射頻電子線路陳瑜二極管包絡檢波

射頻電子線路陳瑜二極管包絡檢波第1頁/共64頁上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第2頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

普通調(diào)幅AM普通調(diào)幅波是由調(diào)制信號疊加直流分量，再與載波的乘積組成的。從原理上看，只要能實現(xiàn)這樣的關系即可。其原理圖如圖。

普通調(diào)幅用于無線電廣播。這是為了簡化接收機電路，因為普通調(diào)幅的解調(diào)電路既簡單成本又低，因而可以降低接收機的成本。給廣大聽眾帶來便利。BPF第3頁/共64頁ωωUAMωCUCΩUΩ下邊頻上邊頻ωC-ΩωCωC+ΩωtuAMtuAM普通調(diào)幅AM幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

Ma<1Ma=1Ma>1第4頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

2.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB調(diào)幅）

DSB調(diào)幅是在調(diào)幅電路中抑制掉載頻只輸出上下邊頻（邊帶）。其數(shù)學表達式為

與普通調(diào)幅相比，其帶寬也為2。由于DSB調(diào)幅不含載頻，將有效的功率全部用到邊頻（邊帶）功率的傳輸上，因而大大減小功率浪費。在調(diào)制信號的負半周，已調(diào)波高頻與載波反相。在調(diào)制信號的正半周，已調(diào)波高頻與載波同相。即已調(diào)波在調(diào)制信號過零處有180。突變。其波形如下頁圖。第5頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

2.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB調(diào)幅）第6頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

3.抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB調(diào)幅）單邊帶調(diào)幅的特點是已調(diào)波中只含一個邊頻（邊帶）不含載頻及另一個邊頻（邊帶）。其數(shù)學表達式只要將DSB調(diào)幅表達式中的一個邊頻去掉即可。為

其特點是與前兩種調(diào)幅波相比，帶寬減半提高了信道利用率。同時由于不發(fā)送載波僅發(fā)送一個邊帶，因而更節(jié)省功率。此外，其波形也大不同于前兩種調(diào)幅。由數(shù)學模型可見，SSB調(diào)幅波的波形為等幅波，信息包含在相位中。第7頁/共64頁用模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)幅。SSB?1、濾波法缺點：需要高矩形系數(shù)濾波器，有時用晶體濾波器。幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

一般需采用逐級濾波法！第8頁/共64頁上、下邊帶之間的頻率間距等于調(diào)制信號最低頻率Fmin的2倍，故濾波時相對帶寬2Fmin/fc要很小，這樣的濾波器制作很困難。為什么要逐級濾波？幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

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在實際應用中是適當降低第一次調(diào)制的載波頻率，這就增大了邊帶濾波器的相對帶寬．使濾波器便于制作。然后再經(jīng)過多次平衡調(diào)幅（DSB）和濾波逐步把載頻提高到要求的數(shù)值．如下圖所示。幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

1、逐級濾波法產(chǎn)生SSB信號第10頁/共64頁2、移相法缺點：Fmax/Fmin很大，則在很寬的頻率范圍內(nèi)移相90也極困難。幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

用模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)幅。SSB?第11頁/共64頁用模擬乘法器實現(xiàn)調(diào)幅。SSB?3、修正移相法f(t)V1COSw1tCOS(w1-)tSin(w1-)t優(yōu)點：避免了對f(t)的90移相，僅對單頻率1，2移相(1，2是固定頻點)。

幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第12頁/共64頁電壓表達式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬

三種振幅調(diào)制信號幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第13頁/共64頁4.殘留邊帶調(diào)幅（VSB調(diào)幅）VestigialSideband

VSB調(diào)幅的特點是調(diào)幅波中包含一個完整的邊帶、載波及另一個邊帶的一部分。該調(diào)幅不是對一個邊帶完全抑制，而是使它逐漸截止，截止特性使傳輸邊帶在載頻附近被抑制的部分被不需要邊帶的殘留部分精確地補償。

VSB調(diào)幅可以用普通調(diào)幅的解調(diào)電路進行解調(diào)。這樣，即節(jié)省了頻帶又降低了接收機的成本，為數(shù)眾多的接收機持有者提供了便利。殘留邊帶的獲得原理如下頁圖所示。幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第14頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

4.殘留邊帶調(diào)幅（VSB調(diào)幅）VestigialSideband

普通調(diào)幅帶通濾波器為減少帶寬又使解調(diào)方式簡單，電視圖像信號采用殘留邊帶調(diào)幅方式，

我國采用的殘留邊帶調(diào)幅的幅頻特性如圖1所示。即0～0.75MHz的圖像信號采用雙邊帶傳送，（0.75～6）MHz的圖像信號采用單邊帶傳送。接收機中頻特性采用了具有圖2所示的幅頻特性曲線。第15頁/共64頁幾種調(diào)幅波的特點與實現(xiàn)方法上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

