調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)8-1檢波器概述8-2同步檢波器8-3大信號包絡(luò)檢波器本講導(dǎo)航教學(xué)內(nèi)容8.1檢波器概述

8.2同步檢波器教學(xué)目的1.理解檢波器的概念（從頻譜、波形）、分類、組成、主要技術(shù)指標(biāo)。

2.掌握同步檢波器的實現(xiàn)模型及工作原理。

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)教學(xué)重點教學(xué)難點1.檢波的概念、類型、組成、主要技術(shù)指標(biāo)

2.同步檢波器的實現(xiàn)模型及工作原理

無單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)

8-1-1檢波器的作用和組成§8-1檢波器概述1、檢波器的概念：從高頻調(diào)幅波中檢出原調(diào)制信號的過程，稱為檢波。完成這個功能的電路稱為檢波器。

下面我們分別從頻譜和波形來理解檢波的實質(zhì)。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)圖8.1檢波器的頻譜變換（普通調(diào)幅）0Uim/VfcfU0m/Vf0（a）輸入信號頻譜fc-fnfc+F1fc-F1fc+FnF1F2Fn（b）輸出信號頻譜單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)檢波前和檢波后信號的頻譜，如下：

從圖可以看出，檢波是調(diào)幅的逆過程,則其頻譜變換也與調(diào)幅相反，即把調(diào)幅波的頻譜由高頻不失真地搬到低頻，其頻譜向左搬移了fC。可見，檢波器也是頻譜搬移電路。當(dāng)輸入為高頻等幅波時，如下圖8.2所示：Uim0tuI(t)8.2(a)輸入信號波形t08.2(b)輸出信號波形U0u0(t)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)檢波前和檢波后信號的波形，如下：t08.3(a)輸入信號波形t08.3(b)輸出信號波形uI(t)UimmaUimuo(t)UΩm單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1)當(dāng)輸入為單頻正弦信號調(diào)制的普通調(diào)幅波時，

從以上兩種波形可以看出，對于普通調(diào)幅波，由于其包絡(luò)反映了調(diào)制信號變化的規(guī)律，因此對普通調(diào)幅波進行檢波，檢波器的輸出電壓uO(t)波形與輸入調(diào)幅波uI(t)的包絡(luò)相同。同步檢波器（相干檢波器）非同步檢波器（非相干檢波器）分類:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2、檢波器的分類和組成圖8.4(a)同步檢波器的組成框圖低通濾波器同步信號發(fā)生器非線性器件uI(t)ur(t)u0(t)檢波器是頻譜搬移電路，所以檢波器的組成中非線性器件是其核心元件，同時用低通濾波器濾除無用頻率分量，取出原調(diào)制信號的頻率分量。同步信號發(fā)生器用來產(chǎn)生同步電ur(t)=Urmcosωct。它適合于各種調(diào)幅波的檢波（AM、DSB、SSB)。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1)同步檢波器的組成框圖圖8.4(b)非同步檢波器的組成框圖低通濾波器非線性器件uI(t)u0(t)

非同步檢波器檢波時不需要同步信號，由非線性器件和低通濾波器構(gòu)成，它只適合于普通調(diào)幅波（AM）的檢波。這種檢波器的輸出信號(原調(diào)制信號)與調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律一致，故稱為包絡(luò)檢波器。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2)非同步檢波器的組成框圖

1)電壓傳輸系數(shù)Kd

電壓傳輸系數(shù)用來說明檢波器對高頻信號的解調(diào)能力，又稱為檢波效率，用Kd表示。

若檢波器輸入為高頻等幅波，如圖8.2所示，其振幅Uim為,而輸出直流電壓為UΩm,則檢波器的電壓傳輸系數(shù)：式(8-1)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)§

8-1-2檢波器的主要性能指標(biāo)

若檢波器輸入為高頻調(diào)幅波,其包絡(luò)振幅為maUim，而輸出低頻電壓振幅為UΩm

，如圖8.3所示,則檢波器的電壓傳輸系數(shù)：

顯然,檢波器的電壓傳輸系數(shù)越大,則在同樣輸入信號的情況下,輸出信號就越大,即檢波效率高。一般二極管檢波器Kd總小于1，Kd越接近于1越好。式(8-2)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)

檢波器的輸入電阻Ri是指從檢波器輸入端看進去的等效電阻,用來說明檢波器對前級電路的影響程度。定義Ri為輸入高頻等幅波的電壓振幅Uim與輸入高頻脈沖電流中基波振幅Iim之比：式(8-3)

此外,檢波器還有衡量其失真的指標(biāo),如非線性失真系數(shù)THD,某些檢波器還存在特殊的失真,這將在后文討論。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2)輸入電阻Ri

