高频电子线路课件5

1、第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.1 5.1 概述概述调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程量的过程。 信号信号 载波信号：高频振荡信号载波信号：高频振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )cos( tUuccc锯齿波锯齿波调制信号：需要传输的信号调制信号：需要传输的信号语言语言图像图像 tUu cos密码密码已调信号：经过调制后的高频信号已调信号：经过调制后的高频信号第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.1 5.1 概述概述频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频频率调制：调制

2、信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线性变化。率随调制信号线性变化。振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制信号线性变化。号的振幅随调制信号线性变化。分类（模拟信号对正弦波）：相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线变化。位随调制信号线变化。 )()()(SSBDSBAM单单过过带带调调制制抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调幅幅普普通通调调幅幅解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。调制信号的过程。第第5 5章章

3、 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.1 5.1 概述概述 调调相相的的逆逆过过程程：鉴鉴相相调调频频的的逆逆过过程程：鉴鉴频频振振幅幅调调制制的的逆逆过过程程振振幅幅检检波波：解调方式：解调方式：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析1.AM1.AM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 （1 1）单频信号的）单频信号的AMAM调幅：调幅：tUuccc cos 载载波波信信号号：tUu cos调调制制信信号号：ttUucmAM cos)( 已已调调

4、波波信信号号：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有： tUkUtUacm cos)(ak（为比例常数）为比例常数）即：即： )cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm caaUUkm 为调制度，常用百分比数表示。为调制度，常用百分比数表示。ttmUucacAM cos)cos1( AM调幅波的数学表达式：一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，

5、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常为一个连续频谱的限带信号 。) t ( f则则ttfkUucacAM cos)(1 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析则有则有 ttmUucnnnncAM cos)cos(11 其中其中 cmnanUUkm/若将若将 )(tf分解为：分解为： 1)cos()(nnnntUtf （2 2）限带信号的）限带信号的AMAM调幅：调幅：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混

6、频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析2.2.调幅信号的波形调幅信号的波形 tUuccc cos tUu cos1ma 1ma 电电路路中中必必须须避避免免实实际际包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm波形特点：波形特点：（1 1）调幅波的振幅（包络）变）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致；化规律与调制信号波形一致；（2 2）调幅度）调幅度m ma a反映了调幅的强反映了调幅的强弱程度，一般弱程度，一般mama值越大调幅越值越大调

7、幅越深；深；cmmcaUUUUUm minmax21ttmUucacAM cos)cos1( )cos1()(tmUtUacm )1 (maxacmUU cU)1 (minacmUU 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析acmAMAMmmUU 2)3(minmaxUU包包络络振振幅幅第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析

8、3.3.调幅波的频谱调幅波的频谱 （1 1）单频调幅信号的频谱）单频调幅信号的频谱 tmtmtUttmUucacacccacAM)cos(21)cos(21coscos)cos1( 含传输信息下边频分量含传输信息上边频分量不含传输信息载波分量:)(ccc可见可见, ,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：频率分量：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 nncnn

9、ncnccnncnncncccnnncAMtmtmtUtmtmtUttmUu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1 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)()(:ncncc (2)(2)限带调幅信号的频谱限带调幅信号的频谱 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caUm21c c - - 下边频下边频caUm21cU第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅

10、调制信号分析单频调幅信号的频谱max max c c限带限带信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -max max 下边频带下边频带c c+ +maxmax上边频带上边频带max max max max max max 限带调幅信号的频谱第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析 由于：由于：tUtmtUttmUuccacccacAM coscoscoscos)cos1( 4.AM4.AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见要完成可见要完成AMAM调

11、制，其核心部分是实现调制信号与调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。载波相乘。相加器相加器乘法器乘法器AMu直流直流cu u乘法器乘法器相加器相加器 uAMucu第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析LccRUP221 caLcaPmRUmPP422122 下下边边上上边边 212accAMmPPPPP下下边边上上边边（2 2）上、下边带的平均功率：）上、下边带的平均功率： （3 3）在调制信号一周期内，调幅信号的平均总功率）在调制信号一周期内，调幅信号

