高频电子线路第七章_振幅调制与解调_第五版

1、第七章第七章 振幅调制与解调振幅调制与解调第一节：概述第一节：概述第二节：调幅波的性质第二节：调幅波的性质第三节：平方律调幅第三节：平方律调幅第四节：斩波调幅第四节：斩波调幅第五节：模拟乘法器调幅第六节：单边带信号的产生第六节：单边带信号的产生第七节：残留边带调幅第七节：残留边带调幅第八节：高电平调幅第八节：高电平调幅第九节：包络检波第九节：包络检波第十节：同步检波第十节：同步检波第十一节：单边带信号的接受第十一节：单边带信号的接受本章重点本章重点1、调幅波的基本性质与功率关系。 2、载波调幅原理与电路。3、单边带信号的产生方法。4、电路检波原理与质量指标。5、同步检波原理。第一节第一节概概

2、述述 音音频频放放大大 高高频频振振荡荡 倍倍频频 高高频频放放大大 调调制制 缓缓冲冲 传传输输线线 话话筒筒 声声音音 （直直流流电电源源未未画画） 无线电发射机方框图无线电发射机方框图第一节调制：调制：将要传送的信息装载到某一将要传送的信息装载到某一高频振荡高频振荡 (载频载频)信号上去的过程。信号上去的过程。按调制信号的形式分按调制信号的形式分模拟调制模拟调制数字调制数字调制按载波的不同按载波的不同连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制调幅调幅(AM )调频调频(FM )调相调相(PM )脉冲振幅调制脉冲振幅调制(PAMPAM)脉宽调制脉宽调制(PWMPWM)脉位调制脉位调制(PPM

3、PPM)脉冲编码调制脉冲编码调制(PCMPCM)第一节解调：解调：将接收到的信号经过反调制的过将接收到的信号经过反调制的过程，把载波所携带的信号取出来，得到程，把载波所携带的信号取出来，得到原来的信号的过程。原来的信号的过程。检波器的作用：检波器的作用：从振幅受调制的高频信号中还原出原从振幅受调制的高频信号中还原出原 调制信号。调制信号。检波检波调幅波的解调：振幅检波，简称检波调幅波的解调：振幅检波，简称检波调频波的解调：频率检波，简称鉴频调频波的解调：频率检波，简称鉴频调相波的解调：相位检波，简称鉴相调相波的解调：相位检波，简称鉴相实现调幅的方法实现调幅的方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高

4、电平调幅平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅集电极集电极(阳极阳极)调幅调幅基极基极(控制栅极控制栅极)调幅调幅第二节第二节调幅波的性质调幅波的性质一、调幅波的数学表达式与频谱一、调幅波的数学表达式与频谱设简谐调制信号设简谐调制信号 载波信号载波信号 tVtcos)(vtVt000cos)(v则调幅信号振幅为：则调幅信号振幅为：tVKVtVacos)(0)cos1 (00tVVKVa)cos1 (0tmVa 是调幅波的主要参数之一，它表示载波电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压振幅受调制信号控制后改变的程度0VVKmaa调幅指数调幅指数( (调幅度调幅度)

5、) 10(am第二节00max0minmax)(21VVVVVVmatov(a) 调制信号调制信号 V 0 Vmax t Vmin (b)已调波形已调波形0min0VVV ttmVa00cos)cos1 (普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图第二节 若若ma 1，AM信号波形某一段时信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。间振幅为将为零，称为过调制。 v(t) o t 过调制波形图过调制波形图第二节将调幅波的数学表达式展开，可得到将调幅波的数学表达式展开，可得到ttmVta00cos)cos1 ()(vtVmtVmtVaa)cos(21)cos(21cos000000未调幅的载波未调幅的载

6、波上边频上边频下边频下边频单频调制时，其调幅波的频单频调制时，其调幅波的频谱宽度为调制信号的两倍，谱宽度为调制信号的两倍，)2(2FBBww或或即即正弦调制的调幅波频谱正弦调制的调幅波频谱第二节非正弦波调幅信号的频谱图非正弦波调幅信号的频谱图 由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频。成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频。调制信号频谱调制信号频谱下边带下边带上边带上边带nwFB2例例7.2.1已知两个信号电压的频谱如图所示，要求：已知两个信号电

7、压的频谱如图所示，要求：写出两个信号电压的数学表达式，并指出已写出两个信号电压的数学表达式，并指出已调波的性质；调波的性质；计算在单位电阻上消耗的边带计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及调幅波的频带宽度。功率和总功率以及调幅波的频带宽度。解：解：(a)为普通调幅波，为普通调幅波，(b)为抑制载波的双边带调幅波。为抑制载波的双边带调幅波。ttmVtVa00AMcos)cos1 ()(ttVmtVa00DSBcoscos)(V3 . 0210VmaV20V3 . 0am60102 1002 V)102cos()200cos3 . 01 (26ttV)102cos(200cos6 . 06tt

8、(a)(b)第二节第二节 载波功率：载波功率：RVPT20021W22212双边带信号功率：双边带信号功率：TaPmP02DSB21W09. 023 . 0212故故W09. 209. 02DSBT0AMPPPHz2002 FBW 普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的频谱宽度相等，即频谱宽度相等，即例例7.2.2 PAGE 314 第二节二、调幅波中的功率关系二、调幅波中的功率关系 作用在负载电阻作用在负载电阻R上上ttmVa00cos)cos1 ()(tv载波功率：载波功率：RVPT20021上边频功率：上边频功率：TaaSBPmRVmP022014121

