第5章振幅调制解调与混频

1、第第5 5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路 第第2章与第章与第3章分别介绍的小信号放大电路与功率放大电路，章分别介绍的小信号放大电路与功率放大电路， 均为线性放大电路。均为线性放大电路。 前言：前言： 一、概述一、概述 线性放大电路的特点：其输出信号与输入信号具有线性放大电路的特点：其输出信号与输入信号具有某种特某种特 定的线性关系。定的线性关系。从时域上讲从时域上讲, 输出信号波形与输入信号波形输出信号波形与输入信号波形 相同相同, 只是在幅度上进行了放大；只是在幅度上进行了放大； 从频域上讲从频域上讲, 输出信号的频输出信号的频 率分量与输入信号的频率分量相同。率分量

2、与输入信号的频率分量相同。 然而然而, 在通信系统和其它一些电子设备中在通信系统和其它一些电子设备中, 需要一些能实现频需要一些能实现频 率变换的电路，例如调幅、检波、混频等。这些电路的特点率变换的电路，例如调幅、检波、混频等。这些电路的特点是其是其 输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量, 即发生了频率分量的变换即发生了频率分量的变换, 故称为频谱变换电路。故称为频谱变换电路。 2.相关的基本概念相关的基本概念 1）调制信号调制信号：低频信号（需传送的信息）。：低频信号（需传送的信息）。 2）载波载波：高频振荡波：高频振荡

3、波 3）载频载频：载波的频率：载波的频率 4）调制调制：将低频信号：将低频信号“装载装载”在载波上的过程。即在载波上的过程。即 用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高 频信号具有低频信号特征的过程。频信号具有低频信号特征的过程。 5）已调波已调波：经调制后的高频振荡波。：经调制后的高频振荡波。 6）解调解调：从已调信号中取出原来的信息。：从已调信号中取出原来的信息。 第第5 5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路 7）模拟调制有模拟调制有以正弦波为载波的以正弦波为载波的幅度调制幅度调制和和角度调制角度调制。 8）幅度调制幅度调制：

4、调制后的信号频谱和基带信号频谱之间：调制后的信号频谱和基带信号频谱之间 保持线性平移关系，称为线性幅度调制。（振幅调制、保持线性平移关系，称为线性幅度调制。（振幅调制、 解调、混频）解调、混频） 9）角度调制角度调制：频谱搬移时没有线性对应关系，称为非：频谱搬移时没有线性对应关系，称为非 线性角度调制。（频率调制与解调电路）线性角度调制。（频率调制与解调电路） 2.相关的基本概念相关的基本概念 第第5 5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路 频谱线性电路频谱线性电路 幅度调制与解调电路幅度调制与解调电路 倍频电路倍频电路 混频电路混频电路 3.线性频谱变换电路分类线性频谱变换

5、电路分类 普通幅度调制与解调普通幅度调制与解调 单边带幅度调制与解调单边带幅度调制与解调 双边带幅度调制与解调双边带幅度调制与解调 残留边带调制与解调残留边带调制与解调 第第5 5章章 振幅调制、解调与混频电路振幅调制、解调与混频电路 将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。 高频振荡 高频放大高频放大 话筒话筒声音声音 缓冲缓冲 发射发射 天线天线 倍频倍频调制调制 音频放大音频放大 简述：振幅调制简述：振幅调制 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 5.1.1 普通调幅波的波形、频谱及数学表达式普通调幅波的波形、频谱及数

6、学表达式 一、调幅制适用于：长波、中波、短波及超短波。一、调幅制适用于：长波、中波、短波及超短波。 振幅调制振幅调制AM：Amplitude Modulation 二、数学表达式：二、数学表达式：首先讨论单频调制的调幅波首先讨论单频调制的调幅波 低频调制信号：低频调制信号： Ftcos2UtcosUtu mm 高频载波信号高频载波信号： tcos2UtcosUtu ccmccmc f 调调 幅信号（已调波）幅信号（已调波）： ( ) t AMmc utUcos t 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 调幅的原则：调幅的原则：高频载波的振幅随调制信号高频载波的振幅随调制信号u(t

7、)成线性关系。成线性关系。 uAM(t)= (Ucm+kaUm cos t)cosct =Ucm(1+macost)cosct 比比例例常常数数:k,0m, U Uk m aa cm ma a = 调制系数：调制系数： 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 ( ) t m U )m(1UU acmmax cm U )m(1UU acmmin uAM(t)=Ucm(1+macost)cosct cm minmax minmax minmax a 2U )U(U UU UU m 波形特点：波形特点：振幅的包络与调制信号的变化规律一致。振幅的包络与调制信号的变化规律一致。 振幅（振幅（

