第5章 振幅调制电路

1、1第五章第五章振幅调制电路振幅调制电路本章知识点及结构本章知识点及结构振振幅幅调调制制电电路路振幅调制信号分析（数学表达式、频谱特征、功振幅调制信号分析（数学表达式、频谱特征、功率）率） 振幅调制原理、实现方法振幅调制原理、实现方法振幅调制电路的结构、工作原理、分析方法振幅调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点和性能特点第五章第五章 振幅调制电路振幅调制电路n5.1 概述概述n5.1.1 调幅信号的分析调幅信号的分析（重点重点）n5.1.2 调幅波的功率调幅波的功率n5.1.3 抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号n5.2 低电平振幅调制电路低

2、电平振幅调制电路n5.3 高电平振幅调制电路高电平振幅调制电路n5.4 抑制载波单边带调幅波的产生抑制载波单边带调幅波的产生第一节第一节 概概 述述3. “调制调制”与与“解调解调”的方式有哪些？的方式有哪些？2. “调制调制”与与“解调解调”的过程如何实现？的过程如何实现？1. 什么是什么是“调制调制”与与“解调解调”？回顾问题回顾问题11.“调制调制”与与“解调解调”：n调制（调制（ modulation )n解调（解调（demodulation） 电信号通信中，实现低频电信号通信中，实现低频信号信号远距离远距离传输的传输的一种主要一种主要方法方法。2.“调制调制”与与“解调解调”的过的过

3、程程:控制控制调调制制解解调调低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数（如幅载波的参数（如幅度、频率、相位）度、频率、相位）已调波已调波还原还原低频信号低频信号装装载载卸卸载载2.“调制调制”与与“解调解调”的过程：的过程： 用用被传送的被传送的低频信号低频信号去去控制高频信号控制高频信号（载波）的参数（载波）的参数（幅度、频率、相位），（幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。实现低频信号搬移到高频段。是调制的反过程。是调制的反过程。即：把低频信号从即：把低频信号从高频段搬移下来，高频段搬移下来，还原还原被传送的被传送的低频低频信号信号。调制：调制：解调：解调：83.

4、调制的方式调制的方式:控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数已调波已调波幅度调制（简称幅度调制（简称“调幅调幅”，AM）频率调制（简称频率调制（简称“调频调频”，FM）相位调制（简称相位调制（简称“调相调相”，PM）幅度幅度 频率频率 相位相位角度调制角度调制相角相角93.解调的方式：解调的方式：控制控制调调制制低频信号低频信号高频信号高频信号（载波）（载波）载波的参数载波的参数调幅波调幅波幅度幅度 频率频率 相位相位调频波调频波 调相波调相波检波检波低频信号低频信号解解调调鉴频鉴频鉴相鉴相调幅波调幅波 调频波调频波 调相波调相波信信号号 载波信号

5、（高频信号）：载波信号（高频信号）： （等幅）高频正弦波振荡信号（等幅）高频正弦波振荡信号 )cos( tUuccc调制信号（低频信号）：调制信号（低频信号）： 需要传输的电信号需要传输的电信号语言语言图像图像 数据数据已调已调( (波波) )信号（高频信号）：信号（高频信号）： 经过调制后的高频信号经过调制后的高频信号总结：总结：（原始信号）（原始信号） 调制：用调制信号控制载波信号的某个参数的过程调制：用调制信号控制载波信号的某个参数的过程解调：从已调信号中分离出调制信号的过程。解调：从已调信号中分离出调制信号的过程。o ut ott cut调制与解调的类型：调制与解调的类型：调制信号调制

6、信号 可以是低频音频或视频等可以是低频音频或视频等信号；信号；高频载波信号高频载波信号 可以是正弦波、方波、三角波或锯齿波可以是正弦波、方波、三角波或锯齿波等信号。等信号。 ut cmcoscccutUt cmAMFMPM macfcpUtUk ututk ututtk utu 调幅调幅 检波检波调频调频 鉴频鉴频调相调相 鉴相鉴相1、调制器、解调器调制器、解调器在无线电收发系统中的在无线电收发系统中的位置？位置？2、为什么要通过为什么要通过调制调制来发送信号？来发送信号？回顾问题回顾问题21、调制器在发射机中位置、调制器在发射机中位置1、解调器在接收机中的位置、解调器在接收机中的位置2.为什

7、么要通过为什么要通过调制调制来发送信号？来发送信号？n天线尺寸的限制天线尺寸的限制 只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时，电只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时，电信号才能以电磁波形式有效辐射。信号才能以电磁波形式有效辐射。 可实现的回路带宽可实现的回路带宽 低频信号频率变化范围很大低频信号频率变化范围很大，很难做出参数在如很难做出参数在如此宽范围内变化的天线和调谐回路。此宽范围内变化的天线和调谐回路。 区别不同的音频信号区别不同的音频信号 有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发射机有不同的载波频率）射机有不同的载波频率）。调幅信号的分析调幅信