12、的平均总功率 （1 1）R RL L上消耗的载波功率：上消耗的载波功率： 5.5.调制波的功率调制波的功率设调幅波传输信号至负载电阻设调幅波传输信号至负载电阻R RL L上，那么调幅波各分量的上，那么调幅波各分量的功率为：功率为：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22222212aaaammmm 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： 缺点：缺点：由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在由于在普通调

13、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，因而调幅波的功率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。浪费大，效率低。优点：优点：AMAM波调制方便，解调方便，便于接收。波调制方便，解调方便，便于接收。第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.1 5.2.1 标准振幅调制信号分析标准振幅调制信号分析第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅

14、调制原理及特性 5.2.2 5.2.2 双边带调幅信号双边带调幅信号 )()(tutkuucDSB 1.1.双边带调幅信号的数学表达式双边带调幅信号的数学表达式 在在AMAM调制过程中，如果将载波分量抑制就形调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：ttUkUttUkUucccccDSB)cos()cos(21coscos nncnnncnccnnncDSBtUtUkUttUkUu)cos()cos(21coscos (1)(1)调制信号为单频

15、率信号时：调制信号为单频率信号时： （2 2）调制信号为限带信号时：）调制信号为限带信号时： 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.2 5.2.2 双边带调幅信号双边带调幅信号 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.2 5.2.2 双边带调幅信号双边带调幅信号 2.2.双边带调幅信号的波形与频谱双边带调幅信号的波形与频谱 (1)AM(1)AM波的包络正比于调制信号，而波的包络正比于调制信号，而DSBDSB波的包络正比波的包络正比于调

16、制信号的绝对值；当调制信号为于调制信号的绝对值；当调制信号为0 0时，时，DSBDSB波的幅波的幅度也为度也为0 0，而调制信号为，而调制信号为0 0时时AMAM波的幅度不一定为波的幅度不一定为0 0。DSB波与AM波的异同：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.2 5.2.2 双边带调幅信号双边带调幅信号 (2)DSB(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，严

17、格地说，DSBDSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。既调幅又调相的信号。(3)DSB(3)DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于边带占有，功率利用率高于AMAM波。波。maxmax22FB (4)AM(4)AM波和波和DSBDSB波的占用频带均为波的占用频带均为 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.3 5.2.3 单边带信号单边带信号 由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带部分，由双边带调

18、幅信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。单频调制时的表示式为：即可成为单边带调幅信号。单频调制时的表示式为：1.SSB1.SSB信号的性质信号的性质 在现代电子通信系统设计中，为节约频带，提高系统在现代电子通信系统设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（的功率和带宽效率，常采用单边带（SSBSSB）调制系统）调制系统. . tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 上边带信号：上边带信号：下边带信号：下边带信号：max max 限带限带信号信号c c载波载波c c- -max m

19、ax 下边频带信号下边频带信号 c c+ +maxmax上边频带信号上边频带信号c c+ +maxmaxc c- -max max 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.3 5.2.3 单边带信号单边带信号 SSB信号的频谱第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.3 5.2.3 单边带信号单边带信号 单边带调幅信号由单边带调幅信号由DSBDSB信号经过边带滤波器滤除一个信号经过边带滤波器滤除一个边带形成，原理方框图如下：边带形成，原理

20、方框图如下：2.2.单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现 (1) (1) 滤波法滤波法 单边带调幅信号有三种基本的电路实现方法：滤波法、单边带调幅信号有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法。相移法和移相滤波法。上边带滤波器上边带滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法器器 ucuDSBu第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.3 5.2.3 单边带信号单边带信号 利用三角公式实现单边带信号利用三角公式实现单边带信号调幅ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( t

21、tUttUtuccSSBL sinsincoscos)( tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法器器 乘法乘法 器器0 00 0相移相移0 00 0相移相移加法加法 器器减法减法器器tUcc sintU sin(2) (2) 移相法移相法 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 5.2.3 5.2.3 单边带信号单边带信号 移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相只需对某一固定的单频率信号移相90900 0，从而回避了，从而回避

