调幅信号的解调课件.ppt

1、高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 缓冲器缓冲器高频高频放大器放大器调制器调制器高频功率高频功率放大器放大器主振器主振器低频功率低频功率放大器放大器前置前置放大器放大器声电声电变换器变换器混混频频中频中频放大放大 低频电低频电压放大压放大低频功低频功率放大率放大本机本机振荡振荡高频小高频小信号放信号放大大l发射系统框图发射系统框图l接收系统框图接收系统框图解调解调第一节第一节 概概 述述 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 一、检波电路的功能一、检波电路的功能 从调幅波中不失真地解调出原调制信号。1 1、输入输出波形表示形式、

2、输入输出波形表示形式 输入为高频等幅波时，检波器输出为直流电压。输入为普通调幅波时，检波器输出角频率为 的正弦波。iu高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、输入与输出频谱表示形式、输入与输出频谱表示形式 u检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段。检波的过程也是频谱的搬移过程，将频谱由载频附近搬移到低频段。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二、检波电路的组成二、检波电路的组成检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成。 三、检波电路的分类三、检波电路的分类根据输入调幅信号的不同特点可分为两大

3、类:检波器包络检波 同步检波 用于普通调幅波和高频等幅波的检波用于普通调幅波和高频等幅波的检波用于双边带和单边带的检波用于双边带和单边带的检波高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 四、检波电路的技术指标四、检波电路的技术指标1、电压传输系数：、电压传输系数：检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。等幅波检波： 调幅波检波：imamdUmUkimdUUk0mimidIUR12、等效输入电阻：、等效输入电阻：idR3非线性失真系数：非线性失真系数：fkUUUkf3222输入等幅高频电压的振幅流过二极管的高频电流脉冲的基波分量的

4、振幅高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第二节二极管大信号包络检波器第二节二极管大信号包络检波器 一、大信号包络检波一、大信号包络检波输入信号振幅大于0.5V，利用二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压时截止，电容C通过R放电这一特性实现的检波，其输出电压反映输入信号振幅变化的规律。二、大信号检波的工作原理二、大信号检波的工作原理1、原理电路、原理电路下图是二极管大信号检波的原理电路，是输入回路、非线性器件和低通滤波器组成高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、检波

5、过程、检波过程 输入为等幅波输入为等幅波 经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放经过多次反复充放电，直到在一周内电容充电电荷量与放电电电电 荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。荷量相等，充放电达到动态平衡进入稳定工作状态。 ，二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。10 t ，二极管截止，C通过R放电，放电时常数很大，放电慢。21tt ，二极管导通，又对C充电。32tt ，二极管截止，C上电压对R放电。43tt高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 输入为普通调幅波输入为普通调幅波u输出电压输出电压 的变化规律正好与输入信号的包络相同。

6、的变化规律正好与输入信号的包络相同。 tu0高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 三、大信号检波器的分析三、大信号检波器的分析 1 1、大信号检波器的二极管的伏安特性、大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 bzdbzdbzdddUuUuUugi0)(diouuucosiimiuUt数学表示式为gd为二极管导通时的电导，即gd=1/rd ；Ubz为二极管的导通电压。2、二极管两端电压、二极管两端电压 cosdoimiuuUt 若则3 3、流过二极管的电流、流过二极管的电流 可表示为 di

7、id=I0+I1mcosit+I2mcos2it+Inmcosnit其中，I0=0()IM为直流分量，I1m=1()IM为基波分量振幅，Inm=n()IM为n次谐波分量振幅。)cos1 (cossin)(0)cos1 (cossin)(1u输入等幅波输入等幅波di高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、 与电路参数的关系与电路参数的关系 当 时，二极管导通 bzduu bziimdbzdddutuuguugicos0cos1cossin1cos10imdugI由于 ，则 0oMII1(sincos )imdUr)cos1 (1)(0imdimobzimdb

8、zimdMUgUuUUgUUugI可得0diit时，当可得0)cos(bzimodUUugimbzoUUucos则MdiIit 时，当0高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 因为 为未知数，不可能直接求解，还需变换，上式两边同时除 ，则 在 或 的条件下，可得 当 ， 可展开为 可得 cos(tan)oimobzdimuRUuUrU (tan)oobzduRuUr 0bzUtandrRtan6radbzuu 0.15231tan53id=I0+I1mcosit+I2mcos2it+Inmcosnit二极管导通时：经低通滤波器的输出电压：)cos(sin0imdo

