第九章调制解调电路6-4(包络检波)要点
包络检波1
+ C
-
u(t)
R
uC -
t
uo
0
t
ui
检波器
uo
0
t
ui (t ) Uim 1 ma sin Ωt sin it
ui
uo Uom sin Ωt
uo
0
t
ui
检波器
uo
0
U0
t
ui (t ) Uim sin ct
uo U0
第6章 调幅信号的解调
二、检波电路的分类
1、包络检波 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，只适合于普通调幅波的检波。 2、同步检波 在检波器的输入端加一个与本地载波信号同 频同相的同步信号实现检波，主要用于DSB调幅 波和SSB调幅波的检波。
第6章 调幅信号的解调
6.5 包络检波电路
第6章 调幅信号的解调
一、检波电路的功能
从频谱上看，检波也是一种信号频谱的线性搬 移过程，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。
0 f (a ) 0 f (b ) 0 fc f
线性频谱搬移
0 fc f
非线性频谱搬移
第6章 调幅信号的解调
ui
t
第6章 调幅信号的解调 虽然输入的是调幅 波，有正、负半周， 但因为二极管的单向 导电性，所以流经二 极管的电流iD只在正 半周内出现，并利用 电容的充放电检出包 络线。
D
iD L +
+ C
-
u(t)
R
uC -
u(t) uC O
3、直至高频信号正半周并 上升至略大于电容C上电压时， 二极管重新导通，再次向电 容C充电，uC再次上升。
射频通信电路- 调制与解调电路
乘法器输出为：
vo Kvivr KVimVrm cos Wt coswct cos[(wc w )t ]
1 2
KVimVrm
cos Wt{cos(wt
)cos[(2wc来自w )t]}经滤波器后得到：
vo
1 2
KVimVrm
cos Wt
cos(wt
)
从上式可以看出，若要从输出中得到调制信号cosWt，就必 须要求w0，0 =>参考信号必须与发端载波同频同相。若接收信号为单边带 信号，也可以得出完全相同的结论。
第九章 调制与解调电路
调幅－平衡调制与相干解调、包络检波 调频－直接调频与间接调频、鉴频电路
其他－载波提取、正交信号形成
第九章 内容目录
9·1 调制与解调器
平衡调制器、相干解调器
9·2 载波提取 9·3 正交信号形成电路 9·4 调幅波的包络检波电路
包络检波电路、同步检波
9·5 调频电路
相干解调适用于所有的调幅信号；非相干解调 则只能用于AM信号。
2020/7/28
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
9
9·2 包络检波电路
对检波器的要求通常有：
检波效率： 无源检波器Kd小于1，越大越好。 检波失真：用解调输出中的高次谐波分量之和
5
9·1 调制与解调器
2、双平衡调制器
vD1 vc vW , iD1 gD (vc vW )s(wct) vD2 vc vW , iD2 gD (vc vW )s(wct) vD3 vc vW , iD3 gD (vc vW )s(wct ) vD4 vc vW , iD4 gD (vc vW )s(wct )
包络检波及同步检波实验
实验十二包络检波及同步检波实验学院：光电与信息工程学院专业：电子信息工程姓名：学号：一、实验目的1．进一步了解调幅波的原理,掌握调幅波的解调方法。
2．掌握二极管峰值包络检波的原理。
3．掌握包络检波器的主要质量指标,检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并思考克服的方法。
4. 掌握用集成电路实现同步检波的方法。
二、实验内容1．完成普通调幅波的解调。
2．观察抑制载波的双边带调幅波的解调。
3．观察普通调幅波解调中的对角切割失真，底部切割失真以及检波器不加高频滤波时的现象。
三、实验仪器1.高频实验箱 1台2.双踪示波器 1台3.频率特性测试仪（可选）1台四、实验原理及实验电路说明检波过程是一个解调过程，它与调制过程正好相反。
检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。
还原所得的信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器。
假如输入信号是高频等幅信号，则输出就是直流电压。
这是检波器的一种特殊情况，在测量仪器中应用比较多。
例如某些高频伏特计的探头，就是采用这种检波原理。
若输入信号是调幅波，则输出就是原调制信号。
