高频电子电路5.3

1、5.3 振幅调制电路振幅调制电路5.3 振幅调制电路振幅调制电路 振幅调制电路根据调幅电平的高低可分为：振幅调制电路根据调幅电平的高低可分为： 低电平调幅电路低电平调幅电路：先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高频：先在低功率电平级进行振幅调制，然后再经过高频 功放放大至所需的发射功率。功放放大至所需的发射功率。 高电平调幅电路高电平调幅电路：直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。：直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。先调幅再放大先调幅再放大调幅、放大同时进行调幅、放大同时进行因此低电平调幅电路的实现是因此低电平调幅电路的实现是以相乘器为核心以相乘器为核心的频谱线性搬移电的频谱线性搬

2、移电路，因此采用第路，因此采用第4章介绍的由章介绍的由非线性器件（如二极管、三极管）非线性器件（如二极管、三极管）或或集成模拟乘法器芯片集成模拟乘法器芯片组成的频率变换电路即可实现。组成的频率变换电路即可实现。(1cos)cosAMcmacuUmttcoscosDSBcmmcukU UttcoscossinsinSSBcmmccukU Utttt AM信号：信号：DSB信号：信号：SSB信号：信号：均有均有 和和 的乘积项的乘积项ucu5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 可产生可产生AM、DSB、SSB信号信号只能产生只能产生AM信号信号1.二极管调幅电路二极管调幅电路 （1）单二极管调

3、幅电路）单二极管调幅电路 理论基础理论基础：大、小信号同时作用于二极管，二极管受大信号控制：大、小信号同时作用于二极管，二极管受大信号控制轮流地导通与截止，近似认为二极管处于一种理想的开关状态。轮流地导通与截止，近似认为二极管处于一种理想的开关状态。电路结构电路结构 VDuuc+- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZL工作原理分析工作原理分析 设调制信号：设调制信号： ，载波：，载波： ，且，且 ，则回路端电压，则回路端电压 为：为：cosmuUtcosccmcuUtcmmUUdudcuuu 二极管二极管VD主要受大信号主要受大信号 控制，控制，工作于开关状态，且工作于开关状态，

4、且 正半周二极管导正半周二极管导通，通， 负半周二极管截止；负载为负半周二极管截止；负载为LC并并联谐振回路联谐振回路。cucucu因此流过负载回路的电流因此流过负载回路的电流 为：为： di(0)0(0)dcdLdcuurZiu( )( )ddddLuS tg S t urZ引入开关引入开关函数函数S(t)式中：式中： 1ddLgrZ1(0)( )0(0)ccuS tu因此回路的输出电压为因此回路的输出电压为 ( )LdLddLui Zg S t u Z又知又知S(t)是周期函数，其傅立叶级数为是周期函数，其傅立叶级数为 于是回路的输出电压为于是回路的输出电压为 122coscos3. (c

5、oscos)23LdLccmcmcug ZttUtUt 122( )coscos3.23ccS ttt故故 所含的频谱分量为所含的频谱分量为Lu,2,(21)cccnn()nN c 2 c 3 c若若LC回路谐振在频率回路谐振在频率 处，且回路的频带处，且回路的频带宽度宽度 ，谐振时负载阻抗，谐振时负载阻抗 时，时，则回路的输出电压为则回路的输出电压为 c2B LLZR21coscoscos2mLdoLcmccUug RUttt21coscoscos2(1cos)cosmdoLcmcdoLcLmcUg R Utg RttUmtt式中，式中， 。1 ()dodLgrR c c B=2仿真仿真AM

