高频电子线路第6章ppt课件.ppt

第6章 幅度调制、解调与变频6.1 概述6.2 非线性电路的分析方法6.3晶体三极管频谱线性搬移电路6.4 振幅调制6.5  解调6.6 变频6.1 概 述1.1.什么叫频谱〔率〕变换电路？什么叫频谱〔率〕变换电路？ 线性放大电路的特点是其输出信号与输入信号具有某线性放大电路的特点是其输出信号与输入信号具有某种特定的线性关系从时域上讲种特定的线性关系从时域上讲, , 输出信号波形与输入信号波形输出信号波形与输入信号波形一样一样, , 只是在幅度上进展了放大；只是在幅度上进展了放大； 从频域上讲从频域上讲, , 输出信号的频输出信号的频率分量与输入信号的频率分量一样率分量与输入信号的频率分量一样 然而然而, , 在通讯系统和其它在通讯系统和其它一些电子设备中一些电子设备中, , 需求一些能实现频率变换的电路这些电路的需求一些能实现频率变换的电路这些电路的特点是其输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频特点是其输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量率分量, , 即发生了频率分量的变换即发生了频率分量的变换, , 故称为频率变换电路。

故称为频率变换电路  例如，倍频就是将频率较低的信号经过倍频变换成频率较高例如，倍频就是将频率较低的信号经过倍频变换成频率较高的信号又如，调幅波就是将频率很低的音频信号或视频信号调的信号又如，调幅波就是将频率很低的音频信号或视频信号调制到高频的幅度上去再如，检波电路就是将载有音频信号或视制到高频的幅度上去再如，检波电路就是将载有音频信号或视频信号复原成音频信号或视频信号频信号复原成音频信号或视频信号         频率变换电路属于非线性电路, 其频率变换功能应由非线性元器件产生 在高频电子线路里, 常用的非线性元器件有非线性电阻性元器件和非线性电容性元器件 如不思索晶体管的电抗效应, 它的输入特性、转移特性和输出特性均具有非线性的伏安特性, 所以晶体管可视为非线性电阻性器件 变容二极管就是一种常用的非线性电容性器件         虽然性放大电路里也运用了晶体管这一非线性器件, 但是必需采取一些措施来尽量防止或消除它的非线性效应或频率变换效应, 而主要利用它的电流放大作用 例如, 使小信号放大电路任务在晶体管非线性特性中的线性范围内, 在丙类谐振功放中利用选频网络取出输入信号中才有的有用频率分量而滤除其它无用的频率分量, 等等。

 频谱变换电路路频谱搬移电路频谱搬移电路频谱非线性频谱非线性变换电路变换电路调幅及解调电路调幅及解调电路混频电路混频电路倍频电路倍频电路普通调幅及解调电路普通调幅及解调电路单边带调幅解调电路单边带调幅解调电路双边带调幅解调电路双边带调幅解调电路调频电路调频电路调频波的解调调频波的解调电路限幅器电路限幅器直接调直接调频电路频电路间接调间接调频电路频电路变容二极管调频电路变容二极管调频电路晶体管振荡器直接调频电路晶体管振荡器直接调频电路电容话筒调频电路电容话筒调频电路电抗管调频电路电抗管调频电路斜率鉴频器斜率鉴频器                                相位鉴频器相位鉴频器                               比例鉴频器比例鉴频器                               移相乘积鉴频器移相乘积鉴频器                       脉冲均值鉴频器脉冲均值鉴频器                       锁相环鉴频器锁相环鉴频器                           跟相环鉴频器跟相环鉴频器2.分类分类6.2  非线性电路的分析方法                             频谱搬移电路〔a〕频谱的线性搬移;〔b〕频谱的非线性搬移 6.2.1  非线性函数的级数展开分析法             非线性器件的伏安特性,可用下面的非线性函数来表示:             式中,u为加在非线性器件上的电压。

普通情况下,     u＝EQ+u1+u2,其中EQ为静态任务点,u1和u2为两个输入电压用泰勒级数将式〔6.1〕展开,可得(6.1)(6.2)   式中,  an〔n=0,1,2,…〕为各次方项的系数,由下式确定:(6.3) (6.4)(6.5) 式中式中,  Cmn=n！／！／m！〔！〔n-m〕！为二项式系数〕！为二项式系数,故故 可可见见，，当当非非线线性性器器件件同同时时受受两两个个电电压压作作用用时时，，呼呼应应电流中存在两个电压的相乘项电流中存在两个电压的相乘项2a2u1u2          假假设作作用用在在非非线性性器器件件上上的的两两个个电压均均为余余弦弦信信号号,即即u1＝＝U1cosω1t,u2＝＝U2cosω2t,代代入入式式〔〔6.2〕〕,经过计算算，，可可以以得得到到以以下下结论：：1输出出电流流中中的的直直流流分分量量，，除除了了由由静静态任任务点点所所确确定定的的静静态分分量量外外，，还添加了由于非添加了由于非线性性变换而引入的新分量；而引入的新分量；2输出出电流中包含由以下通式表示的无限多个流中包含由以下通式表示的无限多个组合合频率分量：率分量：                                                                                                    (6.6)       当当p=1,q=1时的的频率率                                    分分量量是是有有用用相相乘乘项产生生的，而其他的，而其他组合合频率分量是无用相乘率分量是无用相乘项产生的。