这种情况应用最广泛，如各种连续波工作的调幅接收机的检波器即属此类。
从频谱来看，检波就是将调幅信号频谱由高频搬移到低频，如图12-1所示（此图为单音频Ω调制的情况）。
检波过程也是应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新频率，然后通过滤波器，滤除无用频率分量，取出所需要的原调制信号。
常用的检波方法有包络检波和同步检波两种。
有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。
而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，无法用包络检波进行解调，所以采用同步检波方法。
图12-1 检波器检波前后的频谱1.二极管包络检波的工作原理当输入信号较大(大于0.5伏)时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。
调制电路与解调电路
调制电路与解调电路一、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（例如晶体二极管或三极管）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。
Chapter_6-通信电子线路(第3版)-陈启兴-清华大学出版社
2021/3/17
3
6.1 概述（续）
1. 电压传输系数(或检波效率)
检波器的电压传输系数Kd是指，检波器的输出电压与输入高
频电压振幅之比。当输入高频等幅信号时，即uAM(t) =
Uimcos(ωct)，Kd的定义就是检波器的输出直流电压Uo与输入高
信号是角频率为Ω的单频信号时，非线性失真系数Kf定义为
Kf
U
2 2
U
2 3
U
2 n
U
式中，UΩ——检波器输出电压中的基波分量有效值；
U2Ω——检波器输出电压中的二次谐波分量有效值；
UnΩ——检波器输出电压中的n次谐波分量有效值。
4. 高频滤波系数
高频滤波系数F是输入高频等幅电压的振幅Uim与输出高频
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6.2.2 振幅检波器的折线分析法
二极管大信号包络检波器主要利用二极 管的单向导电性和检波负载电容C的充放电过 程来实现的。因此，在分析检波器时，检波 二极管伏安特性曲线的弯曲部分可以忽略不 计，并且可以用两段折线来近似表示。这就 是所谓的折线分析法。
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6.2.2 振幅检波器的折线分析法(续)
根据输入的调幅信号的不同特点，检波器可以分为两类： 包络检波(非相干解调)和同步检波。
调幅信号
输入回路
非线性器件
低通滤波器
解调出的信号
图6-1 检波器的组成框图
检波器输入回路、非线性器件和低通滤波器。
2021/3/17
2
6.1 概述（续）
根据有源器件的不同分为二极管检波器和晶体管检波 器；根据电路的连接形式分为并联式二极管检波器和串联 式二极管检波器；根据信号幅度大小的不同分为小信号检 波器和大信号检波器；根据信号特点的不同分为连续波检 波器和脉冲检波器；根据工作特点的不同分为包络检波器 和乘积检波器等。
6-4 双边带调制
BDSB = 2 f H
功率 （当m(t)为确知信号时）
PDSB
=
s2 DSB
(t
)
=
m 2 (t ) cos2 ωct
=
1 m2(t) = 2
Ps
¾ 调制效率：100％。优点：节省了载波功率；缺点：不能
用包络检波，需采用相干解调，较复杂
双边带（DSB）调制
三、DSB信号的频谱
频谱表达式
SDSB (ω)
=
1 [M(ω 2
+
ωc
)
+
M(ω
−
ωc
)]
M (ω )
−ωH
ωH
ω
SDSB (ω )
−ωc
ωc ω
¾ 假设m(t)均值为0，则DSB信号频谱中没有载波分量
双边带（DSB）调制
四、DSB信号的特性
带宽 ¾DSB信号的带宽是基带信号带宽 fH 的两倍
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 ________________________________________________
第六讲 调制的概念和幅度调制 第四节 双边带调制
1
双边带（DSB）调制
一、基本概念 二、DSB信号的波形 三、DSB信号的频谱 四、DSB信号的特性
2
⊕ ⊗ m(t)
sm (t )
⊗ m(t) sm (t )
A0
cos ωc t
