调幅信号的解调(检波)

课 题：

8-1 检波器概述 8-2 同步检波器

教学目的：

1. 理解检波器的概念（从频谱、波形）、分类、组成、主要技术指标。 2、掌握同步检波器的实现模型及工作原理。 教学重点：

1.检波的概念、类型、组成、主要技术指标； 2.同步检波器的实现模型及工作原理。 教学难点： 教学方法：

讲授 课 时：

2学时 教学进程

单元八 调幅信号的解调(检波) 8.1 检波器概述

一. 检波器的作用和组成

1．检波器的概念：从高频调幅中检出原调制信号的过程，称为检波。完成这个功能的电路称为检波器。

下面我们分别从频谱和波形来理解检波的实质。 我们画出检波前和检波后信号的频谱，如下：

从图可以看出，检波是调幅的逆过程,则其频谱变换也与调幅相反，即把调幅波的频谱由高频不失真地搬到低频，其频谱向左搬移了fC。可见，检波器也是频谱搬移电路。

我们再画出检波前和检波后信号的波形，如下： （1）当输入为高频等幅波时，如下图8-2所示：

（2）当输入为单频正弦信号调制的普通调幅波时，如下图8-3所示：

从以上两种波形可以看出，对于普通调幅波，由于其包络反映了调制信号变化的规律，因此对普通调幅波进行检波，检波器的输出电压uO(t)波形与输入调幅波uI(t)的包络相同，如图8-2和8-3所示，其中图8-2输入为高频等幅波，故输出为直流电压；图8-3输入为单频正弦信号调制的普通调幅波，故输出为正弦波。

2．检波器的分类和组成

分类:同步检波器（相干检波器）、非同步检波器（非相干检波器）。

前面我们知道检波器是频谱搬移电路，所以检波器的组成中非线性器件是其核心元件，同时用低通滤波器滤除无用频率分量，取出原调制信号的频率分量。

（1） 同步检波器的组成框图

同步检波器在工作时，必需给非线性器件输入一个与载波同频同相的本地参考电压，即同步电压u（）rtUrmcosct。因此，检波器由乘法器(或其他非线性器件)、低通滤波器和同步信号发生器组成，这种检波器就称为同步检波器,它适合于各种调幅波的检波（AM、DSB、SSB）。

（2）非同步检波器的组成框图

非同步检波器检波时不需要同步信号，由非线性器件和低通滤波器构成，它只适合于普通调幅波（AM）的检波。这种检波器的输出信号(原调制信号)与调幅波的包络变化规律一致，故称为包络检波器。 二．检波器的主要性能指标 1．电压传输系数Kd

电压传输系数用来说明检波器对高频信号的解调能力，又称为检波效率，用Kd表示。

若检波器输入为高频等幅波，如图8-2所示，其振幅为Uim,而输出直流电压为Um,则检波器的电压传输系数

KdUO (8-1) Uim若检波器输入为高频调幅波,其包络振幅为maUim，而输出低频电压振幅为Um，如图8-3所示,则检波器的电压传输系数 KdUm (8-2) maUim显然,检波器的电压传输系数越大 ,则在同样输入信号的情况下,输出信号就越大,即检波效率高。一般二极管检波器Kd总小于1，Kd越接近于1越好。 2.输入电阻Ri

检波器的输入电阻Ri是指从检波器输入端看进去的等效电阻,用来说明检波器对前级电路的影响程度。定义Ri为输入高频等幅波的电压振幅Uim与输入高频脉冲电流中基波振幅Iim之比

RiUim (8-3) Iim

8.2 同步检波器

一.同步检波电路

同步检波电路有两种实现方法，一种采用模拟乘法器实现，一种采用二极管包络检波器构成叠加型同步检波器。

1、用模拟乘法器实现的同步检波（如图8-5所示）

(1）当输入u为普通调幅波时，即uI(t)Uim（1macost）cosct （It）同步电压信号为： u（）rtUrmcosct 则乘法器的输出电压为：

2u（）tKu（）tu（）=tKUU（1mcost）cosctzMIrMrmima

111KMUrmUim+KMUrmUimmacost+KMUrmUimcos2ct 22211KMUrmUimmacos(2c)t+KMUrmUimmacos(2ct)t 44可以看出，u中含有0、F、2fc、2fc±F共5个频率分量，经过低通滤波器LPF（zt）后滤去2fc、2fc±F高频分量，再经隔直电容后，就得到：

