第8章 (模电)频率变换电路：振幅.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第8章 频率变换电路,8,.1,信号变换概述,8,.2,振幅调制,解调,电路,8.3 角度调制与解调,8.4 混频、倍频和锁相环路,本章小结,高频电子线路,通信系统直接完成信息的传递任务，传递信息既可以通过有线信道，也可以通过无线信道。,无线通信是将经过处理的信息（大多转换为电信号或光信号形式）从一个地方经空间传递到另一个地方。为了使我们获取的声音或图像信号，能不失真地传递到其它地方，需要对声音或图像信号做一些处理，使代表这些信息的电信号变换成有利于传输的信号。这就是通信系统的基本功能,8.,1,信号变换概述,在电子技术中，有时需要频率变换，例如调幅、检波、混频等。,频率变换，就是输出信号的频率与输入信号的频率不相同，而且满足一定的变换关系。,进行频率变换必须利用非线性器件,。非线性器件可采用二极管、三极管、场效应管、差分对管及模拟乘法器。,输入变换器,发送设备,传输信道,接收设备,输出变换器,信息的传输过程,一个完整的通信系统,框图如下：,低放,调制器,振荡器,激励,放大,输出,功放,高频,放大,本地振荡,中频,放大,混频器,解调器,低放,天线,开关,图8.2 无线通信系统的基本组成,图,8.2,是无线通信系统基本组成的方框图,所谓调制，就是用欲传输的的信号（称为调制信号）去控制另一个信号（如光、高频电磁波等）的某一参数（振幅、频率或相位），使该参数随调制信号的变化而变化。也就是把所要传送的信号“附加”在高频振荡信号上，再由天线发射出去。,2、调制与解调,载波,：高频振荡波,载频,：载波的频率,调制,：将低频信号“装载”在载波上的过程。即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有低频信号的特征的过程。,已调波,：经调制后的高频振荡波。,解调,：从已调信号中取出原来的信息。,调制信号,：低频信号（需传送的信息）。,为什么要调制,1.,其一是提高频率以便于辐射。,信号不调制进行,发射天线太长,，,无法架设,。,2.,其二是实现信道复用，提高信道利用率。,信号不调制进行传播会,相互干扰，无法接收。,3.,其三是改善系统性能,.,通过调制将信号变换，使它占有较大的带宽，可以提高抗干扰性。,3.,混频电路,混频的概念,将频率为,f,c,的高频已调载波信号不失真地变换成频率为,f,I,的中频已调信号,。（,调制规律不变,）。,f,I,、,f,c,之间的关系为,f,I,f,c,+,f,L,f,c,f,L,f,c,f,L,f,I,f,L,f,c,f,L,f,c,f,I,f,C,的混频称为上混频，,f,I,f,L,f,I,f,L,f,c,f,L,f,c,f,I,f,C,的混频称为上混频，,f,I,f,C,的混频称为下混频。,调幅广播收音机一般采用下混频,，,它的中频规定为,465,kHz。,二、混频器组成框图及工作原理,组成框图,工作原理,两个不同频率的高频电压作用于非线性器件时，经非线性变换，电流中包含直流分量、基波、谐波、和频、差频分量等。其中差频分量,f,Lo,-,f,s,就是混频所需要的中频成分，通过中频带通滤波器把其它不需要的频率分量滤掉，取出差频分量完成混频。,若同一个非线性器件既完成混频、又作为本地振荡，则这个混频器通常称为,变频器,。,高频电子线路,第8章 信号变换一：振幅调制、,解调与混频电路,8.,2,振幅调制电路,8.2.,2,振幅调制电路,振幅调制按其功率的高低可分为,低电平调制和高电平调制,。,低电平调制主要用来实现双边带和单边带调制,，目前应用最广泛的低电平调制电路有：双差分对模拟乘法器调幅、二极管环形调幅器调幅。,高电平调制主要用于实现普通调幅波调制,，它主要用在调幅发射机的末端,。