8、包络包络）表达式）表达式 UAM(t)=Ucm(1+macost) 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 普通调幅普通调幅 调幅波的包络表达式：调幅波的包络表达式： 三、讨论：调幅波的波形与频谱三、讨论：调幅波的波形与频谱 uAM(t)=Ucm(1+macost)cosct Ucm(1+macost) =Ucm+Ucmmacost 调幅波的平衡轴：调幅波的平衡轴：U=Ucm 载波的振幅载波的振幅 包络的振幅：包络的振幅： Um=Ucmma 2 UU minmax ma cm ma cm Uk U Uk U cm ma a U Uk m 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基

9、本原理 三、讨论：调幅波的波形与频谱三、讨论：调幅波的波形与频谱 包络的振幅：包络的振幅： Um=Ucmma ma包络的振幅包络的振幅（Ucmma） ma 调制系数调制系数ma的含义：的含义：表征载波的振幅受调制信号控制的强弱程度。表征载波的振幅受调制信号控制的强弱程度。 调制程度越深调制程度越深 调制程度越小调制程度越小包络的振幅包络的振幅（ （Ucmma） 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 ma =1 ma 1 当当ma =1时，时，Umin=0 当当ma 0 讨论：讨论： 当当ma 1时，时，Umin1时，包时，包 络已经失真，络已经失真， 不能反映调制不能反映调制 信

10、号的变化规信号的变化规 律，因此为了律，因此为了 避免失真，应避免失真，应 使调幅系数使调幅系数 ma1。 调幅波的频谱与带宽调幅波的频谱与带宽 )tcos( m 2 1 )tcos( m 2 1 tcosU t)cos cosm(1U(t)u cacaccm cacm AM t )tcos( Um 2 1 )tcos( Um 2 1 tcos U ccmaccmaccm 载波载波 分量分量 上边频上边频 分量分量 下边频下边频 分量分量 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 调制信号调制信号 c 载波载波 调幅波调幅波 c+ 上边频上边频 c- 下边频下边频 )tcos( Um

11、 2 1 )tcos( Um 2 1 tcosUtu ccmaccmaccmAM 载波载波 分量分量 上边频上边频 分量分量 下边频下边频 分量分量 cm U cmaU m 2 1 cmaU m 2 1 带带宽宽是是调调制制信信号号的的2 2倍倍 : :即即或或： 带带宽宽 ,hz2FF)(f-F)(fBW rad/s2)(-)(WB ccAM ccAM 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 强调重要的结论：强调重要的结论： 1.普通调幅波不是简单的余弦波，它包含有三个频率普通调幅波不是简单的余弦波，它包含有三个频率 分量：载波分量：载波 fc、上边频、上边频 fc+F、下边频、

12、下边频 fc-F 3.载波分量不包含调制信号的信息，上下两个边频才携带载波分量不包含调制信号的信息，上下两个边频才携带 调制信息，它们的振幅反映了调制信号的振幅大小。调制信息，它们的振幅反映了调制信号的振幅大小。 4.调幅波从频谱的角度看，就是把低频调制信号的频谱线性调幅波从频谱的角度看，就是把低频调制信号的频谱线性 对称地搬移到高频载波的两边，故属于线性频谱变换。对称地搬移到高频载波的两边，故属于线性频谱变换。 2.上下两个边频分量对称的分布在载波两边，它们的振幅上下两个边频分量对称的分布在载波两边，它们的振幅 为为 ，且是包络振幅，且是包络振幅 的一半。的一半。cmaU m cmaU m

13、2 1 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 四、多频调幅波的波形与频谱四、多频调幅波的波形与频谱 tcos tcos m1U(t)u c n 1i iaicm AM 信号带宽信号带宽 max 2BW c c 调幅波调幅波 调制信号调制信号 载波载波 c+max 上边带上边带 c-max 下边带下边带 max n 1i icai n 1i icaiccm n 1i icaiicaiccm )tcos( m 2 1 )tcos( m 2 1 tcos U )tcos( m 2 1 )tcos( m 2 1 tcos U 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 一般调幅波

14、的波形与频谱一般调幅波的波形与频谱 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 四、普通四、普通调幅波的功率关系调幅波的功率关系 条件：如果将普通调幅波输送功率至负载条件：如果将普通调幅波输送功率至负载RL上，则载波与上，则载波与 两个边频将分别得出如下功率：两个边频将分别得出如下功率： 载波功率载波功率: L 2 cm t R U 2 1 P 上下边频功率上下边频功率: 2 acm 2 DSBSSBSSBSSBat 1 1112 224 L m U PPPPm P R 1212 在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是 t 2 aSSBtA

15、M P)m 2 1 1(P2PP uAM(t)=Ucm(1+macost)cosct 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 讨论：讨论： 载波本身并不携带调制信息，但它的功率却占整个调幅波载波本身并不携带调制信息，但它的功率却占整个调幅波 功率的绝大部分。功率的绝大部分。 当当ma1时，时，Pt(2/3)PAM ； PDSB(1/3)PAM 当当ma0.5时时，Pt(8/9)PAM ； PDSB(1/9)PAM 结论：结论：因为调制信号的信息携带在上下边频中，因此在调幅的过因为调制信号的信息携带在上下边频中，因此在调幅的过 程中，应尽量使调制系数程中，应尽量使调制系数ma大，以增

