高频电子线路(通信电子线路 大连理工大学)
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夏书峰201211
10
Intermediate Frequency：中间的频率 三、检波器等效输入电阻 检波器通常接在末级中放回路输出端，将从末级中 放回路吸收能量，加大中放回路高频损耗，降低其 Q值。损耗大小用并联到末级中放回路两端的等效 电阻RiD衡量，如图： ・ 检波器等效输入电阻
Ui RiD Ii
ui uC , uD ui uC 0
C B D
uC
D导通，iD≠0，C充电 (4) CD段：
ui uC , uD ui uC 0
t
低频 电流 分量
iD
D截止，iD=0，C放电
夏书峰201211
23
t
电路里R>>RD，因此 i放<< i充，可见尽管充电过 程的同时也存在放电过程，但放电流很小，讨论 充电过程时可以忽略放电影响； 充放电过程周而复始，iD是一串尖顶余弦脉冲， 脉冲高度随输入高频电压振幅Ui变化，脉冲顶部 包络线可以反映调制信号变化规律； 经过检波负载电阻R和负载电容C的低通滤波作用 产生低频电压uΩ，并经耦合电容CC去除直流分量 后得到低频电流分量，送往下一级低频放大器。
Ui ——检波器输入高频电压振幅 Uoa － 检波器输出高频电压振幅
夏书峰201211
可见Uoa越小，高频滤波系数F越大，高频滤波 性能越好。通常F在50～100左右。 12
Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
夏书峰201211
夏书峰201211
VbZ
uD ui
ui
-θ
0
+θ
ωi t
uC
D uD
uD ui uC U i cos i t uC
-θ 0 + θ
2
iD C R
u i U i cos i t
26
流过二极管电流： iD S u D VbZ S U i cos i t uC VbZ 实际电路中常给D加一个与VbZ大小相等、方向相反的 偏置电压，抵消VbZ的影响，则二极管电流：
8
二、检波器失真
K 1. 频率失真 2 原因：检波电路中电容数值 选择不当引起的。用检波器 频率特性曲线表示，如右图：
D0
・平坦部分检波效率KD0，KD下降到
KD0 2
处对应频率
范围是检波器的-3dB带宽。音频广播300～3400Hz ・平坦部分越宽，频率失真越小，否则可能产生失真 若300～3000Hz，高低音合适，听感舒适； 若300～2000Hz，低音多高音少，听感沉闷； 若1000～3000Hz，低音少高音多，听感刺耳。 9
iD S U i cos i t uC
检波电流iD是一串尖顶余弦脉冲，由于输入等幅波，
则电流为等幅尖顶余弦脉冲，高度IDM。
当 it 时，iD 0 ，即 0 S U i cos uC
S 0 uC U i cos — ①输入等幅波输出直流
通信电子线路
大连理工大学 电子科学技术学院 夏书峰 2012.10.30
夏书峰201211
Crystal Radio
AM
FM
夏书峰201211
2
Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
夏书峰201211
3
振幅解调也称振幅检波，是振幅调制的反过程，作 用是将调制信号从已调波中还原出来，解调出来的 信号与高频调幅信号包络变化规律相同，又称包络 检波(Envelope Demodulation)。
另一方面，正弦信号功率也正比于输入电压振幅：
1 U i2 2 P Ui 2 RL
可见，输入信号功率正比于直流电流增量，可以用 小信号检波器间接测量输入正弦波信号功率。（实 际上热效应法是测量功率的标准方法）
夏书峰201211
20
Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
夏书峰201211
ui U i 1 m cos t cos i t
14
小信号检波定量分析
设 输入电压 ui U i 1 m cos t cos i t 忽略检波负载RL、CL上输出电压uL的反作用，则 二极管D两端的电压为：
uD ui E U i 1 m cos t cos i t E
振幅之比的形式，。
夏书峰201211
11
RiD越大，吸收末级中放回路能量越少，对末级中 放回路影响越小。 第一章讲小信号调谐放大器增益 Au 0
g P g oe本 g 0 P gie下
2 1 2 2
Leabharlann Baidu
P 1P 2 y fe g
gie下
1 RiD
四、检波器高频滤波系数
Ui F U oa
1 mU i 2
1 mU i 2
输入信号波形
输入信号频谱
输出信号波形
夏书峰201211
输出信号频谱
7
输入调幅波
ui U i 1 m cos t cos i t
UΩ：检波器输出低频电压振幅； mUi：检波器输入高频信号包络振幅。
U 则检波效率 K D mU i
夏书峰201211
SU i sin cos sin cos SU i 1 cos 1 cos