9、UrRRIu高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 结论：结论：在在 , 的条件下的条件下,其通角其通角只与电路参只与电路参 数数 和和 有关有关,而与输入信号的振幅而与输入信号的振幅 无关无关.6raddrimU0bzUR输入等幅波时输入等幅波时,输出直流电压输出直流电压:cosimOUU33Rrd检波二极管的导通角：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 u输入调幅波输入调幅波ttmUuiaimicos)cos1 (cos)cos1 ()(tmUtuaimtmUUaimimcoscoscos检波输出直流直流角频率为角频率为 的交流

10、的交流tmUuaimBcoscos负载RL上的电压:tmUUuaimimAcoscoscosA点电压：mU振幅高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 四、大信号检波器的技术指标四、大信号检波器的技术指标1、电压传输系数、电压传输系数Kd输入等幅波输入等幅波 时， 定义：输出直流电压与输入高频电压的振幅的比值。 Kd=coscosoimimimUUUUtUtuiimicos)(imU高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 输入为普通调幅波输入为普通调幅波 ui=Uim(1+macost)cosit时， 定义：输出的 分量振幅 与输入高频

11、调幅波包络变化的 振幅 的比值。mUaimm UcoscosmaimaimaimUm Um Um UKd二极管大信号检波器的电压传输二极管大信号检波器的电压传输系数为常数，又称线性检波。系数为常数，又称线性检波。 cosdkaimm UmU高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2、等效输入电阻等效输入电阻 定义定义：输入高频电压振幅与流过二极管的高频电流的基波振幅之比。 的表达式的表达式idR1imidmURI12idRR(sincos )imdUr1sin cosimdidmUrRI(tan)drR.! 51! 31sin53将 、 、 展开成级数取前两项代入

12、tansincos3512tan3152411cos12!4! idR在二极管导通角在二极管导通角 很小很小的情况下的情况下,等效输入电等效输入电阻阻直流电阻结论：结论：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、失真、失真检波器的失真可分频率失真、非线性失真、惰性失真和负峰切割失真。 频率失真频率失真Ci1Cmax1cCmin1不产生频率失真的条件不产生频率失真的条件 R R R 保证高频成分被旁路掉保证最高频率的音频不被旁路掉保证最低音频能通过Cc高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 非线性失真非线性失真 产生原因产生原因：

13、二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真。惰性失真惰性失真 产生原因：RC过大，放电太慢；放电速度跟不上包络的变化速度。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 不产生惰性失真的条件：不产生惰性失真的条件：电容电容C的放电速度的放电速度输入信号振幅变化的速度输入信号振幅变化的速度tUimddl振幅变化的速度：振幅变化的速度：（放电速度即电容两端的电压变化速度）（放电速度即电容两端的电压变化速度）l电容电容C的放电速度：的放电速度：tucddtucddtUimdd不产生惰性失真的条件：不产生惰性失真的条件：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工

14、程大学 电容器上电压变化速度比调幅波振幅变化的速度要快。即 其中，Uim=Uim(1+macost)设输入为ui=Uim(1+macost)cosit，其振幅变化速度为电容器C通过R放电，流过C和R的电流相等。流过C的电流为流过R的电流为 则由于 为检波器输出电压设Kd1，则令A=则不产生惰性失真的条件为A 1。将A值对t求导数，并令dA/dt=0，可得不产生惰性失真的条件是 或ddccuiCtcRuiRddccuuCtRcu(1cos)cimaduUmt Kd(1cos)dcimauUmttRCtutUcimddddsin1cosaamtRCmtmax21aamARCm21aamRCm tu

15、cddtUimdd211aamRCmtumdtdUimaimsinRCudtducc推导过程：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 不产生惰性失真的条件不产生惰性失真的条件；单音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:21aamRCm 多音频调幅波检波时,不产生惰性失真的条件:aammRC2max1高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 负峰切割失真负峰切割失真 产生原因产生原因： 检波器的直流负载直流负载和交流负载交流负载不同，且ma过大而引起的。由于Cc的存在检波器的直流电阻为R而交流电阻为R/RL=R不产生负峰切割失真的条件是输

16、入调幅波的振幅最小值 大于或等于 。设Kd=cos=1，则(1)imaUmRUimLaimURRRmU1RRRRRmLa不产生负峰切割失真的条件不产生负峰切割失真的条件:imLRURRRU不产生负峰切割失真的条件:高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 直流电阻:21RRR交流电阻:LLRRRRRR221l 当R一定时，R1 越大，交直流电阻差值越小，负峰切割失真就不易产生，另外 R1 越大，输出电压越小。通常 R1=（0.1-0.2 ）R2 。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第三节第三节二极管小信号检波器二极管小信号检波器