16、大上下边带的功率，大，以增大上下边带的功率， 提高信号的传输能力，但不能超过提高信号的传输能力，但不能超过1 。 t 2 aDSBtAM P)m 2 1 1(PPP 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 普通调幅波的缺点：普通调幅波的缺点： 功率利用率太低，整机利用率低。功率利用率太低，整机利用率低。 1.设备简单。设备简单。 2.解调方便，便于接受。解调方便，便于接受。 3.与其它调制方式比较占用的频带宽。与其它调制方式比较占用的频带宽。 普通调幅被广泛应用于中、短波无线电广播系统的原因：普通调幅被广泛应用于中、短波无线电广播系统的原因： 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调

17、制的基本原理 课堂练习：课堂练习： P198 习题习题 5.1 P198习题习题 5.2 P198习题习题 5.4 P199习题习题 5.8 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 作作 业：业： P199 习题习题 5.6 P199习题习题 5.7 5.1.2 双边带调幅（双边带调幅（DSB）和单边带调幅（）和单边带调幅（SSB） 总思路：总思路：既然载波不携带有用信息，有用调制信息被上下两个边既然载波不携带有用信息，有用调制信息被上下两个边 带携带，为了提高整机的利用率，只发送上下边带或者上下边带带携带，为了提高整机的利用率，只发送上下边带或者上下边带 其中一个边带，而不发送载

18、波。其中一个边带，而不发送载波。 只发送上下边带的调幅叫双边带调幅只发送上下边带的调幅叫双边带调幅-DSB (Double Sideband Modulation) 只发送上下边带其中一个边带的调幅叫单边带调幅调制只发送上下边带其中一个边带的调幅叫单边带调幅调制SSB (Single Sideband Modulation) 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 低频调制信号：低频调制信号： Ftcos2UtcosUtu mm 高频载波信号高频载波信号： tcos2UtcosUtu ccmccmc f )tcos( )tcos( Um 2 1 cccmaDSB tu t t co

19、smtcosU tcoscosUm accm ccma 载波载波 分量分量 调制信调制信 号分量号分量 双边带调幅（双边带调幅（DSB）可利用模拟乘法器实现）可利用模拟乘法器实现结论：结论： 一、双边带调幅一、双边带调幅DSB(Double Sideband Modulation) 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 双边带调幅的波形和频谱双边带调幅的波形和频谱 双边带双边带 波形波形 双边带双边带 频谱频谱 cmaU m 2 1 双边带调幅（双边带调幅（DSB）的频带宽）的频带宽BW=2或或BW=2F结论：结论： 电压相位电压相位 突变突变180o 5.15.1 振幅调制的基

20、本原理振幅调制的基本原理 低频调制信号：低频调制信号： Ftcos2UtcosUtu mm 高频载波信号高频载波信号： tcos2UtcosUtu ccmccmc f )tcos( Um 2 1 tu ccmaSSB 下边频下边频 分量分量 二、单边带调幅二、单边带调幅SSB(Single Sideband Modulation) 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 )tcos( Um 2 1 tu ccmaSSB 上边频上边频 分量分量 显然：显然： 单频调制单边带调幅信号是一个角频率为单频调制单边带调幅信号是一个角频率为c c+的单频正的单频正 弦波信号弦波信号, , 但是

21、但是, , 一般的一般的单边带单边带调幅信号波形却比较复杂。不过有调幅信号波形却比较复杂。不过有 一点是相同的一点是相同的, , 即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变 化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同, , 是普通调幅和双是普通调幅和双 边带调幅信号带宽的一半。边带调幅信号带宽的一半。 三种调幅的优缺点比较：三种调幅的优缺点比较： 普通调幅：所占频带宽，能量利用率低，但发射机和接收机简普通调幅：所占频带宽，能量利用率低，但发射机和接收机简 单，因此在广播系统中广泛的应用。单，因此在广播系统中

22、广泛的应用。 双边带调幅：能量利用率高，双边带调幅：能量利用率高，所占频带宽，所占频带宽，但发射机和接收机但发射机和接收机 较复杂，较少采用。较复杂，较少采用。 单边带调幅：能量利用率高，单边带调幅：能量利用率高，所占频带窄，节省所占频带窄，节省发射机功率又节发射机功率又节 约频带，但发射机和接收机较复杂，在短波通信中约频带，但发射机和接收机较复杂，在短波通信中 应用广泛。应用广泛。 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 三种振幅调制信号三种振幅调制信号 电压电压 表达式表达式 普通调幅波普通调幅波 tcosost)cmUcm(1 ca 载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅

23、波 tcosostcUm ccma 单边带信号单边带信号 )tcos(U 2 m ccm a )(tcos(U 2 m ccm a 或或 波形图波形图 频谱图频谱图 c0- c+ cmaU m 2 1 c- c+ cmaU m 2 1 信号信号 带宽带宽 ,2F2 F2,2 F, c- c+ 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 课堂练习：课堂练习： P149 5.1.4 P199 5.9 5.15.1 振幅调制的基本原理振幅调制的基本原理 相乘器的功能和构成：相乘器的功能和构成： 功能：实现两个信号的相乘。功能：实现两个信号的相乘。 构成：由构成：由非线性非线性器件构成。器件构

24、成。 目前通信系统广泛采用两种器件目前通信系统广泛采用两种器件二极管构成的平衡相乘器；二极管构成的平衡相乘器； 晶体管构成的双差分对管模拟乘法器。晶体管构成的双差分对管模拟乘法器。 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路一般工作频率可达几一般工作频率可达几GHZ。 模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路一般工作频率在几十一般工作频率在几十MHZ。 5.2.15.2.1非线性器件的相乘作用非线性器件的相乘作用 一、一、非线性器件特性幂级数分析法非线性器件特性幂级数分析法 5.2 5.2 相乘器电路相乘器电路 + u1 - + u2 - + - UQ + - u i (a)二极管相乘电路二极管相乘电路

25、 i u0 UQ IQ (b)二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线 一、一、非线性器件特性幂级数分析法非线性器件特性幂级数分析法 条件：条件：u1、u2为为小信号小信号，且，且两信号大小相当两信号大小相当， 直流电源直流电源UQ是为了保证在整个周期内是为了保证在整个周期内 二极管始终工作在二极管的特性曲线二极管始终工作在二极管的特性曲线 的弯曲部分。的弯曲部分。 12 ( )() Q f uf Uuui 一、一、非线性器件特性幂级数分析法非线性器件特性幂级数分析法 0121212 0121212 22 121212 auuuuuu auuuuu u uuu uu u 2n 12n 22 122

26、2 33 3333 i+a ()+a () + .+a () +a ()+(a+a+ 2a) +(a+a+ 3a+ 3a)+ . 12 ( )() Q f uf Uuui 减小非线性期间产生的无用组合频率分量的措施：减小非线性期间产生的无用组合频率分量的措施： 1. 选用具有平方律特性的器件；选用具有平方律特性的器件； 2. 采用平衡电路，利用电路的对称结构抵消失真分量；采用平衡电路，利用电路的对称结构抵消失真分量； 3. 合理设置输入信号的大小，使器件工作在受大信号控制下的合理设置输入信号的大小，使器件工作在受大信号控制下的 时变状态。时变状态。 12 pq组合频率分量 二、二、线性时变工作

27、状态线性时变工作状态 12 2 11212 ( )() 1 ()()(). 2! Q QQQ f uf Uuu f Uuf Uu ufUu u i 前提：前提： u1为大信号（为大信号（U1m0.5V），），u2为小信号，即：为小信号，即：U1mU2m。 u1 u2，可以忽略的二次方及以上各次方项。 ，可以忽略的二次方及以上各次方项。 112 ()() QQ f Uuf Uu ui 0112 ()()I ug u ui 0101121 0101121 ()=cos()cos(2). ()=cos()cos(2). mm mm I uIItIt g uggtgt 0112 01121 01121

28、22 01121 0221212221222 ()() cos()cos(2). cos()cos(2).cos cos()cos(2). 11 coscos()cos(2).cos 22 mm mmm mm mmmmmm I ug u u IItIt ggtgtUt IItIt g Utg Utg UtUt i 0112 ()()I ug u ui 0101121 0101121 ()=cos()cos(2). ()=cos()cos(2). mm mm I uIItIt g uggtgt 112 pp组合频率分量、 三、三、二极管的开关工作状态（二极管的开关工作状态（P152P152，重点

29、掌握）重点掌握） + u1 - + u2 - + - u i (b)二极管开关电路二极管开关电路 V 前提条件：前提条件：u1=U1mcos1t，u2=U2mcos2t， 且且u1为大信号（为大信号（U1m0.5V），）， u2为小信号，即：为小信号，即：U1mU2m。 结论：结论：u=u1+u2=U1mcos1t+U2mcos2t， 二极管工作在大信号状态，即在二极管工作在大信号状态，即在u1的作用下管子工作在开关状态，的作用下管子工作在开关状态， 管子的导通和截止由大信号管子的导通和截止由大信号u1决定，决定， u10,管子管子V导通，导通电导导通，导通电导 为为gD(t),u1 0t)o

30、s(c0 1 0t)os(c0 1 1 3 2 ttt 111 22 Kcos-cos. 3 t u1 O 4 T1 - 4 T1 4 T3 1 1m U 12 1122 2 1122122 12 1 coscos3 2 coscoscos 33 mm mmmm mm uut UtUttt UtUtUtUtt UttUtt DD1 D11 DD1D1 D11D12 igt ugK 22 gcos-cos. 3 122 ggcosgcos 2 22 -gcoscos-gcoscos 33 由三角函数的关系加以整理得：由三角函数的关系加以整理得： ()()() ()()()() ()()()()