,1,模拟乘法器调幅电路,一、乘法器的电路符号,2.,FZ4,相乘器的相乘特性,U,o,4U,x,U,y,R,C,/（I,3,R,x,R,y,）=,KU,x,U,y,如果调节,RP,使1、4之间的直流电位相等，即1端子上只有调制信号,u,(,t,)，,就实现了,u,(,t,),与,u,c,(,t,),的直接相乘,图,3.10,电路也可获得抑制载频的双边带调幅信号输出。,2,高电平调幅电路,基极调幅,原理图,要实现基极调幅，应工作在欠压状态,各元件作用,T,1,：,高频变压器,T,2,：,低频变压器,T,3,：,输出变压器,C,1,：,低频旁路,C,2,：,高频旁路、低频开路,C,E,：,交流旁路,R,E,、R,B1,、R,B2,：,偏置电阻,E,B0,=R,B2,E,C,/（R,B1,+R,B2,）-I,E,R,E,L、C,回路：带通滤波器把,AM,信号取出,集电极调幅,原理图,为,实现集电极调幅，应工作在弱过压状态,8.2.,3,振幅解调电路,按解调方法分有,包络检波,和,同步检波,。,包络检波,是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。这种方法只适用于,AM,波。,同步检波,是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全同步的检波方法。它对于,AM、DSB、SSB、VSB,都适用，但解调,AM,信号比包络检波复杂，所以很少采用。,包络检波器的输入与输出波形,1,二极管包络检波电路,一、二极管包络检波电路的,工作原理,原理图,要求：,1/,w,c,C,L,R,L,滤去高频,1/,C,L,R,L,取出低频 即低通滤波器,工作原理,（输入信号大于,0.5,v）,检波过程,u,i,正半周时，二极管导通，即输入电压,u,i,对,C,L,充电。由于二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很快充到输入电压峰值，充电电压相对二极管是附加了反向偏置,u,o,，,当,u,i,下降到小于充电电压,u,o,时，二极管截止，,C,L,向R,L,放电，由于,R,L,很大，放电时间常数大，故,C,L,上电压还没下降多少，输入信号,u,i,下一个周期又来到，充电、放电,如此循环，直到电容上的充放电达到平衡。,输入,AM,信号时检波器工作过程,检波过程,以上检波过程，实际上是二极管在端电压,u,i,-,u,o,的作用下，依次导通、截止，使得,流过的电流为尖顶余弦脉冲，其中含有直流分量、低频调制分量、高频基波分量及各次谐波分量。,由低通滤波器滤除高频基波和各次谐波分量，保留下与包络变化规律相对应的低频电压信号。,结论：利用二极管的单向导电性和检波负载电阻、电容的充放电过程来完成检波任务。,二、二极管包络检波电路中的失真,1.,对角线失真,（惰性失真）,原因：,R,L,C,L,选得太大，放电太慢，跟不上输入信号包络线的变化,2.,底部切割失真,（负峰切割失真）,1.,对角线失真（惰性失真）,1.,对角线失真（惰性失真）,调制信号,越高、,m,a,越大，则包络下降速度越快，越易产生惰性失真,为避免产生惰性失真,R,L,C,L,1-m,2,a,/（,max,m,m,a,）,2.,底部切割失真,（负峰切割失真）,是指耦合电容,C,c,通过电阻,R,L,放电，对二极管引入一附加偏置电压，导致二极管截止而引入的失真。,底部切割失真（负峰切割失真）,2.,底部切割失真（负峰切割失真,）,为,避免负峰切割失真,，应满足,U,Cm,（1ma,）,R,L,U,Cm,/（R,L,+R,L,）,即,m,a,R,L,/（R,L,+R,L,）=,R,/R,L,R,R,L,/,R,L,为低频交流负载电阻，,R,L,为检波器的直流负载电阻。,可见检波器的,负峰切割失真产生的原因是检波器交、直流负载电阻不等造成的,。,减小交、直流负载电阻值差别的检波电路,2.,MC1596,构成的,同步检波,本地载波必须与发送载波,同频同相，即完全同步,。,图3.17同步检波原理图,(,a),原理图；(,b),频谱图,经低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号输出。