第7章_振幅调制与解调

1、第第7 7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调(7-1 (7-1 到到 7-97-9） 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述7.1.2 检波简述检波简述将要传送的将要传送的信息信息 装载装载到某一高频到某一高频载频信号（载频信号（载波载波）上去的过程。）上去的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大1.调制的定义调制的定义2. 为什么要调制为什么要调制4从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频

2、信号音频信号: 20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度: 3.75 3750kmc = f4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移1c2c频分复用频分复用4可实现的回路带宽减小（宽带变窄带）可实现的回路带宽减小（宽带变窄带）基带信号特点：频率变化范围很大。（调谐回路难以实现）基带信号特点：频率变化范围很大。（调谐回路难以实现）QfBW0高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）: 20Hz20kHz1000minmaxff高频（射频）高频（射频）:3minmaxffAM广播信号广播信号:

3、 535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k载频越高，可容纳频道越多载频越高，可容纳频道越多3. 调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制4. 调幅的方法调幅的方法平方律调幅（二极管）平方律调幅（二极管）斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅（过压）集电极调幅（过压）基极调幅（欠压）基极调幅（欠压）调制功率小调制功率小丙类功放丙

4、类功放从振幅受调制的高频信号中从振幅受调制的高频信号中还原出还原出原调制的信号原调制的信号。1.检波定义（调幅的解调）检波定义（调幅的解调） 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 高频伏特表高频伏特表2. 组成组成3. 检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱7.2.2 调幅波中

5、的功率关系调幅波中的功率关系1. 普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式首先讨论首先讨论单音单音调制的调幅波。调制的调幅波。载波信号：载波信号： tV000cosv调制信号：调制信号： tVcosv调幅信号（已调波）：调幅信号（已调波）： ttVt0cos)()v由于调幅信号的振幅与调制信号成由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系线性关系，即有：，即有： tVkVtVcos)(a0，式中，式中ak为为调制灵敏度调制灵敏度即：即： )cos1()cos1()(a00a0tmVtVVkVtV式中式中ma为调制度为调制度， 0aaVVkm常用百分比表示常用百分比表示ttmV0a0cos)cos

6、1(v(t)调制信号为单一频率调制信号为单一频率 波形特点：波形特点： (1) 调调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的反映了调幅的强弱度强弱度 )1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos1()(a0tmVtV0min000max0minmaxa)(21VVVVVVVVVmtV000cosvtV cosv0am1am10a m1am00maxVVVm上0min0VVVm下调制度调制度Vmax Vmin相对于V0不对称2. 普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信

7、号调 幅幅tmtmtVttmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(0a0a000a0v 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频nnnnntmtmtVtmtmtVttmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信号带宽信号带宽max2B 0 (2) 限带信号限带信号的调幅波的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将分别上，则载波与两个边频将分别得

8、出如下的功率：得出如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v载波功率载波功率:RVP20oT21上边频或下边频上边频或下边频: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oT2aDSBoTo)211 (PmPPP当当ma1时，时，PoT(2/3)Po ；当当ma0.5时，时，PoT(8/9)Po ； 载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。的绝大部分。(有效利用发射机功率的角度，有

9、效利用发射机功率的角度，AM调幅很不经济调幅很不经济) 从调幅波的频谱图可知，唯有它的从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。不反映调制信号的变化规律。oT2aDSBoT)211 (oPmPPP00002Vma02Vma00VAM调幅（普通调幅）的特点：调幅（普通调幅）的特点：1.AM调制信号的包络反映了调制调制信号的包络反映了调制信号的变化规律。可使用最简信号的变化规律。可使用最简单的包络检波。单的包络检波。2.发射机的

