八调幅波包络检波电路.pptx

射频通信电路信息工程学院信息工程学院非相干非相干解调电路解调电路不需要不需要同步参考信号同步参考信号适用适用包络包络反映了反映了调制信号变化调制信号变化的普通调幅波的普通调幅波AM 介绍包络检波器的组成电路、工作原理、性能指标介绍包络检波器的组成电路、工作原理、性能指标 用包络检波器构成的另一种相干解调电路用包络检波器构成的另一种相干解调电路叠加型同步检波叠加型同步检波 本节内容：本节内容：射频通信电路信息工程学院信息工程学院9.4.1 包络检波电路包络检波电路1.电路组成电路组成两大部分两大部分非线性非线性器件器件低通低通滤波器滤波器设输入的调幅波（设输入的调幅波（AM信号信号）为：）为：载频载频 、调制频率、调制频率 、调制系数、调制系数低通滤波器低通滤波器RC的的取值原则取值原则是：是：时间常数时间常数对对高频载波高频载波近似近似短路短路 让让低频调制低频调制信号信号通过通过 射频通信电路信息工程学院信息工程学院2.工作原理工作原理输入信号的输入信号的大小大小不同不同 非线性器件非线性器件描述描述不同不同 工作工作原理原理不同不同（1 1）输入为输入为小信号小信号（平方律平方律检波）检波）注意：注意：应加应加偏置偏置VQ，保证二极管导通，保证二极管导通VQVDiD忽略输出电压忽略输出电压 vAV 的负反馈，则：的负反馈，则：小信号作用下二极管的描述小信号作用下二极管的描述 工作点处工作点处幂级数展开幂级数展开 射频通信电路信息工程学院信息工程学院解调（检波）解调（检波）频谱搬移频谱搬移原理原理二次方项电流为：二次方项电流为：频谱搬移主要频谱搬移主要由二次方项产生由二次方项产生通过低通，滤除高频，输出通过低通，滤除高频，输出平均电压平均电压调制信号调制信号 基波基波调制信号调制信号二次谐波二次谐波有效有效解调信号输出解调信号输出为：为：射频通信电路信息工程学院信息工程学院二极管小信号检波特点：二极管小信号检波特点：解调输出与输入解调输出与输入信号幅度信号幅度的的平方成正比平方成正比，称为平方律检波。，称为平方律检波。有效有效解调信号输出解调信号输出为：为：输入的调幅波（输入的调幅波（AM信号信号）为：）为：出现了许多高次出现了许多高次谐波谐波失真项失真项，二次谐波失真项的大小为：，二次谐波失真项的大小为：此失真此失真无法无法由低通滤波器由低通滤波器滤除滤除 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（2）输入为大信号（）输入为大信号（峰值峰值包络检波包络检波）大信号大信号作用下二极管作用下二极管非线性描述非线性描述二段折线二段折线二极管视为二极管视为开关开关导通、截止导通、截止（是二极管导通电阻）是二极管导通电阻）射频通信电路信息工程学院信息工程学院峰值峰值包络检波包络检波原理原理设输入为等幅载波（包络为常数）设输入为等幅载波（包络为常数）二极管两端电压二极管两端电压工作过程工作过程：初始初始 t=0t=0，0 0，当当 时，二极管导通时，二极管导通充电充电很小很小，充得快充得快当当 时，二极管截止时，二极管截止放电放电很大很大，放得慢放得慢结果：结果：保持在输入信号的峰值上保持在输入信号的峰值上 输入输入等幅波等幅波 射频通信电路信息工程学院信息工程学院峰值峰值包络检波包络检波电路工作过程的特点：电路工作过程的特点：在在高频高频信号的信号的每一周每一周 电容器电容器C充、放电一次充、放电一次 当输入为当输入为AM信号信号检波检波输出两部分输出两部分输出输出平均值平均值，输出输出交流交流，反映，反映输入的包络输入的包络 ,充电快、充电快、放电慢放电慢；当充放电荷达动态平衡时，当充放电荷达动态平衡时，输入信号输入信号峰值峰值 达到达到 射频通信电路信息工程学院信息工程学院 二极管二极管只在输入信号峰值尖顶上有只在输入信号峰值尖顶上有短暂的导通短暂的导通，大部分时间截止大部分时间截止。