高频电子电路5.2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,VD,1,VD,3,2,C,2,L,R,L,T,2,VD,4,VD,2,T,3,T,1,在平衡电路的基础上，再增加两个二极管,D,3,D,4,使电路中四个二极管首尾相接。,T,1,的初、次级匝数比为,1:2,，,T,2,的,2:1,，,T,3,的,1:1,。,1.,电路结构,构成环形，,设：,（3）二极管环形电路实现,DSB,信号,返回,则有,休息1,休息2,仿真,VD,1,VD,3,2,C,2,L,R,L,T,2,VD,4,VD,2,T,3,T,1,+,u,L,-,u,+,-,u,+,-,u,+,-,+,-,u,c,+,-,u,c,2.,工作原理分析,当,时，平衡电路,I,在负载回路中产生的电压为：,时，平衡电路,II,在负载回路中产生的电压为：,当,而其中：,（3）二极管环形电路实现,DSB,信号,返回,休息1,休息2,仿真,那么在一个周期内平衡电路,I，II,在负载,R,L,上产生的电压为：,式中,称为双向开关函数,的付里叶级数展开式为：,而,有,的频率成份：只有组合频率,性能更接近理想乘法器。,3,0,-3+,0,-+,经滤波后的输出电压：,返回,休息1,休息2,仿真,T,2,的次级输出电压为：,t,S(t),u,c,(t),t,1,-,1,2.,集成模拟乘法器调幅电路,返回,休息1,休息2,仿真,用集成模拟相乘器来实现各种调幅电路，电路简单，性能优越且稳定，调整方便，利于设备的小型化。,R,1,51,R,6,R,W,50,k,2,1k,3.9,k,1k,C,2,C,2,u,o,-,E,E,=,-,8V,6,9,4,1,7,8,R,y,3,MC1596,5,10,E,C,=12V,R,4,R,4,R,5,u,x,u,y,R,2,R,3,R,7,R,8,R,9,C,2,C,2,1k,51,51,6.8,k,750,750,3.9,k,1）,MC1596,构成的调幅电路,R,c,R,c,E,c,VT,1,VT,2,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,7,VT,8,VD,R,y,R,y,-E,E,X,通道两输入端8脚和7脚直流电位相同，,Y,通道两,输入端,1,脚和,4,脚之间接有调零电路,可通过调节电位器,R,W,，,使1脚电位比4脚高,U,o,，,相当于在1、4脚之间加了一个直流电压,U,o,，,以产生普通调,幅波,。,实际应用中，高频载波电压,u,c,加到,X,输入端口，调制信号电压,u,及直流电压,U,o,加到,Y,输入端口，从6脚单端输出,AM,信号。,2.,集成模拟乘法器调幅电路,仿真,返回,休息1,休息2,2),BG314,构成的调幅电路,R,L,u,x,u,y,13,k,I,ox,10,k,2,8.2,k,R,1,1,14,12,9,4,R,w,8,13,3,R,13,R,3,7,-,E,E,=-15V,+15,V,5,6,10,11,I,oy,E,C,=15V,-,15,V,10,k,R,wx,R,wy,2k,2k,R,x,R,y,BG314,（MC1595）,8.2,k,10,k,10,k,10,k,6.8,k,3.3,k,C,L,N,1,N,2,u,o,8脚附加补偿调零电压,U,XIS,，12,脚除附加补偿零电压,U,YIS,。,u,x,=,u,c,=,U,cm,cos,c,t,u,y,=,u,-,(,-,U,o,)=,U,o,+,U,m,cos,t,若,2,、,14,脚两端外接,LC,谐振回路的等效谐振电阻为,R,L,，,则,2(,或,14),脚与地之间的负载为,R,L,由式,(4-50),可推出变压器次级回路输出的调幅波电压为：,如果,u,y,=,u,=,U,m,cos,t,这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：,5.3,振幅调制电路,AM,信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。,5.3.2,高电平调幅电路,基极调幅(,Base AM),集电极调幅电路(,Collector AM),发射极调幅(,Emitter AM),R,b,C,b,VT,C,C,c,T,1,T,2,T,3,L,i,bo,电路中,C,b,为高频旁路电容；,C,c,对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻抗；,R,b,为基极自给偏压电阻。