13
5.2 小信号检波
小信号指电压振幅 U i 200mV 一、工作原理 利用二极管伏安特性曲线 非线性，在电路中用偏置 电压E，使二极管工作点 有意落在伏安特性曲线 弯曲段，则原本上下包 络对称的输入电压ui产生 的电流iD的包络上下不对 称。而iD的上下包络之差 是一个低频分量，反应 调制信号变化规律。
夏书峰201211
5
5.1 检波器的技术指标
一、检波器电压传输系数 KD （检波效率） 检波效率越高，同样输入下输出信号越大 1. 输入高频等幅波 ui U i cos i t ，包络为直线
输入信号波形
输出直流电压UO：
UO Ui
则检波效率 K D
夏书峰201211
6
2. 输入信号是调幅波： ui U i 1 m cos t cos i t
( Detecter/Demodulator/Amplitude Discriminater )
从检波器输入、输出波形和频谱看，检波过程也是 频谱搬移过程，将调制信号由高频频谱搬移到低频 频谱，非线性过程要用到非线性器件。
夏书峰201211
4
检波器的组成：
(1) 高频信号输入电路： LC调谐电路，中心频率调谐在载波频率ω0上； (2) 非线性器件： 二、三极管，模拟乘法器等，工作在非线性状态， 频率变换； (3) 低通滤波器： RC低通滤波器，滤除高频分量，取出低频分量。
夏书峰201211
18
3. 非线性失真 检波电流iD中存在低频信号iΩ的二次谐波i2Ω，其频 率与基波电流iΩ的非常接近（比如Ω=300Hz，则二 次谐波2Ω=600Hz，均在带内 ），无法用后面的RC 低通滤波器完全滤掉，从而引起非线性失真。
U 2 i2 RL a2 m2U i2 4 1 非线性失真系数 K f m 2 U i RL a2 mU i 4
夏书峰201211
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2. 等效输入电阻：
Ui RiD Ii
RiD是针对高频而言的输入电阻 ・ 电路中CL对高频相当于短路，而检波 过程二极管始终处于导通状态，等效 为电阻RD，电路等效成右图；
RiD RD
RD约几百Ω～1KΩ左右，很小，并联在末级中放回 路两端，加大了对末级中放回路的影响。
夏书峰201211
2. 非线性失真 产生原因：检波管伏安特性曲线的非线性引起。伏 安特性曲线的弯曲段使检波器输出中不但含有需要 的低频基波分量，还包括低频基波的高次谐波： 定义非线性失真系数
Kf
2 2 2 U2 U U 3 n
U
U 2 U
其中，UΩ是低频基波电压振幅，UnΩ是低频的n次谐 波的电压振幅，其中二次谐波影响最大。
将流过D的电流iD在静态工作点处展开泰勒级数有：
iD a0 a1 uD E a2 uD E 取二次三项
2
将iD表达式展开后可见含有下列频率成分：
夏书峰201211
15
1 1 2 2 (1) 直流电流： I 0 a0 a2U i 1 m I Q I 0 2 2 1 1 2 2 其中 I 0 a2U i 1 m — 直流电流增量 2 2
・ 可见小信号检波器 K f m ，若 m 1 则 K f 0.25 ， 失真非常大；此外其KD小，RiD也小，不适合在广 播、通信接收机中使用。
夏书峰201211
19
・ 小信号检波器优点： 其直流电流增量正比于输入电压振幅:
1 1 2 2 I 0 a2U i 1 m U i2 2 2
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22
(2)AB段：ui uC , uD ui uC 0 ，D截止，iD=0， C通过R放电。放电时间常数为 τ放=RC 。
RD R
充 放
ui A 0
即充电快，放电慢。
ui U i 1 m sin t sin i t
(3) BC段：
夏书峰201211
21
5.3 大信号检波
大信号指电压振幅 U i 500mV 一、工作原理 利用二极管单向导电性及检 波负载RC充放电过程实现 工作过程分析 输入调幅波
ui U i 1 m sin t sin i t
(1) OA段：输入电压ui > 0，负载电容上电压uC=0， 显然 ui uC , 二极管D两端电压 uD ui uC 0 D导通，故iD≠0，将对检波负载电容C充电。设二 极管导通内阻为RD，充电时间常数为τ充=RDC
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27
当 it 0 时，
iD I DM S U i uC S U i U i cos SU i 1 cos
尖顶脉冲中含有直流、基波及高次谐波分量： 其中直流分量：
I D 0 0 I DM sin cos I DM 1 cos
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24
大信号检波与小信号检波区别：