二极管电流呈二极管电流呈重复频率重复频率为为 的的尖顶脉冲尖顶脉冲 注意：注意：二极管电流二极管电流不是半波开关不是半波开关原因原因：输出电压：输出电压 的的反馈反馈 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（3）平均平均包络检波包络检波电路电路构成构成：非线性器件非线性器件晶体管晶体管 be结结RC低通滤波器低通滤波器通过通过RC低通低通滤波器取其滤波器取其平均分量平均分量：输出电压输出电压工作原理（输入为工作原理（输入为大信号大信号）：）：设设则集电极则集电极电流电流为为半波半波其中其中反映反映输入信号包络输入信号包络晶体管有晶体管有放大放大作用作用 射频通信电路信息工程学院信息工程学院输出平均电压输出平均电压反馈反馈影响二极管影响二极管输出电压输出电压无反馈无反馈，由晶体管隔离，由晶体管隔离二极管二极管工作点工作点左移左移工作点仅工作点仅由偏置决定由偏置决定二极管电流是二极管电流是导通角极小导通角极小的的尖顶脉冲尖顶脉冲电流为电流为半波半波峰值峰值包络检波与包络检波与平均平均包络检波比较包络检波比较均为大信号检波均为大信号检波 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（4）并联并联二极管包络检波二极管包络检波检波原理检波原理 与串联型相同：与串联型相同：二极管电压二极管电压 充电时间常数充电时间常数 放电时间常数放电时间常数 检波过程检波过程完全相同完全相同 反映了输入信号反映了输入信号 的的包络变化包络变化与串联型检波与串联型检波不同处不同处：输出电压输出电压包含两个过程包含两个过程 检波过程检波过程输出包含输出包含 反映输入包络反映输入包络 高频直通高频直通输出包含输出包含 电路结构特点电路结构特点与前端电路与前端电路隔直流隔直流（电容（电容C）RC 取值原则取值原则与串联型相同与串联型相同并联型并联型串联型串联型电容电容 C 对输入对输入高频短路高频短路二极管二极管导通时间导通时间极短极短 射频通信电路信息工程学院信息工程学院并联包络检波的输出波形并联包络检波的输出波形输出输出电压电压输入输入波形波形（设为等幅载波）（设为等幅载波）电容电容上电压上电压（充电到（充电到峰值峰值）输出电压是高频输入和它输出电压是高频输入和它的检波分量的叠加。的检波分量的叠加。为取出解调信号，后面应为取出解调信号，后面应加低通滤波器。加低通滤波器。射频通信电路信息工程学院信息工程学院3.包络检波器性能指标包络检波器性能指标1 1）检波效率）检波效率2）检波失真检波失真3）输入阻抗输入阻抗（1 1）检波效率检波效率检波器输出电压检波器输出电压输入电压幅度输入电压幅度当当输入是输入是等幅等幅载波载波：则检波器的输出为则检波器的输出为直流直流 检波器作为检波器作为频率变换电路频率变换电路，衡量它的衡量它的变换效果变换效果检波器作为检波器作为前级前级中频放大器的中频放大器的负载负载，衡量其，衡量其影响影响（证明略）（证明略）理解理解 检波效率检波效率 1 1，效率高效率高 检波效率检波效率是由电路参数决定的是由电路参数决定的常数，常数，不随不随 输入信号的幅度而变化，输入信号的幅度而变化，线性不失真检波线性不失真检波 射频通信电路信息工程学院信息工程学院当输入是单当输入是单音调幅波音调幅波时：时：检波器输出：检波器输出：动态动态检波效率检波效率输入信号输入信号包络幅度包络幅度 输出的输出的交流幅度交流幅度一般有一般有1 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（2）输入阻抗输入阻抗输入阻抗对输入阻抗对什么频率什么频率而言？