生的一一切切组合合频率率都都是是成成队出出现的的，，如如                        与与                       ，，                              与与                      ；；4和和差差频率率的的出出现使使非非线性性器器件件可可以以实现频谱搬搬移移，，但但其其中中某某些些频率分量能率分量能够落入有用信号落入有用信号频带内而构成干内而构成干扰非线性电路完成频谱的搬移非线性电路完成频谱的搬移 6.2.2  线性时变电路分析法线性时变电路分析法    将式〔将式〔6.1〕在〕在EQ+u2上对上对u1用泰勒级数展开用泰勒级数展开,有有(6.7) 与式〔6.5〕相对应,有(6.8)        假设u1足够小,可以忽略式〔6.7〕中u1的二次方及其以上各次方项,那么该式化简为(6.9)              思索u1和u2都是余弦信号,u1＝U1cosω1t,u2＝U2　cosω2t,时变偏置电压EQ〔t〕=EQ+U2cosω2t,为一周期性函数,故I0〔t〕、g〔t〕也必为周期性函数,可用傅里叶级数展开,得〔6.10) 〔6.11〕(6.12)          g2cosw2t和和u1相乘为有用相乘项相乘为有用相乘项,可完成频谱搬可完成频谱搬移移,其他为无用项其他为无用项.两个展开式的系数可直接由傅里叶系数公式求得(6.13) (6.14) 线性时变电路完成频谱的搬移 6.2.3 单差分对电路1.电路            根本的差分对电路如下图。

图中两个晶体管和两 个电阻精细配对〔这在集成电路上很容易实现〕 (6.15) 差分对原理电路差分对原理电路 2. 传输特性特性            设ＶＶ1,V2管管的的α≈1，，那那么么有有ic1≈ie2,ic2≈ie2,可可得得晶晶体管的集体管的集电极极电流与基极射极流与基极射极电压ube的关系的关系为 (6.16) 由式(6.15)，有(6.17) (6.18) (6.19) 式中，u=ube1-ube2类似可得(6.20) (6.21)  (6.22) •      双端输出的情况下有(6.23)  可得等效的差动输出电流io与输入电压u的关系式(6.24)  •        〔1〕ic1、ic2和io与差模输入电压u是非线性关系——双曲正切函数关系,与恒流源I0成线性关系双端输出时,直流抵消,交流输出加倍•           〔2〕输入电压很小时,传输特性近似为线性关系,即任务性放大区这是由于当|x|<1时,tanh〔x／2〕≈x／2,即当|u|＜VT＝26mV时,io=I0tanh〔u/2VT〕≈I0u/2VT •          〔3〕假设输入电压很大,普通在|u|>100mV时,电路呈现限幅形状,两管接近于开关形状,因此,该电路可作为高速开关、限幅放大器等电路。

 •          〔4〕小信号运用时的跨导即为传输特性线性区的斜率,它表示电路在放大区输出时的放大才干, (6.25) 差分对的传输特性差分对的传输特性•              (5〕当输入差模电压u=U1cosω1t时,由传输特性可得io波形,如图其所含频率分量可由tanh〔u/2VT〕的傅里叶级数展开式求得,即(6.26) (6.27) 差分对作放大时差分对作放大时io的输出波形的输出波形 3. 差分对频谱搬移电路差分对频谱搬移电路            差分对电路的可控通道有两个差分对电路的可控通道有两个:一个为输入差模电一个为输入差模电压压,另一个为电流源另一个为电流源I0;故可把输入信号和控制信号分别故可把输入信号和控制信号分别控制这两个通道控制这两个通道 差分对频谱搬移电路差分对频谱搬移电路 〔6.28〕 (6.29)(6.30)(6.31)  6.2.4  双差分对电路             双差分对频谱搬移电路如下图它由三个根本的差分电路组成,也可看成由两个单差分对电路组成V1、V2、V5组成差分对电路Ⅰ,V3、V4、V6组成差分对电路Ⅱ,两个差分对电路的输出端交叉耦合。