小信号检波：二极管工作在V-A曲线弯曲段，在输 入高频信号一周期内总处于导通状态，电流iD连 续，上包络大，下包络小，包络差值体现低频信 号变化规律； 大信号检波：二极管工作在开关状态，输入高频信 号一周期内只有少部分时间导通，大部分时间截 止，输入信号幅度大，脉冲幅度大，脉冲包络反 映调制信号变化规律。
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25
二、大信号检波器定量分析 对二极管V-A曲线折线化，斜率S，RD是D导通电阻
1 S RD
iD S uD VbZ
iD 0
iD
斜率S
iD
uD VbZ
-uC
IDM
0
uD VbZ
2
输入电压：等幅波 ui U i cos i t 二极管两端电压：
夏书峰201211
16
其中 U a2 mU i2 RL 检波器输出低频基波电压振幅 与输入高频电压振幅平方成正比，故小信号检波器 又称为“平方律检波器”。 二、小信号检波器技术指标
U a2 mU i2 RL a2U i RL 1. 检波效率 K D mU i mU i
・ 小信号检波要求Ui很小，使得KD小，检波效率低； ・ 上式不能直接用于计算，因为输入信号本来就小， 又忽略了负载电压的反作用，导致结果误差很大。 但上式可以用来定性讨论KD与哪些参数有关。
(2) 低频基波电流： i a2 mU cos t 1 (3) 低频二次谐波电流： i2 a2 m2U i2 cos 2t 4 (4) 高频分量：ωi、ωi±Ω、2ωi、2ωi±Ω、2ωi±2Ω
2 i
低频基波电流iΩ在检波负载RL上得到低频基波电压：
u i RL a2 mU i2 RL cos t U cos t
10
Intermediate Frequency：中间的频率 三、检波器等效输入电阻 检波器通常接在末级中放回路输出端，将从末级中 放回路吸收能量，加大中放回路高频损耗，降低其 Q值。损耗大小用并联到末级中放回路两端的等效 电阻RiD衡量，如图： ・ 检波器等效输入电阻
Ui RiD Ii
ui uC , uD ui uC 0
C B D
uC
D导通，iD≠0，C充电 (4) CD段：
ui uC , uD ui uC 0
t
低频 电流 分量
iD
D截止，iD=0，C放电
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t
电路里R>>RD，因此 i放<< i充，可见尽管充电过 程的同时也存在放电过程，但放电流很小，讨论 充电过程时可以忽略放电影响； 充放电过程周而复始，iD是一串尖顶余弦脉冲， 脉冲高度随输入高频电压振幅Ui变化，脉冲顶部 包络线可以反映调制信号变化规律； 经过检波负载电阻R和负载电容C的低通滤波作用 产生低频电压uΩ，并经耦合电容CC去除直流分量 后得到低频电流分量，送往下一级低频放大器。
Ui ——检波器输入高频电压振幅 Uoa － 检波器输出高频电压振幅
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可见Uoa越小，高频滤波系数F越大，高频滤波 性能越好。通常F在50～100左右。 12
Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
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VbZ
uD ui
ui
-θ
0
+θ
ωi t
uC
D uD
uD ui uC U i cos i t uC
-θ 0 + θ
2
iD C R
u i U i cos i t
26
流过二极管电流： iD S u D VbZ S U i cos i t uC VbZ 实际电路中常给D加一个与VbZ大小相等、方向相反的 偏置电压，抵消VbZ的影响，则二极管电流：
8
二、检波器失真
K 1. 频率失真 2 原因：检波电路中电容数值 选择不当引起的。用检波器 频率特性曲线表示，如右图：
D0
・平坦部分检波效率KD0，KD下降到
KD0 2
处对应频率
范围是检波器的-3dB带宽。音频广播300～3400Hz ・平坦部分越宽，频率失真越小，否则可能产生失真 若300～3000Hz，高低音合适，听感舒适； 若300～2000Hz，低音多高音少，听感沉闷； 若1000～3000Hz，低音少高音多，听感刺耳。 9
iD S U i cos i t uC
检波电流iD是一串尖顶余弦脉冲，由于输入等幅波，
则电流为等幅尖顶余弦脉冲，高度IDM。
当 it 时，iD 0 ，即 0 S U i cos uC
S 0 uC U i cos — ①输入等幅波输出直流
通信电子线路
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Crystal Radio
AM
FM
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2
Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