放大器工作在丙类状态,，,集电极电路中除直流电压,E,C,外，还串有调制信号,集电极有效动态电源为,：,+,u,c,-,+,u,-,+,u,o,-,+,E,C,U,C,(t),1.,集电极调幅电路,临界,过压,欠压,E,C,u,(,t,),U,C,(t),i,C1m,(,t,),i,c,i,c,u,CE,E,c,u,(,t,),i,c,t,i,C1,t,U,c,(,t,),t,u,BEmax,VT,T,1,T,2,L,C,L,B,C,1,C,e1,C,e2,C,C,C,2,C,3,C,4,C,R,e,R,1,R,2,在基极调幅电路中：,L,C,高频扼流圈，,L,B,低频扼流圈，,C,e1,、,C,e2,、,C,2,、,C,3,、,C,4,、,C,C,高频旁路电容，,R,e,射极偏置电阻。低频,调制信号,u,(,t,),通过耦合电容,C,1,加在,电感线圈,L,B,上,。电源,E,C,经,R,1,、,R,2,分压为基极提供直流偏置电压,U,BO,，,即,基极有效动态偏压为：,基极调幅电路的调幅效率较低，输出波形较差，但所要求基极输入调制信号的功率较小。,E,C,U,BO,+,-,+,u,c,-,+,u,-,+,u,o,-,U,B,(t),2.,基极,调幅电路,i,c,u,CE,u,BEmax,临界,过压,欠压,U,Bo,u,(,t,),U,B,(,t,),i,c1m,(,t,),u,CE,t,i,c1,t,i,c,t,u,(,t,),i,c,解调是调制的逆过程,，,是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，,解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。,振幅调制过程：,解调过程,AM,调制,DSB,调制,SSB,调制,包络检波：,同步检波：,峰值包络检波,平均包络检波,乘积型同步检波,叠加型同步检波,5.4,调,幅,信号的解调,5.4.1,调幅解调的方法,1 包络检波,休息1,休息1,t,调幅波,调幅波频谱,c,+,c,-,c,输出信号频谱,包络检波输出,t,非线形电路,低通滤波器,t,调幅波,t,调幅波,t,调幅波,包络检波输出,t,包络检波输出,t,包络检波输出,t,由于,DSB,和,SSB,信号的包络不同于调制信号，不能用包络检,波器，,只能用同步检波器，但,需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。,乘法器,低通滤波器,u,DSB,u,o,u,2 同步检波,包络检波器,加法器,u,DSB,u,o,u,仿真,u,AM,解调载波,休息1,休息1,(,1),电压传输系数,K,d,3.,检波电路的,主要技术指标,是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。,当检波电路的输入,信号,为高频等幅波，即,u,i,(,t,)=,U,im,cos,c,t,时，,K,d,定义为输出直流电压,U,o,与输入高频电压振幅,U,im,的比值，即,当输入高频调幅波,u,i,(,t,)=,U,im,(1+,m,a,cos,t,),cos,c,t,时，,K,d,定义为输出低频信号,分量的振幅,U,m,与输入高频调幅波包络变化的振幅,m,a,U,im,的比值，即,(,2),等效输入电阻,R,id,因为检波器是非线性电路，,R,id,的定义与线性放大器是不相同的。,R,id,定义为输入高频等幅电压的振幅,U,im,，,与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即,(,3),非线性失真系数,K,f,非线性失真的大小，一般用非线性失真系数,K,f,表示。当输入,信号,为单频调制的调幅波时，,K,f,定义为,式中，,U,、,U,2,、,U,3,分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。,(,4),高频滤波系数,F,休息1,休息1,检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。,高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅,U,im,与输出高频电压的振幅,U,o,m,的比值，即,在输入高频电压一定的情况下，滤波系数,F,越大，则检波器输出端的高频电压越小，滤波效果越好。通常要求,F,(50,100),。,5.4.2,二极管大信号包络检波器,休息1,休息1,1.,大信号,包络,检波的工作原理,(,1),电路组成,Z,L,+,-,u,i,VD,R,C,+,-,u,i,R,u,i,+,-,C,r,d,它是由输入回路、二极管,VD,和,RC,低通滤波器组成。,RC,低通滤波电路有两个作用：,对低频调制信号,u,来说，电容,C,的容抗 ，电容,C,相当于开路，电阻,R,就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压,对高频载波信号,u,c,来说，电容,C,的容抗 ，电容,C,相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。