cos ωc t
双边带（DSB）调制
m(t)
二、DSB信号的波形
时域表达式
sDSB (t) = m(t) ct )
¾ 已调信号包络与调制信号波形不同
t t
角度调制及解调电路
6-1 调角信号的分析
6-1-1 调频波和调相波的基本特性
调角： 调频（FM） 调相（PM）
u(t ) U m cos (t )
频率和相位的关系：
( t ) ( t )dt
一.调相波的特性 Um为恒定值，瞬时相位随调制信号规律变 化。 (t ) c t K p u (t ) c t (t )
一.叠加型相位鉴频器 二.比例鉴频电路
u( t ) U m cos c t K p u ( t )
瞬时角频率： d ( t ) du ( t ) (t ) c K p c c dt dt
二.调频波的特性 Um为恒定值，角频率按调制信号规 c c
6-2-1 直接调频原理
改变LC振荡回路的元件参数实现调频；
6-2-2 间接调频原理
原理：1.对调制信号进行积分； 2.用积分后的信号对载波进行调相。 优点：载波频率稳定度高。
6-3 变容二极管直接调频电路
6-3-1 原理电路及工作原理
L1：高频扼流圈； VD：PN结内建电势； ： 变容指数。
1.灵敏度：
2.线性范围；
duo S FD df
f fc
3.非线性失真。
6-5-2 实现鉴频的基本方法
一.斜率鉴频
二.相位鉴频
三.脉冲计数式鉴频
6-6 斜率鉴频器
线性频-幅线性变换网络+包络检波电路 （调频波调幅波）
6-6-2 鉴频电路
6-7 相位鉴频器
频-相变换网络+相位检波器
C j
C jQ u 1 V U D Q
6-3-2 实用的变容管直接调频电路
检波电路详解知识交流
3
3Rd
R
R ---检波器负载电阻 Rd ---检波器二极管内阻
当R>>Rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近 于1，这是包络检波的主要优点。
2) 等效输入电阻Rid
R idV Iiim m 2K d V V iim m /R2K R d
Vim --- 输入高频电压的振幅 Iim --- 输入高频电流的的基波振幅
也就是要求 dvC(t) dV(t)
dt
ห้องสมุดไป่ตู้
dt
电容放电
dv c =
vc
dt
RC
调幅波包络 V ( t) V o1 m m a c o ts
包络变化率 dd(V t)t V om ma si nt dV dim tm a V im si n t
代入 d v c > d V i
dt dt
得 1m a 1(R C )20
检波电路详解
检波器分类: 同步检波 包络检波
解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。
振幅调制过程：
AM调制 DSB调制 SSB调制
峰值包络检波
包络检波：
解调过程
平均包络检波
同步检波：叠加型同步检波
乘积型同步检波
检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件， RC低通滤波器。其如下图所示
viVi cosit
对二极管加一正偏压抵消VBZ 则电容C上的输出电压为
vc vi cos
可以证明 3 3Rd R
S(vd-VBZ)
Id={ 0
Vd>VBZ Vd<VBZ
iD
-vC vD
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输入阻抗
Ri 的大小
——用能量守恒原理求证
设输入信号为： vi (t ) Vcm cos ct
2 1 Vcm 则输入功率为： Pi 2 Ri
Ri
检波器输出电压为直流 vAV VAV kdVcm Vcm 2 2 V V 负载所得功率为： Po AV cm R R 二极管在载波一周内导通时间极短，电流很小，吸收功率极小 则：P
o
Pi
1 2 Ri R
2 Vcm
2 Vcm
R Ri 2
结论：峰值包络检波器的输入阻抗等于负载电阻的一半
（3）二极管包络检波器的失真 电路元件参数选得不恰当，将会出现失真 ① 惰性失真
惰性失真
现象：
不失真
失真
在包络下降部分，电容器放电速度跟不上包络下降 与调制信号频率 包络下降速度与什么有关？ 与调制度
iAV
设输入为AM信号：
vi (t ) Vcm (1 ma cos t)cos ct
检波输出两部分
v AV VAV v AV
画出电路中各点的波形？
直流负载 检波器的 交流负载 不同
可能导致负峰切割失真
改进方法
实用AM 包络检波电路——分析工作原理 注意各点波形 AM调幅波
RD
二极管视为开关——导通、截止