4.殘留邊帶調(diào)幅的頻譜第16頁/共64頁實現(xiàn)調(diào)幅波的電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

調(diào)幅電路的種類很多，有分立、集成調(diào)幅電路；有低電平、高電平調(diào)幅電路；有普通調(diào)幅、有其它調(diào)幅電路；雖然電路形式各異，但原理是相同的，都是采用非線性器件產(chǎn)生新的頻率成分，再加相應的濾波器得到相應的頻率成分。另外，高電平調(diào)幅電路在調(diào)幅的同時具有功率增益。具體調(diào)幅電路（二）、高電平調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路（一）、低電平調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路平方律調(diào)幅斬波調(diào)幅第17頁/共64頁

這里將調(diào)制信號vΩ與載波信號v0相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為ω0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。非線性調(diào)幅方框圖平方律調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第18頁/共64頁ω0平方律調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

可實現(xiàn)AM波！場效應管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。第19頁/共64頁

如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式

總的輸出電流

總的輸出電壓平方律平衡調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第20頁/共64頁ω0平衡調(diào)幅電路

如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式

總的輸出電流

總的輸出電壓平方律平衡調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

可實現(xiàn)DSB波！第21頁/共64頁場效應管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。平衡調(diào)幅電路平方律平衡調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第22頁/共64頁二極管平方律調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，非線性器件工作在滿足平方律的區(qū)段。第23頁/共64頁斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

大載波，小調(diào)制！第24頁/共64頁斬波調(diào)幅器方框圖斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

大載波，小調(diào)制！第25頁/共64頁斬波調(diào)幅器工作圖解斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

大載波，小調(diào)制！第26頁/共64頁平衡斬波調(diào)幅及其圖解斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第27頁/共64頁斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

大載波，小調(diào)制！第28頁/共64頁斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

可實現(xiàn)DSB波！大載波，小調(diào)制！比二極管平方律調(diào)幅的輸出減少許多組合頻率分量！第29頁/共64頁平衡斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

可實現(xiàn)DSB波！大載波，小調(diào)制！當載波電壓uc足夠大時，即Ucm>>UΩm，這時可以認為二極管工作在受uc控制的開關狀態(tài)。在uc≥0時導通、在uc＜0時截止圖中rd為二極管導通時的電阻，而開關S的作用可用單向開關函數(shù)S(t)來表示輸出電壓uo(t)也可以寫成，uo(t)≈2

S1(t)第30頁/共64頁平衡斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

單向開關！大載波，小調(diào)制！第31頁/共64頁雙向斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

可實現(xiàn)DSB波！第32頁/共64頁為提高調(diào)幅信號的幅度，還可采用雙向斬波。雙向開關函數(shù)

雙向斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

第33頁/共64頁雙向開關函數(shù)

雙向斬波調(diào)幅電路上節(jié)內(nèi)容回顧與擴展

+-+-大載波，小調(diào)制?。?）uc(t)正半周時，V1和V2導通，V3和V4截止，V（t)=2f(t)；uc(t)負半周時，V1和V2截止，V3和V4導通，V0（t)=-2f(t)。即輸出電壓為

2f(t）uc(t)≥0uo(t)≈-2f(t）uc(t)＜0uo(t)≈2

S*(t)二極管環(huán)形斬波調(diào)幅電路

第34頁/共64頁4.3.4振幅調(diào)制波的解調(diào)模型及電路1．振幅波的解調(diào)模型解調(diào)是調(diào)制的逆過程。從頻譜搬移的角度看，解調(diào)是頻譜從高頻端搬到基帶的過程，普通振幅波的解調(diào)常常稱為檢波。第35頁/共64頁非線性電路低通濾波器從已調(diào)波中檢出包絡信息，只適用于AM信號，何種電路同時也可以解調(diào)DSB信號？

輸入AM信號檢出包絡信息4.3.4振幅調(diào)制波的解調(diào)模型及電路第36頁/共64頁

三極管檢波器普通振幅波中包含載波分量，可以直接利用非線性器件的作用進行解調(diào)，不需額外加入提供載波的電路。第37頁/共64頁

同步檢波器用于對載波被抑制的雙邊帶或單邊帶信號進行解調(diào)。它的特點是必須外加一個頻率和相位都與被抑制的載波相同的信號。同步檢波的名稱即由此而來。(a）同步檢波器方框圖

同步檢波電路第38頁/共64頁

載波信號相位對檢波結(jié)果的影響1.