,理想情况下，,RC,低通滤波网络所呈现的阻抗为:,1.,大信号,包络,检波的工作原理,休息1,休息1,(,2),工作原理分析,+,u,D,-,+,-,u,o,i,d,u,D,=,u,i,-,u,o,R,i,充,+,-,u,o,i,放,+,-,u,i,+,-,u,i,VD,R,C,u,i,+,-,C,r,d,当输入信号,u,i,(,t,),为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容,C,充电，充电时间常数为,r,d,C,。,因为,r,d,C,较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压,u,o,(,t,),很快增长,。,作用在二极管,VD,两端上的电压为,u,i,(,t,),与,u,o,(,t,),之差，即,u,D,=,u,i,-,u,o,。,所以二极管的导通与否取决于,u,D,当,u,D,=,u,i,-,u,o,0,，,二极管导通；,当,u,D,=,u,i,-,u,o,50),代入上式可得：,（2）检波的等效输入电阻,峰值检波器常作为超外差接收机,中放末级的负载,，,故其输入阻抗对前级的有载,Q,值及回路阻抗有直接影响,，,这也是峰值检波器的主要缺点。,讨论：,当,VD,和,R,确定后，,即,为恒定值，与输入信号大小无关，亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入已调波的包络与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波,则输出信号为：,当,但,理想值,一般当,，,一般计算方法为：,当输入信号为：,检波器的输入电阻,R,id,是,为研究检波器对其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，,R,id,是,对载波频率信号呈现的参量,。若设输入信号为等幅载波信号,休息3,休息1,休息2,+,-,u,o,中放末级,R,s,VD,R,C,s,C,L,s,i,s,R,id,+,-,u,i,K,d,U,im,u,i,(t),t,忽略二极管导通电阻,r,d,上的损耗功率，由能量守恒的原则，检波器输入端口的高频功率,全部转换为输出端负载电阻,R,上消耗的功率,即有,又因,K,d,=,cos,1,所以,(1),惰性失真,会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，,这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。,在二极管峰值型检波器中，存在着两种特有失真：,惰性失真,底部切割失真,3,.,检波器的失真,一般为了提高检波效率和滤波效果，（,C,越大，高频波纹越小），总希望选取较大的,R,，,C,值，但,如果,R,，,C,取值过大，使,R,，,C,的放电时间常数,所对应的放电速度小于输入信号(,AM),包络下降速度时，,(2)产生惰性失真的原因：,输入,AM,信号包络的变化率,RC,放电的速率,(3)避免产生惰性失真的条件：,在任何时刻，电容,C,上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即,仿真,休息3,休息1,休息2,t,u,i,(,t,),与,u,c,(,t,),u,c,(,t,),u,i,(,t,),另外，,在二极管截止瞬间，电容两端所保持的电压近似等于输入信号的峰值。,即,若设输入信号,AM,信号：,包络信号为：,在,t,1,时刻包络,的,变化率:,那么电容,C,通过,R,放电的电压关系为：,时刻不产生惰性失真的条件为：,所以要求在,(4)分析：,则有：,实际上不同的,，,和,下降速度不同。,为,在任何时刻都避免产生惰性失真，,必须保证,A,值取最大时仍有,故令:,休息3,休息1,休息2,即：,可解得：,有,实际应用中，,由于调制信号总占有一定的频带(,min,max,)，,并且各频率分量所对应的调制系数,m,a,也不相同，设计检波器时，应该用最大调制度,m,max,和最高调制频率,max,来检验有无惰性失真，其检验公式为,可见，,m,a,，,越大，信号包络变化越快，要求,RC,的值就应该越小。,仿真,U,im,(1-m,a,),(2)底部切割失真,1),原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：,U,i,m,U,R,二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。