Chapter+7振幅调制与解调

1、第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路7.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性 非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。 当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如

2、下图所示 非线性 器 件 主振 带通 f0, 2Fmax 调制信号 f0 f f 0 fmax f0 2f0 f f0 f (a) 调幅原理调幅原理 中放来 非线性 器 件 低通Fmax 到功放 0 Fmax f 0 f Fmax f1 2f1 f1 f (b) 检波原理检波原理F第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路2) 2) 从频谱结构看，上述频率从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。所谓的线性频率变换。1) 1) 它们的实现框图几乎它

3、们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率率成分后，滤除无用频率分量。分量。3) 3) 频谱的横向平移从时域频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电率决定，它们可以用乘法电路实现。路实现。 非线性 器 件 本振 带通 fi, 2Fmax 高放 f0 f 到中放 fi=fO-fS fS f fi f fi f (c) 混频原

4、理混频原理第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路7.2 振幅调制原理振幅调制原理一、概述一、概述 调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载载频频)信号上去的过程信号上去的过程。调制后的波形叫已调波调制后的波形叫已调波. 按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波波(正弦波正弦波)调制和脉冲调制调制和脉冲调制。 连续波调制连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率，频率 或相位或相位 。因而有调幅。因而有调幅(AM

5、)、调频、调频(FM)和调相和调相(PM)三种方三种方式式。而振幅调制又分为三种而振幅调制又分为三种: AM制制, DSB-SC制制,SSB制制. 第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路 脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅置。相应地，就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编，包括脉冲编码调制码调制PCM)，脉冲调频，脉冲调频(PFM),脉冲调宽脉冲调宽(PWM)和脉冲调位和脉冲调位(PPM)。 本课程只研究各种正弦调制方法性能和本课程只研究各种正

6、弦调制方法性能和电路。（均为模拟调制）电路。（均为模拟调制）第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路二、调幅波的性质二、调幅波的性质(AM(AM波波) )设设 简谐调制信号简谐调制信号 载波信号载波信号 ( )costVtv00( )cosotVtv1. AM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式则调幅信号振幅为则调幅信号振幅为( )cosodV tVK Vt(1cos)dooK VVtV(1cos)oaVmt 称为称为调幅指数即调幅度调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的

7、程度。一般般0ma1。 daoKVmV 通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路2. 普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图 当载波频率当载波频率 调制信号频率调制信号频率 ，0ma1，则可画出，则可画出已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载调幅波

8、是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。率保持载波频率不变。omaxminmaxmin1()2ooaoooVVVVVVmVVV 当时当时ma 1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若若ma 1，AM信号波形某一段时间振幅将为零，称为过调制。信号波形某一段时间振幅将为零，称为过调制。 t o v (a) 调制信号调制信号 v o Vmax t (b)已已调调波波形形由非正弦波调制所得到的调幅波形由非正弦波调制所得到的调幅波形 v(t) o t 过调制波形图过调制波形

9、图第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路由正弦调制信号调制由正弦调制信号调制: 页页1. (1). (2). (3). 所以所以:0 max，上、下，上、下边带之间的距离很边带之间的距离很近，要想通过一近，要想通过一个边带而滤除另一个边带而滤除另一个边带，就对滤波个边带，就对滤波器提出了严格的要器提出了严格的要求。求。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路 为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？后进行频率搬移？问题问题第7章 振幅调制与解调高

10、频电子线路高频电子线路(2) 相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示 调制信号 V0sint 调制信号 90移相网络 载波 90 移相网络 平 衡 调幅器 A 平 衡 调幅器 B V0cos0t v 2=Vcostcos0t V0sin0t V1=Vsintsin0t 合 并 网 络 v3 单边带 输 出 载 波 振荡器 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图 图中两个平衡调幅图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载器的调制信号电压和载波电压都是互相移相波电压都是互相移相90。10sinsin1 2Vt tv00V