                    io= iI- iII=(i1+ i3)-(i2+ i4)                     =(i1-i2)-(i4-i3)              〔6.32〕               双差分对电路 (6.33) (6.34) (6.35) 〔6.36〕      当u1=U1cosω1t,u2=U2cosω2t时,代入式〔6.36〕有(6.37) (6.38) 接入负反响时的差分对电路接入负反响时的差分对电路 (6.39) 式中,ube5-ube6=VTln〔ie5/ie6〕,因此上式可表示为 (6.40) (6.41) (6.42)            思索到ie5＋ie6=I0,那么由式〔6.42〕可知,为了保证ie5和ie6大于零,uB的最大动态范围为        将式〔6.42〕代入式〔6.36〕,双差分对的差动输出电流可近似为  (6.43) (6.44)(6.45)  6.3   晶体三极管频谱线性搬移电路           可将ic表示为  在时变任务点处在时变任务点处,将上式对将上式对u1展开成泰勒级数展开成泰勒级数,有有〔6.46〕 (6.47) 晶体三极管频谱搬移原理电路晶体三极管频谱搬移原理电路          以下图给出了ic～ube曲线,同时画出了Ic0〔t〕波形,其表示式为(6.48) (6.49)  〔6.50〕         式中,gm0是gm〔t〕的平均分量〔直流分量〕,它不一定是直流任务点Eb处的跨导。

gm1是gm〔t〕中角频率为ω2分量的振幅——时变跨导的基波分量振幅三极管电路中的时变电流和时变跨导 三极管电路中的时变电流和时变跨导 也是u2的函数,同样频率为ω2的周期性函数,可以用傅里叶级数展开, (6.51) (6.52)          将式〔6.48〕、〔6.50〕、〔6.52〕代入式〔6.47〕,可得(6.53) 〔6.54〕      普通情况下,由于U1<

根据频谱构造的根据频谱构造的不同可分为普通调幅不同可分为普通调幅(AM)(AM)波，抑制载波的双边波，抑制载波的双边带调幅带调幅(DSB-SC AM)(DSB-SC AM)波和抑制载波的单边带调波和抑制载波的单边带调幅幅(SSB-SC AM)(SSB-SC AM)波　6.4.1  振幅调制信号分析振幅调制信号分析1. 调幅波的分析调幅波的分析         1) 表示式及波形表示式及波形         设载波电压为设载波电压为调制电压为调制电压为〔6.4.1〕 〔6.4.2〕           通常满足ωc>>Ω根据振幅调制信号的定义,已调信号的振幅随调制信号uΩ线性变化,由此可得振幅调制信号振幅Um〔t〕为         Um(t)=UC+ΔUC〔t〕=UC+kaUΩcosΩt                  =UC(1+mcosΩt)                                     〔6.4.3〕      式中,ΔUC〔t〕与调制电压uΩ成正比,其振幅ΔUC=kaUΩ与载波振幅之比称为调幅度〔调制度〕      (6.4.4) 式中式中,ka为比例系数为比例系数,普通由调制电路确定普通由调制电路确定,故又故又称为调制灵敏度。

称为调制灵敏度    由此可得由此可得调幅信号的表达式幅信号的表达式     uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct     〔〔6.4.5〕〕AM调制过程中的信号波形调制过程中的信号波形                  上上面面的的分分析析是是在在单单一一正正弦弦信信号号作作为为调调制制信信号号的的情情况况下下进进展展的的,而而普普通通传传送送的的信信号号并并非非为为单单一一频频率率的的信信号号,例例如如是是一一延延续频谱信号续频谱信号f〔〔t〕〕,这时这时,可用下式来描画调幅波可用下式来描画调幅波: 〔〔6.4.6〕〕 式中式中,f〔〔t〕是均值为零的归一化调制信号〕是均值为零的归一化调制信号,     |f〔〔t〕〕|max=1假设将调制信号分解为假设将调制信号分解为那么调幅波表示式为那么调幅波表示式为(6.4.7)非正弦实践调制信号的调幅波形非正弦实践调制信号的调幅波形                     2) 调幅波的频谱            由前图〔c〕可知,调幅波不是一个简单的正弦波形在单一频率的正弦信号的调制情况下,调幅波如式〔6.4.5〕所描画。

将式〔6.4.5〕用三角公式展开,可得(6.4.8)        可见可见,单一频率信号调制的调幅波包含三个频率分单一频率信号调制的调幅波包含三个频率分量量,  由三个高频正弦波叠加而成由三个高频正弦波叠加而成. 调制信号的幅度及频调制信号的幅度及频率信息只含在边频分量中率信息只含在边频分量中.           单音调制时已调波的频谱   〔a〕调制信号频谱〔b〕载波信号频谱               〔c〕AM信号频谱               语音信号及已调信号频谱     〔a〕语音频谱〔b〕已调信号频谱         实践上的调制信号往往不是单纯的简谐波实践上的调制信号往往不是单纯的简谐波,而是有许多而是有许多频率成分组成的一个符合信号频率成分组成的一个符合信号.  因此其频谱是上下边带因此其频谱是上下边带.  频带宽度是最高频率的两倍频带宽度是最高频率的两倍.       3〕调幅波的功率             调幅波加在负载两端,那么在负载电阻RL上耗费的载波功率为(6.4.9) (6.4.10)     在负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波耗费的功率为由此可见由此可见,  P是调制信号的函数是调制信号的函数,是随时间变化的。

