电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调.ppt

第 四 章,振幅调制、解调与混频电路,谭贱痛淀雹墓筷彪惋涧隅永赴澳捷悬贯薄贵泵火川囚关聪脓赤狱近椭风缕电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,振幅调制与解调、混频、频率调制与解调等电路是通信系统的基本组成电路。它们的共同特点是将输入信号进行频谱变换，以获得具有所需频谱的输出信号，因此，这些电路都属于频率（或频谱）变换电路。根据频谱变换的不同特点，频率变换电路分为频谱搬移电路和频谱非线性变换电路两大类。前者的作用是将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移，属于这类电路的有振幅调制与解调电路、混频电路等。后者的作用是将输入信号频谱进行特定的非线性变换，属于这类电路的有频率调制与解调电路等。,酚便停硼消膝伸途陨吼存哉夕屎低酚句应矣穴蔗猾玉接干疏蜜凰赏葬竞炭电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.1 频谱搬移电路的组成模型,4.1.1 振幅调制电路的组成模型,振幅调制电路有两个输入信号，一个是输入调制信号，它含有所需传输的信息，另一个是输入高频等幅信号（又称载波信号），其中 为载波角频率，为载波频率。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅信号，抑制载波的双边带调制信号，抑制载波和一个边带的单边带调制信号等，其中普通调幅信号是基本的，其它振幅调制信号都是由它演变而来的。,戏述蔗屡遣陨码戍态层腥辩寥滥券踢助嫁啡纫趾都恬纂悬址浮拿辐眯骇问电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,一、普通调幅信号及其电路组成模型,1.组成模型,式中，Vm0=kVcm是未经调制的输出载波电压振幅，k和ka 是取决于调幅电路的比例常数。为保证不失真，要求,在数学上，调幅电路的组成模型可由一个相加器和一个相乘器组成，如图所示。AM 为相乘器的乘积常数，A为相加器的加权系数，且A=k，AM AVcm=ka。,梅卵垄谓难驮虹弊磷戚吠龙龙赂斋乎腻型客眷高豌畸词吁册沫骸闲惨蒲酒电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、单音调制,且fc F(一般满足fc F），则输出调幅电压为,式中，Ma=ka 是调幅信号的调幅系数，简称调幅度。图中，是 的振幅，它反映调制信号的变化，称为调幅信号的包络。在输入调制信号的一个周期内，调幅信号的最大振幅为=，最小振幅为。,猴币照符搁裂玩送癣茎敝磕蚂缩筐光伎潦肇美酞洛替害匈擞毒踞吝箔踊颇电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,调幅度是表征调幅信号的重要参数，它的一般定义式为,式中，Vmmax和Vmmin分别是调幅信号电压的最大振幅和最小振幅。,单音调制时调幅信号的频谱由三个频率分量组成：角频率为的载波分量，角频率分别为 和 的上、下边频分量。,腻盖环聘蘑靳催随袍察躲拧骤肮琶律弄更篷巫笔爱灼情捉枪搁疙反劣够摊电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,3、复杂音调制,假设 为非余弦的周期信号，其傅里叶级数展开式为,=,式中,其中,BWAM=2Fmax,契馈裸羔椅武伺霸斗淮纬搁悠峡赖捐恬迁白蓟傣夸靶挫孵峻靶柯塑处贼狠电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4、功率,在单位电阻上，单音调制时调幅信号电压在载频信号一个周期内的平均功率,上式表明，P(t)是时间的函数。,P(t)在一个调制信号周期内的平均功率,式中，PSB 是上、下边频电压分量产生的功率，称为边频功率。因而Pav是调幅信号中各频谱分量产生的平均功率之和。,叠纂嚣咆轧瞅邢文稽笛颐未梅滥赂径社洽暮胺鹃并姥疟渔晰顽祥闺驹暖掂电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、双边带和单边带调制电路组成模型,1、双边带调制,上、下边频分量才反映调制信号的频谱结构，而载频分量本身并不反映调制信号的变化。因此，占有绝大部分功率的载频分量是无用的。