§

8-2-1同步檢波電路§8-2同步檢波器1、用模擬乘法器實現(xiàn)的同步檢波u0KM圖8.5（a）電路模型低通濾波器uz圖8.5（b）原理電路urKMXYuIXYLPFuruIu0同步檢波電路實現(xiàn)方法模擬乘法器實現(xiàn)二極管包絡(luò)檢波器實現(xiàn)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)同步電壓信號為：

則乘法器的輸出電壓為：單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1）當(dāng)輸入uI(t)為普通調(diào)幅波時，即:

則uZ(t)中含有0、F、2fc、2fc±F共5個頻率分量，經(jīng)過低通濾波器LPF后濾去2fc、2fc±F高頻分量，再經(jīng)隔直電容后，就得到：則uo(t)為原調(diào)制信號。

令：

由式(8-2)得該檢波器的電壓傳輸系數(shù)

:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)則：則uZ(t)中含有F、2fc±F共3個頻率分量，經(jīng)過低通濾波器LPF后濾去2fc±F兩個高頻分量，就得到：與普通調(diào)幅波的輸出及電壓傳輸系數(shù)完全相同。

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2）當(dāng)輸入uI(t)為雙邊帶調(diào)幅波時，即:

則uZ(t)中含有F、2fc+F共2個頻率分量，經(jīng)過低通濾波器LPF后濾去2fc+F高頻分量，就得到：（上邊帶）

則單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)3）當(dāng)輸入uI(t)為單邊帶調(diào)幅波時，即:則uo(t)為原調(diào)制信號。

由式(8-2)得該檢波器的電壓傳輸系數(shù)

:令

：單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)MC159672389614105100510.1u1.3K1K1K1K8003K3K0.005u0.005uRL>10K1u1K0.1u1.3K12V0.1u0.1uuruI0.1u0.1u10K圖8.6MC1596接成的同步檢波器單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)其實際電路圖如下：

圖中，電源采用12V單電源供電，調(diào)幅信號uI(t)通過0.1uF耦合電容加到1端，其有效值在幾mV~100mV范圍內(nèi)都能不失真解調(diào)，同步信號ur(t)通過0.1uF耦合電容加到8端，電平大小只要求能使雙差分對管工作于開關(guān)狀態(tài)（50~500mV之間）。輸出端9經(jīng)過RC的一個π型低通濾波器和一個1uF的耦合電容取出調(diào)制信號。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)uI(t)++__ur(t)圖8.7（b）疊加型同步檢波電路

VDRL+u0(t)C_圖8.7（a）疊加型同步檢波電路模型包絡(luò)檢波器uI(t)ur(t)uo(t)

疊加型同步檢波器的工作原理是將雙邊帶調(diào)制信號uI(t)與同步信號ur(t)疊加，得到一個普通調(diào)幅波，然后再經(jīng)過包絡(luò)檢波器（下節(jié)內(nèi)容講），解調(diào)出調(diào)制信號。

小結(jié)：同步檢波器可用于各種調(diào)幅波的檢波，且同步電壓振幅越大，則檢波器的電壓傳輸系數(shù)也越大。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2、疊加型同步檢波器

同步檢波器工作時，要求本地參考電壓ur(t)與載波同頻同相，即保持嚴格的同步。若ur(t)與載波不能保持嚴格同步，即存在頻偏△ω、△Ф，則將對檢波器有何影響呢？1、分析如下：設(shè)uI(t)為雙邊帶調(diào)制信號。1）ur(t)與載波同頻不同相即

:則

:令

:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)§

8-2-2參考信號的頻率和相位偏差對檢波的影響則檢波器輸出電壓沒有失真，但希望△Ф越小越好。

使輸出低頻電壓的振幅減小。如

即參考電壓與載波同頻同相，則輸出低頻電壓的振幅最大；

如

:則

:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)即

:則

:此時uo(t)的振幅將是按cos△ωt變化的低頻電壓，即產(chǎn)生了失真。3）與載波不同頻不同相即

:則

:此時uo(t)的振幅將是按cos(△ωt+△Ф)變化的低頻電壓，即產(chǎn)生了失真。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2）與載波不同頻同相3）若輸入信號器為發(fā)射導(dǎo)頻的單邊帶調(diào)幅波，可采用高選擇性的窄帶濾波器，從入信號中取出該導(dǎo)頻信號，導(dǎo)頻信放大后就可作為同步信號。如果發(fā)射機不發(fā)射導(dǎo)頻信號，則接收機就要采用高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生指定頻率的同步信號。1）若輸入信號器為普通調(diào)幅波，可將調(diào)幅波限幅去除包絡(luò)線變化，得到的是角頻率為ωc的方波，用窄帶濾波器取出ωc成分的同步信號。2）若輸入信號器為雙邊帶調(diào)幅波，將雙邊帶調(diào)制信號uI(t)取平方uI(t)2，從中取出角頻為2ωc的分量，經(jīng)二分頻將它變?yōu)榻穷l率為ωc的同步信號。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2、同步信號的產(chǎn)生方法

