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通信电路原理 9-12重点

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第九章 振幅调制与解调
§9-1 调幅的方法与电路[1] §9-2 单边带调制[1] §9-3 振幅解调概述[2] §9-4 同步检波[1] §9-5 包络检波[1] §9-6 *方率检波[3] §9-7 检波电路实例[1] §9-8 正交幅度调制与解调[0]

§9-1 调幅的方法与电路[1]
调制与解调电路是通信、广播、测量等系统

中的基本电路之一。
频率变换电路(非线性电路)。

调制的其他应用:
如直流放大器。

三、开关型调幅电路
要求:Vc>>VΩ 即:vc等效为开关函数 S(t) 1.双二极管*衡调幅电路(图9-3 p282)
设: 二极管导通电阻为RD, 等效负载为RL 对于D1、D2: vc是共模信号, 在RL上相消; vΩ是差模信号, vΩS(t)在RL上相加。

四、晶体管调幅电路
基极(发射极)调幅:

vΩ控制基极(发射极)电压。
集电极(漏极)调幅:

vΩ控制集电极电压。 由选频网络选出vo (已调信号)。

1.基极调幅电路(发射极调幅电路) (图9-6 p284)

vbe=VBB+vΩ+vc =VBB+VΩcosΩt+Vccosωot

2.集电极调幅电路
vΩ使集电极电源电压VCC发生变化,实现调幅。 (图9-8 p286)

§9-2 单边带调制[1]
一、特点: 1.压缩频带; 2.节省功率; 3.受传播条件(衰落和相移)的影响小; 4.设备复杂。

二、单边带产生方法
(一)滤波法 (图9-10 p288)

难点:接*理想的带通滤波器难以实现。 解决: 1. 频率由低(相对带宽)大到高 ,多级相乘和滤波; 2. 采用VSB。

(二)相移法 (图9-11 p289)

难点:多频工作时,调制信号的宽带 相移难以实现。

§9-3 振幅 解调概述[2]
检波过程 示意图 (图9-13 p290)

§9- 4 同步检波[1] 一、概述 (图9-14 p291)

讨论:令 K'=1 /2 (KVrm) 1.vr与vc(发端载波) 同频、同相(△ω= 0,φ= 0)
则:vo= K'Vs(t)

2.vr与vc 同频、不同相 (△ω= 0,φ≠0)
则:vo= K'Vs(t)cosφ 因为:cosφ≤1(常数), v1(Ω)幅度下降,无失真。 注意: φ ≠ ±π/2

3.vr与vc 不同频、同相 (△ω≠0,φ= 0)
则:vo= K'Vs(t) cos△ω t cos△ω t 随时间变化,失真。

二、参考信号的产生
1.对语音等信号 (同步要求低) 直接提取vr(图9-15 p292)

2.对图象、数字等信号 (同步要求严格) 可采用锁相技术产生vr

§9-5 包络检波[1]
(图9-19 p294)

要求: R >>RD , 可以保证: i充>>i放 ,即:τ充<<τ放

一、工作原理 (图9-20 p295)

vs为已调信号, vo为包络检波信号 1. vs正半周的部分时间(φ<90o) 二极管导通,对C 充电,τ充=RDC ∵ R循环往复,C上获得与包络(调制信号)相一致 D很小 ∴τ充很小,vo≈vs 的电压波形, 有很小的起伏。 2. vs的其余时间(φ>90o) 故称:包络检波。 二极管截止,C经R放电,τ放=RC ∵ R 很大 ∴τ放很大, C上电压下降不多, vo≈vs

二、指标分析

1.电压传输系数Kd

理想:R >>RD , φ→0, Kd=1 实际例: R=5.1kΩ, RD=100Ω时:φ≈33o, Kd≈0.84 R=4.7kΩ, RD=470Ω时:φ≈55o, Kd≈0.55 通常取:Kd= 0.5(-6dB)来估算检波器传输效率

2. 输入电阻Ri 经推导:Ri=R/(2Kd)

理想:Kd=1时,Ri= R/2
实际:Kd<1 ,Ri更大 (对前级有利)。

3.非线性失真
(a)惰性失真(图9-21 p297)