如果在传输前将它抑制掉，可在不影响传输信息的条件下，大大节省发射机的发射功率。这种仅传输两个边频的调制方式称为抑制载波的双边带调制简称双边带调制。并表示为,审甫枣英瞩定绘宣说匿们敏猪箱蕴檀善坑幌寒诣嘴卿滦啄揖嗜返坷畅职聪电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、单边带调制,在双边带调制信号的频谱中，上边带和下边带都反映了调制信号的频谱结构，区别仅在于下边带反映的是调制信号频谱的倒置。这种区别对传输信息是无关紧要的。因此，从传输信息的观点来说，还可将其中一个边带抑制掉。这种仅传输一个边带（上边带或下边带）的调制方式称为单边带调制。它除了节省发射功率外，还将已调信号的频谱宽度压缩一半，即,BWSSB=Fmax,单边带调制电路有两种实现模型。一种是由相乘器和带通滤波器组成，如图所示，称为滤波法。其中，相乘器产生双边带调制信号，而后由带通滤波器取出一个边带信号，抑制另一个边带信号。,氟刘竞食致忆累挤胶脱扰贫腐蝶勘封氏受蛔点瓦炯仆祥瘪歪霖禹看顺点虚电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,另一种是由两个相乘器、两个90o 相移器和一个相加器组成，称为相移法。若设=，则由相乘器产生的双边带调制信号为,由相乘器产生的双边带调制信号为,叠加，输出为取上边带的单边带调制信号，即,矾缠诌珠耽嚣昂叔韭沼料骇丘恭御脾邑辞莉新育湃喧犀汽殃瞎洁育浆栗映电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型,一、振幅解调电路,解调是调制的逆过程。振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，它的作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号。图中，为输入振幅调制信号电压，为反映调制信号变化的输出电压。在频域上，这种作用就是将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。因此振幅检波电路是一种频谱搬移电路，可以用相乘器实现。同步信号必须与输入信号保持严格同步是实现上述电路模型的关键，这种检波电路称为同步检波电路。,灵橙陡枷胖伤震狠爆镊措官菏纳裴铡陈郑颐旨闪勾若挺提布葵侈盼朵汪竹电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、混频电路,混频电路又称变频电路，是超外差式接收机的重要组成部分。它的作用是将载频为fc 的已调信号 不失真地变换为载频为fI的已调信号。将 称为中频信号，相应的fI称为中频频率，简称中频。是由本地振荡器产生的本振电压，称为本振角频率，它与fI、fc 之间的关系为,fI=fc+fL,或 fI=,其中，fI 高于fc的混频称为上混频，fI 低于fc的混频称为下混频。,奢矩曳相兜荤疲琢趟甜容拳壕门犯歧棵躯怒吠耘弹死承渺凹冬过岸皆团悯电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,从频谱观点来看，混频的作用就是将输入已调信号频谱不失真地从fc搬移到 fI的位置上。因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种频谱搬移。,则当fL fc 时，相乘器的输出电压频谱如图（c）所示。,视境粒阎焊斩奶馒哈耘构呛蒂战熊鸵苑卯瞩菜质镑发抡纹肩茅是知拆秤诬电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.1.3 小结,振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路都属于频谱搬移电路，它们都可以用相乘器和相应滤波器组成的模型来实现。相乘器的两个相乘信号中，一个是输入信号，另一个称为参考信号，相乘器的作用就是将输入信号频谱不失真地搬移到参考信号频率的两边，即两个频率的相加、减，或者说，输入信号频谱向左、右搬移参考信号频率的数值。滤波器则是取出有用分量，抑制无用分量。对于不同的频谱搬移电路，有不同的输入信号，不同的参考信号以及不同类型和要求的滤波器。,钠己准掷帐漓罐倡的徘键表迁夫训旧伺狸顺翘笼肖蜀方胞啼傲荚拘缩椽匿电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.2 相乘器电路,非线性电阻器件构成的相乘器电路根据两个输入信号不同的注入方式，可分为两种类型，一种是两个输入信号电压加到同一器件输入端，利用器件的非线性完成相乘作用；另一种是两个输入信号电压分别加到不同器件输入端，构成两个非线性函数相乘。