11、cos()tcos()t2000cos cos1 cos()cos() 2VttVttv因此，输出电压为因此，输出电压为3120()cos()KKVtvvv第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路 这种方法原则上能把相距很近的两个边频这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。器。 但这种方法要求调制信号的移相网络和载但这种方法要求调制信号的移相网络和载波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地移相移相9090。这一点在实际上是很难做到的。这一点在实际上是很难做到的。第7章

12、振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路(3) 修正的移相滤波法修正的移相滤波法 BM1 v1= vv 低通 滤波器 BM3 90移相 网络 v=cos1t BM2 低通 滤波器 BM4 v2= vv v=sin1t 音频 振荡器 BM-平衡调幅器 音频输入 V(t)=sint 90移相 网络 v0=cos1t v0=sin2t 载波 振荡器 合并 网络 v3v4 SSB输出 v1=sint sin1t v2=cos(1)t v3=v v3=sin2t cos(1-)t v2=sint cos1t v4=cos(1)t v4=v0v3=sin2t sin(1)t 修正的移相滤波法修正的移相滤波法

13、 这种方法所用这种方法所用的的90移相网络工移相网络工作于固定频率，因作于固定频率，因而克服了实际的移而克服了实际的移频网络在很宽的音频网络在很宽的音频范围内不能准确频范围内不能准确地移相地移相90的缺点。的缺点。 这种方法所需要的移相网络工作于固定频率这种方法所需要的移相网络工作于固定频率 1与与 2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。是一种有发展前途的方法。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路7.8 高电平调幅电路高电平调幅电路 高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性高电平调幅电

14、路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。 根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 vb(t) + + VcT + VBB + Vc(t) + vCE vBE + L C vc v + 集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号调制信号 经低频变经低频变压器加在集电极上，并与直流压器加在集电极上，并与直流电源电压电源电压VcT相串馈。相串馈。高频载波高频载

15、波v0(t)=v0cos经高频变压器经高频变压器加在基极回路中。加在基极回路中。costvv则：则：C极有效电源电压随调制信号变化而变化。当放大器工作在过压时，极有效电源电压随调制信号变化而变化。当放大器工作在过压时，C极电流极电流随随C极有效电源电压变化，因而极有效电源电压变化，因而C极输出高频电压振幅也随极输出高频电压振幅也随C极有效电源电压变化，极有效电源电压变化，即随调制信号变化。即随调制信号变化。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1) 集电极有效电源电压集电极有效电源电压Vc(t)供给

16、被调放大器的总平均功率供给被调放大器的总平均功率21(1)2avTaPPm2) 集电极直流电源集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为所供给的平均功率则为TCTCOTPPVI3) 调制信号源调制信号源Vc 供给的平均功率供给的平均功率22acavCTCOTmPPPVI4) 平均输出功率平均输出功率201(1)2oavTaPPm5) 集电极平均耗散功率集电极平均耗散功率21(1)2oavCTaPPmC T第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路6) 集电极效率集电极效率22(1)2(1)2aoToavavTaavTmPPmPP故：故：2) 总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与VC 所

17、供给，所供给，VCT供给用以产供给用以产 生载波功率的直流功率生载波功率的直流功率P=T，VC 则供给用以产生边则供给用以产生边 带功率的平均功率带功率的平均功率PDSB。1) 平均功率均为载波点各功率的平均功率均为载波点各功率的( )( )倍倍2112am3) 集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的( )倍，倍， 应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCMPcav。2112am4) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功 率集电极调幅就需要大功率的调制信号电

18、源。（缺点率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。（缺点)5) ma= , 波形：波形：第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路2. 基极调幅电路基极调幅电路 C vb(t) Vcc + L + VBT vb + + + VB(t) Vcc vc(t) 基极调幅电路基极调幅电路 与集电极调幅电路与集电极调幅电路同样的分析，可以认同样的分析，可以认为为VB(t)=VBT+v (t)是是放大器的基极等效低放大器的基极等效低频供电电源。频供电电源。 因为因为VB(t)随调制信号随调制信号v (t)变化，如果要求放大器的输变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随出电压也随

