调幅通信中的调制与解调电路

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发布时间 2009-05-11

一、调幅电路

调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上(例如晶体二极管三极管)经非线性变换成新的频率分量,再利用谐振回路选出所需的频率成分。

调幅电路分为二极管调幅电路和晶体管基极调幅、发射极调幅及集电极调幅电路等。通常,多采用三极管调幅电路,被调放大器如果使用小功率小信号调谐放大器,称为低电平调幅;反之,如果使用大功率大信号调谐放大器,称为高电平调幅。

在实际中,多采用高电平调幅,对它的要求是:(1)要求调制特性(调制电压与输出幅度的关系特性)的线性良好;(2)集电极效率高;(3)要求低放级电路简单。

1、基极调幅电路
图1是晶体管基极调幅电路,载波信号经过高频变压器T1加到BG的基极上,低频调制信号通过一个电感线圈L与高频载波串联,C2为高频旁路电容器,C1为低频旁路电容器,R1与R2为偏置的分压器,由于晶体管的ic=f(ube)关系曲线的非线性作用,集电极电流ic含有各种谐波分量,通过集电极调谐回路把其中调幅波选取出来,基极调幅电路的优点是要求低频调制信号功率小,因而低频放大器比较简单。其缺点是工作于欠压状态,集电极效率较低,不能充分利用直流电源的能量。

2、发射极调幅电路
图2是发射极调幅电路,其原理与基极调幅类似,因为加到基极和发射极之间的电压为1伏左右,而集电极电源电压有十几伏至几十伏,调制电压对集电极电路的影响可忽略不计,因此射极调幅与基极调幅的工作原理和特性相似。

3、集电极调幅电路
图3是集电极调幅电路,低频调制信号从集电极引入,由于它工作于过压状态下,故效率较高但调制特性的非线性失真较严重,为了改善调制特性,可在电路中引入非线性补尝措施,使输入端激励电压随集电极电源电压而变化,例如当集电极电源电压降低时,激励电压幅度随之减小,不会进入强压状态;反之,当集电极电源电压提高时,它又随之增加,不会进入欠压区,因此,调幅器始终工作在弱过压或临界状态,既可以改善调制特性,又可以有较高的效率,实现这一措施的电路称为双重集电极调幅电路。

采用图4的集电极、发射极双重调幅电路也可以改善调制特性。注意变压器的同名端,在调制信号正半波时,虽然集电极电源电压提高,但同时基极偏压也随之变正,这就防止了进入欠压工作状态;在调制信号负半波时,虽然集电极电压降低,但基极度偏压也随之变负,不致进入强过压区,从而保持在临界、弱过压状态下工作。

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  图一、基极调幅电路               图二、发射极调幅电路

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  图三、集电极调幅电路              图四、双重调幅电路

二、幅度检波电路

从调幅波中取出调制信号的过程,称为幅度检波,常用的检波电路有三种:小信号平方律检波,大信号包络全波和乘积检波,对检波器的要求有以下三点:
(1)检波效率(电压传输系数)
若检波器输入等幅高频电压峰值为Uc,检波后的输出电压为Uo,则检波效率K定义为:K=Uo/Uc
若检波器输入为包络调幅波,则检波效率寂静义为输出低频电压幅度UΩ与输入高频电压包络幅度 mUc之比:
K=UΩ/mUc
式中:m是调幅系数。K越大说明同样的输入情况下可以得到较大的低频输出信号,即检波效率高。
(2)检波失真
它反映输出低频电压波形和输入已调波包括形状的符合程度。
(3)输入电阻Ri
由检波器输入端看进去的等效电阻称为输入电阻Rio,通常检波器接于中频放大器的输出端,Ri看作是它的负载。因此,Ri越大对中频放大器的影响就会越小,

1、小信号平方律检波器

图5(a)是小信号检波电路。其特点是:(1)输入高频信号ui(t)的幅度为几十毫伏量级;(2)选择适当的偏置电压使工作点Q处于伏安特性的弯曲段上 [见图5(b)],在整个高频信号周期内均有电流通过二极管。经理论分析得该检波器的输出电压u2与输入电压U调幅通信中的调制与解调电路c成正比,平方律检波正是由此得名,其参数如下:
(1)检波效率K=UΩ/mUc=Ra2Uc/(1+a1R [考题输出电压反作用]
式中:R为检波器负载电阻,Uc为高频调幅波的载波幅度,a1、a2为与工作点电流有关的系数,在室温情况下其值近似为:
a1=38Io 及 a2=0.74×10调幅通信中的调制与解调电路Io (Io的单位为安培)
若检波器的工作点电流选定为Io=20微安,R=4.7千欧, Uc=50毫伏则检波效率为:
K=Ra2Uc/(1+a1R)=(4.7×10调幅通信中的调制与解调电路×0.47×10调幅通信中的调制与解调电路×20×10调幅通信中的调制与解调电路×50×10调幅通信中的调制与解调电路)/(1+38×20×10调幅通信中的调制与解调电路×4.7×10调幅通信中的调制与解调电路)=0.76
(2)非线性失真,由于二次谐波与基波相距很近,不易清除干净,故常用二次谐波失真系数y来估计失真的大小。其值为:
y=m/4
由式可见,调幅系数m越大则y越大,失真越严重,一般情况下m≈30%,则y≈7.5%
(3)输入阻抗Ri,指数波频率为ωc的交流阻抗。从图5(a)中可见,对ωc而言,C看作短路,所以Ri等于二极管的交流电阻rd,在室温情况下其值为:
Ri=rd=26×10调幅通信中的调制与解调电路/Io
若Io=20微安,则Ri=(26×10调幅通信中的调制与解调电路)/20×10调幅通信中的调制与解调电路 =1.3千欧
小信号检波的缺点是:输入阻抗低,非线性失真严重,

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