調(diào)制電路與解調(diào)電路詳解
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一、調(diào)幅電路
調(diào)幅電路是把調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)同時(shí)加在一個(gè)非線性元件上(例如晶體二極管或三極管)經(jīng)非線性變換成新的頻率分量,再利用諧振回路選出所需的頻率成分。
調(diào)幅電路分為二極管調(diào)幅電路和晶體管基極調(diào)幅、發(fā)射極調(diào)幅及集電極調(diào)幅電路等。
通常,多采用三極管調(diào)幅電路,被調(diào)放大器如果使用小功率小信號(hào)調(diào)諧放大器,稱為低電平調(diào)幅;反之,如果使用大功率大信號(hào)調(diào)諧放大器,稱為高電平調(diào)幅。
在實(shí)際中,多采用高電平調(diào)幅,對(duì)它的要求是:(1)要求調(diào)制特性(調(diào)制電壓與輸出幅度的關(guān)系特性)的線性良好;(2)集電極效率高;(3)要求低放級(jí)電路簡(jiǎn)單。
1、基極調(diào)幅電路
圖1是晶體管基極調(diào)幅電路,載波信號(hào)經(jīng)過高頻變壓器T1加到BG的基極上,低頻調(diào)制信號(hào)通過一個(gè)電感線圈L與高頻載波串聯(lián),C2為高頻旁路電容器,C1為低頻旁路電容器,R1與R2為偏置的分壓器,由于晶體管的ic=f(ube)關(guān)系曲線的非線性作用,集電極電流ic含有各種諧波分量,通過集電極調(diào)諧回路把其中調(diào)幅波選取出來,基極調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)是要求低頻調(diào)制信號(hào)功率小,因而低頻放大器比較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是工作于欠壓狀態(tài),集電極效率較低,不能充分利用直流電源的能量。
2、發(fā)射極調(diào)幅電路
圖2是發(fā)射極調(diào)幅電路,其原理與基極調(diào)幅類似,因?yàn)榧拥交鶚O和發(fā)射極之間的電壓為1伏左右,而集電極電源電壓有十幾伏至幾十伏,調(diào)制電壓對(duì)集電極電路的影響可忽略不計(jì),因此射極調(diào)幅與基極調(diào)幅的工作原理和特性相似。
3、集電極調(diào)幅電路
圖3是集電極調(diào)幅電路,低頻調(diào)制信號(hào)從集電極引入,由于它工作于過壓狀態(tài)下,故效率較高但調(diào)制特性的非線性失真較嚴(yán)重,為了改善調(diào)制特性,可在電路中引入非線性補(bǔ)嘗措施,使輸入端激勵(lì)電壓隨集電極電源電壓而變化,例如當(dāng)集電極電源電壓降低時(shí),激勵(lì)電壓幅度隨之減小,不會(huì)進(jìn)入強(qiáng)壓狀態(tài);反之,當(dāng)集電極電源電壓提高時(shí),它又隨之增加,不會(huì)進(jìn)入欠壓區(qū),因此,調(diào)幅器始終工作在弱過壓或臨界狀態(tài),既可以改善調(diào)制特性,又可以有較高的效率,實(shí)現(xiàn)這一措施的電路稱為雙重集電極調(diào)幅電路。
采用圖4的集電極、發(fā)射極雙重調(diào)幅電路也可以改善調(diào)制特性。注意變壓器的同名端,在調(diào)制信號(hào)正半波時(shí),雖然集電極電源電壓提高,但同時(shí)基極偏壓也隨之變正,這就防止了進(jìn)入欠壓工作狀態(tài);在調(diào)制信號(hào)負(fù)半波時(shí),雖然集電極電壓降低,但基極度偏壓也隨之變負(fù),不致進(jìn)入強(qiáng)過壓區(qū),從而保持在臨界、弱過壓狀態(tài)下工作。
圖一、基極調(diào)幅電路
圖二、發(fā)射極調(diào)幅電路
圖三、集電極調(diào)幅電路
圖四、雙重調(diào)幅電路
從調(diào)幅波中取出調(diào)制信號(hào)的過程,稱為幅度檢波,常用的檢波電路有三種:小信號(hào)平方律檢波,大信號(hào)包絡(luò)全波和乘積檢波,對(duì)檢波器的要求有以下三點(diǎn):
(1)檢波效率(電壓傳輸系數(shù))
若檢波器輸入等幅高頻電壓峰值為Uc,檢波后的輸出電壓為Uo,則檢波效率K定義為:K=Uo/Uc
若檢波器輸入為包絡(luò)調(diào)幅波,則檢波效率寂靜義為輸出低頻電壓幅度UΩ與輸入高頻電壓包絡(luò)幅度 mUc之比:
K=UΩ/mUc
式中:m是調(diào)幅系數(shù)。K越大說明同樣的輸入情況下可以得到較大的低頻輸出信號(hào),即檢波效率高。
(2)檢波失真
它反映輸出低頻電壓波形和輸入已調(diào)波包括形狀的符合程度。
(3)輸入電阻Ri
由檢波器輸入端看進(jìn)去的等效電阻稱為輸入電阻Rio,通常檢波器接于中頻放大器的輸出端,Ri看作是它的負(fù)載。因此,Ri越大對(duì)中頻放大器的影響就會(huì)越小,
1、小信號(hào)平方律檢波器
