调幅、检波、混频

1、第四章第四章 调幅、检波、混频调幅、检波、混频频谱的线性搬移电路频谱的线性搬移电路第一节第一节 调制概述调制概述一、调制、解调1、调制：发射设备中，将低频信号 （声音、图像等） “装载”到高频载波 上，得到已调波信号 。调制：用调制信号控制载波的某个参数 由于载波为调制分为调幅、调频、调相三种方式。2、解调：接收设备中，将接收到的已调波信号上所包含的“卸载”下来，恢复原来的低频信号。 tUtumcos)(tUtuccmccos)()(tu)cos()(cccmctUtu二、采用调制、解调的原因1、 为了提高频率，便于发射 根据天线理论，只有天线尺寸与信号波长 相比拟时，才能有效地发射电磁波。低

2、频信号的波长达几公里至几十公里，无法制作这样大的天线。所以必须提高发射频率以减少天线尺寸。2、 为了实现信道复用如果多个同频率的信号同时发射，接收机无法区别，造成多个信号相互干扰。以不同频率的载波发射，接收机可以用选频网络选择所需要的信号。这叫做频分复用。在计算机技术里，信道复用还有一种方式：时分复用。 fc一、调幅波的波形及表达式一、调幅波的波形及表达式 设 tUtumcos)(tUtuccmccos)( 调幅：使 的幅值按 的规律变化。 tUtuccmccos)(tUtumcos)(已调波的表达式为 ttUkUucmacmAMcos)cos(ttUUUttUUkUccmccmccmmacm

3、cos)cos1(cos)cos1(ttMUcacmcos)cos1 (第二节第二节 调幅信号分析调幅信号分析调制系数 cmcccmcccmmacmcaUUUUUUUUkUUM22minmaxminmax一般要求10aMttMUUcacmAMcos)cos1 (1aM称为过调制。不能解调，会造成对其它电台的干扰 ttMUUcacmAMcos)cos1 (二、调幅信号的频谱ttMUtUttMUtucacmccmcacmAMcoscoscoscos)cos1 ()(tMUtMUtUcacmcacmccm)cos(21)cos(21cos 三个频率成分：载波 上边频 下边频 三个频率成分：c- c-

4、 c带宽：BW=2FF调制频率Mutisim 显示调幅波三、调幅信号的功率分配 设已调波的负载为RL，调制信号为单频率，则1载波功率 2上、下边频功率 3总平均功率 4最大瞬时功率 LcmcRUP221caLcmaPMRUMPP2221411)2(21caPMPPP22121cacPMPPP)211 (221caLacmPMRMUP22max)1 ()1 (21例41 解：Ma=1 ， Ma=0.3 ， WPPc751502121WPPc225)211(WPPc600)11(2maxWPPc75.63.0212WPPc7.156)3.0211(2WPPc5.253)3.01(2max由上例可见

5、：（1） P与 Ma 有关，Ma越大，边频功率P越大。（2） 有用信息含在边频中，载波不含信息。因此，载波功率大，浪费了大量功率。四双边带信号四双边带信号 由于载波不包含有用信息，但又占据很大的功率分配，因此，为了提高功率的有效利用率，在传输时，仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带调制。 在调幅信号中，去掉载波项，只留下相乘项，得到 ttUKUtutKutuccmmcDSBcoscos)()()()cos(21)cos(21ccmcmUKU只有上下边频存在。波形如图45示。 （1）波形的包络不再与 相一致（去掉了载波）。检波时需要加入载波。 （2）载波相位在调制信号

6、过零处突变180。 )(tu)(tuMultisim演示双边带信号单边带信号 优缺点 功率增益提高 6倍，8db 噪音减少 要恢复载波才能解调，有一定的保密性，但对频率稳定度要求高 产生的方法 滤波，另一个边带传输其他信号；f0不能太高，不能应用倍频 相移法单边带信号 种类 独立 残留单边带练习作业： 4-2 4-6课程内容1. AM波的公式与波形、频谱、单边带信号2. 几个概念频谱、频谱图、电压的有效值、交流电功率3. 演示调幅波的波形4. 练习讲解（用Multisim演示）调制系数 cmcccmcccmmacmcaUUUUUUUUkUUM22minmaxminmax一般要求10aMttMU

