w第5章振幅调制电路

1、高频电路高频电路第五章 振幅调制电路高频电路高频电路第一节第一节 概述概述基带信号调制信号高频电路高频电路基带信号基带信号：需要传送的信息（声音、图像）通：需要传送的信息（声音、图像）通过换能器（传感器）转换为电信号，此电信号过换能器（传感器）转换为电信号，此电信号是占有一定频谱宽度的是占有一定频谱宽度的低频信号低频信号，通常称为基，通常称为基带信号。带信号。调制调制：将需传送的基带信号加载到高频信号上：将需传送的基带信号加载到高频信号上的过程称为调制。调制分为的过程称为调制。调制分为模拟调制模拟调制和数字调和数字调制。制。模拟调制模拟调制: 用需传送的信息电压用需传送的信息电压u(t)作为调

2、制作为调制信号去控制高频载波震荡信号的某一参量，使信号去控制高频载波震荡信号的某一参量，使其随其随u(t) 线性关系变化。线性关系变化。高频电路高频电路一、普通调幅波的数学表达式及其频谱一、普通调幅波的数学表达式及其频谱定义定义：用需传送的信息：用需传送的信息电压电压u(t) （调制信号）去控（调制信号）去控制高频载波振荡电压的振幅，使其随调制信号制高频载波振荡电压的振幅，使其随调制信号u(t)线线性关系变化。性关系变化。( )coscos2( )cos( )mmccmcccmcmautUtUFtu tUtUUk ut 假设:单音信号载波信号普通调幅波的振幅，包络比例系数高频电路高频电路max

3、minmaxminmaxmin( )( ) cos( ) cos(cos) cos(1cos) cos(1cos) cos(1)(1),1mccmaccmamcamcmccmcmacamacmmcmamcmammaammu tUttUk uttUk Uttk UUttUUmttk UmUUUmUUmUUmmUU调 幅 指 数 (调 幅 度 )不失真调制时高频电路高频电路过量调幅波形过量调幅波形( )(1cos) cos1,cos-1(1cos)0cmacacmau tUmttmtUmt当时 ，过量调制振幅为负包络已不能反映调制信号的波形高频电路高频电路tmUtmUtUttmUtucacmcac

4、mccmcacm)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(单音频信号调制的普通调幅单音频信号调制的普通调幅波由三个频率分量组成波由三个频率分量组成: 载载波波c、上边频、上边频c +和下边和下边频频c- 。载波分量不包含。载波分量不包含信息，调制信号的信息只包信息，调制信号的信息只包含在上、下边频分量内，含在上、下边频分量内，边边频的振幅反映了调制信号幅频的振幅反映了调制信号幅度的大小度的大小，边频的频率虽属，边频的频率虽属于高频的范畴，但反映了调于高频的范畴，但反映了调制信号频率与载波的关系。制信号频率与载波的关系。kaUm普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱amacmk UmU

5、高频电路高频电路实际调制信号实际调制信号往往是含有多个频往往是含有多个频率比较复杂的信号。如调幅广播率比较复杂的信号。如调幅广播所传送的语言信号频率约为所传送的语言信号频率约为50 Hz至至3.5 kHz，经调制后，各个语言，经调制后，各个语言频率产生各自的上边频和下边频，频率产生各自的上边频和下边频，迭加后形成了迭加后形成了上边频带上边频带和和下边频下边频带带，而且相对于载波是对称的。，而且相对于载波是对称的。)cos()cos(2cos)(1ttUtUtuicicnicmccm由调幅波的频谱图可以看出，调制过程实质上是一种由调幅波的频谱图可以看出，调制过程实质上是一种频谱搬移过程。经过调制

6、后，调制信号的频谱由低频频谱搬移过程。经过调制后，调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下边频带（高频）。被搬移到载频附近，成为上、下边频带（高频）。实际的调制信号频谱下边频带上边频带高频电路高频电路二、普通调幅波的功率关系二、普通调幅波的功率关系假设将调幅波电压加在负载电阻假设将调幅波电压加在负载电阻R两端两端22222211( )coscos()cos()22(1)12(2)1111()2284(3)(1)2cccccmccmaccmaccmoTacmcmaaoTaoavoToTu tUtU mtU mtUPRmUUPPmm PRRmPPPPP 载波功率 每个边频功率 调制一周内平

