振幅调制与解调原理详解.

1、Chapter 6 调幅、检波与混频调幅、检波与混频-频谱搬移电路频谱搬移电路非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频率不同性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频率不同的信号。的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线将信号频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。电路。6.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性非线性器 件主振带通f0,

2、 2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(a) 调幅原理调幅原理中放来非线性器 件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(c) 检波原理检波原理非线性器 件本振带通fi, 2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif(b) 混频原理混频原理频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性2) 从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。所谓的线性频率变换。1) 它们的实现框图几乎是相同的，都是

3、利用非线性器件它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分量。滤除无用频率分量。3) 频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。决定，它们可以用乘法电路实现。频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性将要传送的信息装载到某一高频将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。载频信号上去的过程。高频振荡高频放大话筒声

4、音缓冲发射 天线倍频调制音频放大1.1.定义定义: :6.26.2振幅调制原理振幅调制原理调制2. 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 PWM脉冲调幅脉冲调幅 PAM编码调制编码调制 PCM调频调频脉位调制脉位调制 PPM调制可分为连续波调制和脉冲调制。调制可分为连续波调制和脉冲调制。3. 3. 调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发；从切实可行的天线出发；音频信号音频信号: 20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度: 3.75 3750km为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几

5、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14波长。波长。4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1c2c3. 3. 调制的原因调制的原因4可实现的回路带宽；可实现的回路带宽；基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。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: 535kHz1605kHz，BW=20kHz5

6、011000200kkfBW210200kkfBW2020k10k1000k100klowhigh3. 3. 调制的原因调制的原因4. 调幅的方法调幅的方法平方律调幅平方律调幅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集电极调幅基极调幅基极调幅发射极调幅发射极调幅多重调制多重调制平衡调幅平衡调幅环型调幅环型调幅1. 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单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号： tcosVv000调制信号：调制信号： tcosVv调调 幅信号（已调波）：幅信号（已调波）： t(t)cos Vv0

7、mAM由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有： ，式中，式中ak为比例常数为比例常数式中式中ma为调幅度，为调幅度， 0aaVVkm表示调制深度的量表示调制深度的量, 0ma1tVkVtVamcos)(0ttmVttVVkV（t）：VaaAM00000cos)cos1(cos)cos1(即tcos)tcosm1(Vv0a0AM )tcosm1(V)t(Va0m tVv000cos tVv cos)m1(VVaomax oV)m1(VVaomin 1ma 1ma ominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m2. 2. 普通

8、调幅波的波形图普通调幅波的波形图 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最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1m)(1m0maaa调制信号的变化和己调波在时域上的表现调制信号的变化和己调波在时域上的表现(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致；调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致；波形特点：波形特点：(2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度;tov(a) 调制信号调制信号v oVm axt(b)已调波形已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形由非正弦波调制所得到的调幅波形若调制信号为非对称信号，如图所示，若调

9、制信号为非对称信号，如图所示，则此时调幅度分与上调幅度则此时调幅度分与上调幅度m ma a上上和下调幅度和下调幅度m ma a下下 omin0aoomaxaVVVmVVVm下上3. 3. 调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽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tcos) tcosm1 (V) t (oaovt )cos(Vm21t )cos(Vm21tcosVooaooaoo 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频频带宽度频带宽度B=2 单音调制的调幅波的频谱单音调制的调幅波的频谱 nn0nnn0n00nn0nn0n000nnn0AMt )cos(m21t )

10、cos(m21tcosVt )cos(m21t )cos(m21tcosVtcostcosm1VV 信号带宽信号带宽max2B 0 限带信号限带信号(多音频的调制信号多音频的调制信号)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，成为对称排列在载波频率两侧的上、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，幅度均等于下边频，幅度均等于 含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上

11、上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(000 调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：oaVm21o 0+max上边带0-max下边带max对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度的频带宽度 B=2 或或B=2F ( =2 F)， 对于多音频的调制信号，若其频率范围是对于多音频的调制信号，若其频率范围是Fmin-Fmax，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍 。 )HZ)(2(2F2Bmaxm

12、axAM已调幅波已调幅波的频带宽度的频带宽度 如果将普通调幅波输送功如果将普通调幅波输送功率至电阻率至电阻R上，则载波与两个边上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：频将分别得出如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtoaocos)cos1 ()(v载波功率载波功率:RV21P2ooT上边频或下边频上边频或下边频: :oTaoaSBSBPmRVmPP2221412121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oT2aDSBoTAMP)m211 (PPP4. 4. 普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系00002Vma02Vma0

13、0V载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调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。幅波功率的绝大部分。当当ma1时，时，PoT(2/3)PAM ；当当ma0.5时，时，PoT(8/9)PAM ； 从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是量才实际地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，不反映调制信号的变化规律。起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。oTaDSBoTAMPmPPP)211 (24. 4. 普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系 例6-1

14、 已知已调幅信号的频谱图如图所示。已知已调幅信号的频谱图如图所示。2V0.3V0.3V1031000.1f(kHz)999.9 1) 1) 写出已调信号电压的数学表达式：写出已调信号电压的数学表达式： 2) 2) 计算在单位电阻上消耗的边带功率计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及已调波的频带宽度。和总功率以及已调波的频带宽度。 解：解：1) 1) 根据频谱图知根据频谱图知3 . 023 . 021aooamVVVVm因此因此 2) 2) 载波功率载波功率 )W(2221RV21P22oOT双边带功率双边带功率 )W(09. 023 . 021Pm21P2oT2aDSB总功率总功率 )W(