是随时间变化的    上、下边频的平均功率均为(6.4.11) (6.4.12)AM信号的平均功率信号的平均功率 side         由上式可以看出,AM波的平均功率为载波功率与两个边带功率之和而两个边频功率之和与载波功率的比值为边频功率 载波功率 (6.4.13)           同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率,它们分别对应调制信号的最大值和最小值为(6.4.14)         由式(6.4.13)可知, 当m值减小时,边频功率所占的百分比更小.因此浪费能量. 这是普通调幅的缺陷       普通调幅的优点是, 设备简单, 解调简单，占用频带窄, 多用于无线电广播系统中.    2. 双边带信号            在调制过程中,将载波抑制就构成了抑制载波双边带信号,简称双边带信号它可用载波与调制信号相乘得到,其表示式为在在单一正弦信号一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制制时,〔6.4.16〕 〔6.4.15〕          可见可见, 双边带调制同样能实现频谱搬移双边带调制同样能实现频谱搬移, DSB波的波的幅度随调制信号变化幅度随调制信号变化, 但包络不再反映调制信号的外形但包络不再反映调制信号的外形, 并且已调信号的平均值为零并且已调信号的平均值为零.DSB信号波形信号波形  3. 单边带信号            单边带〔SSB〕信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。

单频调制时,uDSB〔t〕=kuΩuC当取上边带时〔6.4.17〕〔6.4.18〕取下边带时取下边带时       可见, SSB波的包络不能反映调制信号的变化幅度.单边带调幅信号的带宽与调制信号一样,是普通调幅和DSB带宽的一半.  因此, SSB不仅节省能量，而且节省带宽, 提高了频带的利用率, 有助于处理信道的拥堵问题.  在总功率相等的情况下, 接受端信噪比提高, 通讯间隔大大添加.单音调制的单音调制的SSB信号波形信号波形 单边带调制时的频谱搬移单边带调制时的频谱搬移   6.4.2 振幅调制电路              AM、DSB、SSB信号都有个共同项，即调制信号与载波信号的乘积因此实现电路应包含乘机项            1.  AM调制电路            AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成目前,AM信号大都用于无线电广播,信号无须放大就可发送出去.因此多采用高电平调制方式            1)高电平调制            高电平调制主要用于AM调制,这种调制是在高频功率放大器中进展的通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。

其根本任务原理就是利用某一极的直流电压来控制集电极高频电压的振幅 集电极调幅电路集电极调幅电路 调制信号调制信号调幅波输出调幅波输出载波载波集电极调幅的波形集电极调幅的波形                                  基极调幅电路基极调幅电路         在小功率情况下，可采用基极调幅为了让在小功率情况下，可采用基极调幅为了让Eb控制控制Ic1,放大器应任务在欠压形状电路简单，但效放大器应任务在欠压形状电路简单，但效率低，用于小功率、失真度要求较低的发射机中率低，用于小功率、失真度要求较低的发射机中                基极调幅的波形基极调幅的波形    2)  低电平调制             (1)二极管电路用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路,都可以完成AM信号的产生,如以下图为单二极管调制电路当UC>>UΩ时, 流过二极管的电流iD为 (6.4.19)          输出输出H(jw) 对载波调谐对载波调谐, 最后输出频率分量为最后输出频率分量为                                 , 输出信号是输出信号是AM信号。

信号   单二极管调制电路及频谱          (2) 利用模拟乘法器产生普通调幅波(6.4.20) 假设将uC加至uA,uΩ加到uB,那么有 (6.4.21)           式中,m=UΩ/Ee,x=UC／VT假设集电极滤波回路的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,那么经滤波后的输出电压(6.4.22) 利用模拟乘法器产生利用模拟乘法器产生AM信号信号     2. DSB调制电路            1)二极管调制电路            单二极管电路只能产生AM信号,不能产生DSB信号二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号 (6.4.23)           iL中包含F分量和(2n+1)fc±F(n=0,1,2,…)分量,假设输出滤波器的中心频率为fc,带宽为2F,谐振阻抗为RL,那么输出电压为 (6.4.24)      二极管平衡调制电路    二极管平衡调制器波形      平衡调制器的一种实践线路           为进一步减少组合分量,可采用双平衡调制器(环形调制器)输出电流可表示为 (6.4.25) (6.4.26) 经滤波后,有    双平衡调制器电路及波形          调制电压反向加于两桥的另一对角线上。

