§9.2 低电平调幅电路

9.2.1 单二极管开关状态调幅电路所谓开关状态调幅电路是指二极管在不同频率电压作用下进行频率变换时，其中一个电压振幅足够大，另一电压振幅较小，二极管的导通或截止受大振幅电压的控制，近似认为二极管处于开关状态。1. 单二极管开关状态伏安特性的折线近似单二极管电路的原理电路如图 9-7 所示 ( 负载略 ) ，输入信号 u1 和控制信号（参考信号） u2 同时作用在非线性二极管上。

图 9―7 单二极管开关调幅电路电路

忽略输出电压 Uo 的反作用，加在二极管两端的电压 UD 为

UD=u1+u2                           （ 9-14 ）二极管可等效为一个受控开关 , 控制电压就是 u2 。

图 9―8 二极管伏安特性的折线近似

1. 二极管开关状态调幅电路分析可认为二极管的通断主要由 u2 控制 , 可得

（ 9-15 ）

一般情况下 ,Vp 较小 , 有 u2>>Vp, 可令 Vp=0( 也可在电路中加一固定偏置电压 E0, 用以抵消 Vp) ，式（ 9―15 ）可进一步写为

（ 9-16 ）由于 u2 ＝ U2mcosω2t, 则 u2≥0 对应于   2nπ-π/2≤ω2t≤2nπ+π/2,    n=0,1,2,…, 故有

（ 9-17 ）

上式也可以合并写成 （ 9-18 ）

式中， g(t) 为时变电导，受 u2 的控制； K(ω2t) 为开关函数，它在 u2 的正半周时等于 1 ，在负半周时为零，即

（ 9-19 ）

时变电导 g(t) 为 （ 9-20 ）

K(ω2t) 是周期性函数 , 可用傅里叶级数展开为 :

（ 9-21 ）

图 9-9 K(ω2t) 与 u2 的波形图

2. 二极管开关状态调幅频谱分析若 u1 ＝ U1mcosω1t 为单频率信号，代入 (9-18) 式有

（ 9-22 ）

可以看出 , 流过二极管的电流 iD 中的频率分量有：

1. 输入信号 u1 和控制信号 u2 的频率分量 ω1 和 ω2 ；

2. 控制信号 u2 的频率 ω2 的偶次谐波分量；

3. 由输入信号 u1 的频率 ω1 与控制信号 u2 的奇次谐波分量的组合频率分量 (2n+1)ω2±ω1 ， n=0,1,2,… 。

9.2.2 二极管平衡调幅电路1. 二极管平衡调幅电路图 9-10 （ a ）是二极管平衡电路的原理电路。它

是由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器 T

1 、 T2 组成。

图 9―10 二极管平衡调幅电路

1. 二极管平衡调幅电路的工作原理

二极管处于大信号工作状态 , 伏安特性可用折线近似。u2>>u1 ，二极管开关主要受 u2 控制。忽略输出电压的反作用 , 则加到两个二极管上的电压 uD1 、 uD2

为 uD1=u2+u1

uD2=u2u1                     

由于加到两个二极管上的控制电压 u2 是同相的 , 因此两个二极管的导通、截止时间是相同的 , 其时变电导也是相同的。由此可得流过两管的电流 i1 、 i2

分别为

（ 9-23 ）

i1 、 i2 在 T2 次级产生的电流分别为

（ 9-24 ）

但两电流 i1 、 i2 流过 T2 的方向相反，在 T2 中产生的磁通相消，故次级总电流 iL 应为

（ 9-25 ）

将式（ 9-23 ）代入上式，有 （ 9-26 ）

考虑 u1 ＝ U1mcosω1t ，代入可得

        (9-27)

当考虑 RL 的反映电阻对二极管电流的影响时 , 要用包含反映电阻的总电导来代替 gD 。如果 T2 次级所接负载为宽带电阻，则初级两端的反映电阻为 4RL 。对 i1 、 i2 各支路的电阻为 2RL 。此时总电导为

（ 9-28 ）

9.2.3 二极管环形调幅电路

图 9―11 为二极管环形调幅电路，与二极管平衡电路相比，多接了两只二极管 VD3 和 VD4 ，四只二极管组成一个环路，因此称为二极管环形电路。

图 9―11 环形调幅电路

二极管环形电路的分析与二极管平衡电路相同。根据图 9―11 （ b ）（ c ）中电流的方向，平衡电路 1 和 2 在负载 RL 上产生的总电流为

（ 9―29 ）其中

（ 9-30 ）由此可见 K(ω2t) 、 K(ω2t –π) 为单向开关函数，

K’(ω2t) 为双向开关函数，且有

                (9-31)

图 9―12 环形电路的开关函数波形图

由此可得 K(ω2t-π) 、 K’(ω2t) 的傅里叶级数

（ 9-32 ）

当 u1=U1mcosω1t 时 ,

（ 9-33 ）

图 9―13 实际的环形电路

图 9―14 双平衡混频器组件的外壳和电原理图

1. 模拟乘法器构成的调幅器可以看出，普通调幅波，双边带调幅波和单边带调

幅波都含有调制信号和载波的乘积项，所以可以用模拟乘法器来构成调幅器。

图 9—15 1496 芯片内部电路图

采用集成模拟乘法器 1496 来构成调幅器，图 9—15 为 1496 芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1—V4 组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即 V5 与V6 ，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。 D 、 V7 、 V8 为差动放大器V5 、 V6 的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1—V4 的输入端，即引脚的 8 ， 10 之间；调制信号加在差动放大器 V5 、 V6 的输入端，即引脚 1 、 4 之间， 2 、 3 脚外接 1K 电阻，以扩大调制信号动态范围 ，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚 6 、 12 之间）输出。

用 1496 集成电路构成的调幅器电路图如图 9—16所示，图中 Rp1 用来调节引出脚 1 ， 4 之间的平衡， Rp2 用来调节 8 ， 10 之间的平衡，三极管 V为射极跟随器，以提高调幅器带负载能力。

图 9—16  1496 构成的调幅器