调幅波的解调.doc

1. 基本内容
　　　调幅信号的解调是调制的逆过程。本章主要内容包括振幅调制信号的解调原理、实现方法及电路等。
2 基本要求    （1） 理解并掌握调幅信号解调的原理、类型及实现模型。    （2） 掌握二极管包络检波器的工作原理和性能参数的估算方法。    （3） 掌握乘积型和叠加型同步检波器的组成原理及分析方法。
第一节 概述
　　信号的解调是振幅调制的相反过程，是从已调高频信号中取出调制信号。通常将这种解调称为检波。完成这种解调的电路称为振幅检波器。
　　一、检波电路的功能
　　检波电路的功能是从调制信号中不失真的解调出原调制信号。当输入信号为高频等幅波时，检波器输出电压为直流电压。当输入信号为脉冲调制调幅信号的时，检波器输出电压为脉冲波。　　　从信号的频谱来看，检波电路的功能是将已调波的边频或边带信号频谱般移到原调制信号的频谱处。
　　二、检波电路的分类
　　检波电路可分为两大类，包络检波和同步检波。包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的波形特点，显然只适合于普通调幅波的解调。　　同步检波主要应用于双边带调幅波和单边带调幅波的解调。
　　三、检波电路的主要技术指标
    1. 检波电路的电压传输系数　　检波电路的电压传输系是指检波电路的输出电压和输入电压振幅之比。     2. 等效输入电阻　　等效输入电阻定义为输入等幅高频电压的振幅与输入高频电流的基波分量振幅的比值。    3. 非线性失真系数    4.高频滤波系数　　高频滤波系数定义为，输入高频电压的振幅与输出高频电压的比值。
第二节 二极管大信号包络检波器
　　大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0.5伏时，利用二极管对电容c充电，加反向电压时截止，电容c上电压对电阻R放电这一特性实现的。分析时采用折线法。
    大信号包络检波的工作原理
    1．原理电路及工作原理　　图6―1(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。
　　(6-1)式中,ωc为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频ωIΩ为调制频率。在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为(6-2)
　　　　图6―1 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
图6―2 加入等幅波时检波器的工作过程

    从这个过程可以得出下列几点:    (1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的过程。    (2)由于RC时常数远大于输入电压载波周期,放电慢,使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即Uo≈Um)。     (3)二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。
图6―3检波器稳态时的电流电压波形

图6―4 输入为AM信号时检波器的输出波形图
图6―5输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形

图6―6包络检波器的输出电路
    2．性能分析    1) 传输系数Kd　　检波器传输系数Kd或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入载波电压振幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为
(6-3)　　由于输入大信号,检波器工作在大信号状态,二极管的伏安特性可用折线近似。在考虑输入为等幅波,采用理想的高频滤波,并以通过原点的折线表示二极管特性(忽略二极管的导通电压VP),则由图6―3有:
　　(6-4)
　(6-5)

式中,uD=ui-uo,gD=1/rD,θ为电流通角,iD是周期性余弦脉冲,其平均分量I0为 (6-6)基频分量为
　 (6-7)式中,α0(θ)、α1(θ)为电流分解系数。由式(6―43(a))和图6―3可得
　(6-8)由此可见,检波系数Kd是检波器电流iD的通角θ的函数,求出θ后,就可得Kd。由式(6―46)Uo=I0R,有　(6-9)等式两边各除以cosθ,可得 (6-10)
当gDR很大时,如gDR≥50时,tanθ≈θ-θ3/3,代入式(6-9),有　　(6-11)
图6―7 (a)Kd～gDR关系曲线图

图6―7 (b) 滤波电路对Kd的影响
    2) 输入电阻Ri     检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容Ci,如图6―8所示。输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值,即　　(6-12)　　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。由式(6―11),有
　　(6-13)当gDR≥50时,θ很小,sinθ≈θ-θ3/6,cosθ≈1-θ2/2,代入上式,可得　(6-14)