1u（t）KMUrmUimmacostUmcost 02令： Um1KMUrmUimm，则为原调制信号。 u（a0t）2由式(8-2)得该检波器的电压传输系数 KdUm1KMUrm maUim2(2）当输入u为双边带调幅波时，即uI(t)maUimcostcosct （It）则 u（）（）u（）=KMUrmUimmacostcos2ct ztKMuItrt111KMUrmUimmacost+KMUrmUimmacos（2c）t+KMUrmUimmacos（2c）t244 可以看出，u中含有F、2fc±F共3个频率分量，经过LPF后滤去2fc±F两个高（zt）（频分量，就得到：u0t）1KMUrmUimmacostUmcost 2与普通调幅波的输出及电压传输系数完全相同。

1u(t)maUimcos（c+）t（上边带） (3）当输入u为单边带调幅波时，即（t）II21（）tK（u）t（u）=tKU（msa）tcos 则 uzMIrMrmUicmocct211KMUrmUimmacost+KMUrmUimmacos（2c）t 48可以看出，u中含有F、2fc+F共2个频率分量，经过LPF后滤去2fc+F高频（zt）（分量，就得到：u0t）1KMUrmUimmacostUmcost 4令 Um1KMUrmUimma，则u为原调制信号。 （0t）4由式(8-2)得该检波器的电压传输系数 Kd

其实际电路图如下：

Um1KMUrm maUim4

图中，电源采用12V单电源供电，调幅信号u通过0.1uF耦合电容加到1端，其（It）有效值在几mV~100mV范围内都能不失真解调，同步信号u通过0.1uF耦合电容加到（rt）8端，电平大小只要求能使双差分对管工作于开关状态（50~500mV之间）。输出端9经过RC的一个π型低通滤波器和一个1uF的耦合电容取出调制信号。

2.叠加型同步检波器

叠加型同步检波器的工作原理是将双边带调制信号u与同步信号ur(t）叠加，得（It）到一个普通调幅波，然后再经过包络检波器（下节内容讲），解调出调制信号。

小结：同步检波器可用于各种调幅波的检波，且同步电压振幅Urm越大，则检波器的电压传输系数也越大。

二.参考信号的频率和相位偏差对检波的影响

上面我们分析同步检波器工作原理时，要求本地参考电压ur(t）与载波同频同相，即保持严格的同步。若ur(t）与载波不能保持严格同步，即存在频偏、，则将对检波器有何影响呢？

1、分析如下：设u为双边带调制信号。 （It）(1）ur(t）与载波同频不同相

即 u（Uco（sct ）rt）rm1KmotUmco stMUrmUimcascos21mcoas令 UmKMUrmUim，则检波器输出电压没有失真，但cos1，使

2输出低频电压的振幅减小。如0，即参考电压与载波同频同相，则输出低频电压的

（t则 u0）越小越好。 振幅最大；如900，则u（0t）=0。希望

(2）ur(t）与载波不同频同相

即 u（）（c）t rtUrmcos1（t）KMUrmUimmacostcost 则 u02此时u的振幅将是按cost变化的低频电压，即产生了失真。 （0t）(3）ur(t）与载波不同频不同相 即 u（）co（s）t rtUrmc（则 u0t）1KmosMUrmUimca（2t）cos t此时u的振幅将是按cos(t)变化的低频电压，即产生了失真。 （0t） 2.同步信号的产生方法

(1）若输入信号器为普通调幅波，可将调幅波限幅去除包络线变化，得到的是角频率为c的方波，用窄带滤波器取出c成分的同步信号。

2(2）若输入信号器为双边带调幅波，将双边带调制信号u取平方uI（）（t，从中取It）出角频为2c的分量，经二分频将它变为角频率为c的同步信号。

(3）若输入信号器为发射导频的单边带调幅波，可采用高选择性的窄带滤波器，从输入信号中取出该导频信号，导频信放大后就可作为同步信号。如果发射机不发射导频信号，则接收机就要采用高稳定度晶体振荡器产生指定频率的同步信号。

小结：为了保证同步检波器不失真地解调出幅度尽可能大的信号，参考电压应与输入载波同频同相，即实现二者的同步。在实际工作时，二者的频率必须相同，而允许有很小的相位差。但如果是电视图像信号时也会有明显的相位失真，这一点要注意。

本课小结：

1. 检波器概述： 检波器的作用和组成

检波器的主要性能指标

2. 同步检波电路： 用模拟乘法器实现的同步检波

二极管包络检波器构成叠加型同步检波器

3. 参考信号的频率和相位偏差对检波的影响

本课作业：

在同步检波器中，为什么参考电压与输入载波同频同相？二者不同频将对检波有什么影响？二者不同相又将对检波产生什么影响？

课 题：单元八 调幅信号的解调(检波)