8、号的分析(重点重点)调幅有三种方式：调幅有三种方式： 含载波的含载波的普通调幅（普通调幅（AM）（重点）（重点） 抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB/SC-AM） 抑制载波的单边带调幅（抑制载波的单边带调幅（SSB/SC-AM）一）调幅波数学表达式及波形一）调幅波数学表达式及波形特征如何？特征如何？二）调幅波的频谱有什么特征？二）调幅波的频谱有什么特征？ 如何根据频谱计算频带宽度如何根据频谱计算频带宽度？三）如何计算调幅波的功率三）如何计算调幅波的功率？问题：问题：一一 、普通调幅波的表达式、波形及其频谱、普通调幅波的表达式、波形及其频谱1、AM波数学表达式波数学表达式调制信号

9、调制信号载波信号的幅度载波信号的幅度控制控制载波信号载波信号调幅波的幅度调幅波的幅度已调信号已调信号(调幅波调幅波)tUuccmccostUumcosttUucAMAMcos)(tUkUtUmacmAMcos)(cmUttmUcacmcos)cos1 (ttmUucacmAMcos)cos1(单频调幅信号表达式：单频调幅信号表达式：cmmaaUUkm调幅指数（调幅度）调幅指数（调幅度）tUuccmccostUumcos调制信号调制信号载波信号载波信号AM波产生原理图波产生原理图从从AM信号的信号的表达式中，可表达式中，可以看出，要实以看出，要实现现AM调幅，调幅，可用右图的电可用右图的电路模型

10、来实现路模型来实现调幅信号调幅信号 u+CuAMu常数一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号号，常为一个连续频谱的限带信号 。) t ( f若将若将 )(tf分解为：分解为： niiiimtUtf1)cos()(ttfkUucacmAMcos)(1 则有则有 ttmUuciiiiicmAMcos)cos(11 其中：其中： cmmiaiUUkm应用例应用例1：写出调制信号为：写出调制信号为限带信号限带信号的调幅波表达式的调幅波表达式2 2、AMAM信号波形特征信号波形特征 波形特征：波形特征： (1) (1)调幅波的振

11、幅（包络）变化规律调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2) (2)调幅波频率（即变化快慢）调幅波频率（即变化快慢） 与载波频率一致与载波频率一致ttmUucacmAMcos)cos1 (tUuccmccostUu cos 波形特征：波形特征： ( (3)3)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度minmaxminmaxminmax21UUUUUUUmcma一般一般ma值越大调幅越深：值越大调幅越深： )1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百

12、最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm1ma 1ma )cos1()(tmUtUacmAM1am不失真调不失真调制时有：制时有：注意：注意：调制度调制度ma的计算方法的计算方法避免避免过调幅过调幅现象现象应用例应用例2：已知调制信号波形如下图已知调制信号波形如下图a a所示，载波信号波形所示，载波信号波形如图如图b b所示，画出所示，画出m ma a=1=1时的普通调幅波的波形。时的普通调幅波的波形。 3、调幅波的频谱、调幅波的频谱频谱分析的方法：频谱分析的方法：(1) 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成将调幅（电压）信号的数学表达式展开成 余弦（或正弦）项余弦（或正弦

13、）项之和之和的形式，即的形式，即 iiimitA)cos(2) 以每一余弦（或正弦）项的频率以每一余弦（或正弦）项的频率 或或 为横坐标上的点为横坐标上的点，其幅度其幅度 为纵坐标上为纵坐标上 的点，画出频谱分布图。的点，画出频谱分布图。iifmiAtmtmtUttmUucacaccmcacmAM)cos(21)cos(21cos cos)cos1 () :ccc 载 波 分 量不 含 传 输 信 息上 边 频 分 量含 传 输 信 息下 边 频 分 量含 传 输 信 息 调制信号调制信号c c载波载波调幅波调幅波c c +上边频上边频cmaUm21c c - - 下边频下边频cmaUm21c

14、mU（1）单频调制的普通调幅波的频谱）单频调制的普通调幅波的频谱结论：结论：调幅的过程就是在频谱上将低频调制信调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号号搬移到搬移到高频载波分量两侧的过程。高频载波分量两侧的过程。 调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱之间的关系。之间的关系。（2）多频调制的普通调幅波的频谱）多频调制的普通调幅波的频谱tUtUtUtutUtunnccmccos.coscos)(,cos)(2211调制信号设载波信号cos.coscos1 cos.coscos)(22112211tmtmtmUtUtUtUkUtUnanaacmnncmm则ttmt