假设忽略晶体管输入阻抗的影响,那么图中ua(t)为  因晶体管交流电流iC=αie≈ie=ue(t)/Re,所以输出电压为(6.4.27) (6.4.28)      双桥构成的环形调制器     2) 差分差分对调制器制器            在在单差差分分电路路中中,将将载波波电压uC加加到到线性性通通道道,即即uB=uC,调制制信信号号uΩ加加到到非非线性性通通道道,即即uA=uΩ,那那么么双双端端输出出电流流io(t)为(6.4.29)        式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=UΩ/VT经滤波后的输出电压uo(t)为 (6.4.30)    差分对差分对DSB调制器的波形调制器的波形         双差分对电路的差动输出电流为 (6.4.31) (6.4.32) 假设UΩ、UC均很小,上式可近似为        双差分对电路等效为一模拟乘法器双差分对电路等效为一模拟乘法器,不用加滤不用加滤波器就可得到波器就可得到DSB信号信号.双差分调制器实践线路     3. SSB调制电路            SSB信号是将双边带信号滤除一个边带构成的。

根据滤除方法的不同,SSB信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移相法两种            1) 滤波法            以下图是采用滤波法产生SSB的发射机框图       滤波法产生SSB信号的框图    理想边带滤波器的衰减特性           2) 移相法             移相法是利用移相网络,对载波和调制信号进展适当的相移,以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号            移相法的优点是省去了边带滤波器,但要把无用边带完全抑制掉,必需满足以下两个条件:            (1)两个调制器输出的振幅应完全一样            (2)移相网络必需对载频及调制信号均保证准确的π／2相移移相法移相法SSB信号调制器信号调制器 移相法的另一种移相法的另一种SSB调制器调制器6.5  调幅信号的解调调幅信号的解调    解调：从高频已调信号中恢复出调制信号的过程    检波：对调幅波的解调过程6.5.1 调幅解调的方法             振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。

由于AM信号的包络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适用于AM波其原理框图如下图 包络检波的原理框图包络检波的原理框图 同步解调器的框图同步解调器的框图   6.5.2  二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器            1．原理电路及任务原理．原理电路及任务原理            以以下下图图是是二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器的的原原理理电电路路它它是由输入回路、二极管是由输入回路、二极管VD和和RC低通滤波器组成低通滤波器组成  式中,ωc为输入信号的载频,在超外差接纳机中那么为中频ωIΩ为调制频率在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为           二极管峰值包络检波器(a)原理电路 (b)二极管导通  (c)二极管截止 参与等幅波时检波器的任务过程参与等幅波时检波器的任务过程             从从这个个过程可以得出以下几点程可以得出以下几点:            (1)检波波过程程就就是是信信号号源源经过二二极极管管给电容容充充电与与电容容对电阻阻R放放电的交替反复的交替反复过程            (2)由由于于RC时常常数数远大大于于输入入电压载波波周周期期,放放电慢慢,使使得得二二极极管管负极极永永远处于于正正的的较高高的的电位位(由由于于输出出电压接近于高接近于高频正弦波的峰正弦波的峰值,即即Uo≈Um)。

               (3)二二极极管管电流流iD包包含含平平均均分分量量(此此种种情情况况为直直流流分分量量)Iav及高及高频分量 输入为输入为AM信号时检波器的输出波形图信号时检波器的输出波形图包络检波器的输出电路包络检波器的输出电路             2．性能．性能             1) 电压传输系数电压传输系数Kd             检检波波器器电电压压传传输输系系数数Kd或或称称为为检检波波系系数数、、检检波波效效率率,是是用用来来描描画画检检波波器器对对输输入入已已调调信信号号的的解解调调才才干干或或效效率率的的一一个个物物理理量量假假设设输输入入载载波波电电压压振振幅幅为为Um,输输出出直流电压为直流电压为Uo,那么那么Kd定义为定义为(6.5.1) (6.5.2)            2) 输入电阻输入电阻Ri             检波器的输入阻抗包括输入电阻检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容及输入电容Ci,如以下图所示输入电阻是输入载波电压的振幅如以下图所示输入电阻是输入载波电压的振幅Um与与检波器电流的基频分量振幅检波器电流的基频分量振幅I1之比值之比值,即即(6.5.3)          输入电阻是前级的负载,它直接并入输入回路,影响着回路的有效Q值及回路阻抗。

6.5.4)    检波器的输入阻抗            3．检波器的失真．检波器的失真            1)惰性失真惰性失真            在在二二极极管管截截止止期期间间,电电容容C两两端端电电压压下下降降的的速速度度取取决决于于RC的的时时常常数数电电容容C上上的的电电压压不不能能及及时时放放电电而而不不能很快地随调幅波包络变化能很快地随调幅波包络变化.   惰性失真的波形              为为了了防防止止产产生生惰惰性性失失真真,必必需需在在任任何何一一个个高高频频周周期期内内,使使电电容容C经经过过R放放电电的的速速度度大大于于或或等等于于包包络络的的下下降降速度速度,即即(6.5.5)        假设输入信号为单音调制的AM波,在t1时辰其包络的变化速度为(6.5.6)              二二极极管管停停顿导通通的的瞬瞬间,电容容两两端端电压uC近近似似为输入入电压包包络值,即即uC=Um(1+mcosΩt)从从t1时辰辰开开场经过R放放电的速度的速度为将式(6.5.6)和式(6.5.7)代入式(6.5.5),可得(6.5.8)(6.5.7)            实践践上上,不不同同的的t1,U(t)和和Cu的的下下降降速速度度不不同同,为防防止止产生生惰惰性性失失真真,必必需需保保证A值最最大大时,仍仍有有Amax≤1。