22、了难以在宽带内准确移相难以在宽带内准确移相90900 0的缺点。的缺点。 移相滤波法实现单边带调幅的电路框图移相滤波法实现单边带调幅的电路框图 u u=sin=sinttu u =sin=sin1 1t t单频信号单频信号u uc c =sin=sinc ct t载波载波u u1 1 = sin= sintt sin sin 1 1t tu u2 2 = sin= sintt cos cos 1 1t tu u3 3 = cos= cos( (1 1- -) )t tu u4 4 = sin= sin ( (1 1- -) )t tu u5 5 = cos= cos( (1 1- -) )t

23、t sin sin c ct tu u 6 6 = sin= sin ( (1 1- -) )t t cos cos c ct t+ +乘法器乘法器90900 0移相移相低通滤波低通滤波乘法器乘法器低通滤波低通滤波乘法器乘法器90900 0移相移相乘法器乘法器相加器相加器相减器相减器- -u u5 5 + + u u 6 6u u5 5 - - u u 6 6(3) (3) 移相滤波法移相滤波法 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路根据调幅级电平高低，振幅调制电路可分为：根据调幅级电平高低，振幅调制电路可分为：高电平调幅电路：功放和

24、调制同时进行，主要用于高电平调幅电路：功放和调制同时进行，主要用于AMAM信号。为了获得大的输出功率，用调制信号去控制处信号。为了获得大的输出功率，用调制信号去控制处于丙类工作状态的末级谐振功率放大器实现调幅。高于丙类工作状态的末级谐振功率放大器实现调幅。高电平调幅电路整机效率高，设计时必须兼顾输出功率、电平调幅电路整机效率高，设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。效率和调制线性的要求。低电平调幅电路：先调制后功放，主要用于低电平调幅电路：先调制后功放，主要用于DSBDSB、SSBSSB以及以及FMFM信号。由于低电平调幅电路的功率较小，对调信号。由于低电平调幅电路的功率较小，对调幅电

25、路来说，输出功率和效率不是主要指标，重点是幅电路来说，输出功率和效率不是主要指标，重点是提高调制的线性，减少不需要的频率分量的产生，提提高调制的线性，减少不需要的频率分量的产生，提高滤波性能。高滤波性能。第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路，而由非线性器件（二极管、晶体管等）组成移电路，而由非线性器件（二极管、晶体管等）组成的频率变换电路具有频谱线性搬移功能，因此低电平的频率变换电

26、路具有频谱线性搬移功能，因此低电平调幅电路常采用第调幅电路常采用第4 4章介绍的频率变换电路来实现。章介绍的频率变换电路来实现。 ：低电平调幅电路通常分为二极管调幅电路（单二极管低电平调幅电路通常分为二极管调幅电路（单二极管开关状态调幅电路、二极管平衡调幅电路、二极管环开关状态调幅电路、二极管平衡调幅电路、二极管环形调幅电路等）和集成模拟乘法器调幅电路。形调幅电路等）和集成模拟乘法器调幅电路。 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 tUum cos假假设设tUuccmc cos

27、mcmUU 且且dddutSgi)( 0001)(ccuutStUtUuccmmd coscos 则回路则回路: : LddZrg 1而而 +- -uLVDusuc+- -+- -RLLCid+- -udZL1.1.二极管调幅电路二极管调幅电路（1 1）单二极管开关状态调幅电路）单二极管开关状态调幅电路 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 +- -uLi id d的频谱成份：的频谱成份： ccnn 122 ,0 c 2 c 3 c c c B=2i id d(t)(t)的频谱图

28、的频谱图第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 +- -uLc 2B如果选频回路工作在如果选频回路工作在 处，且带宽为处，且带宽为 ttmUttUURUgttRUgtRUgtucccmmLcmdoccLmdoLcmdoL coscos1coscos4121coscos1cos21)(00 显然这是为一个显然这是为一个AMAM信号。可见单二极管开关状态调幅信号。可见单二极管开关状态调幅电路能实现标准电路能实现标准AMAM波的调幅。波的调幅。 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为R

29、 RL L，则输出电压为：，则输出电压为： LddoRrg 1其中，第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 +- -uL（2 2）二极管平衡调幅电路）二极管平衡调幅电路 等效电路mcmccmcmUUtUutUu 且且假假设设 coscos 22211121)()()()()()(ddddddcdcdutSgiutSgitutuututuu式中式中 LdddRrgg2121 而而 0001)(ccuutSLdLLdLRiuRiu22112;2 )()(4)(2)(2212121tut