7、UcacmAMcos)cos1 (1aM称为过调制。不能解调，会造成对其它电台的干扰 ttMUUcacmAMcos)cos1 (频谱、频谱图 信号可用时间域和频率域表示，他们之间的关系是傅立叶变换和逆变换。 时间域时间域表示通常是幅度和时间的关系，即时变信号。 频率域频率域则是幅度和频率的表示。频谱是表示信号中所有的频率分量。 22数学定义：一般不特别指明时，交流电压是指有效值（一般不特别指明时，交流电压是指有效值（Rms)物理定义：在交流电压作用的一个周期内，这个交流电压作用于某个电阻负载电阻负载所产生的热能等于相当于以有效值为大小的直流电压作用于该电阻所产生的2.有效值TdttuTU02)

8、(1RUtp2)(TTdttuRTdtRtuTtp0202)(1)(1)(问题 已知一个电压作用于一个100 的纯电阻上，电阻两端的有效值为多少？总功率为多少？)()cos(5 . 2)cos(5 . 2cos10)(Vttttuccc交直流流电的功率 直流 交流RIRUIUP22RURIUIPcmcmcmcm22212121调幅波的演示 调幅波的公式三个频率成分：载波 上边频 下边频 实现：用乘法器把交流电压相乘 演示内容(multisim) 波形、频谱、通频带ttMUtUttMUtucacmccmcacmAMcoscoscoscos)cos1 ()(tMUtMUtUcacmcacmccm)

9、cos(21)cos(21cos作业讲解第三节 调幅电路 调幅电路：用非线性电路实现频谱的线性搬移，关键是获得调制信号与载波的相乘项。ttMUtucacmAMcos)cos1 ()(tMUtMUtUcacmcacmccm)cos(21)cos(21cos一般调幅波：双边带信号双边带信号 ttUKUtutKutuccmmcDSBcoscos)()()()cos(21)cos(21ccmcmUKU一、一般调幅波电路1、高电平调幅：高电平调幅是调制和高频功率放大合二为一。 分为基极调幅、集电极调幅和双重调幅三种电路。 （1）基极调幅 tUEEmBOBcos根据基极调制特性：图214，当EB按调制信号

10、规律变化时，其输出的载波振幅也随之按调制信号规律变化。（欠压状态）（欠压状态）较小的基极电压可获得较大的调幅波较小的基极电压可获得较大的调幅波电路举例（1）集电极调幅tUEEmCOCcos根据集电极调制特性：图216，当EC按调制信号规律变化时，其输出的载波振幅也随之按调制信号规律变化。 由于集电极调幅电路工作在过压区，集电极电流脉冲顶部出现凹现，影响调制线性（组合频率成分增大，包络线与调制信号波形不一致）。EC越小，凹现越严重。（3）双重调幅电路 在调制信号正半周，EC增大，同时使EB向正的方向变，防止进入欠压区；在调制信号负半周，EC减少，同时使EB向负的方向变，防止进入强过压区。 使放大

11、器始终保持在弱过压状态。2、低电平调幅电路 小信号状态下实现调幅，然后再经过高频功率放大器放大。 （1）二极管平方律调幅电路cccccuuauauauauaauuauuaauauaai22222110221022102)()(若调制信号和载波信号均为正弦波：tUtumcos)(tUtuccmccos)(tUUatUUatUatUatataUaUaaicmcmcmcmcmcmcmcm)cos()cos(2cos212cos21coscos)2121(2222221122220 将调谐回路的中心频率调节到 ，即可得到载波项和下、上边频项。c二、双边带调幅电路 双边带调幅一般采用低电平调幅（小信号）

12、，只传送边频，不传送载波。 电路如图示，通常使 ，二极管的导通与截止由载波电压信号 确定。 采用开关函数分析法。mcmUUcu1、二极管平衡调幅电路11)(DcDutKgi22)(DcDutKgi.)3cos32cos221(cos2)(2)(2121tttUgutKguutKgiiiccmDcDDDcDuuucD1uuucD2由此得到上下边频且不含载波项。2、环形平衡调幅电路 该环形调幅器可认为是两个平衡调幅器组合而成的。utKgiiicDA)(2121utKgiiicDB)(2243utKgtKtKugiiicDccDBA)( 2)()(221.)5cos543cos34cos4(2)(

13、2)()(221tttugtKgtKtKugiiicccDcDccDBA 高频载波的振幅提高一倍，经选频网络选频，可得到双边带信号。3、集成模拟相乘器调幅电路yxuKuu0 集成模拟相乘器可实现乘法运算，输出信号与输入信号的关系可用下式表示：如果输入调制信号为：输入载波信号为：tUtumcos)(tUtuccmccos)()cos()cos(21coscos0ttUKUttUKUuccmcmcmcm可以实现双边带信号。如果让调制信号与直流电压相加，为tUEtuEmcos)(再输入乘法器：tUtUEKucmcmcos)cos(0为一般调幅波信号。要求 读懂调幅电路 一般调幅电路 高电平 基极-欠

