同步检波器课件

本章主要内容：本章主要内容：1、概述、概述第六章第六章 调幅信号的解调调幅信号的解调2、二极管大信号包络检波器、二极管大信号包络检波器3、同步检波器、同步检波器1本章主要内容：第六章 调幅信号的解调2、二极管大信号包络检波从调幅波中不失真地还原出原从调幅波中不失真地还原出原调调制信号。制信号。一、检波电路的功能一、检波电路的功能 从频谱上看，从频谱上看，检波也是一种信号频谱的线性搬移检波也是一种信号频谱的线性搬移过程，过程，是将调幅波的边频是将调幅波的边频或边带频谱搬移到原调制信号的频谱处。或边带频谱搬移到原调制信号的频谱处。6.1 检波概述检波概述2从调幅波中不失真地还原出原调制信号。一、检波电路的功能 331、包络检波、包络检波 二、检波电路的分类二、检波电路的分类2、同步检波、同步检波 检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变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，化规律，只适合于普通调幅波的检波只适合于普通调幅波的检波。在检波器的输入端加一个与本地载波信号在检波器的输入端加一个与本地载波信号同频同相同频同相的同步信号实现检波，的同步信号实现检波，主要用于主要用于DSB调幅波和调幅波和SSB调幅调幅波的检波波的检波。三、检波电路的组成三、检波电路的组成产生包含原调制信产生包含原调制信号的新频率成分号的新频率成分取出原调制信号取出原调制信号输入回路输入回路非线性器件非线性器件低通滤波器低通滤波器41、包络检波 二、检波电路的分类2、同步检波 一、大信号检波的工作原理一、大信号检波的工作原理6.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器（一）（一）电路组成电路组成+-uiDRC+-uiRui+-Crd由输入回路、二极管由输入回路、二极管D和和RC低通滤波器组成。低通滤波器组成。RC低通滤波电路的作用：低通滤波电路的作用：（1 1）对低频调制信号对低频调制信号u来说来说，电容，电容C的容的容抗抗 ，电容，电容C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R就作就作为检波器的负载，其为检波器的负载，其两端产生输出低频解调两端产生输出低频解调电压电压。（2 2）对高频载波信号对高频载波信号uc来说来说，电容，电容C的容抗的容抗 ，电容，电容C相当于相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号滤除高频信号。5一、大信号检波的工作原理6.2 二极管大信号包络检波器（一1.输入为等幅波时输入为等幅波时设检波器未加输入电压时，电容C上没有储存电荷。输入等幅信号为Ui=UimCOS(Wct)（二）（二）工作原理分析工作原理分析61.输入为等幅波时设检波器未加输入电压时，电容C上没有储+uD-+-uoiduD=ui-uoRi充充+-uoi放放+-ui+-uiDRCui+-Crdididi充充i充充i放放i放放+-+-7+uD -+uoiduD=ui-uoRi充+uoi图图6-4输入等幅波时输出电压、电流波形输入等幅波时输出电压、电流波形 （1 1）当输入信号当输入信号ui为等幅波时，那么为等幅波时，那么载波正半周载波正半周时时二极管正向导通二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容，输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电时间常数为充电，充电时间常数为rdC。因为因为rdC较小，较小，充电很快，充电很快，电容上电压建立的很快电容上电压建立的很快,输输出电压出电压uo很快增长很快增长。-充电过程充电过程id+-+-uo+uD-DRC+-ui8图6-4 输入等幅波时输出电压、电流波形 （1）当输入图图6-4输入等幅波时输出电压、电流波形输入等幅波时输出电压、电流波形 作用在二极管作用在二极管D两端上的电压为两端上的电压为ui与与uo之差，即之差，即uD=ui-uo。所以二极管的导通与否取决于所以二极管的导通与否取决于uD。当当uD=ui-uo0，二极管导通；，二极管导通；当当uD=ui-uo1/wc、RrD的条件，此的条件，此时可认为时可认为UoUim 当输入信号当输入信号Ui的幅度增大或减小时，检波器的幅度增大或减小时，检波器输出电压输出电压Uo也随之近似成比例地增大或减小。也随之近似成比例地增大或减小。11结论：112.输入普通调幅信号（输入普通调幅信号（AM波）时检波）时检波器工作过程波器工作过程图图6-5输入为调幅波包络检波波形输入为调幅波包络检波波形结论：输出电压输出电压uo(t)随着调幅波的包络而变化，随着调幅波的包络而变化，从而获得调制信号，完成了检波作用。从而获得调制信号，完成了检波作用。122.