31、()()()()t-3cosUg 3 1 -t3cosUg 3 1 t4cosUg 3 1 -t2cosUg 3 2 t-cosUg 1 tcosUg 1 tcosUg 2 1 tcosUg 2 1 Ug 1 tcost3cosUg 3 2 -tcost3cosUg 3 2 - tcostcosUg 2 tcosUg 2 tcosUtcosUg 2 1 i 21m2D21m2D1m1D1m1D 21m2D21m2D2m2D1m1Dm1D 21m2D11m1D 21m2D 2 1m1D2m21m1D + += += 结论：结论：组合频率分量中，必有调制或者解调需要的新的频率分组合频率分量中，必有

32、调制或者解调需要的新的频率分 量，无用的频率分量只要在其后接一个相应的滤波电路即可。量，无用的频率分量只要在其后接一个相应的滤波电路即可。 这就是利用二极管构成调制和解调的电路的本质所在。这就是利用二极管构成调制和解调的电路的本质所在。 直流成分、直流成分、1、2 1 的偶次谐波的偶次谐波 1 的奇次谐波与的奇次谐波与2的组合频率分量的组合频率分量 tcosUtcosUuuu ccmmc1 tcosUtcosUuuu ccmmc2 5.2.2 二极管双平衡相乘器二极管双平衡相乘器 一、二极管平衡相乘器一、二极管平衡相乘器 载波载波uc为大信号为大信号 ()() cc1D2cc1D1 u-ut)

33、(Kgi ;uut)(Kgi=+= t)(Kug2i -ii c1D21 = .t3cos 3 2 -tcos 2 2 1 tcosUg2 ccmD += t )-3cos(Ug 3 2 -t )3cos(Ug 3 2 - t )-cos(Ug 2 t )cos(Ug 2 tcosUg cmDcmD cmDcmDcmD + += 上变频分量上变频分量下变频分量下变频分量 t )-3cos(Ug 3 2 -t )3cos(Ug 3 2 - t )-cos(Ug 2 t )cos(Ug 2 tcosUgi cmDcmD cmDcmDcmD + += 结论：结论： 输出信号中无用频率分量比单管电路少

34、很多。输出信号中无用频率分量比单管电路少很多。 直流成分、直流成分、1、及其各次谐波均由于平衡电路的关系而被抑制掉及其各次谐波均由于平衡电路的关系而被抑制掉 无用无用频率分量频率分量2以及以及31 2等高频分量与等高频分量与12相差甚远，相差甚远， 因此容易用带通滤波器滤除掉。因此容易用带通滤波器滤除掉。 二、二极管双平衡相乘器：见教材二、二极管双平衡相乘器：见教材P155158. (了解内容了解内容) o0 I 12 c TT uu uR thth 2U2U 5.2.3 双差分对模拟乘法器双差分对模拟乘法器MC1496/1596 载波载波u1为大信号为大信号 调制信号调制信号u2为小信号为小

35、信号 0 2 0 o 0 1 4 2 260 2 I I I mA ，小信号状态 线性时变状态 ，开关状态 c 121T2T T c1 22T TT c 2212T T R u uuUuU U Ru u thuUu U2U R u K (t)uUu U o 1595 Mxy AMCuu u 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 概述概述 1.1.振幅调制电路的分类振幅调制电路的分类 按调幅方式分：按调幅方式分： 按输出功率分：按输出功率分： 高电平调幅高电平调幅 低电平调幅低电平调幅 普通调幅普通调幅AMAM 双边带调幅双边带调幅DSBDSB 单边带调幅单边带调幅S

36、SBSSB 残留边带调幅电路残留边带调幅电路 2.2.低电平调幅电路的要点：低电平调幅电路的要点： （1 1）先在低功率电平级进行振幅调制）先在低功率电平级进行振幅调制经高频功率放大器放大经高频功率放大器放大 后发射。后发射。 （2 2）重点任务：由于低电平调幅的）重点任务：由于低电平调幅的功率较小，输出功率和效率功率较小，输出功率和效率 不是重点，而提高调制的线性度，减少不需要的频率分量，不是重点，而提高调制的线性度，减少不需要的频率分量， 提高滤波功能是它的主要任务。提高滤波功能是它的主要任务。 （3 3）常用电路：模拟乘法器调幅电路）常用电路：模拟乘法器调幅电路一般工作频率在几十一般工作

37、频率在几十MHZMHZ。 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路一般工作频率可达几一般工作频率可达几GHZ。 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 3.3.高电平调幅的要点：高电平调幅的要点： （1 1）直接产生满足发射机要求的发射功率，处于发射级的末级。）直接产生满足发射机要求的发射功率，处于发射级的末级。 （2 2）重点任务：获得最大的）重点任务：获得最大的输出功率输出功率，最大的优点是整机利用率高。，最大的优点是整机利用率高。 （3 3）常用电路：晶体管集电极调制电路。）常用电路：晶体管集电极调制电路。 晶体管基极调制电路。晶体管基极调制电路。 它们一般只能产生普通调幅波。它们一般只能