,当,U,R,U,im,(1-m,a,),U,R,休息3,休息1,休息2,仿真,或,通常,C,d,取值较大(一般为,5,10,F,)，,在,C,d,两端的直流电压,U,DC,，,大小近似等于载波电压振幅,U,DC,=,K,d,U,im,U,DC,经,R,和,R,L,分压后在,R,上产生的直流电压为：,由于,U,R,对,检波,二极管,VD,来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。,在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于,U,R,显然，,R,L,越小，,U,R,分压值越大，底部切,割,失真越容易产生；另外，,m,a,值越大，调幅波包络的振幅,m,a,U,im,越大，调幅波包络的负峰值,U,im,(,1,-,m,a,),越小，底部切,割,失真也越易产生。,后级放大器,u,i,+,-,C,R,L,R,VD,C,d,+,U,DC,-,+,-,U,R,+,u,(,t,),-,要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值,U,im,(,1,-,m,a,),大于直流电压,U,R,。,即,避免底部切割失真的条件为：,式中，,R,=,R,L,/,R,为检波器输出端的交流负载电阻，而,R,为直流负载电阻。,一般：,(1),回路有载,要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。,为高频载波周期,(2),为发保证输出的高频纹波小,要求：,即,4.,检波器设计及元件参数的选择,(3),为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）,要求：,min,max,(4),为了避免惰性失真：要求：,(5),为了避免底部切割失真：,或,+,-,u,中放末级,R,id,R,L,C,VD,R,C,s,L,s,R,s,i,s,C,d,叠加型,乘积型,同步检波器可分为：,三同步检波(,Synchronous Detection),注意：两种检波器,都需要接收端恢复载波,1.,乘积型,乘法器,低通滤,波器,u,DSB,u,c,本地载波,u,(t),设输入已调波：,而恢复的本地载波为：,则相乘器输出为：,则经低通滤波器后的输出信号为：,令,休息1,休息2,本地载波,DSB,信号,讨论：(1)当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）,则有：,无失真将调制信号恢复出来,(2)若本地载波与调制载波有频差，即：,即引起振幅失真。,则,引入一个振幅的衰减因子,，如果,随时间变化，也会引起振幅失真。,仿真,乘法器,低通滤,波器,u,DSB,u,c,本地载波,u,(t),(3)若本地载波与调制载波有相位差，即：,乘积型同步检波器的实用电路,休息1,休息2,低通滤波器,谐振限幅放大器,乘法器,C,D,I,oy,R,w,-,15,V,-,15,V,15,k,R,+15,V,R,13,-,E,E,VT,3,5.1,k,R,wx,121,k,100,k,121,k,R,1,1,R,c,14,12,9,4,R,c,8,13,3,R,3,2,7,+15,V,5,6,10,11,I,ox,R,wZ,E,C,=15V,-,+,11,k,1M,25,k,-,15,V,10,k,10,k,R,wy,2k,2k,R,x,R,y,BG314,（MC1595）,A,VT,1,VT,2,L,C,510,510,f,o,C,谐振限幅,放大器,乘法器,低通滤波器,C,D,4,9,u,AM,u,u,c,u,u,u,x,u,y,u,AM,u,u,AM,注意点：,(1),同步解调的关键是乘积项，即以前介绍的具有乘积项,的线性频谱搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现乘,积型同步检波。,(2),同步检波无失真的关键是同步。,2.,叠加型同步检波器,相加,器,包络滤,波器,u,DSB,u,c,本地载波,u,u,AM,休息1,休息2,(,2),叠加型同步检波器工作原理,+,u,c,-,+,-,u,VD,R,C,+,-,u,SSB,+,-,u,SSB,+,u,c,-,T,1,T,2,u,d,u,c,本地载波,相加器,包络滤波器,u,SSB,u,u,d,设输入单频调制的单边带信号(上边带)为：,本地载波信号为,式中,由于包络检波器对相位不敏感，只讨论包络的变化：,休息1,休息2,式中，,m,=,U,SSB,/,U,o,。,当，,m,U,SSB,时，利用到公式,如果设包络检波器的,电压传输系数为,K,d,，,那么,u,d,经包络检波器后，输出电压为,继续,返回,