為了保證同步檢波器不失真地解調(diào)出幅度盡可能大的信號，參考電壓應(yīng)與輸入載波同頻同相，即實現(xiàn)二者的同步。在實際工作時，二者的頻率必須相同，而允許有很小的相位差。但如果是電視圖像信號時也會有明顯的相位失真，這一點要注意。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)小結(jié)：本講小結(jié)3.參考信號的頻率和相位偏差對檢波的影響

1.檢波器概述：檢波器的作用和組成檢波器的主要性能指標(biāo)2.同步檢波電路：用模擬乘法器實現(xiàn)的同步檢波二極管包絡(luò)檢波器構(gòu)成疊加型同步檢波器單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)本講作業(yè)在同步檢波器中，為什么參考電壓與輸入載波同頻同相？二者不同頻將對檢波有什么影響？二者不同相又將對檢波產(chǎn)生什么影響？

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)本講導(dǎo)航教學(xué)內(nèi)容8.3大信號檢波器

教學(xué)目的理解大信號峰值包絡(luò)檢波器的工作原理

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)教學(xué)重點教學(xué)難點大信號峰值包絡(luò)檢波器的工作原理

大信號峰值包絡(luò)檢波器的性能分析（工作原理及失真）

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)§8-3大信號包絡(luò)檢波器大信號包絡(luò)檢波器只適于普通調(diào)幅波的檢波。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器（集成電路中多采用三極管射極包絡(luò)檢波器）。其電路如下：Tr+_u1(t)圖8.8二極管包絡(luò)檢波器

V_iDCcRLu0(t)AM+_Ri2+_++_U0CLuΩ(t)uD(t)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)該電路由二極管V和RL、CL組成的低通濾波器串接而成的，RL為檢波負載電阻，CL為檢波負載電容。變壓器Tr將前級的普通調(diào)幅波送到檢波器的輸入端，虛線所示的Cc為隔直電容，Ri2為后級輸入電阻。該電路輸入的是大信號，即輸入高頻電壓uI(t)的振幅在500mV以上，這時二極管就工作在受uD(t)控制的開關(guān)狀態(tài)。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)由圖可以看出，二極管兩端的電壓:由于uI(t)是大信號，所以uo(t)也很大，其反作用不能忽略。當(dāng):

二極管導(dǎo)通；RL和CL并聯(lián)，所以檢波器的輸出電壓uo(t)就是電容CL兩端的電壓。當(dāng):二極管截止。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1、工作原理的分析1234uI(t)0

tUimuO(AV)0

tuO(t)uO(t)8.9(a)輸入、輸出信號波形8.9(b)理想輸出信號波形Uim單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1)當(dāng)輸入為高頻等幅波由于rd很小，所以電容充電非?？?，其uo(t)電壓上升很快，如圖8.9(a)紅線所示，該曲線非常陡峭。當(dāng)曲線上升到“1”點時，兩曲線相交這一點，就表明

分析如下：設(shè)時

CL上沒有電荷，即:二極管導(dǎo)通，有電流iD，CL被充電，充電時間常數(shù)為:且在

這時

則:二極管處在臨界狀態(tài)。當(dāng)過“1”點后，uI(t)有下降趨勢，則:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)二極管截止，CL放電，放電時間常數(shù)為

:其值比較大，所以電容放電非常慢，其uo(t)電壓下降很慢，如圖8.9(a)紅線第二段所示，該曲線比較平緩。當(dāng)曲線下降到“2”點時，兩曲線相交這點，就表明:則:二極管處在臨界狀態(tài)。當(dāng)過“2”點后，uI(t)有上升趨勢，則:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)二極管又導(dǎo)通，有電流iD，CL被充電。如此反復(fù)，由于充電快，放電慢，在很短時間內(nèi)就達到充放電的動態(tài)平衡。此后，uo(t)便在平均值uo(AV)上下按頻率fc作鋸齒狀的小波動。如果RLCL>>Tc(Tc為高頻等幅波uI(t)的周期)，則CL放掉的電荷量很少，因此uo(t)的鋸齒波動很小，一般可以忽略，則uo(t)的波形就近似是uI(t)的包絡(luò)，如圖8.9(b)所示。即檢波效率約為1。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)uI(t)0tUim

t0Uim8.10(b)理想輸出信號波形

8.10(a)輸入、輸出信號波形

uO(t)uO(t)單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2)當(dāng)輸入為單頻普通調(diào)幅波此時檢波器的工作過程與高頻等幅波輸入時很相似，只是隨著uI(t)幅度的增大或減小，uo(t)也作相應(yīng)的變化。因此uo(t)將是與調(diào)幅包絡(luò)相似的有小鋸齒波動的電壓，圖8.10(a)紅線所示。忽略鋸齒小波動后，其波形如圖8.10(b)所示。

uo(t)分解為一個直流分量Uo=Uim和一個按調(diào)幅波包絡(luò)變化的低頻分量uΩ(t)=maUimcosΩt。經(jīng)過隔直電容Cc的作用，在Ri2上就得到低頻原調(diào)制信號uΩ(t)