由图可见,不产生惰性失真的条件:
vs包络在 A点的下降速率≤ C 的放电速率

即:

例: 广播收音机:R = 3.9KΩ时 若:mmax= 0.8, Fmax= 5KHz 则:C ≤ 5000pF

电视接收机:R = 3.9KΩ时
若:mmax= 0.8, Fmax= 6MHz

则:C ≤ 5pF

(b)负峰切割失真
负峰切割失真示意(图9-22 p297)

Cc为耦合电容(很大)

直流 RDC =R VDC =VsKd IDC =VDC /R

交流 RAC= (RRL)/(R+RL) VAC= mVs Kd IAC =VAC /RAC

由图, 不失真条件:IDC > IAC 例: m < RAC/R=RL/(R+RL) m= 0.3, R= 4.7 kΩ时, RL> (mR)/(1-m) 要求:RL≥ 2 kΩ; 即: m= 0.7, R= 4.7 kΩ时, m、R较大时,要求 要求:RL≥7.05kΩ; 负载阻抗RL大。

负峰切割失真的改进(图9-23 p298): (1)

RDC=R1+R2 RAC=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+RAC' 即: R1较大时,RAC’的影响减小,不易产生 负峰切割失真。但R1过大时,VΩ的幅度下降, 一般取R1/R2= 0.1~0.2

(2)检波电路后接射随(Ri大), 即检波电路的RL大。 (3)晶体管和集成电路包络检波,为直接耦合 方式,不存在Cc

§9-7 检波电路实例[1]
一、广播收音机中的检波电路(图9-26 p301)

第十章 角度调制与解调
§10-1 概述[1] §10-2 变容管直接调频[1] §10-3 其他类型直接调频[3] §10-4 调相法(间接调频)[2] §10-5 调角信号解调概述[1] §10-6 鉴相器(相位检波器)[2] §10-7 失谐回路鉴频器[1] §10-8 集成差动峰值鉴频器[1] §10-9 集成相移乘法鉴频器[3] §10-10 限幅器[2] §10-11 数字信号调相与解调[0]

§10-1 概述[1]
时域表达: 设:vΩ=VΩmcosΩt vc=Vcmcos(ωot+φo) 则:vAM=Vcm(1+mAcosΩt)cos(ωot+φo) vPM=Vcmcos(ωot + mPcosΩt +φo) vFM=Vcmcos(ωot + mFsinΩt +φo)
频谱比较: 调角:产生新的频率分量,为非线性频谱 搬移过程。 调幅:vΩ的频谱线性搬移。

FM、PM比较(表10-1 p310)

§10-2 变容管直接调频[1]
一、变容管特性 (图10-2 p311)

注意:
(1)vΩ作用时的Cj变 化曲线不对称,vΩ 较大时,产生非线 性失真。 (2)变容管上同时还 作用高频振荡电压, 影响vΩ的调制作用、 振荡器的幅度和稳 定度。(图8-30 p270)

(图8-30 p270)

三、 电路举例
1. 90MHz变容管直接FM (图10-4 p313)

§10-3 其他类型直接调频[3]
一、晶体直接调频 原理图(图10-6 p315)

∵| fs - fP|=几十~几百Hz ∴频偏△f<| fs-fP|/2很小 解决: (1) 加L, 扩展感性区| fs - fP|,提高△f ; (2) 通过倍频提高△f 。

晶体直接调频实例 (图10-7 p315)

§10-4 调相法 (间接调频)[2]
一、两种调相法 (一)移相法调相 (图10-10 p317)

相移网络为:RC 或 LC网络 φ = kpvΩ = kp V ΩmcosΩt = mPcosΩt 则: v = Vcos(ωot -φ) = Vcos(ωot - mPcosΩt)

LC相移电路 (图10-11 p318)

缺点: 相移小 改进

LC相移 电路 (图1011 p318)

(二)可变时延法调相(脉冲调相)(图10-12 p318)

v = Vcos[ωo(t-τ)] = Vcos(ωot –ωoτ) = Vcos(ωot - mPcosΩt) 优点:调制线性好,相移大 144o 实例框图(图10-13 p318)