输入普通调幅信号（AM波）时检波器工作过程图6-5 输入二、大信号检波器的技术指标二、大信号检波器的技术指标（一）（一）电压传输系数电压传输系数Kd（检波效率）（检波效率）定义：定义：13二、大信号检波器的技术指标（一）电压传输系数Kd（检波效率）若设输入信号若设输入信号输出信号为输出信号为,则加在二极管两端的电压则加在二极管两端的电压uDiDuoUim如果以右图所示的折线表示二极管如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特征曲线（注意在大信号输入情的伏安特征曲线（注意在大信号输入情况下是允许的），则有：况下是允许的），则有：+uD-ui+-CDR+-uoUBZ当当时时则则14若设输入信号输出信号为,则加在二极管两端的电压uDiDuoU可见可见有两部分：有两部分：低频调制分量：低频调制分量：直流分量直流分量：有有另外，还可以证明导通角的表达式：另外，还可以证明导通角的表达式：而当而当很大时，（如很大时，（如）代入上式可得：代入上式可得：15可见 有两部分：低频调制分量：直流分量 ：有另外，当当D和和R确定后，确定后，即即为恒定值，与输入信号大小无关，为恒定值，与输入信号大小无关，亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入调幅波亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关。表明输入调幅波的包络与输出信号之间为线性关系，故称为的包络与输出信号之间为线性关系，故称为线性检波线性检波。则输出信号为：则输出信号为：当当，但，但理想值理想值。一般当一般当，一般计算方法为：一般计算方法为：当输入信号为：当输入信号为：讨论：讨论：16 当D和R确定后，即为恒定值，与输入信号大小无关，则输出（二）（二）等效输入电阻等效输入电阻Rid包络检波器常作为超外差接收机包络检波器常作为超外差接收机中放末级的负载中放末级的负载，故其故其输入阻输入阻抗对前级的有载抗对前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响值及回路阻抗有直接影响，这也是这也是包络检波器的包络检波器的主要缺点。主要缺点。检波器的输入电阻检波器的输入电阻Rid是为研究检波器是为研究检波器对对其输入谐振回路影响的大小而定义的，其输入谐振回路影响的大小而定义的，因因而，而，Rid是对载波频率信号呈现的参量是对载波频率信号呈现的参量。若若设输入信号为设输入信号为等幅载波信号等幅载波信号+-uo中放末级中放末级RsDRCsCLsisRid+-ui 忽略二极管导通电阻忽略二极管导通电阻rd上的损耗功率，由能量守恒的原则，上的损耗功率，由能量守恒的原则，检波检波器输入端口的高频功率器输入端口的高频功率 ，全部转换为全部转换为输出端负载输出端负载电阻电阻R上消耗的功率上消耗的功率 。17（二）等效输入电阻Rid 包络检波器常作为超外差即有即有又因又因Kd=cos 1，所以，所以（三）（三）失真失真1 1、频率失真、频率失真 当输入信号是调制频率为当输入信号是调制频率为 的调幅波时，输出的调幅波时，输出端端B点的电压频谱应包含点的电压频谱应包含 ，且各频率分量的振幅，且各频率分量的振幅比值应该与原调制信号一致，否则将比值应该与原调制信号一致，否则将失真失真。CRLRDCcui+-AB为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示。连接如图所示。后级放大器后级放大器18即有 又因Kd=cos 1，所以（三）失真1、频率失产生频率失真的原因：产生频率失真的原因：电容电容C 和和Cc对不同的频率具有不同的容抗值对不同的频率具有不同的容抗值避免产生频率失真的条件：避免产生频率失真的条件：2 2、非线性失真、非线性失真二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真二极管伏安特性起始弯曲部分引起的信号失真产生非线性失真的原因：产生非线性失真的原因：二极管大信号检波的非线性失真非常小。这是由于输出电压二极管大信号检波的非线性失真非常小。这是由于输出电压是二极管的反向偏压，具有负反馈作用，能使非线性失真减小。是二极管的反向偏压，具有负反馈作用，能使非线性失真减小。19产生频率失真的原因：电容C 和Cc对不同的频率具有不同的容抗3 3、惰性失真、惰性失真 RC 过大，放电太慢，使得过大，放电太慢，使得输输入入AM信号包络的变化率信号包络的变化率RC放电放电的速率的速率产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因：会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。一般为了提高检波效率和滤波效果，总希望选取较大的一般为了提高检波效率和滤波效果，总希望选取较大的R、C 值，但值，但如果如果R、C 取值过大，使取值过大，使R、C 的放电时间常数的放电时间常数所对应的放电速度小于输入信号（所对应的放电速度小于输入信号（AM）包络下降速度时，）包络下降速度时，tui(t)与与uo(t)uo(t)ui(t)避免产生惰性失真的条件：避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即的变化率，即203、惰性失真 RC 过大，放电太慢，使得输产生设输入信号设输入信号AM信号：信号：电容容C通通过R放放电，通，通过C的的电流流为包络信号为：包络信号为：包络的变化率为：包络的变化率为：而流而流过R的的电流流为21设输入信号AM信号：电容C 通过R 放电，通过C 的电流为包则有有由于由于 为检波器波器输出出电压则所以不所以不产生惰性失真的条件生惰性失真的条件为：为为避免产生惰性失真，避免产生惰性失真，必须保证必须保证A值取最大时仍有值取最大时仍有故令故令:22则有由于 为检波器输出电压则所以不产生惰性失真的条件为：为即：即：可解得：可解得：有有可见，可见，ma、越大，包络变化越快，要求越大，包络变化越快，要求RC的值就应该越小。