19、调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。变化。 放大器应工作在欠压区放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压输出电压Vc(t)按基极供电电压按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输出电变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。压随调制电压变化的调幅。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路n基极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：基极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：)21 ()21 (p 22acTcavoTToavavcavaoToavmpppppmppTpav第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路7.9 振幅

20、解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路一、概述一、概述 振幅解调振幅解调( (又称检波又称检波) )是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。 从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近失真地从载波频率附近搬移到零频率附近, ,因此，检波器也因此，检波器也属于频谱搬移电路。属于频谱搬移电路。 检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，线性器件，RC

21、低通滤波器低通滤波器。包络检波。包络检波适于解调普通调幅适于解调普通调幅波波。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路包络检波包络检波同步检波同步检波检波器分类检波器分类: :平方率检波平方率检波峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 解调输出 载波信号 v0(t)=cos0t v(t) 调幅信号 vs(t) 低 通 滤波器 载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制的已调波解调原理第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路串联型二极管包络检波器串联型二极管包络检波器二、二极管二、二极管( (大信号大信号) )峰值包络检波器峰值包络检波器1. 1. 二极管二极管( (大信号大信号

22、) )包络检波器包络检波器串联型二极管包络检波电路串联型二极管包络检波电路并联型二极管包络检波电路并联型二极管包络检波电路C+vRL+充电放电iDvi如图所示串联型二极管包络检波器如图所示串联型二极管包络检波器 RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。滤波器作用。 一般要求的输入信号大于一般要求的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信，所以称为大信号检波器。号检波器。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路RLC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两二是作为检波器的负载，在其两 端输出已恢复的调制信号。端输出已恢复的调制信号。一是起高

23、频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足故必须满足1LoRcmax1LRC o vi t vc t1 t2 二极管检波器的波形图二极管检波器的波形图其检波图如右图其检波图如右图及及第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路2. 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标1) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)iadVmVK 输入调幅波包络振幅输入调幅波包络振幅 检波器的音频输出电压检波器的音频输出电压另外：另外：cosdK -电流通角电流通角33dRRR -检波器负载电阻检波器负载电阻Rd -检波器二极管内阻检波器二极管内阻 当当RRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率

24、Kd接近于接近于1，这是包络检波的主要优点。这是包络检波的主要优点。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路2) 等效输入电阻等效输入电阻RidimidimVRIVim - 输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim - 输入高频电流的的基波振幅输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。主要缺点。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路3) 失真失真 为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的

25、数值，使检波器能的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。跟上高频信号电压包络的变化就行了。 惰性失真惰性失真 o vi t vc t1 t2 惰性失真惰性失真 由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的的时间常数时间常数RC太大所引起的。这时太大所引起的。这时电容电容 C上的电荷不能很快地随调上的电荷不能很快地随调幅波包络变化幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。 也就是要求也就是要求cddtvmdVdt 或写成或写成 2max1aamRCm在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路负峰切割失真负峰切割失真(底

26、部切割失真底部切割失真) 检波器输出常用隔直流电检波器输出常用隔直流电容容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。代表下级电路的输入电阻。 + + v C + R Rg VC Cc vi D 考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求1gcRC则检波过程中，则检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：RimgRVVRR第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路 对于

27、二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。 Vim O v VR maVim 负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度调幅波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VR(1)imaimgRVmVRR/ggagRRRRmRRRR即：即：第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，上

28、的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：必须满足下列条件： 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。min1gcRCmin1cgCR或或电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路作用，即它时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：应满足下列条件：max1RC或或max1CR一般一般Cc约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。第7章 振幅调制与解调高频电子线路高频电子线路7.10 同步检波器同步检波器1.1.乘积检波器乘积检波器(1) 工作原理工作原理低 通滤波器vsv0vV2乘积检波电路乘积检波电路乘积检波乘积检波平衡同步检波平衡同步检波包 络检波器vsv0vv2平衡同步检波电路平衡同步检波电路11coscossVttv001cos()Vtv21011(coscos)cos()VVtttstvv v101coscos2VVtv经过低通滤波后经过低通滤波后1010111coscoscos(2)24VVtVVt 1011