10、功率利用率不高。发射机的功率利用率不高。00002Vma02Vma00V抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅DSB的特点：的特点：1.只发送边带，不发送载波。只发送边带，不发送载波。2.数学表达式。数学表达式。3.包络线不能完全代表原调制信号。包络线不能完全代表原调制信号。tmtmttmVt)cos(21)cos(21coscos)(0a0a0a0v单边带调幅单边带调幅SSB的特点：的特点：1.只发送一个边带，不发送载波。只发送一个边带，不发送载波。2.数学表达式。数学表达式。3.包络线不能代表原调制信号。已包络线不能代表原调制信号。已不是严格意义的调幅波。不是严格意义的调幅波。tmmt)

11、cos(21)cos(21)(0a0a或v电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波ttmV0a0cos)cos1 (载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波ttVm00acoscos单边带信号单边带信号tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形图波形图频谱图频谱图 0- 0+ 0a21Vm 0- 0+ 0a21Vm 信号信号带宽带宽)2( 2)2( 22 0- 0+ 三种振幅调制信号三种振幅调制信号 AM DSB SSB AM DSB SSB 比较比较7.3.1 工作原理工作原理7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器低电平调幅低电平调幅 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率

12、分量，也调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要就是说都需要用非线性器件来完成频率变换用非线性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，同时加入非线性相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为器件，然后通过中心频率为0 0的带通滤波器取出输出电压的带通滤波器取出输出电压v vo o中中的调幅波成分。的调幅波成分。coscos=(1/2)cos(+)+cos(-) cos2()=(1+cos2)/2P318 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5调制度调制度ma 什么参数决定？大小受什么影响？什

13、么参数决定？大小受什么影响？三角恒等式三角恒等式两个调制信号与载波分别正反串联。特点:采用特性完全相同的二极管。可产生DSB信号。公式7.3.6 7.3.7 7.3.8不完全对称会产生载漏。进一步滤波可产生SSB。7.4.1 工作原理工作原理7.4.2 实现斩波调幅的两种电路实现斩波调幅的两种电路斩波: 低频调制信号通过一个受高频载波控制的开关电路。得到的斩波信号还有调幅需要的和频和差频信号。通过滤波器取出。0100)(1tttS00cos cos 开关函数开关函数公式7.4.2 斩波后电压表达式7.4.3 开关函数傅里叶展开7.4.4 斩波电压包含什么频谱？构造乘法，产生DSB，抑制载波0c

14、os 10cos 1200)(tttS公式7.4.5 开关函数7.4.6 开关函数傅里叶展开7.4.7 斩波电压包含什么频谱？0 , 01vvvvv , 017.6.1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法u使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。用率。u单边带制能获得更好的通信效果。（能量更集中）单边带制能获得更好的通信效果。（能量更集中）u单边带制的选择性衰落现象要轻得多。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。u要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要要求收、发设备的频率稳定度高

15、，设备复杂，技术要求高。求高。节约频带 节约发射功率调幅波0+上边频0-下边频1. 滤波器法滤波器法 必须强调指出，必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。方法。因为倍频后，音频频率因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率F Fminmin的的2 2倍，故滤波时相对带宽倍，故滤波时相对带宽2 Fmin / f2 Fmin / fc c

16、要很小，要很小，这样的滤波器制作很困难。这样的滤波器制作很困难。2. 相移法相移法)cos()cos(21coscossin2cos)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin如何得到如何得到单一频率分量单一频率分量2. 相移法相移法3. 第三种方法第三种方法修正的移相滤波法修正的移相滤波法7.8.1 集电极调幅集电极调幅7.8.2 基极调幅基极调幅 高电平调幅电路能高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大同时实现调制和功率放大，即用调制，即用调制信号信号v v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度V

17、Vcmcm来实现调来实现调幅的。幅的。临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t) vb(t) + + VCC + VBB + VC(t) + vCE vBE + L C vc v + 集电极调幅电路iCiC1)(tvCCV临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）基极调幅电路)(tv)(tVCCiCvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)7.9.1 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标非线性非线性 电路电路低通低通滤滤 波器波器从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AMAM信号