6、信号信号【结论结论】单二极管调幅电】单二极管调幅电路能实现路能实现AM信号的产生。信号的产生。1.二极管调幅电路二极管调幅电路（2）二极管平衡调幅电路）二极管平衡调幅电路 电路结构电路结构 上下半部分电路对称，分别是两上下半部分电路对称，分别是两个单二极管调幅电路。其等效电路个单二极管调幅电路。其等效电路如图所示。如图所示。 设设T1、T2、T3的初次级匝数比分的初次级匝数比分别为：别为：1:2、2:1、1:1。1:2 2:11:1 工作原理分析工作原理分析 设设T1初级输入调制信号初级输入调制信号 ，T3初级输入载波初级输入载波 ，且，且 。则上下半部分电路输入端。则上下半部分电路输入端口的

7、电压为：口的电压为：cosmuUtcosccmcuUtcmmUU1dcuuu2dcuuu故上下半部分电路的回路电流为：故上下半部分电路的回路电流为： 在在 正半周正半周VD1、VD2均导通，均导通， 负半周负半周VD1、VD2均截止。设二极均截止。设二极管导通电阻为管导通电阻为 。cucudr111(0)( )0(0)dcdLdddcuurZig S t uu222(0)( )0(0)dcdLdddcuurZig S t uu1ddLgrZ因此因此T2初级绕组两端的电压为：初级绕组两端的电压为： 121212()( )()2( )LLLLdddLdddLuuuZiig Z S t uug Z

8、S t u故故 所含的频谱分量为所含的频谱分量为Lu,(21)cn ()nNT2初级绕组两端的电压为：初级绕组两端的电压为： 121212()( )()2( )LLLLdddLdddLuuuZiig Z S t uug Z S t u即即 1222coscos3.cos23LdLccmug ZttUtc+ c-3c+3c-若若LC回路谐振在频率回路谐振在频率 处，且回路的处，且回路的频带宽度频带宽度 ，谐振时负载阻抗，谐振时负载阻抗 时，则时，则T2初级绕组两端电压为：初级绕组两端电压为： c2B 2LLZR8coscosLdoLmcug R Utt则则T2次级绕组两端电压为次级绕组两端电压为

9、DSB信号信号14coscos2LLdoLmcuug R UttcoscoscUtt【结论结论】二极管平衡调幅电路能实现】二极管平衡调幅电路能实现DSB信号的产生。信号的产生。两二极管同时反向能实现两二极管同时反向能实现DSB信号吗？信号吗？【问题问题】两二极管中只有一个反向，结果又会如何呢？两二极管中只有一个反向，结果又会如何呢？ 由于平衡调幅电路采用了由于平衡调幅电路采用了平衡对称相互抵消平衡对称相互抵消的措施，故很多频的措施，故很多频率分量不存在了。率分量不存在了。仿真仿真DSB信号信号AM信号信号1.二极管调幅电路二极管调幅电路 （3）二极管环形调幅电路）二极管环形调幅电路 电路结构电

10、路结构 VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1VD1VD3C/22LRLT2VD4VD2T3T1+uL- -u+- -u+- -u+- -+ - -uc+ - -uc1:2 2:1 1:1 在平衡电路的基础上，再增加在平衡电路的基础上，再增加两个二极管两个二极管VD3、VD4使电路中使电路中四个二极管首尾相接，因此四个二极管首尾相接，因此VD1 VD4VD2VD3构成环形。构成环形。设设T1、T2、T3的初次级匝数比的初次级匝数比分别为：分别为：1:2、2:1、1:1。 正半周正半周VD1、VD2导通，导通，VD3、VD4截止，构成平衡电路截止，构成平衡电路； cu 负半周负半周VD

11、1、VD2截止，截止，VD3、VD4导通导通 ，构成平衡电路，构成平衡电路。cu仿真仿真注意注意输出输出电压电压极性极性（3）二极管环形调幅电路）二极管环形调幅电路 工作原理分析工作原理分析 cosmuUtcosccmcuUtcmmUU 设设T1初级输入的调制信号为初级输入的调制信号为 ，T3初级输入的载波信初级输入的载波信号为号为 ，且，且 ，二极管的导通电阻均为，二极管的导通电阻均为 。则有。则有dr1dcuuu2dcuuu3dcuuu4dcuuu则回路电流分别为则回路电流分别为111( )dddig S t u212( )dddig S t u式中式中 ，1 ()ddLgrZ11(0)(