,4.2.1 非线性器件的相乘作用及其特性,一、非线性器件相乘作用的一般分析,一个非线性器件伏安特性为i=f(v)，式中，v=VQ+v1+v2，VQ为静态工作点电压，v1和v2为两个输入电压。采用泰勒级数展开式为,i=ao+a1(v1+v2)+a2(v1+v2)2+an(v1+v2)n+,式中，ao，a1，an，由下列通式表示,an=,当同时作用着两个输入电压时，器件的响应电流中出现了两个电压的相乘项2a2v1v2。它是由特性的二次方项产生的。但同时也出现了众多无用的高阶相乘项。因此，非线性器件的相乘作用不理想。,楚叼辜励惜捉丁靛郁羊妮晾柴脸尼嚼锚粥屠插脐曾峻柯菌椎狠干齐闻掖阔电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、线性时变状态,上式就是i=f(VQ+v1+v2)在(VQ+v1)上对v2的泰勒级数展开式，即,i=f(VQ+v1+v2)=f(VQ+v1)+f(VQ+v1)v2+若v2足够小，忽略v2的二次方及其以上各次方项，则,i f(VQ+v1)+f(VQ+v1)v2,式中，f(VQ+v1)和f(VQ+v1)是与v2 无关的系数，是v1的非线性函数，随时间变化，称为时变系数或时变参量。其中，f(VQ+v1)是v2=0时的电流，称为时变静态电流，用 Io(v1)表示；f(VQ+v1)是增量电导在v2=0时的数值，称为时变增量电导，用g(v1)表示。,i I0(v1)+g(v1)v2,i与v2之间的关系是线性的，类似于线性器件，但是它们的系数是时变的，因此将这种器件的工作状态称为线性时变。,誊靴蓖爸熏煎拖支搂颜双筹右带七伊卷告盗俭稚凯轿苔砚造掘邻脾堆晶鞍电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.2.2 二极管平衡、双平衡电路,一、二极管平衡电路,下图为二极管平衡电路原理图，图中v1=V1mcos1 t，v2=V2mcos 2 t。v1与两二极管的正方向一致，v2则与D1一致，与D2相反。当V1mV2m时，两二极管的开关状态受v1信号控制。工作在开关状态的二极管可用开关与导通电阻RD串联的电路表示。因此可得,蝴决坏宅嘻雀铁们笑瞅挺淄抠翻缝朋练幽措乌戊逼罕于逆思篆来最裴彪怔电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、二极管双平衡电路,为了进一步抵消组合频率分量，可以采用二极管双平衡电路。下图为二极管双平衡电路图，图中vs2、Rs2和vs1、Rs1分别为R端和L端的信号源和信号源内阻，v1=V1mcos1 t和v2=V2mcos 2 t分别为Tr1和Tr2变压器次级所感应的电压。电路中四只二极管，两两构成单平衡。当V1mV2m时，二极管工作在由v1控制的开关状态。v1与D2、D3的正方向一致，与D1、D4的正方向相反。v2与D1、D2的正方向一致，而与D3、D4的正方向相反。由此可得,铃形铂唬晃躇白勾讨仁捶约朽扛憨讫要钟厩牌逻跋参菲煽滞废殉幸势亭纬电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.2.3 三极管Gilbert电路,在差分放大器电路中，如果v1用作为输入信号，v2控制尾电流源并呈线性变化，则差分放大器可构成一个简单的相乘器。在实际电路中尾电流的控制可以用基本镜像电流源实现。,一、双极型管Gilbert相乘器,1、电路组成原理,i=ii=（i1+i3）（i2+i4）=（i1i2）（i4i3）,i5i6=Io,垣馋茹呀钡兹蛊箍隆声椽忻洪田铜是皂蛆兰削绵龙钠秩涣斟李稠笺绅住契电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,i=Io,上式表明，电路输出电流提供了两个输入信号的双曲正切函数的相乘。,（1）,26mV，,26mV,当v26mV 时，v/(2VT)0.5，th,i=,（2）,26mV，,（3）,26mV，,260mV,，V1m260mV,当,th(,)K2(,),K2(,),谱湃薪员搞率署荫屑婆根拽完摄渗酝匆厉以三羚你据堤央便掳粟翘摔蚀偶电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,T5、T6管发射极之间接入负反馈电阻RE。