7、均总功率 高频电路高频电路oToTaoToavoToTaaPPmPPPPPPmPPmcccc23)21(4141122时当ma=1时，包含信息的上、下边频功率之和只占总输出功率的1/3，而不含信息的载波功率却占了总输出功率的2/3，这是一种很大的浪费。实际的平均调幅指数ma为0.3，POT = 95.7% Poav，2Pc+ = 4.3% Poav载波本身不包含信息，为了减少不必要的功率浪费，可以只发射上、下边频。高频电路高频电路三、双边带调幅信号和单边带调幅信号三、双边带调幅信号和单边带调幅信号双边带调幅信号双边带调幅信号(DSB)定义和频谱定义和频谱( )( )( )coscos1cos(

8、)cos() 2cmcmcmcmccu tut u tUt UtUUtt 双边带信号的双边带信号的包络包络仍然是随调制信号变仍然是随调制信号变化的，但它的包络化的，但它的包络已不能已不能准确反映低频准确反映低频调制信号的变化规律。调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周，已调双边带信号在调制信号的负半周，已调波高频与原载频波高频与原载频反相反相；调制信号的正半；调制信号的正半周，已调波高频与原载频同相。周，已调波高频与原载频同相。因为双边带信号不包含载波，功率有效因为双边带信号不包含载波，功率有效利用率高于利用率高于AM调制。调制。频谱？频谱？反相包络高频电路高频电路因为两个边带（因为

9、两个边带（DSB)的任何一个边带已经包含调的任何一个边带已经包含调制信号的全部信息，所以可以进一步把其中的一制信号的全部信息，所以可以进一步把其中的一个边带抑制掉，而只发射一个边带，这就是个边带抑制掉，而只发射一个边带，这就是SSB单单边带调幅波。边带调幅波。1( )cos()21( )cos()2mcmcmcmcu tUUtu tUUt 或单边带调幅波（单边带调幅波（SSB）定义和频谱）定义和频谱单音频调制时，单音频调制时，SSB是等幅波，但含有传送信息。是等幅波，但含有传送信息。高频电路高频电路四、振幅调制电路的功能四、振幅调制电路的功能振幅调制电路的振幅调制电路的功能功能是将输入的调制信

10、号是将输入的调制信号和载波信号通过电路，和载波信号通过电路，变换成高频调幅信号变换成高频调幅信号输出。输出。调幅电路的调幅电路的分类分类：按：按实现调幅级（载波）实现调幅级（载波）电平的高低分为电平的高低分为低电低电平调幅电路平调幅电路和和高电平高电平调幅电路调幅电路。高频电路高频电路第二节第二节 低电平调幅电路低电平调幅电路低电平调幅低电平调幅是先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高是先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高频功率放大器放大到所需要的发射功率。频功率放大器放大到所需要的发射功率。调制重点是提高调制的调制重点是提高调制的线性线性，减少不需要的频率分量的产生和，减少不需要的

11、频率分量的产生和提高滤波性能。提高滤波性能。调制过程把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两侧，即产生调制过程把调制信号的频谱从低频搬移到载频的两侧，即产生了新的频谱分量，所以必须采用非线性器件才能实现。了新的频谱分量，所以必须采用非线性器件才能实现。高频电路高频电路一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路开关状态是指二极管在两个不同频率电压作用下进开关状态是指二极管在两个不同频率电压作用下进行频率变换时，其中一个行频率变换时，其中一个电压振幅电压振幅足够大，另一个足够大，另一个电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受大振电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制。可

12、近似认为二极管处于一种理想的幅电压的控制。可近似认为二极管处于一种理想的开关状态。开关状态。u1(t) = U1m cos1t = Um cost小小信号，低频调制信号信号，低频调制信号u2(t) = U2mcos2t = Ucm cosc t振幅振幅足够大的信号，高频载波信号足够大的信号，高频载波信号高频电路高频电路由于由于u2(t)振幅足够大，所以二极管振幅足够大，所以二极管D主要受主要受u2(t)控制，控制，工作在开关状态。工作在开关状态。0)(0)(0)()(12221tutututuRriLd高频电路高频电路)()()(10)(0)(01)(0)(0)(0)()(1212222222