9、)21(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：信号的平均输出功率：TaSBSBTPmPPPP022100)211 ( 边频功率之和占总输出功率是很小的，整机效率边频功率之和占总输出功率是很小的，整机效率很低，但其调制设备简单，解调更简单，便于接收。很低，但其调制设备简单，解调更简单，便于接收。通常无线电广播就是采用这种方法。通常无线电广播就是采用这种方法。下边频功率：下边频功率：TaaSBPmRVmP022024121)21(第三节第三节平方律调幅平方律调幅 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生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了

10、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。器件来完成频率变换。 这里将调制信号这里将调制信号v v与载波信号与载波信号v v0 0相加后，同时加入相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为非线性器件，然后通过中心频率为0 0的带通滤波器取的带通滤波器取出输出电压出输出电压v vo o中的调幅波成分。中的调幅波成分。一、工作原理一、工作原理二极管调幅电路信号较小时的工作信号较小时的工作状态状态3D32D2D10vavavaaitVtVDcoscos000vvv当当vD很小时，级数可只取前四项很小时，级数可只取前四项 经分类整理可知：经分类整理可知：0是我们所需要的上、下是我们所

11、需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是调幅。其中最为有害的分量是02 项。项。 由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低制效率低, ,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。第三节第三节调调制制信信号号二二次次谐谐波波调调制制信信号号基基频频载载频频二二次次谐谐波波上上下下边边频频调调制制信信号号基基频频载载波波频频率率直直流流项项tVatVatVattVVatVatVaVVaa2cos21cos2cos21cosc

12、oscoscos21221020200022100120220 其中产生调幅副作用的是其中产生调幅副作用的是a2vi2项，故称为平方律项，故称为平方律调幅。滤波后，输出电压为：调幅。滤波后，输出电压为： ttVaaVattVVatVattVVatVatv01210020010002001coscos21coscos2coscoscoscos0第三节Vaama122调幅度：调幅度：结论：结论：1、调幅度调幅度ma的大小由调制信号电压振幅的大小由调制信号电压振幅 及调制器及调制器的特性曲线所决定，即由的特性曲线所决定，即由a1和和a2所决定。所决定。2、通常、通常a2R高频时高频时: :ZcRd时

13、，时， 0，cos 1。即检波效率。即检波效率Kd接接近于近于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。电流通角电流通角2) 等效输入电阻等效输入电阻RidimimidIVR幅幅输输入入高高频频电电流流的的基基波波振振输输入入高高频频电电压压的的振振幅幅RVRVcavidim222，1dK又又cavimVV则则RRid21第九节 由于负载电阻由于负载电阻R与与负载电容负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。这时电容太大所引起的。这时电容 C上的电荷不上的电荷不能很快地随调幅波包络变化能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。3) 失真失真 惰性失真惰性失真(对角

14、线切割失真对角线切割失真) o vi t vc t1 t2 惰性失真惰性失真 为了防止惰性失真，必须减小为了防止惰性失真，必须减小RC的数值，加快电的数值，加快电容器的放电速度，使检波器能跟上高频信号电压包络容器的放电速度，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化。的变化。也就是要求也就是要求dtddtdimcvv或写成或写成 aammRC2max1在工程上可按在工程上可按 RC max1.5 计算。计算。不产生惰性不产生惰性失真的条件失真的条件第九节负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真) 由于交、直流负载电由于交、直流负载电阻不同所产生的失真。阻不同所产生的失真。考虑了耦合电容Cc

15、和低放输入电阻ri2后的检波电路 检波过程中，检波过程中，Cc 两端建立两端建立了直流电压经电阻了直流电压经电阻R和和ri2分压，分压，在在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：CiRVrRRV2 Vim O v VR maVim t 负峰切割失真波形imiVrRR2为了避免这种失真，必须满足为了避免这种失真，必须满足RaimimVmVVimiVrRR222iiarRrm不产生负峰切割失真的不产生负峰切割失真的条件条件第九节 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真 由检波二极管伏安特性曲线的非线性由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。所引起的。由于耦合电容由于耦合电容Cc和滤波电容和滤

16、波电容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。 为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：率失真，必须满足下列条件：2min2min11icicrCrC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，不产生旁路作时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：用，即它应满足下列条件：RCRCmaxmax11或或PAGE 342-343 例例7.9.1第十节第十节同步检波同步检波 同步检波器用于同步检波器用于对载波被抑止的双对载波被抑止的双边带或单边带信号边带或单边

17、带信号进行解调进行解调。它的特。它的特点是必须外加一个点是必须外加一个频率和相位频率和相位都与被都与被抑止的载波相同的抑止的载波相同的电压。同步检波的电压。同步检波的名称即由此而来。名称即由此而来。第十节载波信号相位对检波结果的影响载波信号相位对检波结果的影响ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()coscos()()(00m11m1tVttVtt0vv)cos(coscos010m1mtttVVcos)2cos(21cos10m1ttVVm1. 乘积检波器乘积检波器乘积检波电路低通滤波器 v1V0iv0乘积检波器tVVtcoscos21)(0m1mv第十节

18、第十节2. 叠加型同步检波器叠加型同步检波器包 络检波器v1v0vvtVt)cos()(01m1vtVt00m0cos)(v)cossinarctan(1m0m1mtVVtV21m21m0mm)sin()cos(tVtVVV1m0mVVtVtVtt00m01m01cos)cos()()(vvtVttVttV00m01m01mcossinsincoscos)cos(0tVm第十节)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin)cos()cos(21coscos)()(01ttvv)cos(0tVmtVVtVVVVVxxxtVVVVVVVtVVVtVtVVVmmmmmmmmmmmmmmm2cos)(41cos)(41181211)1 (cos21)(cos21)sin()cos(2010120102210101m0m20101021m21m0mm第十节 本地载波与输入信号载波相位相同而本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同对检波结果的影响频率不同对检波结果的影响ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()(00mtVt0v10 本地载波与输入信号载波频率相同而相位不同对本