15、mtmUtucnanaacmcoscos.coscos1 )(2211)cos()cos(2cos1ttmUtUicicniaicmccm同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 含含信信息息下下边边带带含含信信息息上上边边带带不不含含信信息息载载波波分分量量)()(:icicc 画出限带信号的调幅波频谱画出限带信号的调幅波频谱max max c c限带信号限带信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -maxmax 下边频带下边频带c c+ +maxmax上边频带上边频带max max max max maxmax iticimiticimtccmUiticimticimtccmUtci

16、tiimcmUAMu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1 4. 普通调幅波带宽普通调幅波带宽(B, Bandwidth)（1）调制信号为单一频率（）调制信号为单一频率（ =2 F）的正弦波，的正弦波，则则 B=2Fmax即即 已调波频谱所占频带宽度已调波频谱所占频带宽度（2）实际上，调制信号是包含若干频率分量的）实际上，调制信号是包含若干频率分量的 复杂波复杂波 (F =FminFmax) -多频调制情况多频调制情况则则 B=2F例例1：调制信号频率是多少？此电台的频率是多少？问电压设某一广播电台的信号:),(1033. 6cos)6280cos3

17、 . 01 (20)(6mVtttu)(007. 12/1033. 66MHzfsradccc频率为解：电台的角频率为HzFsrad10002/6280频率为调制信号的角频率为例例2：的波形。波两种情况下的普通调幅及出两者波形如图所示，画为三角波调制信号已知载波电压)(15 . 0,)(,cos)(tummtutUtuaaccmc解：解：cmacmmcmacmmaUmUUUmUUm5 . 0)1 (5 . 1)1 (5 . 0) 1 (minmax)(tutcmU5 . 1cmU5 . 0cmU画图方法：先求出调幅波包络线的最大值和最小画图方法：先求出调幅波包络线的最大值和最小值，由此画出包络

18、线，然后画出调幅波波形。值，由此画出包络线，然后画出调幅波波形。评注：包络线形状评注：包络线形状1分、包络线起点分、包络线起点1分、包络线幅分、包络线幅值值1分，波形的密度分，波形的密度1分，波形的起点分，波形的起点1分。分。0)1 (2)1 (1)2(minmaxacmmcmacmmamUUUmUUm)(tutcmUcmU2例例3：和振幅。所包含的各分量的频率求调幅波）（)()(102cos20000cos3 . 010000cos7 . 0125)(6tuVttttu分析：分析：)20000102cos()20000102cos(75. 8)10000102cos()10000102cos

19、(75. 8102cos25102cos20000cos3 . 010000cos7 . 0125)(666666tttttttttu）（VVVHzfc75. 8,100001075. 8,50001025,10666振幅为第二对边频频率为振幅为第一对边频频率为振幅为载波频率为解：解：调幅波的功率调幅波的功率计算方法计算方法：(设调幅波电压加于负载电阻设调幅波电压加于负载电阻R上）上）1. 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项弦（或正弦）项之和之和的形式，即的形式，即2. iiimitA)cos(imiiiRAPP22总二二 、普通调幅波的

20、功率关系、普通调幅波的功率关系将普通调幅波将普通调幅波u(t)加到电阻加到电阻R两端，电阻两端，电阻R上消耗的上消耗的各频率分量对应的功率为：各频率分量对应的功率为：tUmtUmtUtuccmaccmaccm)cos(2)cos(2cos)(载波分量上边频下边频(1) 载波功率：载波功率：RUpcmOT221(2) 每一边频功率：每一边频功率：OTacmapmRUmppcc422122(4) 调制一周内的平均总功率：调制一周内的平均总功率：)21 (2aOTOToavmpppppCC(3) 边频功率：边频功率：OTapmpppccc22 由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波

21、本由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。但调幅波的功率浪费大，效率低。但AM波调制方便，解调方便，便于接波调制方便，解调方便，便于接收。如当收。如当100%调制时调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的双边带功率为载波功率的 ，只占用了，只占用了调幅波功率的调幅波功率的 ，而当，而当 ,213121 maPc98PAM 22am 载载波波功功率率双双边边带带功功率率42am 载载波波功功率率单单边边带带功功率率22222

22、212aaaammmm 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率2224aamm 平平均均总总功功率率单单边边带带功功率率(5)5)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： 21222aaoavmmpppcc总功率边频功率(6) 效率：效率：但失真，当，当，当,33. 0133. 0133. 01aaammm 普通调幅波的载波分量占有的功率较大，而普通调幅波的载波分量占有的功率较大，而含有信息的上下边频分量占有的功率较小，从含有信息的上下边频分量占有的功率较小，从能量观点来看，普通调幅波进行传送，不含信能量观点来看，普通调幅波进行传送，不含信息的载波功率