圖5(a)是小信號(hào)檢波電路。其特點(diǎn)是:(1)輸入高頻信號(hào)ui(t)的幅度為幾十毫伏量級(jí);(2)選擇適當(dāng)?shù)钠秒妷菏构ぷ鼽c(diǎn)Q處于伏安特性的彎曲段上[見圖5(b)],在整個(gè)高頻信號(hào)周期內(nèi)均有電流通過二極管。經(jīng)理論分析得該檢波器的輸出電壓u2與輸入電壓Uc成正比,平方律檢波正是由此得名,其參數(shù)如下:
(1)檢波效率K=UΩ/mUc=Ra2Uc/(1+a1R [考題輸出電壓反作用]
式中:R為檢波器負(fù)載電阻,Uc為高頻調(diào)幅波的載波幅度,a1、a2為與工作點(diǎn)電流有關(guān)的系數(shù),在室溫情況下其值近似為:
a1=38Io 及 a2=0.74×10Io (Io的單位為安培)
若檢波器的工作點(diǎn)電流選定為Io=20微安,R=4.7千歐, Uc=50毫伏則檢波效率為:
K=Ra2Uc/(1+a1R)=(4.7×10×0.47×10×20×10×50×10)/(1+38×20×10×4.7×10)=0.76
(2)非線性失真,由于二次諧波與基波相距很近,不易清除干凈,故常用二次諧波失真系數(shù)y來估計(jì)失真的大小。其值為:
y=m/4
由式可見,調(diào)幅系數(shù)m越大則y越大,失真越嚴(yán)重,一般情況下m≈30%,則y≈7.5%
(3)輸入阻抗Ri,指數(shù)波頻率為ωc的交流阻抗。從圖5(a)中可見,對(duì)ωc而言,C看作短路,所以Ri等于二極管的交流電阻rd,在室溫情況下其值為:
Ri=rd=26×10/Io
若Io=20微安,則Ri=(26×10)/20×10 =1.3千歐
小信號(hào)檢波的缺點(diǎn)是:輸入阻抗低,非線性失真嚴(yán)重,
2、大信叼峰值包絡(luò)檢波
如圖6(a)是大信號(hào)檢波電路,由于輸出電壓交流部分與調(diào)制信號(hào)最大值成正比,故又稱為直線性檢波,其特點(diǎn)是:(1)輸入電壓幅度一般500毫伏以上;(2)沒有偏置電壓E,由于輸出電壓的反作用,實(shí)際上工作點(diǎn)處于u<0的區(qū)段[見圖6(b)]。因此,大信號(hào)檢波二極管,在載波一周期內(nèi),只有一段時(shí)間尋通,而另一段時(shí)間截止。大信號(hào)峰值二極管檢波器的主要參數(shù)計(jì)算如下:
K=cosθ
圖5
圖6
式中:θ為半導(dǎo)通角,它取決于rd/R值,兩者關(guān)系為
rd/R=(tgθ-θ)/π
可根據(jù)rd/R值,通過表一直接查出K值
(2)輸入阻抗Ri
Ri/R=(tgθ-θ)/(θ-sinθcosθ)
可見,輸入阻抗Ri決定于θ角,即決定于rd/R值,因此,可以根據(jù)rd/R值,通過表一直接查出輸入阻抗Rio
(3)檢波失真
常有兩類失真:一類對(duì)角切割失真,二是底邊切割失真,
圖7示出對(duì)角切割失真情況,產(chǎn)生該失真的原因是濾波時(shí)間常數(shù)RC選得過大,以致濾波電容的放電速率跟不上包絡(luò)變化速率所造成的,要防止對(duì)角切割失真現(xiàn)象,時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿足下式關(guān)系:RC<(/m)×(TΩ/2π)式中:m為調(diào)幅系數(shù),TΩ=2π/Ω,若m=0.3時(shí),則得RC<0.5TΩ
圖 7
另一種切割失真是由于檢波器的低頻交流負(fù)載與直流負(fù)載電阻不同而引起的,通常檢波被輸出的低頻電壓經(jīng)耦合電路[圖7(a)中的R1C1]再送至低頻放大器中去由于C1數(shù)值很大,(約為10微法)它的兩端降有直流電壓為載波幅度的平均值Uco若R1<R時(shí),該電壓大部分落在R兩端上,以致在音頻包絡(luò)負(fù)半波時(shí),輸入電壓可能低于R兩端的直流電壓,于是二極管截止,輸出信號(hào)不再隨輸入信號(hào)包絡(luò)的下降而改變,產(chǎn)生如圖7-b的底邊切割失真,要避免此失真,應(yīng)滿足下式
m<R1/(R1+R)
式中:R為直流電阻,交流電阻R-=R//R1。不失真條件可寫為m<R-/Ro、圖8(a)是晶體管收音機(jī)的濾波電路,R1R2濾除464千赫載波信號(hào)的濾波器,電源-Ec經(jīng)R3、R4供給二極管幾十微安的偏置電流,接入偏置電流的目的是提高檢波效率,M點(diǎn)電壓經(jīng)C3、C4濾波后送至前級(jí)產(chǎn)生自動(dòng)增益控制。
圖8(b)是電視接收機(jī)的濾波電路,由于調(diào)制信號(hào)為高達(dá)6兆赫的圖象信號(hào),為防止對(duì)角切割失真,電容C1只選10皮法,但只靠它濾除載波還不夠,還要接入LC2濾波器,二極管串接小電阻200歐使信號(hào)增大,補(bǔ)償二極管內(nèi)阻的減小,從而使傳輸系數(shù)相對(duì)穩(wěn)事實(shí)上,檢波線性也得到改善。
圖8 收音機(jī)和電視機(jī)的檢波電路
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