,MC1596,接成同步检波器,高频电子线路,8.,4,混频电路,一、混频器组成框图及工作原理,组成框图,二,、,对混频器的主要要求,混频增益,高,混频增益是指混频器输出中频电压振幅与输入的高频电压振幅之比。,A 20lg（U,I,U,s,）,或,G20lg（P,I,P,s,）,2.,失真和干扰要小（各种组合频率分量引起）,3.,噪声系数,N,F,小,N,F,=10,lg,（P,s,/P,N,）/（P,I,/P,N,）,4.,选择性好、工作稳定性好,8.,4.1,混频电路,混频电路按所用器件分：,二极管混频器、晶体三极管,、,场效应管,、,差分对管,混频电路按工作特点分：,单管混频器、,平衡,、,环形,一、晶体三极管混频电路,1.,混频电路的基本形式,(,书中,P123),共,e,：b,极输入、,b,极注入,/,b,极输入、,e,极注入,共,b：e,极输入、,e,极注入,/,e,极输入、,b,极注入,工作原理,信号电压和本振电压串联后，加在管子发射结,be,上，利用,i,c,和,u,be,的非线性关系即,i,c,a,0,a,1,（,u,Lo,+,u,s,）a,2,（,u,Lo,+,u,s,）,2,进行频率变换，输出电流中包含直流分量、基波分量、谐波、和频、差频分量，通过,LC,并联谐振回路这一中频带通滤波器取出差频分量，完成混频。,3.,三极管混频电路,实用混频电路,（1,）自激式变频电路,（2,）他激式混频电路,二、二极管平衡混频电路,原理图及等效电路,工作原理,u,1u,Lo,+u,s,i,1,a,0,a,1,u,1,a,2,u,1,2,u,2,=,u,Lo,-u,s,i,2,a,0,a,1,u,2,a,2,u,2,2,i,1,a,0,a,1,（,u,Lo,+u,s,）a,2,（,u,Lo,+u,s,）,2,i,2,a,0,a,1,（,u,Lo,-u,s,）a,2,（,u,Lo,-u,s,）,2,i,1,-i,2,2a,1,u,s,+,4a,2,u,s,u,Lo,+6a,3,u,s,u,Lo,2,+2a,3,u,s,3,+,三、二极管环形混频器,原理图及等效电路,工作原理,i=（i,1,-i,2,）-（i,3,-i,4,）,=,8a,2,u,s,u,Lo,+16a,4,u,s,3,u,Lo,+16a,4,u,s,u,Lo,3,+,为保证二极管工作在开关状态，本振信号的,功率必须足够大，且输入信号功率必须远小,于本振功率。,优点,灵敏度及抑制干扰方面比平衡混频器更优越,四、模拟相乘器混频电路,8.,4.2,混频干扰,一、组合频率干扰,有用输入信号产生,二、副波道干扰（寄生通道干扰）,三、交调干扰,外来无用信号产生,四、互调干扰,一、组合频率干扰,干扰哨声,产生原因,有用信号频率,f,s,与本振信号频率,f,Lo,的组合频率接近于有用中频而产生的干扰,。,即,|,p,f,Lo,q,f,s,|=f,I,=,f,I,F,式中,F,为可听见的音频频率,比如：,f,s,=931kHz、,f,I,=465kHz、,f,Lo,=1396kHz,当,p=1、q=2,时,f,I,=-1396+2931=466kHz,抑制措施,p、q,越小，影响越大。,措施：,u,Lom,取小些、,u,sm,取小些、合理选择中频。,为避免最强的干扰哨声，应将接收机中频选在接收机频段外。,二、副波道干扰,原因：外来干扰信号与本振的组合频率产生的干扰。,即,|,p,f,Lo,q,f,N,|=,f,I,最强的两种干扰,中频干扰,当,p=0、q=1,时，,f,N,=,f,I,镜像干扰,当,p=1、q=1,时，,f,N,=,f,Lo,+,f,I,抑制副波道干扰的办法,提高前级各电路的频率选择性。在混频电路之前将这些干扰信号滤除。,对中频干扰也可在高放输入回路接入中频陷波器或高通滤波器。,三、交叉调制干扰（交调干扰）,原因：一个已调的强干扰信号与有用信号（已调波）同时作用于混频器，经非线性作用，使输出中频信号的包络上叠加有干扰电压的包络，而,形成对有用信号的干扰,。