。由于這種檢波器輸出電壓uo(t)與輸入高頻調(diào)幅波uI(t)的包絡(luò)基本相同，故又稱為峰值包絡(luò)檢波。

設(shè):則:單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1）電壓傳輸系數(shù)Kd當(dāng)輸入為高頻等幅波時:條件是檢波器輸入為高頻等幅波

當(dāng)輸入為單頻普通調(diào)幅波時:2）輸入電阻Ri則檢波器輸入功率為

輸出功率為（直流功率）

輸入功率一部分轉(zhuǎn)換為輸出功率，一部分消耗在二極管的正向電阻上，此消耗功率很小，可忽略。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)2、主要性能分析

則:而由于

可得:故得:分類非線性失真截止失真

頻率失真

惰性失真

負峰切割失真

單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)3、檢波器的失真原因：是由于二極管伏安特性的非線性引起的。

原因：是由于二極管存在導(dǎo)通電壓Uon,當(dāng)輸入調(diào)幅波的振幅小于Uon時，二極管截止引起的?？朔胧哼m當(dāng)增大RL，可使非線性失真很小。2）截止失真克服措施：使Uim(1-ma)>Uon，則可避免截止失真。或二極管盡量采用鍺管。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)1）非線性失真

原因：是由于檢波負載電容CL和隔直電容Cc取值不合理引起的。其中CL的作用是旁路高頻分量，若值太大，則其容抗值很小，將使有用的低頻分量受到損失，引起頻率失真。Cc的作用是隔直流通低頻分量，若值太小，則其容抗值很大，將使有用的低頻分量受到損失，引起頻率失真?？朔胧菏笴L<<1/RLΩmax和

Cc>>1/Ri2Ωmin，則可避免頻率失真。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)3）頻率失真

檢波負載RL、CL越大，CL在二極管截止期間放電速度就越慢，則電壓傳輸系數(shù)和高頻濾波能力就越高。但RLCL取值過大，將會出現(xiàn)二極管截止期間電容CL對RL放電速度太慢，這樣檢波器的輸出電壓就不能跟隨包絡(luò)線變化，于是產(chǎn)生了惰性失真。原因：是由于RLCL取值過大引起的。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)4）惰性失真t1t2圖8.11惰性失真波形由圖可以看出，在t1時刻，CL上電壓的下降速度低于調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，使下一個高頻正半周的最高電壓仍低于此時CL的兩端電壓uo(t)，二極管截止，則uo(t)不再按調(diào)幅波包絡(luò)變化，而是按CL對RL的放電規(guī)律變化，直到t2時刻，uI(t)的振幅才開始大于uo(t)，檢波器才恢復(fù)正常工作。這樣，在t1~t2期間產(chǎn)生了惰性失真。又稱為對角切削失真。uO(t)uI(t)

t0Uim單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)克服措施：為了避免產(chǎn)生惰性失真，二極管必須在每個高頻周期內(nèi)導(dǎo)通一次，則要求電容CL的放電速度大于或等于調(diào)幅波包絡(luò)下降的速度。即：上式表明，ma和Ω越大，包絡(luò)下降速度就越快，則避免產(chǎn)生惰性失真所要求的RLCL值也就必須越小。在多頻調(diào)制時，上式中ma和Ω應(yīng)取最大值。單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)惰性失真動畫演示請點擊單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)檢波器的輸出端經(jīng)隔直電容Cc接到下一級的輸入電阻Ri2，要求Cc的容量大，才能傳送低頻信號。則Cc兩端存在直流電壓Uo≈Uim，基本不變，其極性為左正右負，可以把它看成一直流電源。這個直流電源給RL分的電壓為：單元八調(diào)幅信號的解調(diào)(檢波)5）負峰切割失真此電壓極性為上正下負，相當(dāng)于給二極管加了一個額外的反向偏壓。當(dāng)RL>>Ri2時，URL就很大，這就可能使輸入調(diào)幅波包絡(luò)在負半周最小值附近的某些時刻小于URL，則二極管在這段時間就會截止，電容CL只放電不充電，但由于CL容量很大，其兩端電壓放電很慢，因此輸出電壓uo(t)=URL