单元八 8-3 检波器概述 教学目的：

理解大信号峰值包络检波器的工作原理 教学重点：

大信号峰值包络检波器的工作原理 教学难点：

大信号峰值包络检波器的性能分析（工作原理及失真） 教学方法：

讲授 课 时：

2学时 教学进程

单元八 调幅信号的解调(检波) 8.3 大信号包络检波器

大信号包络检波器只适于普通调幅波的检波。目前应用最广的是二极管包络检波器（集成电路中多采用三极管射极包络检波器）。其电路如下：

该电路由二极管V和RL、CL组成的低通滤波器串接而成的，RL为检波负载电阻，CL为检波负载电容。变压器Tr将前级的普通调幅波送到检波器的输入端，虚线所示的Cc为隔直电容，Ri2为后级输入电阻。该电路输入的是大信号，即输入高频电压u的振（It）幅在500mV以上，这时二极管就工作在受u（控制的开关状态。 Dt）1．工作原理的分析

由图可以看出，二极管两端的电压u（）=是大信号，所以u（）-u（）（DtIt0t，由于uIt）也很大，其反作用不能忽略。当u（）>0，二极管导通；当u（）<0，二极管截止。 u（DtDt0t）RL和CL并联，所以检波器的输出电压u就是电容CL两端的电压。 （0t）（1） 当输入u为高频等幅波 （It）

分析如下：设u（）（ItUimcosct ，且在t0时 CL上没有电荷，即u0t）=0 。

这时u（）= ， 二极管导通，有电流iD，CL被充电，充电时间常数u（）-u（）>0DtIt0t为充rdCL，由于rd很小，所以电容充电非常快，其u电压上升很快，如图8-9(a)（0t）红线所示，该曲线非常陡峭。

当曲线上升到“1”点时，两曲线相交这一点，就表明u，则u（）=0，（（0t）=uIt）Dt二极管处在临界状态。当过“1”点后，u有下降趋势，则u（）=,二u（）-u（）<0（DtIt0tIt）极管截止，CL放电，放电时间常数为放RLCL，其值比较大，所以电容放电非常慢，其电压下降很慢，如图8-9(a)红线第二段所示，该曲线比较平缓。 u（0t）当曲线下降到“2”点时，两曲线相交这一点，就表明u，则u（）=0，（（0t）=uIt）Dt二极管处在临界状态。当过“2”点后，u有上升趋势，则u（）=,二u（）-u（）>0（DtIt0tIt）极管又导通，有电流iD，CL被充电。如此反复，由于充电快，放电慢，在很短时间内就达到充放电的动态平衡。此后，u便在平均值u0（=U0上下按频率fc作锯齿状的小0t）（AV）波动（低通滤波器非理想导致在CL两端产生的残余高频电压）。如果RLCL》Tc(Tc为高频等幅波u的周期)，则CL放掉的电荷量很少，因此u的锯齿波动很小，一般可以忽（（It）0t）略，则u的波形就近似是u的包络，如图8-9(b)所示。u（（（U0Uim，即检波0t）It）0t）效率约为1。

（2）当输入u为单频普通调幅波 （It）设uI(t)Uim(1macost)cosct，此时检波器的工作过程与高频等幅波输入时很相似，只是随着u幅度的增大或减小，u也作相应的变化。因此u将是与调幅（（（It）0t）0t）包络相似的有小锯齿波动的电压，图8-10 (a)红线所示。忽略锯齿小波动后，其波形如图8-10 (b)所示。

则uo(t)Uim(1macost)UimmaUimcost

分解为一个直流分量U0Uim和一个按调幅波包络变化的低频分量u（0t）。u(t)maUimcost。经过隔直电容Cc的作用，在Ri2上就得到低频原调制信号u（t）由于这种检波器输出电压u与输入高频调幅波u的包络基本相同，故又称为峰值（（0t）It）包络检波。

2．主要性能分析 （1）电压传输系数Kd 当输入为高频等幅波时，KdUO1； UimUn1 （UmmaUim） maUim 当输入为单频普通调幅波时，Kd（2）输入电阻Ri

条件是检波器输入为高频等幅波u（）cosct，则检波器输入功率为ItUim22PiUim/2Ri,输出功率为P0U0m/RL（直流功率），输入功率一部分转换为输出