30、SgRuutSgRiiRuuudLdddLddLLLL 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 +- -uL的频谱成份有的频谱成份有Lu ,.)2 , 1 , 0()12(nnc c+ c-3c+3c-与单二极管电路相比，双二极管平衡调幅电路由于采用了平衡对称互相抵消措施，很多不需要的频率分量在输出电压中已不存在。第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 如果上半部分与下

31、半部分谐振回路谐振在频率如果上半部分与下半部分谐振回路谐振在频率c c处，处，且带宽且带宽B B=2=2，谐振时的负载阻抗，谐振时的负载阻抗Z ZL L=2=2R RL L，则实际输，则实际输出电压出电压u u L L为：为：ttURgu coscos8c mLdLT T2 2的初、次级匝比为的初、次级匝比为2:12:1，T T2 2的次级输出电压为：的次级输出电压为： ttUttURguuLcc coscoscoscos221 mLdL可见，二极管平衡调幅电路能实现可见，二极管平衡调幅电路能实现DSBDSB调幅信号的调幅信号的调幅。输出电压只有乘积项，并抑制了载波项。调幅。输出电压只有乘积项

32、，并抑制了载波项。 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 （3 3）二极管环形调幅电路）二极管环形调幅电路 VDVD1 1VDVD3 32 2C C2 2L LR RL LT T2 2VDVD4 4VDVD2 2T T3 3T T1 1VDVD1 1VDVD3 32 2C C2 2L LR RL LT T2 2VDVD4 4VDVD2 2T T3 3T T1 1+ +u uL L- -u u+ +- -u u+ +- -u u+ +- -+ + - -u uc c+ + - -u

33、 uc c在平衡电路的基础上，再在平衡电路的基础上，再增加两个二极管增加两个二极管D D3 3, ,D D4 4使电使电路中四个二极管首尾相接。路中四个二极管首尾相接。T T1 1的初、次级匝数比为的初、次级匝数比为1:21:2，T T2 2的的2:12:1，T T3 3的的1:11:1。 mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos设：设： IIVDVDVDVDtuIVDVDVDVDtucc组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通,0)(,0)(21434321则有则有 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3

34、振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 平衡电路平衡电路平衡电路平衡电路当当0)( tuc时，平衡电路时，平衡电路I I在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为：)()(4)(1L1tutSRgtuLd )()(4)(2L2tutSRgtuLd 0)( tuc时，平衡电路时，平衡电路IIII在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为： 而其中：而其中： 0)(00)(1)(1tututScc 0)(10)(0)(2tututScc那么在一个周期内平衡电路那么在一个周期内平衡电路I I，IIII在负载在负载R RL L上产生的上产生的电压

35、为：电压为： )()(4)()()(42121tutSgRtutStSgRuuudLdLLLL 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 0)(10)(1)(tututScc式中式中称为双向开关函数称为双向开关函数t tS (t)S (t)u uc c (t) (t)t t1 1-1-1第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 的付里叶级数展开式为：的付里叶级数展开式为：)

36、 t (S.5cos543cos34cos4)( ttttSccc tUtttgRucccdLL cos.5cos543cos34cos44 有有 的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率 ，性能更，性能更接近理想乘法器。接近理想乘法器。 Lu cn 12330 0- - 3+3+0 0- +- +经滤波后的输出电压：经滤波后的输出电压： ttURgtuLdL0coscos8)( T T2 2的次级输出电压为：的次级输出电压为：ttRUguuLcLmdLcoscos42 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.