为便于集成化，图中还将电流源I0分割成两个I0/2 的电流源,2、扩展v2的动态范围,v2=VTln(i5/i6)+ieRE,其中，ln(i5/i6)=ln(1+2 ie/I0)ln(12 ie/I0),满足 2 ie/I00.5,ln(i5/i6)4ie/I0,允许的最大动态范围为,淆江六赘酥炙良泰杀荫哟谤央角抑级复阅肌棒详斌阜痘钨牢竭孔帜惠茸垃电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,3、扩展v1的动态范围,进一步扩展v1的动态范围可在上述Gilbert相乘器电路中增加由T7 T10组成的补偿电路。图中T7、T8是将集电极和基极短接的差分对管，它的输出差值电流为,哄苟究污洱搏樊拓搔矢讹釉辛砾棠坏决晌谤陨殃剂然款抒霸债秩燕溃灶躁电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、场效应管Gilbert相乘器,i=ii=（iD1+iD3）（iD2+iD4）=（iD1iD2）（iD4iD3）,当v1、v2较小，满足|v1|2(VGSQ1-VGS(th)1)=2VON1和|v2|2(VGSQ2-VGS(th)2)=2VON2时，,损突母轻刀滥脑找重弧炬欢沾世捏摹矣设奴记悼库妥院汪晨坯聋蒲浇欠逗电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.2.4 集成模拟相乘器,一、XFC1596 集成平衡调制器,糖狞圆嘴后遥阶妹荒溶谐满瘁罚稀恤董捉缠驹苑策逼赛胞按捎卵照业做补电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、大动态范围平衡调制器AD630,昌业潜宦哎椭奠凿驳组字观释拘伯迄蛾铅牌筐兽坟絮井石佃止禾头努须或电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,三、模拟相乘器,秒柯葛粪询盗擂需炊痒阻嘱沫蓟夜斌纠储芒枕滞枕戴波狸爸彰裔邢学啮凶电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.3 混频电路,混频电路是超外差式接收机的重要组成部分，其作用是将天线上感生的输入高频信号变换为频率固定的中频信号，混频电路靠近接收天线，它的性能直接影响接收机动态范围等性能。,4.3.1 通信接收机中的混频电路,、主要性能指标,1、混频增益/混频损耗,在三极管电路中混频增益是指混频器的输出中频信号电压Vi（或功率PI）对输入信号电压Vs（或功率Ps）的比值，用分贝数表示,在二极管混频器中，因二极管本身无增益还有一定的器件损耗，所以用混频损耗来评价混频性能为在最大功率传输条件下，输入信号功率Ps对输出中频功率PI的比值，用Lc表示,春拽旗憨护盅盈腺撤咬刮政氯浮否沪柿甜拯炮镍忽懒修朔坠辩桔浸拳裙陨电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、噪声系数,混频器的噪声系数是指输入信号噪声功率比对输出中频信号噪声功率比的比值，用分贝数表示，即,3、1dB压缩电平,当输入信号功率较小时，混频增益为定值，输出中频功率随输入信号功率线性地增大，以后由于非线性，输出中频功率的增大将趋于缓慢，直到比线性增长低于1dB时所对应的输出中频功率电平称为1dB压缩电平，用PI1dB表示。图中，Ps和PI的大小均用dBm表示。PI1dB所对应的输入信号功率是混频器动态范围的上限电平。而动态范围的下限电平则是由噪声系数确定的最小输入信号功率。,亡乙六诗谈瓶涪乾仍践尧蚌癌镍酒肮帮缎没哥企旗贰谰牢摩拯其愈穆铃徒电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4、混频失真在接收机中，加在混频器输入端的除有用输入信号外，还往往同时存在着多个干扰信号。由于非线性，混频器件输出电流中将包含众多组合频率分量，其中，除了有用输入信号产生的中频分量外，还可能有某些组合频率分量的频率十分靠近中频，输出中频滤波器无法将它们滤除。这些寄生分量叠加在有用中频信号上，引起失真，通常将这种失真统称为混频失真。,5、隔离度理论上，混频器各端口之间是隔离的，任一端口上的功率不会窜通到其它端口。实际上，由于各种原因，总有极少量功率在各端口之间窜通，隔离度就是用来评价这种窜通大小的一个性能指标，定义为本端口功率与其窜通到另一端口的功率之比，用分贝数表示。