38、产生普通调幅波。 （4 4）实现手段：用调制信号控制处于丙类工作状态的末级功率）实现手段：用调制信号控制处于丙类工作状态的末级功率 放大器。放大器。 已讲内容已讲内容 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 一、一、 模拟乘法器的特性和工作原理模拟乘法器的特性和工作原理 2.模拟乘法器的符号模拟乘法器的符号 Km Km 1.模拟乘法器的功能：实现模拟信号的相乘模拟乘法器的功能：实现模拟信号的相乘 Km: 模拟乘法器的增益模拟乘法器的增益 它的大小由实际电路决定它的大小由实际电路决定 5.3.2 模拟乘法器构成的振幅调制电路模拟乘法器构成的振幅调制电路 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路

39、 3.模拟乘法器功能模拟乘法器功能： 利用模拟乘法器可以实现调幅、调幅的解调、鉴利用模拟乘法器可以实现调幅、调幅的解调、鉴 相、混频等，在电路的调制与解调中有着非常广泛相、混频等，在电路的调制与解调中有着非常广泛 的应用，希望同学们在后续的学习中反复体会它的的应用，希望同学们在后续的学习中反复体会它的 灵活应用。灵活应用。 4.集成模拟乘法器的内部工作原理（不做介绍）集成模拟乘法器的内部工作原理（不做介绍） 5.集成模拟乘法器实现集成模拟乘法器实现AM调制调制(补充内容补充内容) 5.2 5.2 相乘电路与振幅调制电路相乘电路与振幅调制电路 () d m acacmdM c d m cmdM

40、ccmmdMco1Mo U U m; tcos)tcosm1(UUK- tcos)tcos U U 1(UUK- tcosUtcosUU-KuuKu =+= += += 体会：体会：可以通过改变直流电流可以通过改变直流电流Ud的大小改变调制系数的大小改变调制系数ma。 R Rp - u(t) Ud uc(t) KM uo(t) R R + A AM调幅电路原理图调幅电路原理图 uo1 信号信号1： u1(t)=U1mcost (低频调制信号低频调制信号) 信号信号2：u2(t)=U2mcosct, （高频载波信号）（高频载波信号） c, 两信号相乘后的输出信号两信号相乘后的输出信号 )tcos

41、()tcos( 2 UU t)cos()Ucos(Uuuu cc 2m1m c2m1m21o m mm K KKt 结论：结论：两个信号相乘可以实现频谱搬移，将低频为两个信号相乘可以实现频谱搬移，将低频为的的载波信载波信 号线性地对称地搬移到高频号线性地对称地搬移到高频c两侧两侧。 6.集成模拟乘法器实现集成模拟乘法器实现DSB调制调制 优点：优点：在传送前抑制掉载频频率，在不影响传送信息的条件下，在传送前抑制掉载频频率，在不影响传送信息的条件下， 节省发射功率。节省发射功率。 DSB调制波形、频谱和组成模型调制波形、频谱和组成模型 MC1496构成的构成的DSB调制电路：调制电路：见教材见教

42、材P166图图5.3.1 二二. .利用二极管的非线性特性进行调幅利用二极管的非线性特性进行调幅二极管平衡与环形调幅电路二极管平衡与环形调幅电路 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要 用非线性器件来完成频率变换。用非线性器件来完成频率变换。 总思路：总思路：这里将调制信号这里将调制信号u 与载波信号 与载波信号uc相加后，同时加入非线性器件，相加后，同时加入非线性器件， 然后通过中心频率为然后通过中心频率为c的带通滤波器取出输出电压的带通滤波器取出输出电压uo o中的调幅波成分。中的调幅波成分。 uc

43、5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 vSSB通信优点：通信优点： 节省发射功率节省发射功率 带宽只占带宽只占AM已调信号的频宽带宽的一半已调信号的频宽带宽的一半 提高短波波段的利用率提高短波波段的利用率 SSB波的选择性衰落现象小波的选择性衰落现象小 max 2 1 FBB AMSSB 三三. SSB调制电路调制电路 v缺点：缺点： 接收端需恢复被抑制的载波频率，对收、发通信机的本振频接收端需恢复被抑制的载波频率，对收、发通信机的本振频 率稳定度要求高。率稳定度要求高。 vSSB调制电路实现模型调制电路实现模型 相乘滤波法相乘滤波法 移相合成法移相合成法 难点：难点： 滤波问题。调制信号