二、模拟调相的应用-间接调频(图10-9 p317)

§10-5 调角信号解调概述[1]
一、 角度解调器的指标要求 (表10-2 p319)

§10-6 鉴相器(相位检波器)[2]
一、正交乘积型鉴相 (图10-17 p322)

模拟乘积鉴相 (图10-18 p322)

缺点:鉴相的动态范围较小。

§10-7 失谐回路鉴频器

[1]

vs经LC失谐回路(线性变换网络),将FM 波变换为FM-AM波,通过包络检波,得到 vo(∝vΩ)。

斜率鉴频,属微分鉴频大类。
优点:线性好、失真小、鉴频带宽大;

缺点:制作、调整困难。

1.单回路鉴频原理 (图10-20 p324)

2.双回路鉴频原理(图10-21 p324)

要求: f01 > f0 > f02 , f01- f0 = f0- f02 (对称) 优点: 线性范围大,可达几MHz; 鉴频跨导(斜率)大。

§10-8 集成差动峰值鉴频器[1]
一、 原理框图 (图10-22 p325)

二、线性变换网络(图10-23 p326)

f1 > f0 : LC1并联谐振,f1处vA最大, vB最小, f0处为正斜率S曲线; f2 < f0 : f2处LC1为L'(感性失谐) L'C2串联谐振,f2处vA最小,vB最大, f0处为负斜率S曲线。

三、TA7176AP中的差动峰值鉴频器(图10-24 p327)

§10-10 限辐器[2]
作用:
克服输入FM、PM信号的寄生调幅、幅度干扰信号。 限辐器原理(图10-29 p331)

一、二极管限辐器 (大信号限辐) vs足够大时:vo ≈±VD (图10-30 p331)

二、差动对管限辐器 (小信号限辐) (图10-31 p332)

第十一章 混频
§11-1 概述[1] §11-2 晶体管混频[2] §11-3 场效应管混频[3] §11-4 集成混频电路[2] §11-5 组合频率干扰及非线性失真[1] §11-6 零中频频谱变换[0]

L 0 混频: = fi 高中频方案(SSB电台) 一、 混频与变频 fL+ f0 混频独立为一个管 i

f 本振频率 f 中频 f §11-1 概述[1] 设:*当菊裼牖炱滴桓龉 变频: f - f = f 低中频方案(广播、电视)
0 L i

组成和原理(图11-1 p339)

3.乘法混频器(p190)
令:v1=Vcm(1+mcosΩt)cosωot v2= VLm cosωLt (本地参考信号) (ωo ≈ωL ) 则:v3= Kv1v2 = KVcmVLm(1+mcosΩt)cosωot cosωLt = (K/2)Vcm VLm(1+mcosΩt)cos(ωo+ωL)t + (K/2)Vcm VLm(1+mcosΩt)cos(ωo-ωL)t 经带通滤波器(fo’ =fo + fL , B =2F) v上混频=(K/2)Vcm VLm (1+mcosΩt)cos(ωo+ωL)t 经带通滤波器(fo’ = fo - fL , B =2F) v下混频=(K/2)Vcm VLm (1+mcosΩt)cos(ωo-ωL)t

2. 广播接收机变频电路(图8-7 p247)

§11-5 组合频率干扰及非线性失真[1]
1. 组合频率干扰在中频附*(通带内) 时难以消除; 2. 输入vs之外,存在邻波道信号vm,可 产生寄生频道干扰和交叉调制失真; 3. vs幅度较大时,易产生寄生调幅(包 络失真)。

一、组合频率干扰 vs 与vL的不同谐波的一些组合频率分量, 若在中频附*的 信号通带内,无法滤除, 产生组合频率干扰。 例如: 晶体三极管ic中的组合频率分量 f p,q=|±pfL±q fo| (表11-2 p352)