故故令令da／／dt1=0,得得代入式(6.5.8),得出不失真条件如下:(6.5.9) (6.5.10)(6.5.11)           2) 底部切削失真底部切削失真            底底部部切切削削失失真真又又称称为为负负峰峰切切削削失失真真,是是由由于于检检波波器器的的直直流流负负载载电电阻阻R与与交交流流负负载载电电阻阻不不相相等等,且且调调幅幅度度又又相相当当大大而而引引起起的的产产生生这这种种失失真真后后,输输出出电电压压的的波波形形如如以以下下图图所所示示这这种种失失真真是是因因检检波波器器的的交交直直流流负负载载不同引起的不同引起的              要防止底部切削失真要防止底部切削失真,应满足应满足(6.5.12) (6.5.13)        底部切削失真   6.5.3   同步同步检波波             主要用于主要用于对DSB和和SSB信号信号进展解展解调(也可用于也可用于AM). 其特点是必需其特点是必需外加一个与外加一个与载波同波同频同相的恢复同相的恢复载波信号波信号.             外加外加载波信号波信号电压参与同步参与同步检波器的方法有波器的方法有:乘乘积型和叠加型型和叠加型.1．乘．乘积型同步型同步检波器波器            设输入信号入信号为DSB信号信号,即即us=UscosΩtcosωct,本地恢复本地恢复载波波ur=Urcos(ωrt+φ),  这两个信号相乘两个信号相乘, (6.5.14)            经低通低通滤波器的波器的输出出, 有有           由由上上式式可可以以看看出出,当当恢恢复复载波波与与发射射载波波同同频同相同相时,即即ωr=ωc,φ=0,那么那么                      uo=UocosΩt            由由于于     与与        同同频同同相相，，乘乘积检波波器器成成为同同步步检波波。

因因此此，，同同步步检波波器器可可以以无无失失真真地地将将调制信号恢复出来制信号恢复出来6.5.15) (6.5.16) 几种乘积型解调器实践线路几种乘积型解调器实践线路            2. 叠加型同步检波器叠加型同步检波器            叠叠加加型型同同步步检检波波是是将将DSB或或SSB信信号号插插入入恢恢复复载载波波,使使之之成成为为或或近近似似为为AM信信号号,再再利利用用包包络络检检波波器器将将调调制制信信号号恢恢复复出出来来对对DSB信信号号而而言言,只只需需参参与与的的恢恢复复载载波波电电压压在在数数值值上上满满足足一一定定的的关关系系,就就可可得得到到一一个个不不失失真真的的AM波波以下图是一叠加型同步检波器原理电路以下图是一叠加型同步检波器原理电路            叠加型同步检波器原理电路叠加型同步检波器原理电路设单频调制的制的单边带信号信号(上上边带)为      us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct-UssinΩtsinωct  恢复恢复载波波为ur=Urcosωrt=Urcosωct那么合成信号那么合成信号为                        us+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct-UssinΩtsinωct                =Um(t)cos［［ωct+φ(t)］］                           (6.5.17) 式中式中 (6.5.18) (6.5.19) (6.5.20)   可见,合成信号的包络Um和相角     都遭到调制信号的控制. 由于包络检波器对相位不敏感,所以可以准确地检出包络的变化.式中经包络检波器后, 输出电压为:(6.5.21) 经隔直后经隔直后,就可以将调制信号恢复出来就可以将调制信号恢复出来.6.6    变变       频频    6.3.1 混混频的概述的概述                1．混．混频器的功能器的功能            混混频器是器是频谱线性搬移性搬移电路路,是一个六端网是一个六端网络。