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3
振幅解调也称振幅检波，是振幅调制的反过程，作 用是将调制信号从已调波中还原出来，解调出来的 信号与高频调幅信号包络变化规律相同，又称包络 检波(Envelope Demodulation)。
另一方面，正弦信号功率也正比于输入电压振幅：
1 U i2 2 P Ui 2 RL
可见，输入信号功率正比于直流电流增量，可以用 小信号检波器间接测量输入正弦波信号功率。（实 际上热效应法是测量功率的标准方法）
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Chapter5 振幅解调
5.1 5.2 5.3 5.4 检波器的技术指标 小信号检波 大信号检波 同步检波器
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ui U i 1 m cos t cos i t
14
小信号检波定量分析
设 输入电压 ui U i 1 m cos t cos i t 忽略检波负载RL、CL上输出电压uL的反作用，则 二极管D两端的电压为：
uD ui E U i 1 m cos t cos i t E
振幅之比的形式，。
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RiD越大，吸收末级中放回路能量越少，对末级中 放回路影响越小。 第一章讲小信号调谐放大器增益 Au 0
g P g oe本 g 0 P gie下
2 1 2 2
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P 1P 2 y fe g
gie下
1 RiD
四、检波器高频滤波系数
Ui F U oa
1 mU i 2
1 mU i 2
输入信号波形
输入信号频谱
输出信号波形
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输出信号频谱
7
输入调幅波
ui U i 1 m cos t cos i t
UΩ：检波器输出低频电压振幅； mUi：检波器输入高频信号包络振幅。
U 则检波效率 K D mU i
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SU i sin cos sin cos SU i 1 cos 1 cos
13
5.2 小信号检波
小信号指电压振幅 U i 200mV 一、工作原理 利用二极管伏安特性曲线 非线性，在电路中用偏置 电压E，使二极管工作点 有意落在伏安特性曲线 弯曲段，则原本上下包 络对称的输入电压ui产生 的电流iD的包络上下不对 称。而iD的上下包络之差 是一个低频分量，反应 调制信号变化规律。
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5
5.1 检波器的技术指标
一、检波器电压传输系数 KD （检波效率） 检波效率越高，同样输入下输出信号越大 1. 输入高频等幅波 ui U i cos i t ，包络为直线
输入信号波形
输出直流电压UO：
UO Ui
则检波效率 K D
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6
2. 输入信号是调幅波： ui U i 1 m cos t cos i t
( Detecter/Demodulator/Amplitude Discriminater )
从检波器输入、输出波形和频谱看，检波过程也是 频谱搬移过程，将调制信号由高频频谱搬移到低频 频谱，非线性过程要用到非线性器件。
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检波器的组成：
(1) 高频信号输入电路： LC调谐电路，中心频率调谐在载波频率ω0上； (2) 非线性器件： 二、三极管，模拟乘法器等，工作在非线性状态， 频率变换； (3) 低通滤波器： RC低通滤波器，滤除高频分量，取出低频分量。
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3. 非线性失真 检波电流iD中存在低频信号iΩ的二次谐波i2Ω，其频 率与基波电流iΩ的非常接近（比如Ω=300Hz，则二 次谐波2Ω=600Hz，均在带内 ），无法用后面的RC 低通滤波器完全滤掉，从而引起非线性失真。
U 2 i2 RL a2 m2U i2 4 1 非线性失真系数 K f m 2 U i RL a2 mU i 4
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2. 等效输入电阻：
Ui RiD Ii
RiD是针对高频而言的输入电阻 ・ 电路中CL对高频相当于短路，而检波 过程二极管始终处于导通状态，等效 为电阻RD，电路等效成右图；