例1: 接收vs的f0= 931kHz , 中频 fi = 465kHz 则 本振vL的fL=1396kHz 若:fp,q= 2f0- fL=1862-1396=466kHz 466kHz在中频附*通带内,无法滤除。 因检波器的非线性作用产生: 466-465=1kHz (差拍信号干扰/哨声) 克服方法: 减小器件非线性; 采用*方律器件; 重新选择中频。

例2:
f0 = 930kHz , fi = 465kHz , 则 f L=1395kHz fL- f0=1395 - 930=465kHz ( 有用 fi ) 2f0- fL=1860 -1395=465kHz ( 无用 f i /中频干扰)

二、寄生频道 fM干扰 (组合副波道干扰)

将产生寄生频道干扰。

例1: f0 =1070kHz , fi =465kHz , fL=1535kHz , fM =1000kHz fL - f0 =1535 -1070 = 465kHz (有用 fi ) 2fM – fL=2000 -1535 = 465kHz (无用 fi /中频 干扰‘ ) 计算 fM : p=1, q=2 fM=( pfL+ f i)/ q =(1535+465)/2=1000kHz

例2:f0=660kHz , fi =465kHz , fL=1125kHz p=0, q=1: fM = 465kHz (产生中频干扰') p=1, q=1: fM = 1590kHz = f0+2fi = fL+fi fM =1590kHz时, 产生镜像中频干扰 (图11-14 p353)

p=2 , q=3 : f M=... p=3 , q=3 : fM=...

三、非线性失真
1.包络失真和大信号阻塞 vs过大时: (1)包络失真:幂级数中的高次方项起作用。 (2)大信号阻塞:晶体管饱和或截止(限幅)。 2.交叉调制失真 设:vs之外,存在干扰台vM 则:v be=vL +vs+vM 若是vM调幅信号,将产生许多交叉调制信号,当某交叉调 制信号的中心频率为fi时,则v M信号(干扰)和vs信号被同时放 大和解调。 3.互相调制失真 若vs之外,存在干扰台vM1、vM2,则产生类*徊娴髦剖 真的互相调制失真。

四、减小干扰和失真的措施
1. vs较小; 2. 提高混频前各级(天线回路,高放)的选频能力; 3. 采用具有乘法、*方律特性的器件; 4. 采用乘法器、*衡混频电路; 5. 合理选择 fi 。

第十二章 反馈控制电路
§12-1 概述[2] §12-2 自动增益控制(AGC)[1] §12-3 自动频率控制(AFC)[2]

§12-4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]
§12-5 锁相环路的基本分析[3]

§12-6 锁相环路的应用[1]

一、 常用的反馈控制方式
1.自动增益控制 AGC (AVC) 反馈控制量为增益(或电*), 以控制放大器 系统中某级(或几级)的增益大小。 2.自动频率控制 AFC 反馈控制量为频率 ,以稳定频率。 3.自动相位控制 APC (PLL) 反馈控制量为相位 PLL可实现调频、鉴频、混频、解调、频率 合成等。

二、自动控制系统的模式(图12-1 p361)

§12-2 自动增益控制(AGC)[1]
一、 AGC目的与要求
1.目的: 接收信号几μv~几mv变化, 即信号强弱比为103~104。 变化原因: 距离不同、电台发射功率不同; 移动电台、短波信号衰落,强弱变化相对缓慢。 因信号强弱变化大,若放大器增益固定,则造成: (1)使后级放大器偏离线性区, 信号失真; 如:电视信号的同步头被压缩或消去,使同步失控。 严重时, 产生大信号阻塞(进入截止、饱和区); (2)增加混频组合频率干扰和非线性;

2.对AGC电路的具体要求
(1)增益控制范围大; 如:电视AGC:20~60dB。 (2)保持系统良好的信噪比特性; (3)控制灵敏度高; 如:电视AGC:-3dB以内。 (4)控制增益变化时,幅频、群时延特性不 变,以减小信号失真; (5)控制特性受温度影响小。

二、带有AGC电路的调幅接收机系统框图(图12-2 p362)

注意: 1.延迟式AGC控制(先中放,后高放); 2.对于FM接收机: (1)鉴频前的限幅,要求中放增益高,以提供足够的驱动电压, 故AGC一般只控制高放; (2)鉴频器的输出信号幅度仅与已调信号的频偏有关,而与输 入信号幅度无关,故AGC电压一般取自中放的一部分信号。