37、3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 2.2.集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路实际应用中常使用集成模拟乘法器来实现各种调幅实际应用中常使用集成模拟乘法器来实现各种调幅电路。集成模拟乘法器调幅电路具有电路简单，性电路。集成模拟乘法器调幅电路具有电路简单，性能优越且稳定，调整方便，利于设备的小型化等优能优越且稳定，调整方便，利于设备的小型化等优点。点。 用集成模拟乘法器来实现调幅，只要将低频调制信用集成模拟乘法器来实现调幅，只要将低频调制信号电压和一直流电压叠加后，再与高频载波电压相号电压和一直流电压叠加后，再与高频载波电压相乘便能获得乘便能获得AMAM信号；低频调制信号电压直接与高频

38、信号；低频调制信号电压直接与高频载波电压相乘，便能获得载波电压相乘，便能获得DSBDSB信号；而利用带通滤波信号；而利用带通滤波器取出器取出DSBDSB信号的一个边带信号即得信号的一个边带信号即得SSBSSB信号。信号。 （1 1）MC1596MC1596构成的调幅电路构成的调幅电路X X通道两输入端通道两输入端8 8脚和脚和7 7脚直流脚直流电位相同，电位相同，Y Y通道两输入端通道两输入端1 1脚和脚和4 4脚之间接有调零电路。脚之间接有调零电路。 可通过调节电位器可通过调节电位器R RW W，使，使1 1脚电位比脚电位比4 4脚高脚高U Uo o，相当于，相当于在在1 1、4 4脚之间加

39、一个直流电压脚之间加一个直流电压U Uo o，以产生普通调幅波，以产生普通调幅波 实际应用中，高频载波电压实际应用中，高频载波电压u uc c加到加到X X输入端口，调制信输入端口，调制信号电压号电压u u及直流电压及直流电压U Uo o加到加到Y Y输入端口，从输入端口，从6 6脚单端输脚单端输出出AMAM信号。信号。 R R1 15151R R6 6R RW W50k50k2 21k1k3.9k3.9k1k1kC C2 2C C2 2u uo o- -E EE E= -8V= -8V6 69 94 41 17 78 8R Ry y3 3MC1596MC15965 51010E EC C=1

40、2V=12VR R4 4R R4 4R R5 5u ux xu uy yR R2 2R R3 3R R7 7R R8 8R R9 9C C2 2C C2 21k1k515151516.8k6.8k7507507507503.9k3.9k第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.1 5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.2 5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 1.1.集电极调幅电路集电极调幅电路R Rb bC Cb

41、 bVTVTC CC Cc cT T1 1T T2 2T T3 3L Li ibobo+ +u uc c- -+ +u u- -+ +E EC CU UC C(t)(t)i ic c电路中电路中C Cb b为高频旁路电容；为高频旁路电容；C Cc c对高频旁路，而对低频调对高频旁路，而对低频调制信号呈高阻抗；制信号呈高阻抗；R Rb b为基极为基极自给偏压电阻。自给偏压电阻。tUEtUCC cos)(集电极有效动态电源为：集电极有效动态电源为： tUtu cos)(放大器工作在丙类状态放大器工作在丙类状态 ，集电极电路中除直流电压，集电极电路中除直流电压E EC C外，还串有调制信号外，还串有

42、调制信号 。临界临界过压过压欠压欠压E EC Cu u( (t t) )U UC C(t)(t)i iC1mC1m( (t t) )+ +u uo o- -i ic cu uCECEE Ec cu u( (t t) )i ic c t ti iC1C1 t tU Uc c( (t t) ) t tu uBEmaxBEmax第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.2 5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 集电极调幅过程示意图第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5

43、.3.2 5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 2.2.基极调幅电路基极调幅电路VTVTT T1 1T T2 2L LC CL LB BC C1 1C Ce1e1C Ce2e2C CC CC C2 2C C3 3C C4 4C CR Re eR R1 1R R2 2E EC CU UBOBO+ +- -+ +u uc c- -+ +u u- -+ +u uo o- -U UB B(t)(t)i ic c在基极调幅电路中：在基极调幅电路中：L LC C高高频扼流圈，频扼流圈，L LB B低频扼流圈，低频扼流圈，C Ce1e1、C Ce2e2、C C2 2、C C3 3、C C4 4、C CC

44、 C 高频旁路电容，高频旁路电容，R Re e射极偏射极偏置电阻。置电阻。tUUtuUtUBOBOB cos)()(低频调制信号低频调制信号u u( (t t) )通过耦合电容通过耦合电容C C1 1加在电感线圈加在电感线圈L LB B上。电源上。电源E EC C经经R R1 1、R R2 2分压为基极提供直流偏置电压分压为基极提供直流偏置电压U UBOBO ，即基极有效动态偏压为：，即基极有效动态偏压为：第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.2 5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 基极调幅过程示意图u uBEmaxB