它有两个它有两个输入入电压,输入信号入信号us和本地振和本地振荡信号信号uL,其任其任务频率分率分别为fc和和fL输出信号出信号为uI,称称为中中频信号信号,其其频率是率是fc和和fL的差的差频或和或和频,称称为中中频fI,fI=fL±fc(同同时也可采用也可采用谐波的差波的差频或和或和频)    混频器的功能表示图       三种频谱线性搬移功能       (a)调制(b)解调(c)混频          2．混．混频器的任器的任务原理原理        设输入到入到        混混频器中的器中的输入已入已调信号信号us和本振和本振电压uL分分别为                     us=UscosΩtcosωct                         uL=ULcosωLt         这两个信号的乘两个信号的乘积为(6.6.1)    (6.6.2) (6.6.2)是经过带通滤波器后的输出中频信号是经过带通滤波器后的输出中频信号     混频器的组成框图             3．混频器的主要性能目的．混频器的主要性能目的            1) 变频增益变频增益            变变频频电电压压增增益益定定义义为为变变频频器器中中频频输输出出电电压压振振幅幅UI与高频输入信号电压振幅与高频输入信号电压振幅Us之比之比,即即  (6.6.3)         同样可定义变频功率增益为输出中频信号功率PI与输入高频信号功率Ps之比,即通常用分贝数表示变频增益通常用分贝数表示变频增益,有有(6.6.4)(6.6.5)(6.6.6)         2) 噪声系数噪声系数        混频器的噪声系数混频器的噪声系数NF定义为定义为 输入信噪比(信号频率)   输出信噪比(中频频率) (6.6.7)   3) 失真与干扰失真与干扰            变频器的失真有频率失真和非线性失真。

变频器的失真有频率失真和非线性失真除此之外除此之外,还会产生各种非线性干扰还会产生各种非线性干扰,如组合频如组合频率、交叉调制和相互调制、阻塞和倒易混频等率、交叉调制和相互调制、阻塞和倒易混频等干扰所以干扰所以,对混频器不仅要求频率特性好对混频器不仅要求频率特性好,而而且还要求变频器任务在非线性不太严重的区域且还要求变频器任务在非线性不太严重的区域,使之既能完成频率变换使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰又能抑制各种干扰    4)变频紧缩(抑制抑制)          在在混混频器器中中,输出出与与输入入信信号号幅幅度度应成成线性性关关系系实践践上上,由由于于非非线性性器器件件的的限限制制,当当输入入信信号号添添加加到到一一定定程程度度时,中中频输出出信信号号的的幅幅度度与与输入入不不再再成成线性性关关系系,如如以以下下图所示      混频器输入、输出电平的关系曲线             5) 选择性选择性            混混频频器器的的中中频频输输出出应应该该只只需需所所要要接接纳纳的的有有用用信信号号(反反映映为为中中频频,即即fI=fL-fc),而而不不应应该该有有其其它它不不需需求求的的干干扰扰信信号号。

但但在在混混频频器器的的输输出出中中,由由于于各各种种缘缘由由,总总会会混混杂很多与中频频率接近的干扰信号杂很多与中频频率接近的干扰信号            为为了了抑抑制制不不需需求求的的干干扰扰, 就就要要求求中中频频输输出出回回路路有有良良好好的的选选择择性性, 即即回回路路有有较较理理想想的的谐谐振振曲曲线线〔〔矩矩形形系系数数接接近于近于1).   6.6.2  混频电路混频电路                      1．晶体三极管混频器．晶体三极管混频器 晶体三极管混频器原理电路晶体三极管混频器原理电路 (6.6.8) 经集电极谐振回路滤波后经集电极谐振回路滤波后,得到中频电流得到中频电流iI  (6.6.9) 集电极电流为集电极电流为                收音机用典型变频器线路(a)中波AM收音机的变频电路  (b)FM收音机变频电路            2．二极管混频电路．二极管混频电路            在在高高质质量量通通讯讯设设备备中中以以及及任任务务频频率率较较高高时时,常常运运用用二二极极管管平平衡衡混混频频器器或或环环形形混混频频器器。

其其优优点点是是噪噪声声低低、、电电路路简简单单、、组组合合分分量量少少以以下下图图是是二二极极管管平平衡衡混混频频器器的的原原理理电电路路输输入入信信号号us为为已已调调信信号号；；本本振振电电压压为为uL,有有UL>>Us,大信号任务大信号任务, 输出电流输出电流io为为 (6.6.10) 输输出出端端接接中中频频滤滤波波器器,那那么么输输出出中中频频电电压压uI为为(6.6.11) 二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路            收音机用典型变频器线路(a)中波AM收音机的变频电路  (b)FM收音机变频电路   以下图为二极管环形混频器以下图为二极管环形混频器,其输出电流其输出电流io为为经中频滤波后经中频滤波后,得输出中频电压得输出中频电压(6.6.12) (6.6.12)    环型混频器的原理电路        正交混频器            3．其它混．其它混频电路路             图中中输入入变压器器是是用用磁磁环绕制制的的平平衡衡—不不平平衡衡宽带变压器器,加加负载电阻阻200Ω以以后后,其其带宽可可达达0．．5～～30MHz。