13、1tututKRritututKtutututuRriLdLd定义开关函数22221222()coscos3cos5235Ktttt高频电路高频电路21222211221()( )( )11222(coscos3cos5)235(coscos)dLdLmmiKtu tutrRtttrRUtUt 电流电流i中包含以下频谱成分中包含以下频谱成分1、1和和2 2、2+1和和2-13、(2n-1)2+1和和(2n-1)2-14、2n25、直流分量、直流分量2是高频载波频率是高频载波频率c，1是低频调制信号频率是低频调制信号频率如果用中心频率为如果用中心频率为c，通频带宽度略大于通频带宽度略大于2的带通

14、滤波器作为负载，的带通滤波器作为负载，负载上得到的输出电压负载上得到的输出电压将只包含三个频率分量将只包含三个频率分量c、c+ 、c- ，这正是一个普通调幅波。这正是一个普通调幅波。高频电路高频电路二、二极管平衡调幅电路二、二极管平衡调幅电路1:22:1uc(t)=Ucmcosc t足够大，足够大，二极管二极管D1、D2均均工作于受工作于受uc(t)控控制的开关状态，制的开关状态，D1、D2导通电阻导通电阻rd。21LLRRp 高频电路高频电路12312121()( )( )21()( )( )22( )()22cos122(coscos 3)22322coscos()cos()22cos(3

15、3ccdLccdLcdLmccdLmccdLciKtututrRiKtututrRBiiutiiiKtrRUtttrRUtttrR 次 级 线 圈 同 样 感 应 出 相 同 的 、2)cos(3)3ctt 通过中心频率为通过中心频率为c，带宽为，带宽为2的带通滤波器，只有的带通滤波器，只有c+ 、c-频率成分的电流流过负载频率成分的电流流过负载RL，在，在RL上建立双边带调上建立双边带调幅波的电压。幅波的电压。高频电路高频电路三、二极管环形调幅电路三、二极管环形调幅电路)(2)(221tKRrtuiiicLdI)(2)(234tKRrtuiiicLdII高频电路高频电路12432()()22

16、()()2122()c o sc o s 323122()c o sc o s 3232()()() 22c o s44(c o sc o s 323IcdLI IcdLccccccII IccdLmccdLutiiiKtrRutiiiKtrRKtttKtttutiiiKtKtrRUtttrR )44c o s ()c o s ()244c o s ( 3)c o s ( 3)33mccdLccUttrRtt 与平衡调制器比进一步抵消了与平衡调制器比进一步抵消了分量，通过带通滤波器可取出频率分量，通过带通滤波器可取出频率c+ 、c-成分的电流在负载成分的电流在负载RL上建立的双边带调幅波电压。

17、上建立的双边带调幅波电压。振幅翻倍。振幅翻倍。End一次课高频电路高频电路四、模拟乘法器调幅电路四、模拟乘法器调幅电路DSB双边带调幅信号( )( )( )coscos1cos()cos() 2cmcmcmcmccu tut u tUt UtUUtt )()()(0tutKutuyx模拟乘法器是一模拟乘法器是一种完成两个模拟种完成两个模拟信号相乘作用的信号相乘作用的电子器件。电子器件。高频电路高频电路（一）双差分对管振幅调制电路（一）双差分对管振幅调制电路高频电路高频电路准备知识PN结的结的V-I 特性的表达式特性的表达式（模拟电路（模拟电路P74）/(1):/26(1)DTTBETTBEBE

18、BEvVDSsTTCBuVCSuVuVSSqukTSiIeIVVkTqmViiiIeI eI eI e反 向 饱 和 电 流温 度 的 电 压 当 量xxxxxxxxxxxxeeeeeeeextheeeethx11)1(21)21(21tanhth2222222双曲线正切函数或xthxy 11高频电路高频电路566522256056565()5502500260,(1/)(1)(1)/(1)(1)22/(1)(1)22bebebebeqquukTkTSSqquuukTkTqukTqukTiI eiI eIiiiiiieieIquiIethkTIquiIethkT同理载波信号调制信号11(1)2