三、 控制放大器增益的方法
1. 放大管电流控制法(图12-3 p363)

反向AGC:(OP段) 增益G随Ic正比变化 即: Ic↓ , G↓ Ic↑ ,G↑ 优点: Ic小,节省功率。 缺点:信号过小时, Ic↓↓过快,放大 器进入非线性区。 正向AGC: (QR段)增益G随Ic反比变化 即: Ic↑,G↓ : Ic↓,G↑ 专用正向AGC管,曲线较陡,即Ic↑时G↓较快(控制 灵敏度高)。 Ic大, 功率损耗大

例:(图12-4 p364)

图(a)为反向AGC控制,VAGC为负电压 控制过程:输出↑→VAGC负向↑→ib(ic)↓→G↓ 图(b)为正向AGC控制,VAGC为正电压 控制过程:输出↑→VAGC正向↑→ib(ic)↑→G↓

3. 放大管负载控制法
通过VAGC控制负载变化来改变增益。(图12-6 p365)

四、 AGC电路举例 1. 广播接收机中的AGC电路(图12-9 p366)

§12-3 自动频率控制(AFC)[2]
使振荡器频率自动锁定到预定的频率上。 一、 AFC原理框图(图12-12 p368)

5. 闭环系统满足负反馈 (图12-13 p368)

右图:振荡器控制特性曲线 A: 理想,无频差; B: 实际,有固有频差△f ; C: △ fp 捕捉带宽; D: △ fH同步带宽(临界情况)。

§12-4 锁相环路的基本组成及数学模型[2]
APC的主要发展和应用:PLL技术 一、 锁相环路的基本组成(图12-16 p370)

AFC: 频率有差系统。稳定点M处,存在 固有频差 (其大小由系统性能决定)。 PLL: 频率无差系统。稳定点M处,存在 固有相差 (其大小由系统性能决定)。

二、一阶、二阶锁相环 [F(s)不同] 1.一阶锁相环(无实用价值,分析用)
无环路滤波器,F(s)=1,则传输函数为s的一阶函数。

2.二阶锁相环(实用)
F(s)为比例滤波器等,则传输函数为s的二阶函数, 故性能 优于一阶锁相环。 但三阶以上,环路稳定性下降。

§12-6 锁相环路的应用[1]
一、 锁相环路的主要特点
1.良好的跟踪特性 2.环路锁定后无频差 即输出信号与参考信号频率相同, 且稳态相差为常数(较小或零)。 3.良好的窄带滤波特性 设计良好的二阶、三阶环,环路通带很窄。 fo为几十MHz时,B可达几十Hz~几Hz。 4.易于集成化

一、频率合成器(PLL应用,载波跟踪型环路)
1.数字式锁相频率合成器 (图12-22 p378)

4.带混频的锁相频率合成器 (图12-25 p380)

二、锁相环路跟踪特性的应用 (一)载波跟踪型环路
窄带跟踪,用于载波提取。 ∵环路滤波器的通带很窄,输入已调信号的 调制成分不能通过。 ∴ VCO的输出能跟踪输入已调信号中* 的飘移,以获得较好的相干解调效果。

例1:锁相鉴相 调相信号相干解调(图12-31 p384)

例2:调幅信号的同步检波(图12-32 p384)

例3:锁相调频 (图12-29 p383)

例4:锁相接收机 (图13-15 p404)

(二)调制跟踪型环路
宽带跟踪,用于鉴频等。
∵环路滤波器的通带较宽

(fH >vΩ引起的频率变化部分)
已调信号的调制成分可以通过。

∴ VCO的输出能跟踪输入已调信号中的瞬时
频率变化。

例1:锁相鉴频(图12-30 p383)

要求环路滤波器的带宽>vΩ引起的频率变化部分, 使VCO能跟踪调频信号中反映调制规律变化的 瞬时频率。 则环路滤波器输出调制信号电压。

例2:锁相混频 (图12-28 p383)

END




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