44、通常为音频基带信号，调制后两边滤波问题。调制信号通常为音频基带信号，调制后两边 带相距很近，对边带滤波器的要求较高带相距很近，对边带滤波器的要求较高.见教材见教材P169。 解决方法：解决方法： 多次相乘滤波多次相乘滤波;移相合成法移相合成法 三三. SSB调制电路调制电路 1、相乘滤波法、相乘滤波法: 相乘滤波法相乘滤波法SSB调制模型调制模型 SSB调制的二次相乘滤波法框图调制的二次相乘滤波法框图 2. 二次相乘滤波法二次相乘滤波法: 经过两次相乘调制后，两个边带相对距离大降低了对边经过两次相乘调制后，两个边带相对距离大降低了对边 带滤波器的要求带滤波器的要求. . 移相合成法移相合成法S

45、SB 调制电路模型调制电路模型 3、移相合成法实现、移相合成法实现SSB: ttUUAtu CcmmMo coscos)( 1 )cos()cos( 2 1 ttUUA CCcmmM ttUUAtu CcmmMo sinsin)( 2 )cos()cos( 2 1 ttUUA CCcmmM 体会：合成器采用减法电路，抵消下边带，取出上边带；采用体会：合成器采用减法电路，抵消下边带，取出上边带；采用 加法电路，抵消上边带，取出下边带。加法电路，抵消上边带，取出下边带。 tUUAtututu CcmmMooo )cos()()()( 21 合成器输出：合成器输出： t )cos(t )cos(UU

46、A 2 1 u CCcmmM1o +=- t )cos(t )cos(UUA 2 1 u CCcmmM2o +=- tcostcos)t(u 11 = t )cos(t )cos( 2 1 11 +=- tsintcos)t (u 12 = t )sin(t )sin( 2 1 11 +=- 4. 移相滤波合成法移相滤波合成法（了解内容，补充内容）（了解内容，补充内容） 二次相乘滤波二次相乘滤波+移相合成法移相合成法 第一相乘的两个相乘器输出：第一相乘的两个相乘器输出： 移相滤波合成法移相滤波合成法SSB调制电路模型调制电路模型 u1(t) u2(t) t )cos()t (u 13 -= t

47、 )sin()t (u 14 -= 低通滤波器滤除上边带低通滤波器滤除上边带, , 输出下边带输出下边带: : u3(t) u4(t) 第二次相乘两个相乘器的输出第二次相乘两个相乘器的输出: tcost )cos()t (u 215 -= t )cos(t )cos( 2 1 1212 +=- tsint )sin()t (u 216 -= 2121 1cos( -) +cos() 2 tt 最后由合成电路减法器抵消下边带最后由合成电路减法器抵消下边带, ,取出上边带实现取出上边带实现SSBSSB调制。调制。 u5(t) u6(t) 目标：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。目标：从振

48、幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。 前言：检波概述前言：检波概述 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fo fs = fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 检波的分类检波的分类 二极管检波器二极管检波器 三极管检波器三极管检波器 检波检波 器件器件 信号大小信号大小 小信号检波器小信号检波器 大信号检波器大信号检波器 工作特点工作特点 包络检波器包络检波器 同步检波器同步检波器 5.4 5.4 振幅检波电路

49、振幅检波电路 包络检波包络检波:是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的 检波方法。这种方法只适用于检波方法。这种方法只适用于AM波。波。 同步检波同步检波: 是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全 同步的检波方法。它对于同步的检波方法。它对于AM、DSB、SSB、VSB都都 适用，但解调适用，但解调AM信号比包络检波复杂。信号比包络检波复杂。 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 非线性 电路 低通 滤 波器 从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AM信号信号 输入

50、输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息 5.4.2 二极管包络检波（二极管包络检波（重点掌握内容重点掌握内容) 5.4 5.4 振幅检波电路振幅检波电路 一、一、 大信号大信号包络包络检波的工作原理检波的工作原理 (2) 工作原理分析工作原理分析 + uD - - + - - uo id uD= ui- - uo R i充 充 + - - uo i放 放 + - - ui + - - ui VD R C ui + - - C rd 当输入信号当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载波为调幅波时，那么载波 正半周时二极管正向导通，输入高频电压正半周时二极管正向导通，输入高频电压 通过二极管对电

51、容通过二极管对电容C充电，充电时间常数充电，充电时间常数 为为rdC。因为因为rdC较小，充电很快，电容上较小，充电很快，电容上 电压建立的很快电压建立的很快,输出电压输出电压uo(t) 很快增长很快增长 。 ui(t)达到峰值开始下降以后，随着达到峰值开始下降以后，随着 ui(t)的下降，的下降，当当ui(t)= uo(t)，即，即uD= ui- - uo=0时，二极管时，二极管VD截止。截止。C把导通期把导通期 间储存的电荷通过间储存的电荷通过R放电。因放电时放电。因放电时 常数常数RC较大，放电较缓慢。较大，放电较缓慢。 检波器的有用输出电压：检波器的有用输出电压：uo(t)=u(t)+