RiD RD
RD约几百Ω～1KΩ左右，很小，并联在末级中放回 路两端，加大了对末级中放回路的影响。
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2. 非线性失真 产生原因：检波管伏安特性曲线的非线性引起。伏 安特性曲线的弯曲段使检波器输出中不但含有需要 的低频基波分量，还包括低频基波的高次谐波： 定义非线性失真系数
Kf
2 2 2 U2 U U 3 n
U
U 2 U
其中，UΩ是低频基波电压振幅，UnΩ是低频的n次谐 波的电压振幅，其中二次谐波影响最大。
将流过D的电流iD在静态工作点处展开泰勒级数有：
iD a0 a1 uD E a2 uD E 取二次三项
2
将iD表达式展开后可见含有下列频率成分：
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15
1 1 2 2 (1) 直流电流： I 0 a0 a2U i 1 m I Q I 0 2 2 1 1 2 2 其中 I 0 a2U i 1 m — 直流电流增量 2 2
・ 可见小信号检波器 K f m ，若 m 1 则 K f 0.25 ， 失真非常大；此外其KD小，RiD也小，不适合在广 播、通信接收机中使用。
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・ 小信号检波器优点： 其直流电流增量正比于输入电压振幅:
1 1 2 2 I 0 a2U i 1 m U i2 2 2
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22
(2)AB段：ui uC , uD ui uC 0 ，D截止，iD=0， C通过R放电。放电时间常数为 τ放=RC 。
RD R
充 放
ui A 0
即充电快，放电慢。
ui U i 1 m sin t sin i t
(3) BC段：
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21
5.3 大信号检波
大信号指电压振幅 U i 500mV 一、工作原理 利用二极管单向导电性及检 波负载RC充放电过程实现 工作过程分析 输入调幅波
ui U i 1 m sin t sin i t
(1) OA段：输入电压ui > 0，负载电容上电压uC=0， 显然 ui uC , 二极管D两端电压 uD ui uC 0 D导通，故iD≠0，将对检波负载电容C充电。设二 极管导通内阻为RD，充电时间常数为τ充=RDC
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当 it 0 时，
iD I DM S U i uC S U i U i cos SU i 1 cos
尖顶脉冲中含有直流、基波及高次谐波分量： 其中直流分量：
I D 0 0 I DM sin cos I DM 1 cos
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24
大信号检波与小信号检波区别：
小信号检波：二极管工作在V-A曲线弯曲段，在输 入高频信号一周期内总处于导通状态，电流iD连 续，上包络大，下包络小，包络差值体现低频信 号变化规律； 大信号检波：二极管工作在开关状态，输入高频信 号一周期内只有少部分时间导通，大部分时间截 止，输入信号幅度大，脉冲幅度大，脉冲包络反 映调制信号变化规律。
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25
二、大信号检波器定量分析 对二极管V-A曲线折线化，斜率S，RD是D导通电阻
1 S RD
iD S uD VbZ
iD 0
iD
斜率S
iD
uD VbZ
-uC
IDM
0
uD VbZ
2
输入电压：等幅波 ui U i cos i t 二极管两端电压：
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16
其中 U a2 mU i2 RL 检波器输出低频基波电压振幅 与输入高频电压振幅平方成正比，故小信号检波器 又称为“平方律检波器”。 二、小信号检波器技术指标
U a2 mU i2 RL a2U i RL 1. 检波效率 K D mU i mU i
・ 小信号检波要求Ui很小，使得KD小，检波效率低； ・ 上式不能直接用于计算，因为输入信号本来就小， 又忽略了负载电压的反作用，导致结果误差很大。 但上式可以用来定性讨论KD与哪些参数有关。
(2) 低频基波电流： i a2 mU cos t 1 (3) 低频二次谐波电流： i2 a2 m2U i2 cos 2t 4 (4) 高频分量：ωi、ωi±Ω、2ωi、2ωi±Ω、2ωi±2Ω
2 i
低频基波电流iΩ在检波负载RL上得到低频基波电压：
u i RL a2 mU i2 RL cos t U cos t