在接收机中，本振端口功率向输入信号端口的窜通危害最大。一般情况下，为保证混频性能，加在本振端口的本振功率都比较大，当它窜通到输入信号端口时，就会通过输入信号回路加到天线上，产生本振功率的反向辐射，严重干扰邻近接收机。,辜济穴煽街峻麓挞顺聂愈激凰扔像硷倒契衰美殉湍日横刮朔格粱赘撑陋磐电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、二极管环形混频器和双差分对平衡混频器,1、二极管环形混频器,二极管环形混频器具有工作频带宽、噪声系数低、混频失真小、动态范围大等优点。但是对于混频器组件的主要指标，混频增益，二极管环形混频器因自身器件的问题非但没有增益，还有混频损耗。实际上，考虑变压器和二极管中的损耗，Lc约为（68）dB，且当工作频率增高时，由于二极管结电容和变压器分布参数的影响，Lc将相应增大。除混频损耗外，二极管环形混频器的主要缺点还有端口之间的隔离度较低，其中L 端口到 R 端口的隔离度一般小于40 dB，且随着工作频率的提高而下降。应用时，各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源、本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。,挂也身架滩贬根零拂冀法苫鸭丈诈溢使胆栓比顶模戌菠雅冈细话宰韭吁塑电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、双差分对平衡混频器,双差分对平衡混频器的特点是混频增益大，而且输入端只需要电压激励，一般不必加功率匹配网络，使用比较方便。端口之间的隔离度高。双差分对平衡混频器的主要缺点是噪声系数较大（10dB），动态范围小。,技丙新蔼郁淡瀑漏刽侵泳智蛀东提殴爵桃泰雇惊述疮冉春逮极汀桔纂孵坎电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.3.2 三极管混频电路,、作用原理,下图是三极管混频器的原理电路。L1、C1为输入信号回路，调谐在fc上。L2、C2为输出中频回路，调谐在fI上。本振电压 接在基极回路中，VBB0为基极静态偏置电压，加在发射结上的电压。若将vBB0+vL作为三极管的等效基极偏置电压，用vBB（t）表示，称之为时变基极偏压，则当输入信号电压很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流,iC f(vBE)Ic0(vL)+gm(vL)vs,gm(t)中的基波分量gm1与输入信号电压 vs 相乘,gm1,=,gm1,令，得到的中频电流分量为,称为混频跨导,襟梧御井尸冯丧豁掘咨朴指点珐撑煌涛品盔啦札奖喳炯急每曾伸匝疟秃焙电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、电路,彦朝忙辽另抛戈讲锦西喳脐诣简扛淋乍匠哟泄违萤骏痊妨佯默倔督煎驼背电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,三、双栅MOS场效应管混频电路,双栅MOS场效应管有两个栅极，其中一个加输入信号电压vS，另一个加本振电压vL，相应构成的混频电路如图所示。图中，R1R6和滤波电容C1、C2为分压式偏置电路，输出中频滤波器采用双调谐耦合回路。,将双栅场效应管用两个级联的场效应管表示。图中，下面管子T2的漏极直接接到上面管子T1的源极上，iD=iD1=iD2，通常T2（加vS）工作在非饱和区。,与晶体三极管混频器比较，双栅场效应管混频器具有混频失真小、动态范围大、工作频率高等优点。,况森镰籍承厄惩快冻衰镭殿烫弊莹牟搬掏劳衰贬牺窒嗅韵朴隐想享傈翠埂电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.3.3 混频失真,一般情况下，由于混频器件特性的非线性，混频器将产生各种干扰和失真，包括干扰哨声、寄生通道干扰、交叉调制失真、互相调制失真等。,、干扰哨声和寄生通道干扰,1、干扰哨声,当混频器输入端作用着频率为 fc 的有用信号时，一般情况下，混频器件输出电流中将出现由下列频率通式表示的众多组合频率分量。,它们的振幅随着(p+q)的增大而迅速减小。只有一个变换通道（取p=q=1）是有用的，其余大量的变换通道都是无用的，其中有的还十分有害。,2、寄生通道干扰,当接收机调谐在 fc上，接收频率为 fc的信号时，本振频率应为fL，且fLfcfI。