52、UDC UDC u(t) t uo(t)uc ui(t)uo(t) u i(t)与与uo(t) t idid i充 充 i充 充 i放 放 i放 放 + - + - 检波器的实际输出电压为：检波器的实际输出电压为： uo(t)+uc= u(t)+UDC+uc 当电路元件选择正确时，高频当电路元件选择正确时，高频 纹波电压纹波电压uc很小，可以忽略，很小，可以忽略， 输出电压为：输出电压为： uo(t)=u(t)+UDC 包含了包含了直流及低频调制分量直流及低频调制分量。 图图(a)：电容：电容Cd的隔直作用，直流分量的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢被隔离，输出信号为解调恢 复

53、后的原调制信号复后的原调制信号u，一般常作为接收机的检波电路。，一般常作为接收机的检波电路。 图图(b)：电容电容C的旁路作用，交流分量的旁路作用，交流分量u(t)被电容被电容C旁路，输出信号为旁路，输出信号为 直流分量直流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。信号）的检测电路。 UDC u(t) uc t uo(t) ui(t)uo(t) ui(t)与与uo(t) t 峰值包络检波器的应用型输出电路峰值包络检波器的应用型输出电路: : + - - UDC （b） ui + - - C VDR RC + - - uoui + - - C

54、VD RL + - - u R Cd +UDC - - + - - uo （a） 注意：注意： 检波二极管通常采用导通电压和导通电阻检波二极管通常采用导通电压和导通电阻rd小的锗管。小的锗管。 关键：关键：电容的充电时间电容的充电时间rd Crd 0则 1，在工程上，在工程上 按按0.50.9来估算来估算 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 d d d d d 3) 等效输入电阻等效输入电阻Rid 讨论背景：讨论背景：包络检波一般是作为超外差接收机中频放大器的负载，包络检波一般是作为超外差接收机中频放大器的负载， 其等效输入电阻必然会影响回路前一级的选频特性其等效输入电阻必然会影响回路前

55、一级的选频特性 R 1 g, g C Q 里包含有里包含有 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 + - - uo 中放末级中放末级 Rs VD R CsC Ls is Rid + - - ui 检波器输入端口的高频功率：检波器输入端口的高频功率： 2R U id 2 im 忽略二极管上的能量损耗，由能量守恒定律可知：忽略二极管上的能量损耗，由能量守恒定律可知： 22 dim U R 全部转换为输出端负载电阻全部转换为输出端负载电阻R上消耗上消耗 的功率的功率 2 R U im 2R U id 2 im 22 dim U R d=cos 1 RR 2 1 id 所以所以 产生的失真主要有：

56、惰性失真；负峰切割失真；非产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非 线性失真；频率失真。线性失真；频率失真。 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) ) 3.检波器的失真检波器的失真 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)（教材中没有推导过程（教材中没有推导过程 ） tcostcosm1U(t)u iaimi tcosm1U(t)u aimm 调幅波包络调幅波包络 sintmU dt (t)du aim m 包络变化率包络变化率 dt (t)du Ci C C 电容放电电容放电 Ri(t)u CC 包包 络络 检检 波波 的

57、的 失失 真真 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真) 放电速率放电速率 RC (t)u RC (t)u C i dt (t)du imCCC 假定此时假定此时调幅波包络调幅波包络 tcosm1U(t)u aimim 为避免失真为避免失真 dt du(t) dt (t)duC im ima du (t) Um sint dt 包络变化率包络变化率 0(RC1m1 maxa 2 ) 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 电容放电的速率大于电容放电的速率大于 包络的下降速率包络的下降速率 惰性失真惰性失真 0)(RC1m1 2 maxa maxa 2 a m m1 RC 包包 络络

58、检检 波波 的的 失失 真真 0(RC1m1 maxa 2 ) 负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真) 隔直电容隔直电容C Cc c数值很大，可认为数值很大，可认为 它对调制频率它对调制频率交流短路，电路达交流短路，电路达 到稳态时，其两端电压到稳态时，其两端电压V VC CV Vim im( (直流 直流 分量分量) )。 im L R V RR R V 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 + + v C + R RL VC Cc vi D 负峰切割失真负峰切割失真 V i m（1-m） V i m ttmV oimi cos)cos1 (v V R )cos1 (tmV

59、imttmV oimi cos)cos1 (vttmV oimi cos)cos1 ( v)cos1 (tmVim)cos1 (tmV im V R V R V R V R V R im L R V RR R V 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 + + v C + R RL VC Cc vi D 负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真) 可见：可见： 要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足 Raim Vcosm1Vt Raim Vm1V R R/R RR R m L L L a 结论：结论： 交、直流负载电阻越悬殊，交、直

60、流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 + + v C + R RL VC Cc vi D 频率失真频率失真 R C 1 max L cmin R C 1 包包 络络 检检 波波 的的 失失 真真 + + v C + R RL VC Cc vi D 分流原理：电阻越小分流原理：电阻越小 分得的电流越多分得的电流越多 分压原理：电阻越大分压原理：电阻越大 分得的电压越多分得的电压越多 一般：一般： 1)/( idsscL RRCQ (1) 回路有载回路有载L Q要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。要大：这应该从选择性