18、信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息VDCC+vRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器检波过程：利用二极管的单相导电性和检检波过程：利用二极管的单相导电性和检波负载波负载RC的充放电的充放电 下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。（检波效率）、输入电阻和失真。1) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)imd VmVKa输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅定义：定义：imVimaVmV2) 等效输入电阻等效输入电阻 考虑到包络检波电路一

19、般作为谐振回路的负载，它势必考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻），下面分析其等效电阻imimidIVR 其中，其中，Vim是输入高频电压振幅，是输入高频电压振幅， Iim是输入高频电流振是输入高频电流振幅。幅。 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）阻上消耗的功率（注意为直流）LiimRVRV20220VVimLiRR21即有

20、即有，而，而imimidIVR3) 失真失真 产生的失真主要有：产生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；负峰切割失真；负峰切割失真；非非线性失真；线性失真；频率失真。频率失真。 如果检波电路的时间常如果检波电路的时间常数数RC太大太大，当调幅波包络朝，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作所造成的失真称作惰性失真惰性失真。 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) ) 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )ttmVt0aomocoscos1)(vtmVtVcos1)(aom调

21、幅波包络调幅波包络 如图所示，在某一点，如图所示，在某一点，如如果电容两端电压的放电速度小果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度于包络的下降速度，就可能发，就可能发生惰性失真。生惰性失真。tmVttVsin)(aomdd包络变化率包络变化率ttCiddCC)(v电容放电电容放电RitCC)(v 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )放电速率放电速率RCtCitt)()(CCCddvv假定此时假定此时tmVtcos1)(aomCv调幅波包络调幅波包络tmVtVcos1)(aomtmVttVsin)(aomdd包络变化率包络变化率ttCiddCC)(v电容放电电容放电RitC

22、C)(v为避免失真为避免失真1)()(dttdvdttdVAC 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) ) 实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足112aamax mmRC5 . 1maxRC8 . 0am + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容考虑了耦合电容C Cc c和低放和低放输入电阻输入电阻R RL L后的检波电路后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) ) 隔直电容隔直电容Cc数值很大，可认数值很

23、大，可认为它对调制频率为它对调制频率交流短路，电交流短路，电路 达 到 稳 态 时 ， 其 两 端 电 压路 达 到 稳 态 时 ， 其 两 端 电 压VCVim。imLRVRRRV 失真最可能在包络的负半周发生。失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止假定二极管截止，Cc将将通过通过R和和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VCVim将在将在R和和RL上分压。直流负载电阻上分压。直流负载电阻R上的电压为上的电压为 + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真

24、( (底边切割失真底边切割失真) )V i m（1-m）V i mttmVoimicos)cos1 (vV R)cos1 (tmVimttmVoimicos)cos1 (vttmVoimicos)cos1 ( v)cos1 (tmVim)cos1 (tmVimV RV RV RV RV RimLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) )要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足RimVtmVacos1RaimVmV1R

25、RRRRRRRmLLLa/交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。imLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 非线性失真非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性非线性所引起的。所引起的。 如果负载电阻如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。 + + v C + R RL VC Cc vi D 考

26、虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 频率失真频率失真 如左图所示，检波器中存在如左图所示，检波器中存在检波电容检波电容C和隔直电容和隔直电容Cc两个电容。两个电容。检波电容检波电容C用于跟踪调幅波包络变用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容化，隔直电容Cc用于去除载波分量用于去除载波分量对应的直流输出。对应的直流输出。对调制频率对调制频率=minmax，要求检波电容，要求检波电容C对高频载波短路但对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。对低频调制波短路。RCmax1LCminR1C 同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进

27、行同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。解调。它的特点是必须外加一个它的特点是必须外加一个频率和相位频率和相位都与被抑止的载波都与被抑止的载波相同的电压。相同的电压。同步检波的名称即由此而来同步检波的名称即由此而来。 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(21cos10m1ttVVmtVVtcoscos21)(0m1mv1.1. 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)()(tvtvS