这时，若加到混频器输入端的是频率为fM 的干扰信号，则混频器件输出电流中将出现由下列频率通式表示的众多组合频率分量。,在上述众多通道中，若某些通道的p和 q值及其所取的正、负号满足下列关系式,则干扰信号通过这些通道就能将其频率由 fM变换为 fI。通常将这种干扰称为寄生通道干扰。,坐遗析酷能揍循叶事势凝饥憎速便湛凌包汕轧大狈抓洲粘肩别谩署蔑龟伸电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,对应于p=0，q=1的寄生通道，相应的fM=fI，称为中频干扰。对于这种干扰信号，混频器实际上起到了中频放大器的作用，具有比有用信号更强的传输能力。另一个是对应于p=1，q=1的寄生通道，相应的fM用fK表示，其值为 fKfLfIfc2FI,如果将fL想象为一面镜子，则fk就是fc的镜像，故称为镜像频率干扰或对象频率干扰。对于这种干扰信号，它所通过的寄生通道具有与有用通道相同的p和 q值（p=q=1），因而具有与有用通道相同的变换能力。,可见，如果上述两种干扰信号能够加到混频器的输入端，混频器就能有效地将它们变换为中频。因而，要对抗这两种干扰信号，就必须在混频器前将它们抑制掉。鉴于它们的危害性，接收机的性能指标中一般都要列出对它们抑制的要求。,诉户吊歉拎卉炸榜证蜀砍毁骸缄诈慰苟趴熙钮千济岂沧眼映搓老酷鞋琼剂电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、交调失真和互调失真,1、交调失真,当混频器输入端同时作用着有用信号vS和干扰信号vM时，混频器除了对某些特定频率的干扰形成寄生通道干扰外，还会对任意频率的干扰信号产生交叉调制失真。若设混频器件在静态工作点上展开的伏安特性为,v的二次方项（2a1vLvS），四次方项（4a4vS+4a4vL+12a4vLvS）及更高偶次方项均会产生中频电流分量，其中12a4vLvS 产生的中频电流分量振幅为3a4VLmVsm，其值与VMm有关。这种失真是将干扰信号的包络交叉地转移到输出有用中频信号上去的一种非线性失真，故将它称为交叉调制失真，简称交调失真。,喳夸裴肠嫩嚎喻鼻斟纸钢诽啸炸城码吸仑吕碑彭诵农韧膳否摇道硒游汀知电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、互相调制失真,当混频器输入端同时作用着两个干扰信号vM1和vM2 时，混频器可能产生互相调制失真。,则i中将包含频率由下列通式表示的组合频率分量,其中，除了fLfcfI 有用中频分量外，还可能在某些特定的r和s值上存在着,引起混频器输出中频信号失真。通常将这种失真称为互相调制失真，简称互调失真。,3、三阶互调失真截点,有用输入信号产生的中频电流分量幅度为1/2a2VLmVsm，它与Vsm成正比，而三阶互调失真分量的幅度与输入干扰信号幅度VMm的三次方成正比。输出中频功率分贝数与输入信号功率分贝数呈线性关系，直到1dB压缩点后就逐步趋于平坦，而输出三阶互调失真功率分贝数PIM3与输入干扰功率分贝数PM成三倍的关系，它的斜率为前一特性斜率的三倍。通常将中频功率的延长线与三阶互调失真功率线的交点称为三阶互调截点，相应的互调失真功率用PI M 3表示。,短契滤遮隧掀逾斟镣零官甄勋言琳恳沿溅匿俺林钉瑰搂庄埠枪艺蓬擦绕冬电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.4 振幅调制与解调电路,4.4.1 振幅调制电路,振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部分。按其功率高低，振幅调制电路分为高电平调幅电路和低电平调制电路两大类。前者置于发射机的末端，要求产生功率足够大的已调信号，后者置于发射机的前端，产生小功率的已调信号，而后通过多级线性功率放大器放大到所需的发射功率。,、高电平调幅电路,在调幅发射机中，一般采用高电平调制电路，它的优点是可以不必采用效率较低的线性功率放大器。对高电平调制电路提出的要求除了达到所需调制线性外，还应高效率地输出足够大的已调信号功率。为此，高电平调制电路广泛采用高效率的丙类谐振功率放大器。,栏偶掘镐路恨留默淑坪墨肇剃赔蔬匹骏三钒态掷欣暗摧鉴蓑氧染见浦窖察电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、低电平调制电路单边带发射机,一般说来，低电平调制电路主要用来实现双边带和单边带调制，对它提出的要求主要是调制线性好，载波抑制能力强，而功率和效率要求则是次要的，其中，载波抑制能力的强弱可用载漏表示，所谓载漏是指输出泄漏的载波分量低于边带分量的分贝数。