的值就应该越小。当当 ，不失真条件变为，不失真条件变为4 4、负峰切割失真、负峰切割失真产生负峰切割失真的原因：产生负峰切割失真的原因：+UAB -+-UR+u-CRLRDCcui+-AB23即：可解得：有可见，ma、越大，包络变化越快，要求RC的值 Uim(1-ma)Uim UR UR此电压在此电压在Cc上恒定，通过上恒定，通过分压，在分压，在R上有：上有：由于由于UR对对检波检波二极管二极管D来说相当于一个反向偏置电压，来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。会影响二极管的工作状态。在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR,当当URUim(1-ma)，二极管截止，检波输出信号不跟随输入调，二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生负峰切割失真。幅波包络的变化而产生负峰切割失真。24 Uim(1-ma)Ui m UR UR 避免产生负峰切割失真的条件：避免产生负峰切割失真的条件：输入调幅波的包络的最小值输入调幅波的包络的最小值Uim(1-ma)必须大于或等于必须大于或等于UR即即可得可得式中，式中，R=RL/R为检波器输出端的交流负载电阻，而为检波器输出端的交流负载电阻，而R为直为直流负载电阻。流负载电阻。三、三、检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择+-u中放末级中放末级RidRLCDRCsLsRsisCc（1）回路有载回路有载要大：要大：这应该从这应该从选择性选择性及及通频通频带带的要求来考虑。的要求来考虑。一般：一般：25避免产生负峰切割失真的条件：输入调幅波的包络的最小值Uim(（2）为保证输出的高频纹波小）为保证输出的高频纹波小（3）为了减少输出信号的频率失真为了减少输出信号的频率失真要求：要求：（4）为了避免惰性失真：为了避免惰性失真：（5）为了避免底部切割失真：为了避免底部切割失真：或或要求：要求：26（2）为保证输出的高频纹波小（3）为了减少输出信号的频率失6.3 同步检波器同步检波器同步：同步：在输入端外加一个与原载频信号在输入端外加一个与原载频信号同频同相同频同相的的本地载频信号本地载频信号一、同步检波器的组成一、同步检波器的组成二、工作原理二、工作原理（一）输入为双边带调幅波（一）输入为双边带调幅波乘法器乘法器低通滤低通滤波器波器uiu0本地载波本地载波u输入已调波：输入已调波：本地载波：本地载波：276.3 同步检波器同步：在输入端外加一个与原载频信号同频同则乘法器输出为：则乘法器输出为：则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为：本地载波本地载波DSB信号信号经过低通滤波器后被过滤经过低通滤波器后被过滤28 则乘法器输出为：则经低通滤波器后的输出信号为：（二）输入为单边带调幅波（二）输入为单边带调幅波输入已调波：输入已调波：本地载波：本地载波：则乘法器输出为：则乘法器输出为：经过低通滤波器后被过滤经过低通滤波器后被过滤则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为：29（二）输入为单边带调幅波输入已调波：本地载波：则乘法器 设本地本地载频信号与信号与输入入载频的不同步量的不同步量为 ,相位相位不同步量不同步量为 ，即，即三、本地载频信号不同步的影响三、本地载频信号不同步的影响（一）输入为双边带调幅波（一）输入为双边带调幅波乘法器输出为：乘法器输出为：则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为：30 设本地载频信号与输入载频的不同步量为 ,相位三当当频率、相位不同步时频率、相位不同步时，检出的低频信号将，检出的低频信号将产生频率失产生频率失6真和相位失真。真和相位失真。（二）输入为单边带调幅波（二）输入为单边带调幅波乘法器输出为：乘法器输出为：31 当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频注意：注意：(1)同步检波的关键是乘积项，即前面介绍的具有乘积项同步检波的关键是乘积项，即前面介绍的具有乘积项的线性频谱搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现同步的线性频谱搬移电路，只要后接低通滤波器都可实现同步检波。检波。(2)同步检波无失真的关键是同步。同步检波无失真的关键是同步。则经低通滤波器后的输出信号为：则经低通滤波器后的输出信号为：当当频率、相位不同步时频率、相位不同步时，检出的低频信号将，检出的低频信号将产生频率失产生频率失6真和相位失真。真和相位失真。32注意：则经低通滤波器后的输出信号为：