，下變，下變頻或和頻頻或和頻 fI= fL+fS fI= fL+fS ，上變頻。，上變頻。 混頻器在頻域中起著減加法器的作混頻器在頻域中起著減加法器的作用。用。1. 混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信混頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可做得很高而不自激，電路任號，放大器的增益可做得很高而不自激，電路任務穩定有利于放大；務穩定有利于放大；2. 接納機在頻率很寬的范圍內選擇性好有困難，而接納機在頻率很寬的范圍內選擇性好有困難，而對于某一固定頻率選擇性可以做得很好有利于對于某一固定頻率選擇

36、性可以做得很好有利于選頻選頻 ；3. 混頻后所得的中頻頻率是固定的，使電路構造簡混頻后所得的中頻頻率是固定的，使電路構造簡化。化。二、為什么要進展混頻二、為什么要進展混頻 非線性元件非線性元件中頻濾波器中頻濾波器uS(t) 本本 振振uI(t)uL(t)三、混頻器的根本組成三、混頻器的根本組成 1非線性元件，如二極管、三極管和場效應管和模擬乘法器等； 2中頻濾波器； 3本地振蕩器。 5.5.1 混頻原理及特點混頻原理及特點一、變頻前后的頻譜圖一、變頻前后的頻譜圖SLIfff 留意：留意： 輸入信號的上邊頻輸入信號的上邊頻 中頻調幅信號的下邊頻中頻調幅信號的下邊頻 輸入信號的下邊頻輸入信號的下邊

37、頻 中頻調幅信號的上邊頻中頻調幅信號的上邊頻變頻是頻譜的線性搬移過程。變頻是頻譜的線性搬移過程。混頻電路組成原理框圖5.5.1 混頻原理及特點混頻原理及特點 變頻是指將高頻已調波經過頻率變換，變為固定中頻已調波。ttmUtuIaImIcos)cos1 ()(數學表達式描畫數學表達式描畫ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(頻譜描畫5.5.1 混頻原理及特點混頻原理及特點 混頻器的作用混頻器的作用波形描畫波形描畫混頻電路模擬乘法器混頻器5.5.1 混頻原理及特點混頻原理及特點)(ztu)(Itu分析如下：分析如下：經中心頻率為經中心頻率為fI fI ，帶寬為，帶寬為2F2F的帶通濾波器

38、濾波后，得：的帶通濾波器濾波后，得：)()(LsMtutuKttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmMttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmMttmUIaImcos)cos1 (ttmUUK)cos()cos1 (21cLaLmsmM假設非線性元件假設非線性元件)()(LS10tutuaa .)(2110 uauaaitUtUtutuuLLmSSmLScoscos)()( 假設假設2LS2LS10)()()()(tutuatutuaai 那么那么2LLSS2coscostUtUamm )cos()cos()2cos2cos(2LSLSLmSm2L2LmS2Sm2t

39、tUUatUtUa )(22Lm2Sm2UUa 中頻成分中頻成分二、混頻原理的數學分析二、混頻原理的數學分析冪級數冪級數 結論：結論： 只需電路元件的伏安特性包含有平方項就可只需電路元件的伏安特性包含有平方項就可實現變頻。實現變頻。 原那么上，凡是具有相乘功能的器件都可用來原那么上，凡是具有相乘功能的器件都可用來構成變頻電路。目前高質量的通訊設備中廣泛采構成變頻電路。目前高質量的通訊設備中廣泛采用二極管環形變頻器和雙差分對模擬相乘器，而用二極管環形變頻器和雙差分對模擬相乘器，而在普通接納機中，為了簡化電路，仍采用簡單的在普通接納機中，為了簡化電路，仍采用簡單的晶體管混頻電路。晶體管混頻電路。三