而言？并接在中频回路两端并接在中频回路两端影响影响回路回路Q值，值，影响影响选择性选择性，输入阻抗越大越好。，输入阻抗越大越好。检波器检波器输入阻抗输入阻抗的影响：的影响：设输入设输入信号信号为：为：二极管电流为二极管电流为尖顶脉冲尖顶脉冲含有含有丰富的丰富的谐波谐波检波器输入阻抗的检波器输入阻抗的定义定义：输入输入信号信号幅度幅度电流中电流中信号分量信号分量幅度幅度体现了对体现了对前级中频回路前级中频回路的影响的影响输入阻抗对信号输入阻抗对信号基波基波 而言而言 射频通信电路信息工程学院信息工程学院输入阻抗输入阻抗 的的大小大小用能量守恒原理求证用能量守恒原理求证设输入设输入信号信号为：为：则输入则输入功率功率为：为：检波器检波器输出电压为直流输出电压为直流负载负载所得所得功率功率为：为：二极管二极管在载波一周内在载波一周内导通时间极短导通时间极短，电流很小，吸收，电流很小，吸收功率极小功率极小则：则：结论：峰值包络检波器的结论：峰值包络检波器的输入阻抗输入阻抗等于等于负载电阻的一半负载电阻的一半 射频通信电路信息工程学院信息工程学院并联包络检波并联包络检波电路的电路的输入阻抗输入阻抗输出电压输出电压包含两个过程：包含两个过程：高频直通高频直通包络检波包络检波输入电流是两个过程输入电流是两个过程电流的叠加电流的叠加检波检波电流电流尖顶脉冲尖顶脉冲信号信号电流电流输入阻抗等效为两过程输入阻抗等效为两过程阻抗并联：阻抗并联：检波器检波器输入阻抗输入阻抗信号信号电流阻抗电流阻抗 射频通信电路信息工程学院信息工程学院（3）二极管包络检波器的失真）二极管包络检波器的失真 惰性失真惰性失真电路电路元件参数元件参数选得选得不恰当不恰当，将会出现失真，将会出现失真包络下降速度与什么有关？包络下降速度与什么有关？不失真不失真失真失真现象：现象：在在包络下降包络下降部分，部分，电容器放电电容器放电速度速度跟不上包络下降跟不上包络下降惰性失真惰性失真大，包络下降快大，包络下降快（相同）相同）t调制频率调制频率 大，包络下降快大，包络下降快（相同）相同）射频通信电路信息工程学院信息工程学院为避免惰性失真为避免惰性失真对电路元件对电路元件的的要求要求为信号为信号包络下降区间包络下降区间的某一时刻的某一时刻 在在 时刻，时刻，电容电容C通过通过R放电放电的时间的时间函数函数：设设输入的包络输入的包络为：为：包络包络的的变化速率变化速率为：为：电容电压电容电压的的变化速率变化速率：射频通信电路信息工程学院信息工程学院为不失真，要求：为不失真，要求：代入代入A，得，得不失真条件不失真条件：不同时刻不同时刻 ，调幅波的，调幅波的包络下降包络下降速度不同速度不同，为了保证在为了保证在包络下降最快时包络下降最快时仍不产生惰性失真仍不产生惰性失真 求得求得A达到最大值的时刻达到最大值的时刻：、越大越大，不产生惰性失真要求的，不产生惰性失真要求的时间常数就越小时间常数就越小。结论：结论：当多音频调制时，当多音频调制时，和和 均均取最大值取最大值 射频通信电路信息工程学院信息工程学院 负峰切割失真负峰切割失真检波器后接检波器后接交流负载交流负载可能引入的失真可能引入的失真设输入为设输入为AM信号：信号：检波检波输出两部分输出两部分不失真不失真反映包络反映包络检波电流两部份检波电流两部份失真失真现象现象负峰切割负峰切割失真失真 射频通信电路信息工程学院信息工程学院输入输入：输出：输出：失真失真原因原因分析分析此比值此比值不不一定一定小于小于1此值此值一定一定小于小于1 检波检波电流电流无无有有直流直流交流幅度交流幅度 射频通信电路信息工程学院信息工程学院不接交流负载不接交流负载时，时，接有交流负载接有交流负载时时?