XCC型型乘乘法法器器负载电阻阻单边为300Ω,带宽为0～～30MHz,因此因此,该电路路为宽带混混频器  差分对混频器线路 用模拟乘法器构成混频器用模拟乘法器构成混频器   场效应管平衡混频器电路 场效应管环形混频器场效应管环形混频器 6.6.3  混频器的干扰混频器的干扰   6.6.1  信号与本振的本身信号与本振的本身组合干合干扰             对混混频器而言器而言,作用于非作用于非线性器件的两个信号性器件的两个信号为输入信号入信号us(fc)和本振和本振电压uL(fL),那么非那么非线性器件性器件产生的生的组合合频率分量率分量为                      fΣ=±pfL±qfc                                                        (6.6.13)式中式中,p、、q为正整数或零当有用中正整数或零当有用中频为差差频时,即即fI=fL-fc或或fI=fc-fL,只存在只存在pfL-qfc=fI或或qfc-pfL=fI两两种情况能种情况能够会构成干会构成干扰,即即                         pfL-qfc≈±fi                                    (6.6.14)    6.6.2  外来干外来干扰与本振的与本振的组合干合干扰              这种种干干扰是是指指外外来来干干扰电压与与本本振振电压由由于于混混频器器 的的 非非 线 性性 而而 构构 成成 的的 假假 中中 频 。

设 干干 扰 电 压 为uJ(t)=UJcosωJt,频率率为fJ接接纳机机在在接接纳有有用用信信号号时,某某些些无无关关电台台也也能能够被被同同时收收到到,表表现为串串台台,还能能够夹杂着哨叫声着哨叫声    6.6.3  包包络失真失真             与混与混频器非器非线性有关的另外两个景象是包性有关的另外两个景象是包络失真失真和阻塞干和阻塞干扰包包络失真是指由于混失真是指由于混频器的器的“非非线性性〞〞,输出包出包络与与输入包入包络不成正比当不成正比当输入信号入信号为一振一振幅幅调制信号制信号时(如如AM信号信号),混混频器器输出包出包络中出中出现新的新的频率分量    6.4.6 倒易混频倒易混频            在在混混频频器器中中还还存存在在一一种种称称之之为为倒倒易易混混频频的的干干扰扰其其表表现现为为当当有有强强干干扰扰信信号号进进入入混混频频器器时时,混混频频器器输输出出端端的噪声加大的噪声加大,信噪比降低信噪比降低 本章小节       本章引见频谱变换电路，它包括线性变换和非线性变换本章引见频谱变换电路，它包括线性变换和非线性变换两大类。

两大类 1 模拟乘法器的用途非常广泛，特别在频谱变换电路中模拟乘法器的用途非常广泛，特别在频谱变换电路中应应用 例如，振幅调制、混频、倍频、同步检测、鉴频、鉴相例如，振幅调制、混频、倍频、同步检测、鉴频、鉴相等均可以用模拟乘法器来实现等均可以用模拟乘法器来实现2 用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其幅度的变化用调制信号去控制高频振荡的幅度，使其幅度的变化量量随调制信号成正比地变化，这一过程称为幅度调制随调制信号成正比地变化，这一过程称为幅度调制     经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制波〔简称调幅波〕  根据频谱的构造不同，可分为普通调幅〔AM〕波,抑制载波的双边带调幅〔DSB/SCAM〕波和抑制载波的单边带调幅〔SSB/SC AM〕波     普通调幅波产生电路可采用低电平调制电路〔模拟乘法器〕，也可采用高电平调制电路     抑制载波调幅波的产生电路普通可采用晶体二极管平衡、抑制载波调幅波的产生电路普通可采用晶体二极管平衡、环形调制电路，晶体二极管桥式调制电路和利用模拟乘法器环形调制电路，晶体二极管桥式调制电路和利用模拟乘法器产生产生DSB／／SC调幅波。

调幅波 3 解调是调制的逆过程解调是调制的逆过程 幅度调制波的解调简称检波，幅度调制波的解调简称检波，其其作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号来作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号来 从频谱上从频谱上看，就是将幅度调制波的边带信号不失真地搬到零频附近看，就是将幅度调制波的边带信号不失真地搬到零频附近 对于大信号检波可采用二极管串联型检波器，对于小信号对于大信号检波可采用二极管串联型检波器，对于小信号检波宜采用同步解调检波宜采用同步解调 而对于抑制载波调幅波只能采用同步而对于抑制载波调幅波只能采用同步检波器才干解调检波器才干解调 4 混频电路是超外差接纳机的重要组成部分混频电路是超外差接纳机的重要组成部分 它的根它的根本本功能是在坚持调制类型和调制参数不变的情况下，将高频功能是在坚持调制类型和调制参数不变的情况下，将高频振荡的频率振荡的频率fS变换为固定频率的中频变换为固定频率的中频fI，以利于提高接纳机，以利于提高接纳机的灵敏度和选择性的灵敏度和选择性 因此，混频电路也是典型的频谱搬移因此，混频电路也是典型的频谱搬移电路 混频电路可采用二极管平衡和环形混频电路、三极混频电路可采用二极管平衡和环形混频电路、三极管混频电路，亦可采用模拟乘法器混频电路，后者比前两管混频电路，亦可采用模拟乘法器混频电路，后者比前两种混频电路输出的信号频谱更纯。

种混频电路输出的信号频谱更纯。