40、、晶體三極管變頻電路三、晶體三極管變頻電路一、三極管變頻電路的幾種方式一、三極管變頻電路的幾種方式 按本振信號接入的不同，普通有四種電路方式。按本振信號接入的不同，普通有四種電路方式。 1. 1.共射極電路共射極電路用于頻率較低的情況用于頻率較低的情況 (1) (1) 信號：基極信號：基極 本振：射極本振：射極 (2) (2) 信號、本振：基極信號、本振：基極 2. 2.共基極電路共基極電路用于頻率較高的情況用于頻率較高的情況 (1) (1) 信號：射極信號：射極 本振：基極本振：基極 (2) (2) 信號、本振：射極信號、本振：射極 二、三極管變頻電路運用舉例二、三極管變頻電路運用舉例1.1

41、.收音機中的他激式混頻器收音機中的他激式混頻器 由于由于fSfS、fL fL 、fIfI三者差別較大，各諧振電三者差別較大，各諧振電路路對另一頻率可近似看作短路。對另一頻率可近似看作短路。2.2.收音機中的自激式變頻器收音機中的自激式變頻器3.3.電視接納機中的典型變頻電路電視接納機中的典型變頻電路四、超外差接納機的統調與跟蹤四、超外差接納機的統調與跟蹤 在超外差接納中，為了調諧方便，希望高頻調在超外差接納中，為了調諧方便，希望高頻調諧回路輸入回路、高放回路與本振回路，實行諧回路輸入回路、高放回路與本振回路，實行一致調諧。通常采用同軸可變電容器進展。一致調諧。通常采用同軸可變電容器進展。 收音

42、機中波的最低頻率收音機中波的最低頻率fmin = 535kHzfmin = 535kHz，而最，而最高高頻率頻率fmax = 1605 kHzfmax = 1605 kHz，那么高頻回路的波段覆蓋，那么高頻回路的波段覆蓋系數系數為為3CCffKminmaxminmaxd 當中頻選用當中頻選用 時，如用容量一樣的可時，如用容量一樣的可變電容，那么本振波段將從最低頻率變電容，那么本振波段將從最低頻率 變化到最高頻率變化到最高頻率而要求的最高頻率應為而要求的最高頻率應為: : 這闡明除最低頻率處滿足中頻這闡明除最低頻率處滿足中頻465kHz465kHz外，外，在波段其它頻率處均不是在波段其它頻率處均

43、不是465kHz 465kHz 。kHz1000465535min LfkHz465kHz30003minmax LLffkHz20704651605 一點跟蹤一點跟蹤 為使統調要求能根本滿足，而又不使電路太復為使統調要求能根本滿足，而又不使電路太復雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為三點統調或稱三點跟蹤。三點統調或稱三點跟蹤。 為了滿足三點統調，在本振回路上必需附加為了滿足三點統調，在本振回路上必需附加電容。電容。串聯電容串聯電容CpCp，CpCp稱為墊整電容，其容量較大，稱為墊整電容，其容量較大，與與 Cmax Cmax的容量相近；的容量

44、相近；并聯電容并聯電容CtCt，CtCt稱為墊補電容，其容量較小，稱為墊補電容，其容量較小，與與CminCmin的容量相近。的容量相近。p在本振頻率高頻端，在本振頻率高頻端，C = CminC = Cmin，由于，由于CtCt與與CminCmin相近，使總的電容增大，所以使高頻本振頻率相近，使總的電容增大，所以使高頻本振頻率降低。降低。p在本振頻率低頻端，在本振頻率低頻端，C = Cmax,CtC = Cmax,Ct的并聯作用的并聯作用可忽略。串聯可忽略。串聯 Cp Cp后，使總的電容減少，所以后，使總的電容減少，所以使低端本振頻率提高。這樣就到達了三點統調使低端本振頻率提高。這樣就到達了三點

45、統調的目的。的目的。5.5.2 5.5.2 變頻干擾及其抑制方法變頻干擾及其抑制方法 由于變頻器件特性的非線性，在產生所需由于變頻器件特性的非線性，在產生所需頻率的同時，還將有大量的不需求的頻率分量頻率的同時，還將有大量的不需求的頻率分量出現。在接納機中，當其中某些頻率等于或接出現。在接納機中，當其中某些頻率等于或接近中頻時，就能順利的經過中頻放大器，經解近中頻時，就能順利的經過中頻放大器，經解調后在輸出級引起串音、哨叫和各種干擾。調后在輸出級引起串音、哨叫和各種干擾。 非線性元件非線性元件中頻濾波器中頻濾波器uS(t) 本本 振振uL(t)uo(t)一、組合頻率干擾一、組合頻率干擾信號和本振