12、 )0(0)ccuS tu323( )dddig S t u424( )dddig S t u20(0)( )1(0)ccuS tu则负载回路的电压分别为则负载回路的电压分别为234342342()( )()2( )LLLLdddLdddLuuuZiig Z St uug Z St u 112121121()( )()2( )LLLLdddLdddLuuuZiig Z S t uug Z S t u因此两平衡电路在负载上产生的电压为因此两平衡电路在负载上产生的电压为12122( )( )LLLdLuuug ZS tS t u两平衡电路在负载上产生的电压为两平衡电路在负载上产生的电压为式中式中双

13、向开关函数双向开关函数 1(0)( )1(0)ccuS tu2( )dLg Z S t u又知又知S(t)是周期函数，其傅立叶级数为是周期函数，其傅立叶级数为 444( )coscos3cos.35cccS tttt122( )( )LdLug ZS tS t u故故 所含的频谱分量为所含的频谱分量为Lu(21)cn()nN3c- 3c+c- c+若若LC回路谐振在频率回路谐振在频率 处，且回路的处，且回路的频带宽度频带宽度 ，谐振时负载阻抗，谐振时负载阻抗 时，则时，则T2初级绕组两端电压为：初级绕组两端电压为： c2B 2LLZR则则T2次级绕组两端电压为次级绕组两端电压为16coscos

14、LmdoLcuUg Rtt18coscos2LLmdoLcuuUg RttDSB信号信号两平衡电路抵消了两平衡电路抵消了分量，分量，性能更接近于理想乘法器性能更接近于理想乘法器1.二极管调幅电路二极管调幅电路（4）二极管桥式调幅电路）二极管桥式调幅电路 电路结构电路结构 它不需要具有中心抽头的变它不需要具有中心抽头的变压器，四个二极管接成桥型，压器，四个二极管接成桥型，载波载波 直接加到二极管上。设直接加到二极管上。设T1、T2的初次级匝数比均为的初次级匝数比均为1:1。 cu工作原理分析工作原理分析 正半周正半周VD1、VD2、VD3、VD4同时截止同时截止 ， 直接加到直接加到T2初级初级

15、上输出，即上输出，即 ； 负半周负半周VD1、VD2、VD3、VD4同时导通，同时导通，A、B点短路，因此无输出。因此有点短路，因此无输出。因此有cuuoABuuucu(0)( )0(0)cocuuuS t uu其中单向开关函数其中单向开关函数 1(0)( )0(0)ccuS tu故故 所含的频谱分量为所含的频谱分量为ou,(21)cn ()nN因此上述输出信号经因此上述输出信号经T2次级所接的选频回路滤波后即可得到所需次级所接的选频回路滤波后即可得到所需频率分量，从而完成频率分量，从而完成DSB信号信号的产生。的产生。 2.集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路（1）MC1596构成的

16、调幅电路构成的调幅电路电路结构电路结构 X通道两输入端即通道两输入端即7、8脚直流脚直流电位相同；电位相同； Y通道两输入端即通道两输入端即1、4脚之间脚之间接有调零电路，可通过调接有调零电路，可通过调Rw使使1脚比脚比4脚高脚高Uo，相当于在，相当于在1、4脚脚之间加了一个直流电压之间加了一个直流电压Uo，以，以产生普通调幅波产生普通调幅波 。 实际应用中，高频实际应用中，高频载波电压载波电压uc加加到到X输入端，输入端，调制信号电压调制信号电压u及直及直流电压流电压Uo加到加到Y输入端，从输入端，从6脚单端脚单端输出输出AM信号。信号。 R151R6RW50k21k3.9k1kC2C2uo

