调幅、检波与混频电路

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1、第5章调幅、检波与混频电路【本章内容提要】本章介绍了相乘器及其频率变换作用，介绍了调幅与检波的基本原理。对振幅调制电路、振幅解调（检波）电路和混频电路进行了详细的介绍，对混频干扰的原因作了深入分析，并介绍了减少干扰的措施和方法。【本章学习重点与要求】本章重点掌握频率变换的基本原理，了解相乘器的基本特点。掌握基本调幅电路、栓波电路和混频电路的结构组成和工作原理，了解各种混频干扰及其解决方法。第5章调幅、检波与混频电路调幅（调制）、检波（解调）和混频电路是用来对输入信号进行频谱变换的重要电路，是通信、广播、电视、雷达和导航等系统中的基本电路。频谱变换电路可分为频谱

2、搬移电路和频谱非线性变换电路，振幅调制与解调电路、混频电路属于频谱搬移电路，它们的作用是将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移；角度调制与解调电路属于频谱非线性变换电路，它们的作用是将输入信号频谱进行特定的非线性变换。本章主要讨论振幅调制与解调和混频电路，频谱非线性变换电路将在第6章中介绍。5.1频谱搬移电路原理5.1.1相乘器及其频率变换作用1．相乘器相乘器也叫乘法器，是对两个互不相关的模拟信号实现相乘功能的非线性函数电路或器件。它有两个输入端（X端和Y端）及一个输出端口，其电路符号如图5-1所示。用它来实现频率变换，具有无用干扰分量少等优点，在各种频率变

3、换电路中得到广泛地应用。表示相乘特性的方程为uO(t)=KMuX(t)uY(t)式中，KM为相乘器的增益系数。当uX(t)和uY(t)的满量程均为10V，理想相乘器uO(t)的幅度等于10V时，这样的相乘器称为10V制通用相乘器，即KM=1/10V。图5-1相乘器电路符号5.1.1相乘器及其频率变换作用在XY平面上，相乘器有4个可能的工作区域。如果相乘器限定uX(t)和uY(t)均为正极性，则称它为一象限相乘器；如果相乘器只能允许uX(t)[或uY(t)]为一种极性，而允许uY(t)[或uX(t)]为两种极性，则称它为二象限相乘器；如果相乘器允许uX(t)和u

4、Y(t)分别均可为两种极性时，则称它为四象限相乘器。具有四象限的相乘器在通信电路中可完成调制、混频等频率变换功能。5.1.1相乘器及其频率变换作用２．频率变换的实现对于一个理想的相乘器，当uX(t)、uY(t)中有一个或两个都为零时uO(t)为零，当任一输入电压为恒值时，输出电压与另一输入电压之间呈线性关系，即uO(t)=[KMuX(t)]uY(t)或uO(t)=[KMuY(t)]uX(t)这时相乘器相当于一个线性放大器。设uX(t)=UXmcos(ωXt)，uY(t)=UYmcos(ωYt)，则相乘器的输出电压uO(t)等于uO(t)=KMuX(t)uY(

5、t)=KMUXmUYmcos(ωXt)cos(ωYt)=KMUXmUYm{cos[(ωX+ωY)t]+cos[(ωX−ωY)t]}（5-1）5.1.1相乘器及其频率变换作用上式说明，相乘器输出电压中既无ωX分量，也无ωY分量，反而出现了两个新的频率分量，即和频(ωX+ωY)和差频(ωX−ωY)。可见，相乘器是一个非线性器件，具有频率变换作用。在无线电通信技术中，广泛采用二极管平衡相乘器或由三极管构成的双差分对管模拟相乘器。图5-2是常用的频率变换电路框图。图5-2中的ul和u2若按要求加入不同的信号，就可实现不同功能的频率变换。非线性电路的形式多种多样，都可

6、以实现上述的频率变换功能。在集成高频电路中相乘器是随处可见的，绝大部分的频率变换电路，如混频、检波、调幅、鉴相等常常用乘法电路来实现。5.1.2调幅与检波的基本原理1．调幅（1）调幅信号的数学表达式所谓调幅，就是用调制信号去控制高频载波的振幅，使高频载波的振幅按调制信号的变化规律进行变化。常见的调幅形式有：普通调幅（AM）、平衡调幅（DSBAM或DSB）和单边带调幅（SSBAM或SSB）等，其中普通调幅是最基本的。普通调幅（AM），也称标准调幅，其信号含载频和上下两个边频（边带）分量，如图5-3所示。调幅波的特点可以用数学表达式来分析。如图5-3(a)

7、所示，调制信号uΩ(t)为低频余弦信号，其电压表示式为uΩ(t)=UΩmcos(Ωt)=UΩmcos(2πFt)（5-2）式中，=2F，为调制信号角频率，F为调制信号频率，通常F＜＜fc。设载波信号uc(t)为一高频等幅波，如图5-3(b)所示，其电压表达式为uc(t)=Ucmcos(ωct)=Ucmcos(2πfct)（5-3）式中，ωc=2fc，ωc为载波角频率，fc为载波频率。图5-3调幅波波形5.1.2调幅与检波的基本原理当调制信号u和载波信号uc同时送入相乘器后，可得输出电压为uO(t)=KM[UQ+u(t)]Ucmcos(ωct)

8、=[KMUQUcm+KMUcmu(