23、过大，是种很大的浪费。息的载波功率过大，是种很大的浪费。( (7)7)普通调幅波的特点：普通调幅波的特点：例例4：解：解：cPPPtttuROToavcL和边频功率载波功率求总输出功率输出信号为上的某发射机输出级在负载,cos)cos5 . 01 (4)(100wPPPwPmPwRUPOToavoToavLcmOTc01. 0:09. 0)25 . 01(08. 0)21(:08. 0100242:2222 边频功率边频功率总功率总功率载波功率载波功率 在在普通调幅波信号中普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频，有用信息只携带在边频带内，而带内，而载波本身并不携带信息载波本身并不携带信息，但它

24、的功率却占但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率，因而调幅波的功率浪费大，效率低。浪费大，效率低。 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 （DSB/SC-AM）三三 、抑制载波的双边带调幅信号和单边带信号、抑制载波的双边带调幅信号和单边带信号1、数学表达式、波形、数学表达式、波形2、频谱、带宽、频谱、带宽3、功率、功率)cos()cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB tUtmtUttmUuccacccacAM coscoscoscos)cos1( 抑制载波后抑制载波后(一一)抑制载波的双边带调幅波抑

25、制载波的双边带调幅波(DSB)432 2，频谱：，频谱：1 1，数学表达式：，数学表达式：)cos()cos(5 . 0coscos)()()(ttUUtUtUtututucccmmccmmc由表达式可知，频谱只有由表达式可知，频谱只有cc、带宽：带宽：B=2FB=2F3，波形：，波形：(1)其包络随调制信号其包络随调制信号变化，但包络不能完变化，但包络不能完全准确地反映调制信全准确地反映调制信号变化规律。号变化规律。(2)双边带调幅波在调双边带调幅波在调制信号正半周，已调制信号正半周，已调波与原载频同相，在波与原载频同相，在调制信号负半周，已调制信号负半周，已调波与原载频反相。调波与原载频反

26、相。也就是说双边带信号也就是说双边带信号的高频相位在调制电的高频相位在调制电压零交点处要突变压零交点处要突变0180包络线包络线相似与)(tuuKuCuDSB DSB波的产生原理图波的产生原理图)cos()cos(21)()(ttUUtutuucccmmcDSBDSB信号的产生原理图 u+CuAMu常数AM波产生原理图波产生原理图tU cos(1)(1)DSBDSB信号的包络正比于调制信号的信号的包络正比于调制信号的 绝对值绝对值 (2)(2)DSBDSB信号载波的相位反映信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与信号负半周时，已调波高频与

27、原载波原载波反相反相。因此严格地说，。因此严格地说，DSBDSB信号已非单纯的振幅调制信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信信号，而是既调幅又调相的信号。号。DSB波形特征波形特征(3)高频振荡的相位在高频振荡的相位在u(t)=0瞬间有瞬间有180o突变。突变。结论结论1：DSBDSB波的频谱成份中抑制了载波分量波的频谱成份中抑制了载波分量调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频DSB波频谱特征波频谱特征)cos()cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB 结论结论2：max max 限带信号限带信号 c c载波载波调幅波调幅波c

28、c- -maxmax 下边频带下边频带c c+ +maxmax上边频带上边频带max max max max maxmax DSB波带宽波带宽即即 已调波频谱所占频带宽度已调波频谱所占频带宽度BDSB=2Fmax在频域上，在频域上，DSB 与普通调幅波与普通调幅波AM，所占带宽相同，所占带宽相同 。结论结论3：DSB波功率波功率比普通调幅波节省了发射功率，即不发射载波。比普通调幅波节省了发射功率，即不发射载波。调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频结论结论4：全部功率为边带占有，功率利用率高于全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。波。 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带

29、，提在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSBSSB）调调制系统制系统 抑制载波的单边带调幅波抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带单边带( (SSB)SSB)信号是由双边带信号是由双边带(DSB)(DSB)调幅信号调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。中取出其中的任一个边带部分而成。学习方法学习方法比较法比较法 对对SSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率进行分析及计算带宽、功率进行分析及计算（二）（二） 抑制载波的单边带调幅波抑制载波的单边带调幅波（SSB

30、/SC-AM）单边带单边带( (SSB)SSB)信号是由双边带信号是由双边带(DSB)(DSB)调幅信号调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。中取出其中的任一个边带部分而成。根据：根据：（二）（二） 抑制载波的单边带调幅波抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）1、数学表达式、数学表达式2、调幅波的频谱、调幅波的频谱3、调幅波的功率、调幅波的功率与与普通普通AM波、波、DSB/SC-AM相比，相比， SSB/SC-AM不同的地方。不同的地方。注意总结：注意总结：)cos()cos(21ttUAUucccmmDSB 由由通过边带滤波器通过边带滤波器提示一、数学表达式提示一、数学表达式tUA