19、21xxthe高频电路高频电路2202500260/(1)(1)22/(1)(1)22qukTqukTIquiIethkTIquiIethkT载波信号调制信号121511512613614111324124356,26112156000.52(1),22(1),22(1),22(1)22()()()()22()2222IIIuumVqukTiquithkTiquithkTiquithkTiquithkTququiiiiiiiiiiii thi thkTkTququququthiiI ththIkTkTkTk2122MquKu uTkT高频电路高频电路i = KM u1 u2将将u1用载波电压用

20、载波电压uc(t) = Ucm cosc t ，u2用调制电压用调制电压u(t) = Um cos t 代替，代替，则可实现双边带调幅。则可实现双边带调幅。在实际中负载仍是一个中心频在实际中负载仍是一个中心频率为率为c的带通滤波器。的带通滤波器。缺点：公式要成立必须满足缺点：公式要成立必须满足u1 26mv、u2 26mv，这限制了信号的范围。这限制了信号的范围。载波信号调制信号高频电路高频电路为了扩大u2的动态范围，可以在T5与T6的发射极之间接入负反馈电阻Ry，并将恒流源I0分为两个I0/2的恒流源。565055656256565655656652566556/2()/2()/2()/2,

21、ln1ln()21()ln2bebeyeeeeeebeyybebebeeeyququekTkTeSeSbebeeeeeyeeeyeyeIiIiiiiiuuR IuuuiiRikTiI eiI euuqiikTuiiRqiikTiiRqiR足够大，当条满足件深度负反馈622565656211()()22eeyyyuuiiRii RiiR对u2大小有限制？u2可以含直流和交流成分电路改进电路改进156()2quithiikT，2122yqiu thuRkT高频电路高频电路为了扩大u2的动态范围，可以在T5与T6的发射极之间接入负反馈电阻Ry，并将恒流源I0分为两个I0/2的恒流源。对u2大小有限制

22、？u2可以含直流和交流成分电路改进电路改进2122yqiu thuRkT公式适用条件？22560000200222-yyyyyuuiiIIRRIIuRIIRuR，高频电路高频电路（二）（二）MC1596平衡调幅电路平衡调幅电路)()(2221tuutuuukTqthuRiccy调直流电压V高频电路高频电路cyukTqthuRi222( )cos()122132()22444coscos3cos52352244coscoscos323ccmccmccccccccmccyykTutUtUqtquthkTtquthtttkTqiu thuUtttRkTR（1）假定：，是大信号输入通过中心频率为c，带

23、宽为2的带通滤波器，经滤波取出的电流分量为双边带信号。讨论：高频电路高频电路2( )cos,2244()(cos)coscos323ccmccmcmccyykTu tUt UqqiuV thuUtVttRkTR 假定，是大信号输入思考：通过中心频率为c，带宽为2的带通滤波器，经滤波取出的电流分量为?信号。212( )( )cuutVuu t讨论：（ ）假定（直流）高频电路高频电路第三节第三节 高电平调幅电路高电平调幅电路高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。为了获得大的输出功率，是用调制信号去控制处于丙类工作的末级谐振功率放大器实现调幅。它的优点是整机效率高。合二为一合二为一高频

24、电路高频电路知识回顾知识回顾pmccmmcpccnmmcmcccRIUtIRutnItItIIi11210coscos2coscos 高频电路高频电路Vcc对工作状态的影响（对工作状态的影响（P51）在欠压和临界区，Vcc的改变对ic没有影响在过压区，Vcc的改变将改变ic的大小高频电路高频电路Vcc对电流和功率的影响对电流和功率的影响PPPPPRIPIVPIIIIococpmcocccccMmcccMc,21,),(),(2101100可用于可用于集电极集电极调幅调幅高频电路高频电路一、集电极调幅电路一、集电极调幅电路对于丙类高频功率放大器在不变的Vcc下，Ic1m不变，输出u(t)为等幅高频正弦波。设ub = Ubmcosct（载波）则u(t) = RpIc1mcosct在过压状态，Ic0、Ic1m随Vcc变化而变化。设u(t) = UmcostVccttmIRtutmIItmVtUVVcaTcpaTcmcacTmcTcccos)cos1()()cos1()cos1(cos111形成普通调幅波