17、-EE= -8V694178Ry3MC1596510EC=12VR4R4R5uxuyR2R3R7R8R9C2C21k51516.8k7507503.9kRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EE仿真仿真cu 这类电路的特点：电路简单，这类电路的特点：电路简单，性能优越且稳定，调整方便，性能优越且稳定，调整方便，利于设备的小型化。利于设备的小型化。 u工作原理分析（略）工作原理分析（略） （2）BG314构成的调幅电路构成的调幅电路 电路结构电路结构 RLuxuy13kIox10k28.2kR11141294Rw8133R13R37- -EE=-15V+15V

18、561011IoyEC=15V- -15V10kRwxRwy2k2kRxRy BG314（MC1595）8.2k10k10k10k6.8k3.3kCLN1N2uo 高频高频载波电压载波电压uc、调制信号调制信号电压电压u及直流电压及直流电压Uo分别从分别从第第4、9脚加入，脚加入，6脚单端输出脚单端输出AM信号。信号。 8脚附加补偿调零电压脚附加补偿调零电压UXIS，12脚除附加补偿零电压脚除附加补偿零电压UYIS。cosxccmcuuUt()cosyomouuUUtU 若若2、14脚两端外接脚两端外接LC谐振回路谐振回路的等效谐振电阻为的等效谐振电阻为RL ，则，则2（或（或14）脚与地之间

19、的负载为）脚与地之间的负载为1/4RL 。工作原理分析工作原理分析则变压器次级输出的调幅波为：则变压器次级输出的调幅波为： 2(1cos)cosLocmmAMcoxxyonR U UUuttI R RU5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 这种调制是在这种调制是在高频功率放大器高频功率放大器中进行的，通常分为中进行的，通常分为： AM调制大都用于无线电广播，因此通常采用高电平调幅调制大都用于无线电广播，因此通常采用高电平调幅电路产生。电路产生。基极调幅基极调幅（Base AM） 集电极调幅集电极调幅（Collector AM）集电极集电极-基极组合调幅基极组合调幅 其其基本原理基本原理是用

20、改变某一电极的直流电压以控制集电极是用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。高频电流振幅。1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 RbCbVTCCcT1T2T3LIBO+uc- -+u- -+uo- -+ECUC(t)ic（1）电路结构）电路结构 Cb：高频旁路电容；：高频旁路电容；Cc：对高频旁路，而对低频调制：对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻抗；信号呈高阻抗；Rb：基极自给偏压电阻。：基极自给偏压电阻。（2）工作原理分析）工作原理分析 放大器工作在丙类状态放大器工作在丙类状态 ，集电极电路中除，集电极电路中除直流电压直流电压EC外，还外，还串有串有调制信号调制信号 ，故集电极有效动

21、态电压为：，故集电极有效动态电压为：cosmuUt( )cosCCCmUtEuEUt 集电极调幅电路与高频功放的集电极调幅电路与高频功放的区别区别在于：集电极有效电在于：集电极有效电压不是恒定的。压不是恒定的。 分析条件：分析条件： pRcEBBUbmUcosBBBZcbmUUU10bmdccmUggU= -maxBEBBbmuUU 动态特性动态特性曲线平移曲线平移icuCEECu(t)ic tic1 tUC(t) tuBEmax临界临界过压过压欠压欠压ECu(t)UC(t)ic1m(t)( )cosCCCmUtEuEUt（3）特点）特点电路应工作在过压状态；电路应工作在过压状态；随着随着 的增大，高频功放的状态的增大，高频功放的状态由由过压到临界到欠压过压到临界到欠压。CE调幅效率高（可控制电路始终保调幅效率高（可控制电路始终保持在弱过压状态）；持在弱过压状态）；输出波形较好；输出波形较好；要求要求集电极输入的调制信号应有集电极输入的调制信号应有较高功率。较高功率。 为实现集电极调幅，随着为实现集电极调幅，随着 的变化，的变化，输出输出 应变化很快，因此功放应变化很快，因此功放应工作在应工作在过压状态过压状态。CEou2. 基极调幅电路基极调幅电路