31、UuccmmSSBL)cos(21 tUAUuccmmSSBH)cos(21 上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号可得可得)cos()cos(21ttUAUucccmmDSB 单边带调幅波（单边带调幅波（SSB）2，频谱：，频谱：1，数学表达式：，数学表达式：tUUtutUUtuccmmccmm)cos(21)()cos(21)( 或或由表达式可知，频谱只有由表达式可知，频谱只有cc或3，波形：，波形：uSSB(t)0tfc FU 若调制信号为单一频若调制信号为单一频率，则单边带调幅波为等率，则单边带调幅波为等幅波。幅波。4，特点：，特点：(1)频带只有双边带调幅波的一半频带只有双边带调幅

32、波的一半,其频带利用率高其频带利用率高.(2)全部功率都含有信息，功率有效利用率高。全部功率都含有信息，功率有效利用率高。提示二总结：提示二总结： SSB/SC-AM波波1. 比普通调幅波、抑制载波的双边带调幅波，都比普通调幅波、抑制载波的双边带调幅波，都要节省发射功率，即只发送一个边带的功率要节省发射功率，即只发送一个边带的功率。2. 在频域上，所占带宽仅为一个边带的宽度，在频域上，所占带宽仅为一个边带的宽度，节约了频带。节约了频带。3. 但在电路实现上，单边带的产生和接收，比但在电路实现上，单边带的产生和接收，比普通调幅波和普通调幅波和DSB/SC-AM要复杂。要复杂。tUUtutUUtu

33、ccmmccmm)cos(21)()cos(21)(或调制信号调制信号载波载波已调波已调波tUtucos)(调幅器调幅器tUtuccccos)()(tuAM小结：小结：ttmUucacmAMcos)cos1 (tUtUtuccmmcoscos)(小结：三种调幅方式的比较小结：三种调幅方式的比较例例5 5：解：解：ttutttutttuccc)cos()()3(,coscos)()2(cos)cos3 . 01()(1 ）（幅频谱图。幅频谱图。画出它们的波形图和振画出它们的波形图和振表什么信号，表什么信号，试问下面三个电压各代试问下面三个电压各代)(3)(2)(1SSBDSBAM）为单边带调幅波

34、（）为双边带调幅（）为普通调幅波（1,从表达式可看出，各电压分别为从表达式可看出，各电压分别为2,波形分别为：波形分别为：3,频谱图分别为：频谱图分别为： 指出下列电压是什么已调波？写出已调波电压的指出下列电压是什么已调波？写出已调波电压的表达式，并指出它们在单位电阻上消耗的平均功率表达式，并指出它们在单位电阻上消耗的平均功率P Pavav及频谱宽度及频谱宽度BWBWAMAM633( )2cos4 100.1cos3996 100.1cos4004 10( )u tttt V综合例：综合例：63四四 振幅调制电路的功能振幅调制电路的功能功能：将输入的调制信号功能：将输入的调制信号和载波信号通过

35、电路转换和载波信号通过电路转换为高频调幅信号输出。为高频调幅信号输出。tUtutUtumccmccos)(),(cos)(调制信号设载波信号普通调幅波：普通调幅波：ttmUtucacmcoscos1 )(双边带调幅波：双边带调幅波：单边带调幅波：单边带调幅波：ttUtucmcoscos)(tUtutUtucmcm)cos()()cos()(或64五五 、振幅调制电路的分类及要求、振幅调制电路的分类及要求(一一)分为低电平调幅和高电平调幅两大类分为低电平调幅和高电平调幅两大类(二二) 低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，输出功率和效率不是主要指标。重点

36、是提高调制输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。波性能。(三三) 高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率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。利用丙类高频功放改变要求的已调波。利用丙类高频功放改变VCC或或VBB来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。输出功率、效率和调制线性的要求。高电平调幅电路高电平调幅电路 发射机的最后一级，丙类功放发射机的最后一级，丙类功放低电平调幅电路低电平调幅电路 发射机功放的前级，

37、线性功放发射机功放的前级，线性功放66六六 、振幅调制电路的基本组成原理、振幅调制电路的基本组成原理(二二) 集成模拟乘法器集成模拟乘法器能实现载波信号和调制信号的相能实现载波信号和调制信号的相乘，是用于调幅电路的理想非线性器件。乘，是用于调幅电路的理想非线性器件。(一一)振幅调制电路的输入频谱为振幅调制电路的输入频谱为 ，而输出频谱，而输出频谱中必须有新的频率分量中必须有新的频率分量 。因而调幅电路必须。因而调幅电路必须是是非线性器件非线性器件组成，其特性必须含有载波信号与调制组成，其特性必须含有载波信号与调制信号信号相乘积项相乘积项。和cc(三三) 具有平方率特性的具有平方率特性的二极管或

