射频电子线路(陈瑜)4-13二极管包络检波.ppt
上节内容回顾与扩展,几种调幅波的特点与实现方法,上节内容回顾与扩展,普通调幅AM,普通调幅波是由调制信号叠加直流分量，再与载波的乘积组成的。从原理上看，只要能实现这样的关系即可。其原理图如图。,普通调幅用于无线电广播。这是为了简化接收机电路，因为普通调幅的解调电路既简单成本又低，因而可以降低接收机的成本。给广大听众带来便利。,t,普通调幅AM,Ma1,Ma=1,Ma1,2.抑制载波的双边带调幅（DSB调幅）DSB调幅是在调幅电路中抑制掉载频只输出上下边频（边带）。其数学表达式为,与普通调幅相比，其带宽也为2。由于DSB调幅不含载频，将有效的功率全部用到边频（边带）功率的传输上，因而大大减小功率浪费。在调制信号的负半周，已调波高频与载波反相。在调制信号的正半周，已调波高频与载波同相。即已调波在调制信号过零处有180。突变。其波形如下页图。,2.抑制载波的双边带调幅（DSB调幅）,3.抑制载波的单边带调幅（SSB调幅）单边带调幅的特点是已调波中只含一个边频（边带）不含载频及另一个边频（边带）。其数学表达式只要将DSB调幅表达式中的一个边频去掉即可。为,其特点是与前两种调幅波相比，带宽减半提高了信道利用率。同时由于不发送载波仅发送一个边带，因而更节省功率。此外，其波形也大不同于前两种调幅。由数学模型可见，SSB调幅波的波形为等幅波，信息包含在相位中。,用模拟乘法器实现调幅。SSB?,1、滤波法,缺点：需要高矩形系数滤波器，有时用晶体滤波器。,一般需采用逐级滤波法！,上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率Fmin的2倍，故滤波时相对带宽2 Fmin/fc要很小，这样的滤波器制作很困难。,为什么要逐级滤波？,上节内容回顾与扩展,在实际应用中是适当降低第一次调制的载波频率，这就增大了边带滤波器的相对带宽使滤波器便于制作。然后再经过多次平衡调幅（DSB）和滤波逐步把载频提高到要求的数值如下图所示。,上节内容回顾与扩展,1、逐级滤波法产生SSB信号,2、移相法,缺点：Fmax/Fmin很大，则在很宽的频率范围内移相90也极困难。,用模拟乘法器实现调幅。SSB?,用模拟乘法器实现调幅。SSB?,3、修正移相法,优点：避免了对f(t)的90移相，仅对单频率1，2移相(1，2是固定频点)。,三种振幅调制信号,4.残留边带调幅（VSB调幅）Vestigial Sideband VSB调幅的特点是调幅波中包含一个完整的边带、载波及另一个边带的一部分。该调幅不是对一个边带完全抑制，而是使它逐渐截止，截止特性使传输边带在载频附近被抑制的部分被不需要边带的残留部分精确地补偿。VSB调幅可以用普通调幅的解调电路进行解调。这样，即节省了频带又降低了接收机的成本，为数众多的接收机持有者提供了便利。残留边带的获得原理如下页图所示。,几种调幅波的特点与实现方法,上节内容回顾与扩展,几种调幅波的特点与实现方法,上节内容回顾与扩展,4.残留边带调幅（VSB调幅）Vestigial Sideband,为减少带宽又使解调方式简单，电视图像信号采用残留边带调幅方式，我国采用的残留边带调幅的幅频特性如图1所示。即00.75MHz的图像信号采用双边带传送，（0.756）MHz的图像信号采用单边带传送。接收机中频特性采用了具有图2所示的幅频特性曲线。,几种调幅波的特点与实现方法,上节内容回顾与扩展,4.残留边带调幅的频谱,调幅电路的种类很多，有分立、集成调幅电路；有低电平、高电平调幅电路；有普通调幅、有其它调幅电路；虽然电路形式各异，但原理是相同的，都是采用非线性器件产生新的频率成分，再加相应的滤波器得到相应的频率成分。另外，高电平调幅电路在调幅的同时具有功率增益。,具体调幅电路,（二）、高电平调幅电路,基极调幅电路,集电极调幅电路,（一）、低电平调幅电路,模拟乘法器调幅电路,平方律调幅,斩波调幅,这里将调制信号v与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。,非线性调幅方框图,可实现AM波！,场效应管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。,如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式,总的输出电流,总的输出电压,如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式,总的输出电流,总的输出电压,可实现DSB波！,场效应管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。,平衡调幅电路,如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。,斩波调幅器方框图,斩波调幅器工作图解,平衡斩波调幅及其图解,可实现DSB波！,比二极管平方律调幅的输出减少许多组合频率分量！,可实现DSB波！,当载波电压uc足够大时，即UcmUm，这时可以认为二极管工作在受uc控制的开关状态。,在uc0时导通、在uc0时截止,图中rd为二极管导通时的电阻，而开关S的作用可用单向开关函数S(t)来表示,输出电压uo(t)也可以写成，uo(t)2 S1(t),单向开关！,可实现DSB波！,为提高调幅信号的幅度，还可采用双向斩波。,双向开关函数,双向开关函数,+,-,+,-,（1）uc(t)正半周时，V1和V2导通，V3和V4截止，V（t)=2f(t)；uc(t)负半周时，V1和V2截止，V3和V4导通，V0（t)=-2f(t)。即输出电压为 2 f(t）uc(t)0 uo(t)-2 f(t）uc(t)0,uo(t)2 S*(t),二极管环形斩波调幅电路,4.3.4 振幅调制波的解调模型及电路,1振幅波的解调模型 解调是调制的逆过程。从频谱搬移的角度看，解调是频谱从高频端搬到基带的过程，普通振幅波的解调常常称为检波。,从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号，何种电路同时也可以解调DSB信号？,输入 AM信号,检出包络信息,4.3.4 振幅调制波的解调模型及电路,三极管检波器,普通振幅波中包含载波分量，可以直接利用非线性器件的作用进行解调，不需额外加入提供载波的电路。,同步检波器用于对载波被抑制的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑制的载波相同的信号。同步检波的名称即由此而来。,(a）同步检波器方框图,同步检波电路,载波信号相位对检波结果的影响,1.