14、压 集电极-过压 双重调幅 低电平 平方律 乘法器 双边带 二极管平衡调幅电路 环形调幅电路模拟 4.3.3 单边带调幅 1)滤波法 在平衡调幅器后面加上合适的滤波器,把不需要的边带滤除,只让一个边带输出,这就是滤波法,其电路方框图如图4.19所示： 2)相移法 相移法是利用移相的方法消去不需要的边带，图4.22为其方框图。这种方法不是靠滤图4.19 滤波法方框图 波器来抑制另一个边带，所以原则上能把相距很近的两个边带分开，而不需要多次重复调制复杂的滤波器。图4.22 相移法方框图第四节 检波器原理及电路第四节 检波器原理及电路一、概述 调幅：将调制信号控制载波的振幅，使调幅波的振幅变化体现调

15、制信号的规律。 检波：将调制信号从调幅波中检出。因调制信号是低频信号，检波器要使用低通滤波器，滤除高频成分，取出低频成分。 频率变换，非线性器件第四节 检波器原理及电路一般调幅波的检波：2 大信号包络检波 小信号平方律检波 双边带调幅信号的检波： 同步检波二、大信号包络检波二、大信号包络检波 特点：信号较大信号较大，调幅波的一个包络包络（正半周或负半周）进入二极管的伏安特性的线性区域。检波的输出电流与调幅波的包络成线性关系。（信号大、失真小） 1、工作原理、工作原理 大信号包络检波器仿真2、检波效率、检波效率 RLC取值越大，检波效率越高。 33cosLdcmamRRUMUk幅输入调幅信号的包

16、络振输出调制信号振幅3、检波失真、检波失真 （1）对角线失真(惰性失真)（仿真） 原因为：RLC过大，当输入调幅信号包络下降时，电容上的电荷不能及时释放，电压下降跟不上包络线的变化，致使有几个周期二极管完全处于截止状态。 不产生对角线失真的条件为：RLC减少-Ma减少，max减少，高频成分增大但是为了提高检波效率，滤除高频谐波，RLC取值又要满足：所以RLC的取值范围为：max21aaLMMCRcLCR105max21105aaLcMMCR（2）负峰切割失真 检波器输出的信号用耦合电容送到下一级电路处理（低频放大）。这时，负载分为直流负载和交流负载。如图426，直流负载为 ，交流负载为 。LR

17、/LLRR 输入信号的直流成分在电容CC上产生电压UD，对于二极管相当于负偏压，UD=Ucm 。 UD 在 上产生负偏压，加到检波二极管上。其反压为 :LRcmLLLDLLLAURRRURRRUcmaAUMUU)1 (min当二极管截止，输出电压波形的底部被钳平，此时：cmLLLURRRu为避免负峰切割失真，应满足 cmLLLacmURRRMU)1 (调制系数应满足 LLLLLLaRRRRRRM/ 由上式可知，为避免负峰切割失真，应使直流负载电阻和交流等效电阻尽量接近。 （1）检波器与下一级负载之间插入高输入电阻的射极跟随器，以提高其交流负载电阻。 如图4-28，电视机的视频检波器与视频放大器

18、之间插入射极输出器V5。 （2）RL分成RL1和RL2两部分，如图427。 直流负载电阻： 交流负载电阻： 21LLRRLLLRRR/21 越大，交直流电阻差别越小，但 上信号电压也越大，输出的信号电压就越小，所以一般取：1LR1LR21)2 .01 .0(LLRR元件选择与设计准则1.二极管正向电阻小、反向电阻大、结电容小接触性锗二极管2.负载电容C3.负载电阻RRRd，提高电压传输系数不产生惰性失真不产生负峰切割失真4.耦合电容Cc主要影响检波后的低频 Cc1/minRLmax21105aaLcMMCRmax21aaLMMCRLLLLLLaRRRRRRM/三、小信号平方律检波三、小信号平方律检波 电路如图429所示。 小信号平方律检波电路特点：1、静态工作点处于正向特性的弯曲部分，在检波过程中，二极管始终是导通的。2、正半周拉得很长，而负半周被压缩得很短，由此产