38、场效应管二极管或场效应管，利用载波，利用载波信号与调制信号相加信号与调制信号相加 的乘积项中的的乘积项中的 可产生可产生 频率分量，也能用于调幅电路作为非线频率分量，也能用于调幅电路作为非线性器件。性器件。)()(tutuc)()(tutucc(四四)一般来说，振幅调制电路又输入回路、非线性器一般来说，振幅调制电路又输入回路、非线性器件和带通滤波三部分组成。件和带通滤波三部分组成。特点：电路简单，输出功率小特点：电路简单，输出功率小 常用在双边带调制，低电平输出系统（如信号发常用在双边带调制，低电平输出系统（如信号发生器）。生器）。第二节第二节 低电平调幅电路低电平调幅电路一般用一般用模拟乘法

39、器模拟乘法器和和具有平方率特性的二极管具有平方率特性的二极管产生产生 。 具有平方率特性的具有平方率特性的二极管二极管，利用载波信号与调制，利用载波信号与调制信号相加信号相加uc+u 的乘积项中的的乘积项中的ucu 可产生可产生 c 频率频率分量，也能用于调幅电路作为分量，也能用于调幅电路作为非线性器件非线性器件。用具有平方率特性的用具有平方率特性的二极管产生二极管产生调幅信号调幅信号用模拟乘法器用模拟乘法器MC1596(MC1496)产生产生 。第二节低电平调幅电路第二节低电平调幅电路一一 、单二极管开关状态调幅电路、单二极管开关状态调幅电路(一一)什么是开关状态什么是开关状态 当二极管在两

40、个电压共同作用下，其中一个电当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小；可以近似压振幅足够大，另一个电压振幅较小；可以近似认为二极管的导通和截止将完全受大信号的控制，认为二极管的导通和截止将完全受大信号的控制，处于理想开关状态。处于理想开关状态。(二二)调幅原理调幅原理 原理图见图原理图见图5-7(a),设设u1(t)为小信号，为小信号， u2(t)为大信号，为大信号，则二极管则二极管D工作在工作在u2(t)控制控制的开关状态。的开关状态。mmcmmUUtUutUu122211,cos,cos且设调制信号调制信号载波信号载波信号 二极管相当于一个开关，二极管相当于

41、一个开关，等效电路见图等效电路见图5-7(b)0)(, 00)(),()(12221tutututuRriLd D的正极与大信号的正极与大信号u2(t)的正端的正端相连，说明相连，说明D在在u2(t)的正半周导的正半周导通。故通。故当当u2(t) 0时时,二极管导通二极管导通,二极管等效为导通电阻二极管等效为导通电阻rd ;当当u2(t) 0时时,二极管截止。即有：二极管截止。即有：)()()(121tututKRricLd则有0)(00)(1)(22tututKc设开关函数为)(2tu)(tKc可用傅立叶级数展开的周期性函数为角频率为,)(cctK.5cos523cos32cos221)(t

42、tttKcccccoscos.5cos523cos32cos221121tUtUtttRrcmmcccLd)()()(121tututKRricLd则可以看出，电流中包含以下频谱成分：可以看出，电流中包含以下频谱成分：,) 12(.,5,3,) 1 (ccccnccccn2,.4 ,2,)2(，直流分量即输出电流中包含：即输出电流中包含：,.5,4,3,2,cccccc直流分量频谱图为：频谱图为：c.cc0c3c3c2c4c5c5在输出端接一个中心角频率为在输出端接一个中心角频率为 c，带宽为，带宽为2的带通滤的带通滤波器，就可取出载频、及上下边频从而实现普通调幅。波器，就可取出载频、及上下边

43、频从而实现普通调幅。例例1 1：.,.,)(,sin)(,sin)(212调幅此电路能否实现普通波的频谱试分析输出电流导通电阻为状态控制的开关工作二极管工作在，且有电压调制已知载波电压dmcmmccmrtuUUtUtutUtu解：解： D的正极与大信号的正极与大信号u1(t)的负端相连，所以的负端相连，所以D在在u1(t)的的负半周导通，开关函数为负半周导通，开关函数为)(tKc)245.(5cos523cos32cos221)(ttttKcccc)()()(121tututKRricLdsinsin.5cos523cos32cos2211tUtUtttRrccmmcccLd)()()(121

44、tututKRricLd可见输出电流的频谱中包含：可见输出电流的频谱中包含：,.5 ,4 ,3 ,2 ,cccccc直流分量cc、 若在输出端加一个中心频率为若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为通带宽为 的带的带通滤波器，可取出通滤波器，可取出 分量，可实现普通调分量，可实现普通调幅波的调制。幅波的调制。2c1 1）电路和工作原理）电路和工作原理 如图如图5（a）所示）所示, 它是由两个性能一致的二极管它是由两个性能一致的二极管V1、V2及中心抽头变压器及中心抽头变压器Tr2、Tr3接成平衡电路的，其中接成平衡电路的，其中Tr3为高频为高频变压器，初、次匝数比为变压器，初、次匝数比为21；T