大于大于1 时，二极管时，二极管不可能负电流不可能负电流所以被所以被切割切割失真失真不失真条件不失真条件：结论：检波器的结论：检波器的交交、直流直流负载负载阻抗阻抗之比之比受受调幅系数调幅系数限制限制 射频通信电路信息工程学院信息工程学院减少交、直流负载阻抗之比的措施减少交、直流负载阻抗之比的措施措施一：措施一：交流负载仅与交流负载仅与部分部分直流负载并联直流负载并联措施二：措施二：采用输入阻抗极大的采用输入阻抗极大的射极跟随器做交流负载射极跟随器做交流负载 射频通信电路信息工程学院信息工程学院包络检波器包络检波器小结：小结：2.2.正确选择检波器正确选择检波器各元器件参数各元器件参数：二极管的导通电压尽可能小，二极管的导通电压尽可能小，为提高检波效率和对高频的滤波能力为提高检波效率和对高频的滤波能力RC时间常数时间常数尽可能大尽可能大 为防止惰性失真和保证调制信号带宽为防止惰性失真和保证调制信号带宽RC时间常数时间常数不能太大不能太大3.3.检波器输出电压包括检波器输出电压包括两部份两部份反映输入信号载波幅度的反映输入信号载波幅度的直流分量直流分量可用于可用于自动增益控制自动增益控制反映调制信号的反映调制信号的交流分量交流分量送入低频放大器放大送入低频放大器放大 （注意不引起（注意不引起负峰切割负峰切割失真）失真）1.是一种是一种线性不失真检波线性不失真检波电路，其主要电路，其主要指标指标是：是：电压传输系数、输入阻抗电压传输系数、输入阻抗 射频通信电路信息工程学院信息工程学院9.4.2 同步检波同步检波调幅波的调幅波的相干解调相干解调又称为又称为同步检波同步检波用途：用途：解调抑制载波的解调抑制载波的双边带双边带和和单边带单边带信号，信号，难点难点：需要一个与输入调幅波载波：需要一个与输入调幅波载波同频同相同频同相的同步信号的同步信号 电路构成电路构成方框图方框图乘积型乘积型同步检波同步检波叠加型叠加型同步检波同步检波 射频通信电路信息工程学院信息工程学院原理：原理：vS 与与 vr 叠加，合成为普通调幅信号叠加，合成为普通调幅信号例：单音调制的双边带调制例：单音调制的双边带调制若若 Vrm VSm，ma 1，合合成成了了不不失失真真的的调调幅幅信信号号，可可通通过过包包络检波器检波。络检波器检波。叠加型同步检波器（叠加型同步检波器（DSB）用二极管包络检波器构成的用二极管包络检波器构成的同步检波器同步检波器 射频通信电路信息工程学院信息工程学院习题1在大信号包络检波电路中，已知：uAM（t）=10（1+0.6cos2103t）cos2106t (v),图中RL=4.7k,CL=0.01F,检波效率d=a=0.85求:1.检波器输入电阻Ri 2.检波后在负载电阻RL上得到的直流电压UD和低频电压振幅值Um 3.当接上低频放大器后,若RL=4k,该电路会不会产生负峰切割失真?1.Ri=RL/2=2.35k2.直流电压直流电压UD=8.5V 低频电压振低频电压振幅值幅值 Um=0.850.6105.1V3、会产生负峰切割失真会产生负峰切割失真 射频通信电路信息工程学院信息工程学院习题2峰值包络检波器电路如图4所示，设传输系数 近似为1。已知输入调幅波表达式为uS(t)=1.2(1+0.5COS2104 t)COS2108t(V)。1.试求调幅指数、平均功率、调幅信号带宽。2.试求电路输出u0（t）的表达式。3.当R10kHZ时，试求不产生负峰切割失真的Rg取值范围。射频通信电路信息工程学院信息工程学院习题3如图大信号检波电路，已知：输入已调波ui=20(1+0.3cos2Ft)cos2fCt(V)其中，载频fc465kHz，调制信号频率F5kHz，负载电阻RL=5k，试确定：1）为了避免惰性失真，求滤波电容CL的范围。2）检波器输入电阻Ri=？3）若检波效率d=0.8，则检波器在负载上得到的低频信号电压幅度Uom？直流电压幅度UAV=？