17、一、小信号检波一、小信号检波输入高频信号的振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。 二、小信号检波器的工作原理二、小信号检波器的工作原理小信号检波的原理电路如右图所示： 因为是小信号输入，检波器需外加偏压 使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。 QV高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二极管的伏安特性在工作点Q附近，可表示为.332210QdQdQddvubvubvubbi（一）在输入信号为高频等幅波 时，由于输出电压很小，忽略输出电压的反作用，可得 ud=ui+VQ 则 忽略高次项可得经低通滤波器取出 。

18、其中 为直流增量，它代表二极管的检波作用的结果。输出增量为cosiimiuUt20121diibbub u22012coscosimiimibbUtbUt22012211coscos222imiimimibbUtbUbUt20212imbbU2212imb U2212imub RU .332210iiidubububbi高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （二）在输入信号为普通调幅波 时，因为 ，可以认为在 一周内 是不变的。这样检波后的输出电压增量为:(1cos)cosiimaiuUmtti(1cos)imaimUmtU 2222211(1cos)22imi

19、mab RUb RUmt2222222222111coscos2244imaimaimaimb RUb Rm Ub Rm Utb Rm Ut cCLR222221coscos24aimaimb Rm Utb Rm Ut 2il此电压增量经 隔直耦合在 上得电压为可见输出电压除 分量外。还有 的频率成分也就是产生了非线性失真。直流直流低频低频高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 三、小信号检波器的主要技术指标三、小信号检波器的主要技术指标输入为等幅波时输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为 1、电压传输系数、电压传输系数RUbURUbKimimimd2222

20、121输入为调幅波时输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为 RUbUmRUmbKimimaimad2222、检波器的等效输入电阻、检波器的等效输入电阻 可近似地认为等于二极管的导通电阻可近似地认为等于二极管的导通电阻rd 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3、非线性失真系数、非线性失真系数 aimaimammmfmRUmbRUmbUUUK4141222222322dirR u调幅指数越大调幅指数越大,非线性失真越严重非线性失真越严重四、小信号检波器的特点四、小信号检波器的特点电压传输系数 小,且不为常数.检波效率低.等效输入电阻存在非线性失真.dkdi

21、rR 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第四节同步检波器第四节同步检波器一、同步检波器一、同步检波器 主要用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。与二极管检 波不同的是它必须加一个本地载频信号。要求与原载频同频同 相。因此称为同步检波。二、同步检波器的组成二、同步检波器的组成 有乘法器和低通滤波器组成，如下图所示。乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器本地载频本地载频高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 1、输入为双边带调幅波、输入为双边带调幅波 ，本地载频信号为 。经乘法器相乘，输出电流为coscosiimiuUttcosoomiu

22、Utcoscoscosi oimomiiKuuKU Uttt111coscos(2)cos(2)244im omim omiim omiKU UtKU UtKU Ut 2i1cos2imomuKU URt三、工作原理三、工作原理经低通滤波器滤除 频率分量，得频率为 的输出电压。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 cos()iimiuUtcos()cosioimiomiKu uKUtUt11coscos(2)22imomimomiKU UtKU Ut 2i2、输入为单边带调幅波、输入为单边带调幅波 ，本地载频信号为 。经乘法器相乘，输出电流为cosoomiuUt

23、经低通滤波器滤除 分量，得到频率为 的输出电压tRUKUumimcos210低频高频高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 四、实际应用电路四、实际应用电路高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 四、本地载频信号不同步的影响四、本地载频信号不同步的影响设本地载频信号与输入载频的不同步量为 ,相位不同步量为 ，即1 1、输入为双边带调幅波、输入为双边带调幅波 ，经乘法器相乘，输 出电 流为：cos()oomiuUtcoscosiimiuUttcoscoscos()ioimomiiKuuKU Uttt11coscos()coscos(2)

24、22imomimomiKU UttKU UttttUKUUomimcoscos21tUKUtUKUomimomimcos41cos41当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。经低通滤波器取出低频分量，输出电压为高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2、输入为单边带调幅波、输入为单边带调幅波 ，经乘法器相乘，输出 电流为： 经低通滤波器取出低频分量，输出电压为 cos()iimiuUtttUKUUKUiiomimOicoscostUKUtUKUiomimomim2cos21cos21tUKUUomimcos21u当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。失真和相位失真。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 作业:6-3 6-4 6-5 6-66-1振幅检波器必须有哪几个组成部分?各部分作用如何?下列各电路能否检波?图中RC为正常值，二极管为折线特性。