功率，一部分消耗在二极管的正向电阻上，此消耗功率很小，可忽略。 则P（Uim，可得U2im/2RiU2im/RL，故得 0t）iP0,而由于u1RiRL

2 3．检波器的失真

检波器的失真包括非线性失真、截止失真、频率失真、惰性失真和负峰切割失真。 （1）非线性失真

原因：是由于二极管伏安特性的非线性引起的。 克服措施：适当增大RL，可使这种非线性失真很小。 （2）截止失真

原因：是由于二极管存在导通电压U0n,当输入调幅波的振幅小于U0n时，二极管截止引起的。

克服措施：使Uim（1ma）>U0n，则可避免截止失真。或二极管尽量采用锗管。 （3）频率失真

原因：是由于检波负载电容CL和隔直电容Cc取值不合理引起的。

其中CL的作用是旁路高频分量，若值太大，则其容抗值很小，将使有用的低频分量受到损失，引起频率失真。Cc的作用是隔直流通低频分量，若值太小，则其容抗值很大，将使有用的低频分量受到损失，引起频率失真。

克服措施：CL1/RLmax和Cc1/Ri2min,则可避免频率失真。

惰性失真和负峰切割失真是大信号包络检波器特有的失真，下面我们重点来讨论。 （4）惰性失真

检波负载RL、CL越大，CL在二极管截止期间放电速度就越慢，则电压传输系数和高频滤波能力就越高。但RLCL取值过大，将会出现二极管截止期间电容CL对RL放电速度太慢，这样检波器的输出电压就不能跟随包络线变化，于是产生了惰性失真。

原因：是由于RLCL取值过大引起的。

由图可以看出，在t1时刻，CL上电压的下降速度低于调幅波包络的下降速度，使下一个高频正半周的最高电压仍低于此时CL的两端电压uo(t)，二极管截止，则uo(t)不再按调幅波包络变化，而是按CL对RL的放电规律变化，直到t2时刻，u的振幅才开始大于（It）uo(t)，检波器才恢复正常工作。这样，在t1~t2期间产生了惰性失真。又称为对角切削失

真。

惰性失真动画演示请点击

克服措施：为了避免产生惰性失真，二极管必须在每个高频周期内导通一次，则要求电容CL的放电速度大于或等于调幅波包络下降的速度。即：

1ma2RLCL

mamax上式表明，ma和Ω越大，包络下降速度就越快，则避免产生惰性失真所要求的RLCL

值也就必须越小。在多频调制时，ma和Ω应取最大值。

（5）负峰切割失真

检波器的输出端经隔直电容Cc接到下一级的输入电阻Ri2，要求Cc的容量大，才能传送低频信号。则Cc两端存在直流电压U0Uim，基本不变，其极性为左正右负，可以把它看成一直流电源。这个直流电源给RL分的电压为：

URLUimRL

RLRi2此电压极性为上正下负，相当于给二极管加了一个额外的反向偏压。当RLRi2时，

URL就很大，这就可能使输入调幅波包络在负半周最小值附近的某些时刻小于URL，则二极管在这段时间就会截止，电容CL只放电不充电，但由于CL容量很大，其两端电压 放电很慢，因此输出电压 u（）0tURL，不随包络变化，从而产生失真。如下图所示：

在t1~t2期间产生了失真，由于这种失真出现在输出低频信号的负半周，其底部被切割，故称为负峰切割失真。

负峰切割失真动画演示请点击

为了避免产生负峰切割失真，必须使输入调幅波包络的最小值Uim（1ma）>URL，即得: maRi2

RLRi2令检波器的直流负载为RL，低频交流负载为RΩ，RRL//Ri2。 即 maR RL负峰切割失真的原因是：检波器的交、直流负载电阻不等和调幅系数较大引起的。 克服措施：使Ri2越大，RRL。 其实际的电路如下：

图中把RL分为RL1和RL2，则检波器的直流负载电阻RLRL1RL2，

交流负载电阻RRL1RL2//Ri2，当RL一定时，RL1越大，检波器的交、直流负载电阻的差别就越小，越不易出现负峰切割失真。为了避免低频电压值过小，一般取

RL1/RL20.1~0.2。C1是用来进一步滤除高频分量的。

本课小结：

大信号包络检波器：

1. 工作原理的分析 2. 主要性能指标的分析 3. 检波器的失真

本课作业：

1. 为什么检波电路要用非线性器件？如果在图8-8电路中将二极管的极性

反接，能否起到检波作用？若能，则输出电压波形与原电路有什么不同？

2. 分析惰性失真和负峰切割失真的原因及克服的措施。