,现象：有用信号与干扰信号同存亡。,措施：提高前级电路的选择性选择合适的混频器件及其工作状态，使混频器工作在弱非线性区。,四、互调干扰,原因：两个干扰信号彼此混频，产生频率接近于有用信号频率而造成的干扰。,现象：只接收到干扰信号。,高频电子线路,8.,5,自动增益控制,复习提问,该电路为何种检波器？用于解调何种调幅波？,当输入,AM,波时，,u,o,为怎样的波形？,当把二极管反向，则,u,o,又,为怎样的波形？,结论,从检波二极管阴极取出为正电压,从检波二极管阳极取出为负电压,检波器输出电压的幅度与输入调幅波幅度成正比,一、增益控制的必要性,接收的信号为不同的功率、不同的距离。,接收机的环境会发生变化。,由于电离层的变化，使接收的信号有衰落。,接收机与发射机之间的相对距离发生变化。,电源电压不稳定。,由于以上原因使输入信号有强有弱，就必须使用,自动增益控制（,AGC）,来控制接收机的增益使其随输入信号强弱变化。,其目的是使接收机输出电平保持一定。,二、,AGC,的分类,1.,简单,AGC(,平均值型,AGC),一有外来信号，,AGC,立刻起作用。这对微弱信号的接收不利。,2.,延迟式,AGC,在小于检波器的控制电压,U,时，,AGC,不起作用,。,无AGC,延迟,AGC,简单,AGC,U,o,U,i,三、具有,AGC,控制的接收机方框图,四、,AGC,电压的产生,产生方法,（,1,）,平均值型,（,2,）延迟式,平均值型,AGC,电路,平均值型,AGC,电路,在包络,检波中，,R,L,C,L,太大会产生对角线失,真，,R,L,C,L,太小会影响滤波效果。,在,AGC,检波电路中，,t,p,=,R,p,C,p,太大失去,AGC,作用，,R,p,C,p,太小滤波效果不好，,U,AGC中有低,频分量会出现反调制现象。,t,p,取决于,F,min,，,当,F,min,=50Hz,时，,R,p,取4.7,k、C,p,取10,uF30uF,平均值,AGC,电压,3.,延迟式,AGC,电路,五、放大器增益的控制,高,放、中放增益的确定,A,uo,=p,1,p,2,|y,fe,|,/,g,其中,|,y,fe,|,与,I,Q,成正比,即,|,y,fe,|I,Q,或,I,Q,反向,AGC,控制,控制过程,U,i,U,AGC,I,EQ,|,y,fe,|,A,uo,相当于负反馈,增益控制的实现,增益控制的实现,首先确定,U,AGC,的正负，从检波二极管阴极取出为正，从二极管阳极取出为负。,其次，,+,U,AGC,加到,NPN,管的,e,极、,PNP,管的,b,极。,-,U,AGC,加到,NPN,管的,b,极、,PNP,管的,e,极。,正向,AGC,控制,控制过程,U,i,U,AGC,I,EQ,|,y,fe,|,A,uo,相当于正反馈,在此采用专供自动增益控制使用的,特殊管,，如：,3,DG56、3DG75、3DG79、3DG80、3DG84、2G210,。,这些管子的控制特性与普通管正好相反。即,|,y,fe,|,与,I,Q,成反比,。,增益控制的实现,增益控制的实现,首先确定,U,AGC,的正负，从检波二极管阴极取出为正，从二极管阳极取出为负。,其次，,+,U,AGC,加到,NPN,管的,b,极、,PNP,管的,e,极。,-,U,AGC,加到,NPN,管的,e,极、,PNP,管的,b,极。,实例介绍,本节,重点,自动增益控制的目的,使接收机输出电平保持一定,AGC,电压的产生方法,反向,AGC,控制过程及增益控制的实现,第8章 小结,调幅、调幅系数的概念及数学表达式,调幅波的频谱、带宽及几个功率计算,调幅的四种调制方式,实现调幅的电路（模拟相乘器调幅、高电平调幅）,大信号包络检波（如何检波、两种典型失真产生原因及判断）及同步,(,相干,),检波的概念,会区分晶体三极管混频电路的四种形式及混频干扰,AGC,要求同前,u,i,幅度,C,C,+,图7.9 包络检波原理图,u,幅度,图,7.10包络检波频图,非线性 电路,低通滤波器,u,i,u,图,7.9 包络检波框图,