45、r2为低频变压器，初、次匝为低频变压器，初、次匝数比为数比为12 。图图5 5 二极管平衡调幅器二极管平衡调幅器 Tr3载波Tr1Tr2+_u(t)u(t)（a）电路uc(t)V1_V2+_i1i2 调制信号RLu0(t)i二、二极管的平衡调幅电路二、二极管的平衡调幅电路77 此电路由上下两组单二极此电路由上下两组单二极管调幅电路组成。其中管调幅电路组成。其中LC并并联谐振回路起带通滤波器的联谐振回路起带通滤波器的作用，中心频率为作用，中心频率为 ，带，带宽为宽为 。c2 Tr3的一、二次绕组匝数比为的一、二次绕组匝数比为2:1, 进行阻抗等效变换进行阻抗等效变换有：有：LLLRpRRNNp4

46、,21221原理图如图原理图如图5-9(a)：图图5-9(a)又原边中心抽头又原边中心抽头,故等效电故等效电路如图路如图5-9(b) 。图图5-9(b) D1和和D2的正极均与大信号的正极均与大信号uc(t)的的正正端相连，说明都端相连，说明都是是正正半周导通，开关函数均为为半周导通，开关函数均为为)(tKc图图5-9(b)()()(211tututKRriccLd则流过二极管则流过二极管D1的电流为的电流为)()()(212tututKRriccLd流过二极管流过二极管D2的电流为的电流为)()(2221tutKRriiicLd流过负载流过负载RL的电流为的电流为.3cos32cos221c

47、os22tttURrccmLd 若在输出端加一个中心频率为若在输出端加一个中心频率为 ，通带宽为，通带宽为 的的带通滤波器，可取出带通滤波器，可取出 分量，实现双边带调幅分量，实现双边带调幅(即即平衡调幅平衡调幅)。输出电流中包含：输出电流中包含：,) 12,.(5 ,3 ,ccccnc2c.3cos32cos221cos22 tttURriccmLd 图图5-9(a)80三三 、二极管环形调幅电路、二极管环形调幅电路(一一)电路电路(图图5-10(a)(,04321bDDDDtuc等效电路为截止导通时）（当)(,02143cDDDDtuc等效电路为截止导通时）（当(二二)开关函数开关函数0)

48、(00)(1)()(tututKbccc开关函数为对于图0)(00)(1)()(tututKcccc开关函数为对于图.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc)(tuc)(tKc)(tuc)(tKc )(tuc)( tKc 0)(00)(1)(tututKccc 0)(10)(0)(tututKccc 0)(10)(1)(tututKccc 单向单向开关函数开关函数: K( t)、K( t- )双向双向开关函数开关函数: K( t)-K( t- )(三三)调幅原理调幅原理)()()(21),()()(2121tutu

49、tKRritututKRriccLdccLd)()(2221tutKRriiicLdI)()()(21),()()(2143tututKRritututKRriccLdccLd)()(2234tutKRriiicLdII)()()(22tutKtKRriiiccLdIII双向开关函数双向开关函数)()()(22tutKtKRriccLdtUttRrmccLdcos.3cos34cos422输出电流中包含：输出电流中包含：,) 12,.(5 ,3 ,ccccn与平衡调幅器相比，环形调幅器抵消了与平衡调幅器相比，环形调幅器抵消了 分量。即干分量。即干扰频率减小扰频率减小c 若在输出端加一个中心频率

50、为若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为通带宽为 的带的带通滤波器，可取出通滤波器，可取出 分量，实现双边带调幅分量，实现双边带调幅(即即平衡调幅平衡调幅).2c环形斩波调幅器的波形环形斩波调幅器的波形t0u(t)t0K（t）t0uo(t)t0uDSB(t)（c）输出电压波形（b）开关函数波形（d）经过带通滤波器后信号波形（a）调制信号波形其各个波形如下图所示：1 1-1-1例题：例题：.,)(,cos)(,cos)(调调幅幅此此电电路路能能否否实实现现双双边边带带并并说说明明试试分分析析输输出出电电流流的的频频谱谱控控制制的的开开关关工工作作状状态态。，二二极极管管工工作作在在且且有有调调制

