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基本調幅電路及檢波電路及原理詳解
基本調幅電路及檢波電路及原理詳解

一、調幅電路及原理詳解

調幅電路是把調制信號和載波信號同時加在一個非線性元件上(例如晶體二極管或三極管)經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。

調幅電路分為二極管調幅電路和晶體管基極調幅、發射極調幅及集電極調幅電路等。

通常,多采用三極管調幅電路,被調放大器如果使用小功率小信號調諧放大器,稱為低電平調幅;反之,如果使用大功率大信號調諧放大器,稱為高電平調幅。

在實際中,多采用高電平調幅,對它的要求是:(1)要求調制特性(調制電壓與輸出幅度的關系特性)的線性良好;(2)集電極效率高;(3)要求低放級電路簡單。

1、基極調幅電路

圖1是晶體管基極調幅電路,載波信號經過高頻變壓器T1加到BG的基極上,低頻調制信號通過一個電感線圈L與高頻載波串聯,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,通過集電極調諧回路把其中調幅波選取出來,基極調幅電路的優點是要求低頻調制信號功率小,因而低頻放大器比較簡單。其缺點是工作于欠壓狀態,集電極效率較低,不能充分利用直流電源的能量。

圖1、基極調幅電路

2、發射極調幅電路

圖2是發射極調幅電路,其原理與基極調幅類似,因為加到基極和發射極之間的電壓為1伏左右,而集電極電源電壓有十幾伏至幾十伏,調制電壓對集電極電路的影響可忽略不計,因此射極調幅與基極調幅的工作原理和特性相似。

圖2、發射極調幅電路

3、集電極調幅電路

圖3是集電極調幅電路,低頻調制信號從集電極引入,由于它工作于過壓狀態下,故效率較高但調制特性的非線性失真較嚴重,為了改善調制特性,可在電路中引入非線性補嘗措施,使輸入端激勵電壓隨集電極電源電壓而變化,例如當集電極電源電壓降低時,激勵電壓幅度隨之減小,不會進入強壓狀態;反之,當集電極電源電壓提高時,它又隨之增加,不會進入欠壓區,因此,調幅器始終工作在弱過壓或臨界狀態,既可以改善調制特性,又可以有較高的效率,實現這一措施的電路稱為雙重集電極調幅電路。

圖3、集電極調幅電路

采用圖4的集電極、發射極雙重調幅電路也可以改善調制特性。注意變壓器的同名端,在調制信號正半波時,雖然集電極電源電壓提高,但同時基極偏壓也隨之變正,這就防止了進入欠壓工作狀態;在調制信號負半波時,雖然集電極電壓降低,但基極度偏壓也隨之變負,不致進入強過壓區,從而保持在臨界、弱過壓狀態下工作。

圖4、雙重調幅電路

二、幅度檢波電路及原理
從調幅波中取出調制信號的過程,稱為幅度檢波,常用的檢波電路有三種:小信號平方律檢波,大信號包絡全波和乘積檢波,對檢波器的要求有以下三點:

(1)檢波效率(電壓傳輸系數)

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調幅波,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幅度 mUc之比:

K=UΩ/mUc

式中:m是調幅系數。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,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看作是它的負載。因此,Ri越大對中頻放大器的影響就會越小,

1、小信號平方律檢波器
圖5(a)是小信號檢波電路。其特點是:(1)輸入高頻信號ui(t)的幅度為幾十毫伏量級;(2)選擇適當的偏置電壓使工作點Q處于伏安特性的彎曲段上[見圖5(b)],在整個高頻信號周期內均有電流通過二極管。



圖5

經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為檢波器負載電阻,Uc為高頻調幅波的載波幅度,a1、a2為與工作點電流有關的系數,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y來估計失真的大小。其值為:

y=m/4

由式可見,調幅系數m越大則y越大,失真越嚴重,一般情況下m≈30%,則y≈7.5%

(3)輸入阻抗Ri,指數波頻率為ωc的交流阻抗。從圖5(a)中可見,對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

小信號檢波的缺點是:輸入阻抗低,非線性失真嚴重,



2、大信叼峰值包絡檢波

如圖6(a)是大信號檢波電路,由于輸出電壓交流部分與調制信號最大值成正比,故又稱為直線性檢波,其特點是:(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,實際上工作點處于u<0的區段[見圖6(b)]。因此,大信號檢波二極管,在載波一周期內,只有一段時間尋通,而另一段時間截止。大信號峰值二極管檢波器的主要參數計算如下:

K=cosθ

圖6

式中:θ為半導通角,它取決于rd/R值,兩者關系為

rd/R=(tgθ-θ)/π

可根據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:一類對角切割失真,二是底邊切割失真,

圖7示出對角切割失真情況,產生該失真的原因是濾波時間常數RC選得過大,以致濾波電容的放電速率跟不上包絡變化速率所造成的,要防止對角切割失真現象,時間常數RC應滿足下式關系:RC<(/m)×(TΩ/2π)式中:m為調幅系數,TΩ=2π/Ω,若m=0.3時,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載與直流負載電阻不同而引起的,通常檢波被輸出的低頻電壓經耦合電路[圖7(a)中的R1C1]再送至低頻放大器中去由于C1數值很大,(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,該電壓大部分落在R兩端上,以致在音頻包絡負半波時,輸入電壓可能低于R兩端的直流電壓,于是二極管截止,輸出信號不再隨輸入信號包絡的下降而改變,產生如圖7-b的底邊切割失真,要避免此失真,應滿足下式

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)是晶體管收音機的濾波電路,R1R2濾除464千赫載波信號的濾波器,電源-Ec經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點電壓經C3、C4濾波后送至前級產生自動增益控制。

圖8(b)是電視接收機的濾波電路,由于調制信號為高達6兆赫的圖象信號,為防止對角切割失真,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歐使信號增大,補償二極管內阻的減小,從而使傳輸系數相對穩事實上,檢波線性也得到改善。

圖8 收音機和電視機的檢波電路圖