45、Emaxi ic cu uCECEu uCECE t ti ic1c1 t ti ic c t tu u( (t t) )临界临界过压过压欠压欠压U UBoBou u( (t t) )U UB B( (t t) )i ic1mc1m( (t t) )基极调幅电路工作在欠压状态，它的调幅效率较低，基极调幅电路工作在欠压状态，它的调幅效率较低，输出波形较差，但所要求基极输入调制信号的功率输出波形较差，但所要求基极输入调制信号的功率较小。较小。第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.3 5.3 振幅调制电路振幅调制电路 5.3.2 5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路 集电

46、极调幅与基极调幅的异同：集电极调幅电路工作在过压状态，它的调幅效率较集电极调幅电路工作在过压状态，它的调幅效率较高，输出波形较好，但所要求集电极输入调制信号高，输出波形较好，但所要求集电极输入调制信号的功率较高。的功率较高。第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频

47、端，解调过程是和调制过程相对应的，搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。不同的调制方式对应于不同的解调。振幅调制过程：振幅调制过程： 解调过程解调过程 AMAM调制调制 DSBDSB调制调制 SSBSSB调制调制包络检波：包络检波： 同步检波：同步检波： 峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅波解调的方法 1 1 检波电路的功能检波电路的功能 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解

48、调包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式，只适用于普通调幅波的解调。包络检波主要由非线性电路和低通滤波器两部分组成，根据电路及工作状态的不同，包络检波又分为峰值包络检波和平均包络检波。(1)(1)包络检波包络检波 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅波解调的方法 t t调幅波调幅波调幅波频谱调幅波频谱c c+ +c c- - c c输出信号频谱输出信号频谱包络检波输出包络检波输出t t 非线形非线形电路电路低通滤低通滤波器波器t t调幅波调幅波t t调幅波调幅波t t调幅波调幅波包络检波输出包络检波输出t t包络检波输出包络检波输出t t包络检波输

49、出包络检波输出t t第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调包络检波原理方框图 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅波解调的方法 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调(2)(2)同步检波同步检波由于由于DSBDSB和和SSBSSB信号的包络不同于调制信号，不能用信号的包络不同于调制信号，不能用包络检包络检 波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波器，只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而波过程中，为了正常解调，必须恢复载波

50、信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。相）。 乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器u uDSBDSBu u o ou u 乘积型包络检波器包络检波器 加法器加法器u uDSBDSBu u o ou u 叠加型第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅波解调的方法 2.2.检波电路的主要技术指标检波电路的主要技术指标 (1)(1)电压传输系数电压传输系数K Kd d 电压传输系数电压传输系数K Kd d是指检波电路的输出电压和输入高频是

51、指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。当检波电路的输入信号为高频等幅波电压振幅之比。当检波电路的输入信号为高频等幅波即即u ui i( (t t)=)=U Uimimcoscosc ct t时，时，K Kd d定义为输出直流电压定义为输出直流电压U Uo o与输与输入高频电压振幅入高频电压振幅U Uimim的比值，即的比值，即 当输入高频调幅波当输入高频调幅波u ui i( (t t)=)=U Uimim(1+(1+m ma acoscostt)cos)cosc ct t时，时，K Kd d定义为输出低频信号定义为输出低频信号分量的振幅分量的振幅U Umm与输入高频调与输入高频调幅波包络

52、变化的振幅幅波包络变化的振幅m ma aU Uimim的比值，即的比值，即 imodUUK imamdUmUK 因为检波器是非线性电路，因为检波器是非线性电路，R Ridid的定义与线性放大器是的定义与线性放大器是不相同的。不相同的。R Ridid定义为输入高频等幅电压的振幅定义为输入高频等幅电压的振幅U Uimim与与输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即输入端高频脉冲电流基波分量的振幅之比，即 1mimidIUR 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅波解调的方法 (2)(2)等