乘積檢波器乘積檢波電路低通濾波器

v1VΩiv0乘積檢波器

同步檢波電路第39頁/共64頁

輸入雙邊帶信號時乘積檢波器的有關波形和頻譜

同步檢波電路第40頁/共64頁

本地載波與輸入信號載波相位相同而頻率不同對檢波結(jié)果的影響

本地載波與輸入信號載波頻率相同而相位不同對檢波結(jié)果的影響

同步檢波電路第41頁/共64頁4.3.4振幅調(diào)制波的解調(diào)模型及電路

二極管包絡檢波器的工作原理

它由二極管與RLC并聯(lián)構(gòu)成的低通濾波器構(gòu)成。D:檢波二極管，結(jié)電容小，反向電流小?？蛇x擇點接觸二極管，肖特基二極管。RL:負載電阻，數(shù)值較大，低頻電流流過時產(chǎn)生低頻電壓。C:負載電容，高頻短路和濾波。條件：第42頁/共64頁VDCC++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡檢波器二極管包絡檢波器的工作原理

ViVcVΩ

第43頁/共64頁

電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入電阻和失真。1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)定義：二極管包絡檢波器的指標第44頁/共64頁二極管包絡檢波器的指標二極管工作在大信號，其特性用通過原點的折線代表(忽略導通電壓)，折線的斜率為gd。這樣假設后，可用折線近似分析法來分析二極管包絡檢波器。

二極管包絡檢波器的近似分析第45頁/共64頁二極管包絡檢波器的指標二極管包絡檢波器的近似分析條件：折線近似分析法

折線的斜率為

值很??！第46頁/共64頁波形分解系數(shù)級數(shù)分解二極管包絡檢波器的近似分析二極管包絡檢波器的近似分析第47頁/共64頁二極管包絡檢波器的近似分析二極管包絡檢波器的近似分析第48頁/共64頁二極管包絡檢波器的近似分析二極管包絡檢波器的近似分析等幅波輸入時大信號包絡檢波器的效率

輸入為等幅波時：定值與成線性關系稱為線性檢波第49頁/共64頁1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)vDiD-vCVimθ

用分析高頻功放的折線近似分析法可以證明其中，θ是二極管電流通角，ＲL為檢波器負載電阻，Ｒd為二極管導通電阻。二極管包絡檢波器的指標第50頁/共64頁2)等效輸入電阻

考慮到包絡檢波電路一般作為諧振回路的負載，它將影響回路選頻特性（Q），下面分析其等效輸入電阻

其中，Vim是輸入高頻電壓振幅，

Iim是輸入高頻電流振幅。二極管包絡檢波器的指標流過二極管的電流是窄脈沖序列，它的級數(shù)展開式近似表示為：

檢波器的輸入電阻

利用功率等效可證明！第51頁/共64頁2)等效輸入電阻二極管包絡檢波器的指標認為在幾個高頻周期內(nèi)為恒定值直流分量解出來的是調(diào)制信號分量振幅值

如果輸入是調(diào)幅波，第52頁/共64頁3)失真

產(chǎn)生的失真主要有：①惰性失真；②負峰切割失真；③非線性失真；④頻率失真。

如果檢波電路的時間常數(shù)RC太大，當調(diào)幅波包絡朝較低值變化時，電容上的電荷來不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作惰性失真。

①惰性失真(對角線切割失真)二極管包絡檢波器的指標第53頁/共64頁

①惰性失真(對角線切割失真)調(diào)幅波包絡

如圖所示，在某一點，如果電容兩端電壓的放電速度小于包絡的下降速度，就可能發(fā)生惰性失真。包絡變化率電容放電二極管包絡檢波器的指標第54頁/共64頁

①惰性失真(對角線切割失真)放電速率假定此時調(diào)幅波包絡包絡變化率電容放電為避免失真二極管包絡檢波器的指標第55頁/共64頁

①惰性失真(對角線切割失真)

實際上，調(diào)幅波往往是由多個頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿足二極管包絡檢波器的指標如則不產(chǎn)生隋性失真的條件為：第56頁/共64頁考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負峰切割失真(底邊切割失真)

隔直電容Cc數(shù)值很大，可認為它對調(diào)制頻率Ω交流短路，電路達到穩(wěn)態(tài)時，其兩端電壓VC≈Vim。

失真最可能在包絡的負半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過R和RL緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負載電阻R上的電壓為二極管包絡檢波器的指標調(diào)幅波的最小幅度為UC(1-mａ)，要避免底部切削失真，應滿足第57頁/共64頁②負峰切割失真(底邊切割失真)Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R二極管包絡檢波器的指標考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路第58頁/共64頁②負峰切割失真(底邊切割失真)

要避免二極管截止發(fā)生，包絡幅度瞬時值必須滿足

交、直流負載電阻越懸殊，ma越大，越容易發(fā)生該失真。二極管包絡檢波器的指標考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路第59頁/共64頁在實際應用中，為了提高RL