46、產生的干擾信號和本振產生的干擾 變頻器在信號電壓和本振電壓共同作用下變頻器在信號電壓和本振電壓共同作用下產生了許多組合頻率分量產生了許多組合頻率分量|SLnfmff 那么在混頻器中，中頻和寄生信號都將順利的那么在混頻器中，中頻和寄生信號都將順利的經過中頻放大器加到檢波器，與有用信號在檢經過中頻放大器加到檢波器，與有用信號在檢波器中產生差拍，構成低頻干擾。波器中產生差拍，構成低頻干擾。假設其中的某些頻率分量接近于中頻值，即假設其中的某些頻率分量接近于中頻值，即ISL|fnfmf 例如：例如：分析：根據分析：根據 假設假設m=1m=1，n=2n=2，那么，那么 ，接近于，接近于466kHz466k

47、Hz，這樣，它和有用中頻信號同時進入中，這樣，它和有用中頻信號同時進入中放、檢波，產生差拍，在接納機輸出產生放、檢波，產生差拍，在接納機輸出產生1kHz1kHz的哨叫聲。的哨叫聲。kHz1396L fkHz931S f|SLnfmff kHz4662LS ffkHz1465466 低頻信號低頻信號 哨叫哨叫 二、副波道干擾二、副波道干擾干擾與本振產生的干擾干擾與本振產生的干擾 凡能加到混頻器輸入端的外來干擾信號均可凡能加到混頻器輸入端的外來干擾信號均可以在混頻器中與本振電壓產生混頻作用，假設構以在混頻器中與本振電壓產生混頻作用，假設構成成的組合頻率滿足的組合頻率滿足 就會構成干擾。就會構成干擾

48、。 這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合副波道干擾。副波道干擾。InL|fnfmf 1. 1.中頻干擾中頻干擾m=0m=0，n n1 1 當m=0，n1時， ,稱為中頻干擾。 對應這種干擾，變頻器實踐上起到了中頻放大器的作用，具有比有用信號更強的傳輸才干。 對中頻干擾的抑制方法-主要是提高變頻器前面電路的選擇性，加強對中頻信號的抑制或設置中頻陷波器。Inff 2.2.鏡頻干擾鏡頻干擾m=1m=1，n n1 1 當當m=n=1m=n=1時，時， 稱為鏡頻干擾，顯稱為鏡頻干擾，顯然，然，fnfn與與fSfS以以fLfL為軸構成鏡像關系。為軸構成鏡像關系。 抑

49、制鏡頻干擾的方法：抑制鏡頻干擾的方法： 1 1提高前級電路的選擇性；提高前級電路的選擇性； 2 2采用高中頻采用高中頻 例如，在短波接納機中，接納頻段為例如，在短波接納機中，接納頻段為230MHz230MHz，中頻選，中頻選在在70MHz70MHz附近。附近。ISILn2 fffff f0 fcfLfJfIfIf三、交調和互調干擾三、交調和互調干擾1.1.交調干擾交調干擾 電臺信號和干擾信號同時作用于接納機的輸電臺信號和干擾信號同時作用于接納機的輸入端時所產生的一種景象。入端時所產生的一種景象。 抑制交調干擾的方法抑制交調干擾的方法-提高前端電路的提高前端電路的選選擇性；其次可以經過選擇晶體管

50、適宜的任務形狀，擇性；其次可以經過選擇晶體管適宜的任務形狀，減少無用的非線性項實現。減少無用的非線性項實現。 2.2.互調干擾互調干擾 互調干擾是兩個或多個干擾電壓加到接納機高互調干擾是兩個或多個干擾電壓加到接納機高放級或變頻級的輸入端，由于晶體管的非線性作用，放級或變頻級的輸入端，由于晶體管的非線性作用，干擾信號與本振相互混頻，產生的組合頻率分量假干擾信號與本振相互混頻，產生的組合頻率分量假設設接近中頻，從而構成干擾。接近中頻，從而構成干擾。 例：例：fs=1200kHzfs=1200kHz，fn1=1190kHzfn1=1190kHz，fn2=1180kHzfn2=1180kHz，那么組合