53、效输入电阻等效输入电阻R Ridid (3)(3)非线性失真系数非线性失真系数K Kf f 非线性失真的大小，一般用非线性失真系数非线性失真的大小，一般用非线性失真系数K Kf f表示。表示。当输入信号为单频调制的调幅波时，当输入信号为单频调制的调幅波时，K Kf f定义为定义为 UUUKf2322式中，式中，U U、U U22、U U33分别为输出电压中调制信号分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的有效值。的基波和各次谐波分量的有效值。 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.1 5.4.1 调幅波解调的方法调幅

54、波解调的方法 (4) (4) 高频滤波系数高频滤波系数F F 检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，检波器输出电压中的高频分量应该尽可能的被滤除，以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。以免产生高频寄生反馈，导致接收机工作不稳定。 高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅高频滤波系数的定义为，输入高频电压的振幅U Uimim与与输出高频电压的振幅输出高频电压的振幅U Uomom的比值，即的比值，即moim UUF 在输入高频电压一定的情况下，滤波系数在输入高频电压一定的情况下，滤波系数F F越大，则越大，则检波器输出端的高频电压越小，滤波效果越好。通常检波器输出端的高频电压越小，滤

55、波效果越好。通常要求要求F F(50100)(50100)。 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.2 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 二极管大信号包络检波一般要求输入高频已调波信二极管大信号包络检波一般要求输入高频已调波信号的振幅大于号的振幅大于0.5V0.5V，通常在，通常在1V1V左右。此时二极管工左右。此时二极管工作于导通和截止两种状态，可采用折线法分析。作于导通和截止两种状态，可采用折线法分析。1.1.大信号包络检波的工作原理大信号包络检波的工作原理 (1)(1)电路组成电路组成 它是

56、由输入回路、二极管它是由输入回路、二极管VDVD和和RCRC低通滤波器组成。低通滤波器组成。 Z ZL L+ +- -u ui iVDVDR RC C+ +- -u ui iR Ru ui i+ +- -C Cr rd dRCRC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号对低频调制信号u u来说，电容来说，电容C C的容抗的容抗 ，电，电容容C C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R R就作为检波器的负载，其两端就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压。产生输出低频解调电压。 RC1对高频载波信号对高频载波信号u uc c来说，电容来说，电容C C的容抗的容抗 ，电，

57、电容容C C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。除高频信号。 RC c1理想情况下，理想情况下，RCRC低通滤波网络所呈现的阻抗为低通滤波网络所呈现的阻抗为: : RZZZ)(0)()(cL第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.2 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.2 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 (

58、2)(2)工作原理分析工作原理分析 当输入信号当输入信号u ui i( (t t) )为调幅波时，那么载波正半周时二为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容C C充充电，充电时间常数为电，充电时间常数为r rd dC C；因为；因为r rd dC C较小，充电很快，较小，充电很快，电容上电压建立的很快电容上电压建立的很快, ,输出电压输出电压u uo o( (t t) ) 很快增长很快增长 。 作用在二极管作用在二极管VDVD两端上的电压为两端上的电压为u ui i( (t t) )与与u uo o( (t t) )之差

59、，之差，即即u uD D= = u ui i- - u uo o，所以二极管的导通与否取决于，所以二极管的导通与否取决于u uD D。 当当u uD D= = u ui i- - u uo o00，二极管导通；当，二极管导通；当u uD D= = u ui i- - u uo o0 U Uimim(1-m(1-ma a) )ttmUucaimi cos)cos1( U UR R第第5 5章章 振幅调制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.2 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 底部切割失真底部切割失真第第5 5章章 振幅调

60、制、解调及混频振幅调制、解调及混频 5.4 5.4 调幅信号的解调调幅信号的解调 5.4.2 5.4.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 显然，显然，R RL L越小，越小，U UR R分压值越大，底部切割失真越容易分压值越大，底部切割失真越容易产生；另外，产生；另外，m ma a值越大，调幅波包络的振幅值越大，调幅波包络的振幅m ma aU Uimim越大，越大，调幅波包络的负峰值调幅波包络的负峰值U Uimim(1-(1-m ma a) )越小，底部切割失真也越小，底部切割失真也越易产生。要防止这种失真，必须要求调幅波包络的越易产生。要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值