51、制电电压压已已知知载载波波电电压压tuUUtUtutUtucmcmmccmc 分析：本题目是要区分开关函数是分析：本题目是要区分开关函数是 还是还是 ，同时要掌握在选顶电流方向的参考方向后，输出电流同时要掌握在选顶电流方向的参考方向后，输出电流i与与i1和和i2的的关系关系。)(tKc)(tKc解：开关函数的确定方法是根据大信号解：开关函数的确定方法是根据大信号uc(t)的正端与的正端与二极管二极管D1的正极相连，说明正半周导通，开关函数的正极相连，说明正半周导通，开关函数为为 。相反。相反, , uc(t)的负端与二极管的负端与二极管D2的正极相连，的正极相连，说明负半周导通，开关函数为说明

52、负半周导通，开关函数为 )(tKc)(tKc则流过二极管则流过二极管D1的电流为的电流为)()()(211tututKRriccLd)()()(212tututKRriccLd流过二极管流过二极管D2的电流为的电流为流过负载流过负载RL的电流为的电流为)()(2)()()(2)(21tKtKRrtutKtKRrtuiiiccLdccLdc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.3cos34cos4)()(1)()(tttKtKtKtKcccccc.3cos34cos42coscos2.3cos34cos42)(2

53、)(ttRrtUtRrUttRrtuRrtuiccLdmcLdcmccLdLdc输出电流中含有：输出电流中含有：,) 12,.(5 ,3 ,cccccn 若在输出端加一个中心频率为若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为通带宽为 的带的带通滤波器可实现普通波调幅。但不能实现双边带调幅。通滤波器可实现普通波调幅。但不能实现双边带调幅。c2)(tuc)(tKc)(tuc)(tKc )(tuc)( tKc 0)(00)(1)(tututKccc 0)(10)(0)(tututKccc 0)(10)(1)(tututKccc 单向单向开关函数开关函数: K( t)、K( t- )双向双向开关函数开关函数

54、: K( t)-K( t- )(一一)模拟乘法器的传输特性模拟乘法器的传输特性)()()(0tutKutuyx四、模拟乘法器调幅电路四、模拟乘法器调幅电路(二二)模拟乘法器的振幅调制原理模拟乘法器的振幅调制原理)()()(0tutKutuyx由tUtutUtuymycxmxcos)(cos)(, 1当tUtKUtuymcxmocoscos)(实现双边带调幅实现双边带调幅tUVtutUtuymABycxmxcos)(cos)(, 2当ttmKttVUUKVtUtUVKtucamcABymymcccxmymABocos)cos1 (cos)cos1 (cos)cos()(实现普通调幅波的调幅，且改

55、变实现普通调幅波的调幅，且改变VAB可改变可改变ma RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io 基本电路结构基本电路结构 VT1，VT2，VT3，VT4为双平衡的差分对，为双平衡的差分对，VT5，VT6差分对分别作为差分对分别作为VT1，VT2和和VT3，VT4双差分对双差分对的射极恒流源的射极恒流源。 1、双差分对管振幅调制电路、双差分对管振幅调制电路 它由两个单差分对管电它由两个单差分对管电路组合而成，是一种四象路组合而成，是一种四象限乘法器，也是大多数集限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。成乘法器的基础电路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6（三）模拟乘法器调幅电路（

56、三）模拟乘法器调幅电路其中其中UT=kT/qPN结热电压结热电压RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io 工作原理分析工作原理分析 根据差分电路的工作原理：根据差分电路的工作原理： TyoTxTxUuthIiiUuthiiiUuthiii22265634521 又因，输出电压：又因，输出电压：TyTxcoTxccccBAoVuthVuthRIVuthRiiRiiiiRiiiiRiiu222)()()()()()(6534214231 +ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6当输入为小信号并满足：当输入为小信号并满足： TyTyTxTxTyTxUuUuthUuUut

57、hmVUUmVUU2222522522yxyxTcoouKuuuVRIu 24 而标度因子而标度因子24TcoURIK Gilbert乘法器单元电路，只乘法器单元电路，只有当输入信号较小时，具有较理有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用，想的相乘作用，ux，uy 均可取正、均可取正、负两极性，故为四象限乘法器电负两极性，故为四象限乘法器电路，但因其线性范围小，不能满路，但因其线性范围小，不能满足实际应用的需要。足实际应用的需要。 VT5VT6RyIoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6RyVT5VT6Ry2、具有射极负反馈电阻的、具有射极负反馈电阻的Gilbert乘法器乘法器 使用射极负反馈电路使用射极负反馈电路Ry，可扩展可扩展uy的线性范围，的线性范围，Ry取取值应远大于晶体管值应远大于晶体管T5 ,T6 的的发射极电阻，即有发射极电阻，即有oyeyoyeyIrRIrRmV26;mV2665 静态时，静态时，i5=i6=IoY ,当加入当加入信号信号uy时，流过时，流过Ry的电流为：的电流为： YyeeYyYRurrRui 65iAiB+ux-+uo-iY有有 Yo