51、頻率那么組合頻率 1665-(2 1665-(2* *1190-1180)=1665-1200=465kHz1190-1180)=1665-1200=465kHz四、減小或防止混頻干擾的措施四、減小或防止混頻干擾的措施混頻干擾的根本緣由是器件的非線性特性。混頻干擾可分成兩類：1.由于非線性特性產生了眾多無用組合頻率分量而引起的。2.由于非線性特性產生了一些受外來干擾控制或與調制信號不成線性關系的有用頻率分量而引起的。 針對混頻干擾產生的詳細緣由, 可以采取以下三個方面的措施來減小或防止。(1)選擇適宜的中頻。假設將中頻選在接納信號頻段之外, 可以防止中頻干擾和最強的干擾哨聲。(2)提高混頻電路

52、之前選頻網絡的選擇性,減少進入混頻電路的外來干擾。(3)采器具有平方律特性的場效應管、模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環形混頻電路,三、三、 混頻器的主要技術目的混頻器的主要技術目的1 1混頻器增益要大混頻器增益要大混頻增益定義為混頻器輸出中頻信號與輸入信號大小之混頻增益定義為混頻器輸出中頻信號與輸入信號大小之比，有電壓增益用比，有電壓增益用KVCKVC表示和功率增益表示和功率增益KPCKPC表示表示兩種，通常用分貝數表示。兩種，通常用分貝數表示。混頻器電壓增益混頻器電壓增益: :混頻器功率增益混頻器功率增益: :=IVCSUKU中頻輸出電壓高頻輸出電壓=IPCSPKP中頻輸出

53、信號功率高頻輸出信號功率對接納機而言，對接納機而言，KVC(或或KPC)大，有利于提高接納靈敏度。通常大，有利于提高接納靈敏度。通常在廣播收音機中在廣播收音機中KPC為為2030db，電視接納機中，電視接納機中KVC為為68dB。2 2噪聲系數要小噪聲系數要小混頻器的噪聲系數定義為混頻器輸入信噪功率比和輸出中頻信號噪聲功率比的比值，也是用分貝數表示的。 由于混頻器處于接納機前端，因此要求它的噪聲系數很小。3. 隔離度 隔離度是指三個端口輸入、本振和中頻相互之間的隔離程度,即本端口的信號功率與其走漏到另一個端口的功率之比。 例如， 本振口至輸入口的隔離度定義為: 顯然，隔離度應越大越好。由于本振

54、功率較大，故本振信號的走漏更為重要。/=/iiFooSNNSN輸入端載頻信號噪聲功率比輸出端中頻信號噪聲功率比10lg)db本振口的本振信號功率（泄露到輸入口的本振信號功率4 4、1dB1dB緊縮點功率和三階互調截點功率緊縮點功率和三階互調截點功率理想混頻器輸出的中頻信號振幅應該和輸入已調波信號的振幅成正比，即混頻增益為常數。混頻電路的二次方項產生這一線性關系。而四次方項產生的中頻分量振幅與輸入信號振幅Us的三次方成正比。對于實踐混頻器來說，其轉移特性中參數a4是負數，所以隨著Us的加大，增益將會減小，這一景象稱為增益緊縮。也就是說，在輸入信號較小時，輸出中頻信號隨輸入信號近似成線性增大。當輸

55、入信號較大時，輸出中頻信號隨輸入信號的增大速率將會逐漸變小。定義混頻實踐功率增益低于理想線性功率增益1dB相當于減少了21%時對應的信號功率點為1dB緊縮點、相應的輸入、輸出信號功率分別用輸入P1dB、輸出P1dB表示，單位均為dBm，4 4、1dB1dB緊縮點功率和三階互調截點功率緊縮點功率和三階互調截點功率如上圖所示。圖中虛線PI1是理想輸出中頻信號功率線，斜率為1，實線PI2是實踐輸出中頻信號功率線。假設功率增益公式用分貝數表示，那么有Po(dBm)=Pi(dBm)+Gp(dB)。所以，A點處的功率增益減小1dB，也就是相當于實踐輸出功率比理想輸出功率減小1 dBm。 5.5.4 5.5