显然，分贝数越大，载漏就越小。低电平调制电路的种类较多，前面介绍的各种相乘器都可构成性能优良的平衡调制器。,4.4.2 二极管包络检波电路,对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波电路。,蚀号挥瘴鄙急稼切属垮帚赶两实券鲜弧孰宙鹃撞讶巧扳喀运淳邀拌拯忆芋电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,、工作原理,二极管包络检波器的原理电路由二极管 D 和低通滤波器 RLC 相串接而构成的电路。,当输入端作用着普通调幅信号电压vS（t）=Vmc(1+Ma)，且其值足够大时，二极管伏安待性可用自原点转折，斜率为gD=(1/RD)的折线逼近。若 RL，则通过二极管导通时vS向 C 充电（充电时间常数为 RDC）和截止时 C 向 RL放电（放电时间常数为 RLC）的不断重复，直到充、放电动态平衡后，输出电压vO（t）便将稳定地在平均vAV上、下按角频率c 作锯齿状波动。通过二极管的电流 i为高度按输入调幅信号包络变化的窄脉冲序列。叠加在vAV上的锯齿状波动则是因低通滤波器非理想滤波特性而由 i 产生的残余高频电压，其中vAV(=iAV RL)由直流电压VAV叠加音频电压 组成，即,vAV=VAV+,VAV=,Vmo,=,MaVmo,称为检波电压传输系数或检波效率，其值恒小于1。,审蛹针器嫩烷谊浴键言豪见蜂铣掀曰贱香陪呜凝障铅扯样属依山气吹桌惮电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,二、输入电阻,在接收设备中，检波器前接有中频放大器，相应的等效电路如图所示。iS和L1C1R1分别为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。检波输入电阻Ri表示负载效应。若设输入为高频等幅电压vS（t）=，相应的输出为直流电压VAV，则检波器从输入信号源获得的高频功率为Pi=，经二极管的变换作用，一部分转换为有用输出平均功率PL=，其余部分全部消耗在二极管正向导通电阻RD上。i在RD上消耗的功率很小，可忽略，因而可近似认为PL Pi，而VAV Vm，由此便可求得,Ri,RL,Ri的作用是使输入中频谐振回路的谐振电阻由R1减小到（R1/Ri），因此，iS在谐振回路上产生的高频电压振幅由未接检波时的Vm下降到接检波电路后的Vm。为了减小二极管检波器对输入谐振回路的负载效应，必须增大Ri，相应地就必须增大RL。但RL的增大受到检波器中非线性失真的限制。解决矛盾的有效方法是采用三极管射极包络检波电路。其检波物理过程是利用发射结产生与二极管包络检波器相似的工作过程，不同的仅是输入电阻比二极管检波器增大了（1+）倍。,趟脉壮仑腹焙李揩烧抉停例酵囤窃钱鸯犀缺馆篓授宦藻拧鞘盎泪蓖且瘪总电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,三、并联型二极管包络检波电路,在某些情况下，需要在中频放大器和检波器之间接入隔直流电容，以防止中频放大器的集电极馈电电压加到检波器上。为此，可采用图所示的检波电路。在该电路中，C是负载电容，兼作隔直流电容，RL是负载电阻，与二极管并接，为二极管电流中的平均分量提供通路。这种电路称为并联型电路，而把前面讨论的电路称为串联型电路。,当 D 导通时，vS通过D向C充电，充电时间常数为RDC；当 D 截止时，C通过RL放电，放电时间常数为RLC。因而，达到充放电动态平衡后，C上产生锯齿状波动电压vC，该电压的平均值为vAV。其输出电压vO中还包括输入信号直接通过C在输出端产生的高频电压，即vO=vsvC。因而需要在检波器的后续电路中另加低通滤波器将高频成分滤除。同时，由于输入信号源直接在RL上消耗高频功率，因而它的输入电阻比串联型电路小。根据能量守恒原理，实际加到检波器中的高频功率，一部分直接消耗在RL上，一部份转换为有用的输出平均功率，即,当VAVVm 时,Ri,RL,术邻惫乃戒枯眷她粕藏织抵咯钞氢勤楚张占嘶卯醇隅椒腺舟锨萄务跟睹臆电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,四、大信号检波和小信号检波,必须指出，只有当输入电压足够大，二极管轮流工作在导通区和截止区时，二极管伏安特性才可以用原点转折的两段折线逼近。