图6―8检波器的输入阻抗
    3．检波器的失真　　1)惰性失真　　在二极管截止期间,电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。
图6―9 惰性失真的波形
　　为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度,即　(6-15)　　如果输入信号为单音调制的AM波,在t1时刻其包络的变化速度为　(6-16)　　二极管停止导通的瞬间,电容两端电压uC近似为输入电压包络值,即uC=Um(1+mcosΩt)。从t1时刻开始通过R放电的速度为　　(6-17)将式(6―15)和式(6―16)代入式(6―17),可得 (6-18)实际上,不同的t1,U(t)和Cu的下降速度不同,为避免产生惰性失真,必须保证A值最大时,仍有Amax≤1。故令da／dt1=0,得　　(6-19)代入式(6―18),得出不失真条件如下:(6-20
)图6―10底部切削失真
    2) 底部切削失真　　底部切削失真又称为负峰切削失真。产生这种失真后,输出电压的波形如图6―10(c)所示。这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。　　因为Cg较大,在音频一周内,其两端的直流电压基本不变,其大小约为载波振幅值UC,可以把它看作一直流电源。它在电阻R和Rg上产生分压。在电阻R上的压降为　(6-21)调幅波的最小幅度为UC(1-m),由图6―10可以看出,要避免底部切削失真,应满足 (6-22)

图6―11 减小底部切削失真的电路
第三节 二极管小信号检波器　　
    小信号检波是高频输入信号的振幅小于0。2伏，利用二极管伏安特性弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。　　
    一、二极管小信号检波的工作原理　　
     图 6-12是二极管检波器的原理电路。 　　
　　　　　图 6-12
　　因为是小信号输入，需外加偏压VQ使其静态工作点位于二极管特性曲线部分的Q点。当加的输入信号为调幅信号时，二极管中的电流变化规律如图 6-13
　　　　　　　　　图6-13
    二、二极管小信号检波的分析
    二极管的伏安特性在工作点Q
（6-23）
因为二极管小信号检波器输出电压很小，忽略输出电压的反作用，可得

则

经低通滤波器取出
。
其中

为直流电流增量，它代表二极
 管的检波作用的结果。输出电压增量为
。
当输入信号为

时
因为

可认为

是不变的
这样检波器的输出电压增量为　　　　　　　　　　　　（6-25）
经 隔直耦合在 上得到电压为

显然，产生了非线性失真。
    三、二极管小信号检波的性能指标
　　1）输入为等幅波时，小信号检波器的电压传输系数为
　　　　　　　　　　　　　（6-27）
输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为

（6-28）
上式说明，小信号检波器的电压传输系数不是常数，而是与输入高频电压的振幅成正比。　　2）小信号检波器的等效输入电阻可以近似认为等于二极管的导通电阻。　　3）小信号检波器得非线性失真系数为

　　　　　　　　　　　（6-29）可见，调制系数 越大，则 越大，失真越严重。
第四节 同步检波
同步检波器主要用于对抑制载波的双边带调幅波和单边带调幅波进行解调，也可以用来解调普通调幅波。　
同步检波器是有相乘器和低通滤波器两部分组成。它与包络检波器的区别在于检波器的输入除了有需要进行解调的调幅信号电压 　外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压 。经过相乘和滤波后得到原调制信号。图6-14为同步检波器的方框原理图。
    同步检波器的原理如动画D6

　　　　　　　　　　　　　　　　图 6-14
（6-30）
本地载频信号电压为（6-31）
即本地载频信号与输入信号的载频同频同相位。经相乘器相乘，输出为

　　　　　　　　　（6-32）
经低通滤波得低频信号　(6-33)
    对单边带信号来说，解调过程与双边带相似。设输入信号为单频调制的上边带信号电压为
　　（6-34）
本地载波频信号电压为　　（6-35）
经相乘器相乘，输出为
　　　　　　　　　　　　　　　　　（6-36）
经低通滤波得低频信号　　（6-37）
对于普通调幅波，同样也可以采用同步检波器来实现解调。
    本地载波的产生方法及不同步的影响
　　为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。　　本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生什么样的影响呢？　　设本地载频信号与输入信号载频的不同步量为 ， 相位不同步量为 ，即

若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则

　　　　　　　　（6-39）
经低通滤波器取出

　　　　　　（6-40）
　　可见，当频率，相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。　　若用模拟乘法器构成的乘积检波电路解调单边带信号，则

　　　　　（6-41）
经低通滤波器取出

　　　（6-42）
    可见，当频率，相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。
16