g D vD iD 0
vD 0 vD 0
1 （ RD 是二极管导通电阻） gD
峰值包络检波原理 设输入为等幅载波（包络为常数）
vi (t ) Vcm cos ct
二极管两端电压
vD vi (t ) v AV vi (t ) vc
当充放电荷达动态平衡时， v ③ 当输入为AM信号
放 >> 充 ,充电快、放电慢；
AV
vc
达到 输入信号峰值
vi (t ) Vcm (1 ma cos t )cos ct
检波输出两部分
v AV VAV v AV
VAV
VAV Vcm ——输出平均值，
——输出交流，反映输入的包络
直流 VAV 交流 vAV ~
直流
交流
VAV
vAV ~
包络检波器小结： 1. 是一种线性不失真检波电路，其主要指标是： 电压传输系数、输入阻抗 2. 正确选择检波器各元器件参数： 二极管的导通电压尽可能小， 为提高检波效率和对高频的滤波能力——RC时间常数尽可能大 为防止惰性失真和保证调制信号带宽——RC时间常数不能太大 3.检波器输出电压包括两部份 反映输入信号载波幅度的直流分量——可用于自动增益控制 反映调制信号的交流分量——送入低频放大器放大
设输入的调幅波（AM信号）为：
vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
载频
c 、调制频率 、调制系数
ma
低通滤波器RC的取值原则是： 1 RC ——对高频载波近似短路 c 时间常数 1 ——让低频调制信号通过 RC max
max
c
（2）输入为大信号（峰值包络检波） 大信号作用下二极管非线性描述——二段折线
9.4.2 同步检波 调幅波的相干解调又称为同步检波 用途：解调抑制载波的双边带和单边带信号， 难点：需要一个与输入调幅波载波同频同相的同步信号
电路构成方框图
乘积型同步检波 叠加型同步检波
c
vDSB Vm cost cosc t
c
c
3）输入阻抗 ——检波器作为前级中频放大器的负载， 衡量其影响
（1）检波效率
kd ＝
检波器输出电压 输入电压幅度
vi (t ) Vcm cos ct 当输入是等幅载波：
则检波器的输出为直流 VAV
kd
v AV Vcm
证明略
k d ＝ cos
（ 为二极管导通角） 检波效率高 1，
v AV
vAV (t ) Vcm (1 ma cos t )
④ 二极管只在输入信号峰值尖顶上有短暂的导通， 大部分时间截止。 二极管电流呈重复频率为 的尖顶脉冲
c
注意：二极管电流不是半波开关
原因：输出电压 v AV 的反馈
3. 包络检波器性能指标
1）检波效率
2）检波失真
检波器作为频率变换电路， 衡量它的变换效果
ma
为避免惰性失真对电路元件的要求
dvc (t ) dVim (t ) dt t t1 dt t t1
t1 为信号包络下降区间的某一时刻
得不失真条件：
RC
2 1 ma
ma
结论： ma 、 越大，不产生惰性失真要求的时间常数就越小。 当多音频调制时， 和
ma 均取最大值
检波器后接隔直流电容送入低频放大器
理解
① 二极管导通角 很小
② 检波效率是由电路参数决定的常数，不随 输入信号的幅度而变化，线性不失真检波
当输入是单音调幅波时：
vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
检波器输出：
v AV v AV VAV cost
动态检波效率
kd ~
输出的交流幅度 输入信号包络幅度
kd ~
V AV maVcm
一般有ห้องสมุดไป่ตู้
kd ~ kd ＝ cos
1
（2）输入阻抗 检波器输入阻抗的定义：
Vim Ri I 1m
输入信号幅度 电流中信号分量幅度 输入阻抗对信号 基波 c 而言
—— 体现了对前级中频回路的影响
并接在中频回路两端——影响回路Q值，
——影响选择性，输入阻抗越大越好。
工作过程： 初始 t=0， c＝0，
当
v
充电
vi (t ) 0 时，二极管导通
充 RD C 很小，充得快
放电
当 vi (t ) v AV 时，二极管截止
放 RC 很大，放得慢
输入 等幅波
v AV 保持在输入信号的峰值上 结果：
vAV VAV Vcm
峰值包络检波电路工作过程的特点： ① 在高频信号的每一周 电容器C充、放电一次 ②
9.4 调幅波的包络检波电路 非相干解调电路——不需要同步参考信号 适用——包络反映了调制信号变化的普通调幅波AM
本节内容：
① 介绍包络检波器的组成电路、工作原理、性能指标 ② 用包络检波器构成的另一种相干解调电路—叠加型同步检波
9.4.1 包络检波电路 1. 电路组成 两大部分 非线性器件 低通滤波器