乘积检波器,同步检波电路,输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱,同步检波电路,本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同对检波结果的影响,本地载波与输入信号载波频率相同而相位不同对检波结果的影响,同步检波电路,4.3.4 振幅调制波的解调模型及电路 二极管包络检波器的工作原理,它由二极管与RLC并联构成的低通滤波器构成。,D:检波二极管，结电容小，反向电流小。可选择点接触二极管，肖特基二极管。,RL:负载电阻，数值较大，低频电流流过时产生低频电压。,C:负载电容，高频短路和 滤波。,串联型二极管包络检波器,二极管包络检波器的工作原理,Vi,Vc,V,电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。,1)电压传输系数(检波效率),定义：,二极管包络检波器的指标,二极管包络检波器的指标,二极管工作在大信号，其特性用通过原点的折线代表(忽略导通电压)，折线的斜率为gd。这样假设后，可用折线近似分析法来分析二极管包络检波器。,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的指标,二极管包络检波器的近似分析,折线近似分析法,折线的斜率为,值很小！,波形分解系数,级数分解,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的近似分析,二极管包络检波器的近似分析,等幅波输入时大信号包络检波器的效率,输入为等幅波时：,定值,与 成线性关系,称为线性检波,1)电压传输系数(检波效率),用分析高频功放的折线近似分析法可以证明,其中，是二极管电流通角，L为检波器负载电阻，d为二极管导通电阻。,二极管包络检波器的指标,2)等效输入电阻,考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它将影响回路选频特性（Q），下面分析其等效输入电阻,其中，Vim是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。,二极管包络检波器的指标,流过二极管的电流是窄脉冲序列，它的级数展开式近似表示为：,检波器的输入电阻,利用功率等效可证明！,2)等效输入电阻,二极管包络检波器的指标,认为在几个高频周期内为恒定值,直流分量,解出来的是调制信号分量振幅值,如果输入是调幅波，,3)失真,产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非线性失真；频率失真。,如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。,惰性失真(对角线切割失真),二极管包络检波器的指标,惰性失真(对角线切割失真),调幅波包络,如图所示，在某一点，如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度，就可能发生惰性失真。,包络变化率,电容放电,二极管包络检波器的指标,惰性失真(对角线切割失真),放电速率,假定此时,电容放电,为避免失真,二极管包络检波器的指标,惰性失真(对角线切割失真),实际上，调幅波往往是由多个频率成分组成，即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足,二极管包络检波器的指标,如,则不产生隋性失真的条件为：,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VCVim。,失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VCVim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为,二极管包络检波器的指标,调幅波的最小幅度为UC(1-m)，要避免底部切削失真，应满足,负峰切割失真(底边切割失真),二极管包络检波器的指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足,交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。,二极管包络检波器的指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,在实际应用中，为了提高RL，可在检波器和下级放大器之间插入一级射级跟随器，如下图所示：减小底部切削失真的电路,二极管包络检波器的指标,和C的选择原则,考虑到电压传输系数 和高频滤波能力，应尽可能大，工程上要求其最小值满足下列条件：,为避免惰性失真，的最大值应满足下列条件：,非线性失真,这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。,如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。,二极管包络检波器的指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,二极管的伏安特性是弯曲的，就伏安特性来说，在电压较小时，电流变化较慢；在电压较大时，电流增加得快。这样，当检波器输入为调幅波时，在调幅波包络的正半周，单位输入电压引起的电流变化大，检波输出电压大，而在调幅包络的负半周，二极管电流变化的速度慢，单位输入电压引起的电流变化小，检波输出电压小，这样就造成了检波器输出电压正、负半周不对称。这种波形的不对称是二极管伏安特性非线性引起。,频率失真,如左图所示，检波器中存在检波电容C和隔直电容Cc两个电容。检波电容C用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容Cc用于去除载波分量对应的直流输出。,对调制频率=minmax，要求检波电容C对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。,二极管包络检波器的指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,由容抗对不同频率的信号的传输不同而引起的失真。,(P 322-325)4-2 4-34-44-64-7 4-84-94-104-12,Please hand your home work on time！,HOMEWORK,