56、.4混頻電路混頻電路 1 1晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 晶體三極管混頻器原理電路晶體三極管混頻器原理電路 cosssmcuUtcosLLmLuUtsmLmUUL1C1L1C1調諧于輸入調諧于輸入信號信號usus的載頻的載頻fc fc L2C2L2C2調諧于中頻調諧于中頻fI fI 00012( )( )( )(coscos2)CcmscmmLmLsiItgt uItggtgtu經集電極諧振回路濾波后經集電極諧振回路濾波后,得到中頻電流得到中頻電流iI111111111cos()cos22coscosmsLcmsCsig Utg Utg UtIt集電極電流為集電極電流為可以經過求可以經過求

57、gm(t)的基波分量來得到的基波分量來得到gm1(t)，其，其中：中：其中：其中：1111( )cosmmggttdt11111cos()tcost22ImScmSIig Ug U1-Ic 定義混頻跨導：定義混頻跨導：假設假設L2C2L2C2回路總諧振電導為回路總諧振電導為 ，那么可以求得混頻電壓增益，那么可以求得混頻電壓增益 11=2mcmSggiU輸出中頻電流輸入高頻電壓或者：定義混頻跨導：或者：定義混頻跨導：0( )( ),( )BEBBCBBBBLBEctuUg tUtUiuu同樣有同樣有: : 121ggcgggUgIUUAcsSuc11給混頻電路提供的本振信號可以由單獨的振蕩電路產

58、生給混頻電路提供的本振信號可以由單獨的振蕩電路產生, , 也可也可以由混頻晶體管本身產生。由一個晶體管同時產生本振信號、以由混頻晶體管本身產生。由一個晶體管同時產生本振信號、實現混頻的電路通常稱為變頻器。實現混頻的電路通常稱為變頻器。輸入信號輸入信號 和本振信號和本振信號 分別加在晶體管的基極和發射極上分別加在晶體管的基極和發射極上, , 輸輸出中頻信號出中頻信號 由銜接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體由銜接集電極的諧振回路取出。本振電路是由晶體管、振蕩回路管、振蕩回路(L4(L4、C6C6、C7C7、C8)C8)和反響電感和反響電感L3L3組成的變壓器耦合組成的變壓器耦合反響振蕩器反響

59、振蕩器. .雙聯可變電容作為輸入回路和本振回路的一致調諧電雙聯可變電容作為輸入回路和本振回路的一致調諧電容容, ,使得在整個中波波段內使得在整個中波波段內, ,本振頻率本振頻率 均與輸入載頻均與輸入載頻 同步變同步變化化, , 二者之差恒等于中頻二者之差恒等于中頻典型收音機變頻器適用電路典型收音機變頻器適用電路suLuIuLfcfIf2.2.二極管混頻電路二極管混頻電路 在高質量通訊設備中以及任務頻率較高時在高質量通訊設備中以及任務頻率較高時,常運用二極管常運用二極管平衡混頻器或環形混頻器。其優點是噪聲低、電路簡單、平衡混頻器或環形混頻器。其優點是噪聲低、電路簡單、組合分量少。以下圖是二極管平

60、衡混頻器的原理電路。輸組合分量少。以下圖是二極管平衡混頻器的原理電路。輸入信號入信號us為已調信號；本振電壓為為已調信號；本振電壓為uL,有有ULUs,大信大信號任務號任務, 輸出電流輸出電流io為為 二極管平衡混頻器原理電路二極管平衡混頻器原理電路2.2.二極管混頻電路二極管混頻電路Iu忽略輸出電壓忽略輸出電壓 的反的反響作用響作用, , 那么加在兩那么加在兩個二極管上的電壓分個二極管上的電壓分別是別是: : 1Lsuuu2LsuuusuLuLu由于由于 很小很小, , 很大很大, , 故二極管任務在受故二極管任務在受 控制的開關控制的開關任務形狀任務形狀. . 根據KVL可寫出兩個回路電壓