因此，将二极管包络检波的这种工作状态称为大信号检波。工程上，可认为输入高频电压振幅大于500mV 以上就能保证二极管检波器工作在大信号检波状态。反之，如果输入高频电压振幅Vm足够小（在几十几mV范围内），二极管伏安特性采用幂级数逼近，即,二极管在整个高频周期内导通，检波器从输入信号源获得的高频功率大部份消耗在RD上，仅有小部分转换为输出平均功率。因此，工程分析时，近似认为加到二极管上的电压vDvS（t）=，将它代入上式，得到二次方项（高次方项忽略）产生所需的平均分量IAV，其值为a2Vm2/2。因而，相应的输出平均电压VAV与Vm 的平方成正比，故称这种检波为平方律检波。当输入为调幅波时，输出平均电压vAV不能正确反映输入调幅波的包络变化，从而产生非线性失真。同时，既然检波器获得的高频功率大部分消耗在RD上，因而可近似认为,即 RiRD。显然，其值小于大信号检波时的数值。,磋泼医不完踌拆瘦勿峻忘羞喝骚冲喘惶董符客培尧槛脉氛房榜盈挣呈数发电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,五、二极管包络检波电路中的失真,当输入为调幅波时，调幅波电压必须足够大，使其包络变化范围内检波器始终工作在大信号检波状态。若调幅电压为 vS（t）=Vm0(1+Ma)，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，该电压值应在500mV 以上。因而，保证大信号检波的条件为,Vm0(1Ma)500mV,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,增大RL和C值，可以提高检波电压传输系数和高频滤波能力。但当输入为调幅波时，过份增大RL和C值，由于二极管截止期间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，输出平均电压就会产生失真，通常将这种失真称为惰性失真。因此必须在任何一个高频周期内，C通过RL的放电速度大于或等于包络的下降速度，即,竖淖擞蚂卖力挫铰咒右抨瞪洽坊御兄民矫吏罐撑耀里箔棋铭脆麦穴班讲砸电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,2、负峰切割失真,当考虑到检波器和下级放大器连接时，一般采用阻容耦合电路，以避免vAV中的直流分量VAV 影响下级放大器的静态工作点。图中，CC为隔直流电容，要求它对呈交流短路；Ri2为下级电路的输入电阻。如果满足RL1/（C），则检波器的交流负载ZL(j)和直流负载ZL(0)分别为：,在这种检波电路中，输出的直流负载不等于交流负载，并且交流负载电阻小于直流负载电阻。,六、设计考虑,设计二极管包络检波器的关键在于：正确选用晶体二极管，合理选取RL、C等数值，保证检波器提供尽可能大的输入电阻，同时满足不失真的要求。,检波二极管的选择,2.RL和 C 的选择,丑歉曼支玫腊眨版芝摊埋马客趴诱荐吕耙红俗吻卖菇朱补碳麻卜黎引凛幅电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,4.4.3 同步检波电路,同步检波、又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成。另一种直接采用二极管包络检波器，它的前提是输入信号vS与同步信号vr叠加，应合成为包络反映调制信号变化的普通调幅信号。,为了进一步抵消众多的失真频率分量，可采用平衡式的同步检波电路。可以证明，它的输出解调电压中抵消了2 及其以上各偶次谐波失真分量。必须指出，实现同步检波的关键是要产生出一个与载波信号同频同相的同步信号。对于双边带调制信号来说，同步信号可直接从双边带调制信号中提取出来。对于发射导频信号的单边带调制波来说，可采用高选择性的窄带滤波器从输入信号中取出该导频信号，导频信号经放大后就可作为同步信号。如果发射机不发射导频信号，那么，接收端就只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定频率的同步信号，显然，在这种情况下，要使同步信号与载波信号严格同步是不可能的，而只能要求频率和相位的不同步量限制在允许值范围内。,匝素跋茂慨骏乐屁逆黑眩骡宏次蔗淡感租嚷现握跃竣疡搁骡孔大病蕉俊羔电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调电子线路非线性部分第五版第四章调制与解调,