15、09. 209. 02PPPDSBoTAM 已调波的频带宽度已调波的频带宽度 200F2BAM(Hz) )(102cos)102cos3 . 01(2)(62VtttVAM1. 1. 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。率，可以不发送载波，而只发送边带信号。 这就是抑制载波的双边带调幅波这就是抑制载波的双边带调幅波(DSB AM)其数学表达式为其数学表达式为t )cos(Vm21t )cos(Vm21) t (VooaooaDSBttVmtVooa

16、DSBcoscos)( 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即maxDSBF2B抑制载波的双边带调幅波的波形与频谱抑制载波的双边带调幅波的波形与频谱tV cosDSB信号的包络正比于信号的包络正比于调制信号 载波o 上边频 下边频功率:oTaAMPmP2212. 单边带调幅波单边带调幅波 上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。t )cos(Vm21) t (Vooat )cos(V

17、m21) t (Vooa其表达式为：其表达式为： 或或maxSSBFB其频带宽度为：其频带宽度为：上边频 下边频单边带调幅波的波形单边带调幅波的波形tVv000cos tVv cost )cos(Vm21) t (Vooa 下边频单边带调幅波的频谱单边带调幅波的频谱电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波tcos) tcosm1 (V0a0载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波tcostcosVm00a单边带信号单边带信号t )cos(V2m00a00(cos() )2amVt或波形图波形图 频谱图频谱图0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信号信号带宽带宽)2( 2)2( 2()

18、20-0+表表6-1 三种振幅调制信号三种振幅调制信号tvo3. 3. 残留边带调幅残留边带调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a) 广播电视台系统发端滤波器特性广播电视台系统发端滤波器特性 (b) 电视接收系统中频滤波器特性电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅残留边带调幅(记为记为VSB AM)它在发射端发送一个完整的它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤这样它既保留了单边带调幅节省

19、频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，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器件来完成频率变换。也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。带通v AM(t)ov(t)V0(t)(a) 普通调幅波实现框图普通调幅波实现框图 v(t)vDSB(t)vo(t)(b) 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波v(t)v DSB(t)带通v SSB(t)v o(t) 0+或0(

20、c) 单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图原理框图如下：原理框图如下：6.3.1概述概述6.3振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路高电平调幅电路高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。况下进行调制。低电平调幅电路低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：按调制电路输出功率的高低可分为：1. 简单的二极管调幅电路简单的二极管调幅电路 + C L R +

21、 vo v + vo + vD i 二极管调幅电路二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在通过二极管非线性特性的变换，在电流电流i中产生了各种组合频率分量，中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于将谐振回路调谐于(0+ )，便能取出和的成分，这便是普通调，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。幅波。(1) 平方律调幅平方律调幅二极管信号较小时的工作状态二极管信号较小时的工作状态3D32D2D10vavavaaitcosVtcosVc000Dvvv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6.3.2低电平调幅电路低电平调幅电路

22、 利用三角公式展开，并分类整理，可得利用三角公式展开，并分类整理，可得 tcosVtcosV0010aai t2cos1V21tcostcosVVt2cos1V2120000202a t3costcos3V4100303a t2cos21t2cos21tcosVV230020 t2cos21t2cos21tcosVV23000220t3costcos3V413 0300320020010)coscos()coscos()coscos(tVtVtVtVtVtVaaaai)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVa

23、VaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa203331234320020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。非线性器件工作在满足平方律的区段。0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2

24、033312343经分类整理可知：经分类整理可知： 是我们所需要的上、下边频。是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为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有害的分量是 项。项。020cos21 )(coscoscos)(1210002001tVaaVatvttVVatVatv经滤波后平方律调幅器数学表达式经滤波后平方律调幅器数学表达式: :平方律调幅器的调制度：平方律调幅器的调制度：Vaama122 ( 2).( 2).平衡调幅器平衡调幅器 平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对

25、称连接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生制器是产生DSBDSB和和SSBSSB信号的基本电路。信号的基本电路。+D1Tr11:12+vv+vD2+D2Tr3Tr221:1voviLi1i2vD1i1i2+vvRDD2RD2RL2RLvo 单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。平衡调制器原理图及其等效电路平衡调制器原理图及其等效电路如果要获得抑制载波的双边带信号，

26、观察输出如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式电流表示式20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai120020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai2总的输出电流总的输出电流总的输出电压总的输出电压21iiiRo21iiv0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343平衡调幅电路平衡调幅电路 (2)普通调幅波的高频振

27、荡是连续的，可是双边带调幅波在调普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180 的突变，这的突变，这是因为双边带波是由是因为双边带波是由v0和和v 相乘而产生的。相乘而产生的。（1）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难；映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难； 平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是Tr1和和Tr2

28、对中心抽头来说必须严格对称，对中心抽头来说必须严格对称，D1，D2两管的特性完全相两管的特性完全相同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压就会泄漏到输出端。就会泄漏到输出端。抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：tvo平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形平衡开关调幅器平衡开关调幅器 在大信号情况应用时，依靠二极管的导通和截止来实现频在大信号情况应用时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。率变换，这时二极管就相当于

29、一个开关。 满足满足 的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。 VV0输出调幅波有用电流分量输出调幅波有用电流分量tvo平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形tsctcoVgiD00s20) t (S) t (SRRDLDDavvit3cos32tcos221) t (S00 t3cos32tcos221) tcosVtcosV(0000ai t )cos(t )cos(V) t2cos1 (VtcosV21tcosV21000000a t )3cos(t )3cos(V t2cost4cos3V000000 1.1.单管开关调幅器单管开关调幅

30、器vvvvvv02D01D令二极管导通时的电导DDR1g故通过二极管的电流为： )(11tSgDDvi)t(Sg2DD2vi) t (Sg2D21Lviii将) t (S和tcosVmv代入，得输出电流为 t3cos32tcos221tcosVg200mDLi tcost )cos(Vg2tcosVg00DD )t (3cos(t )3cos(V3g200D 1.1. 平衡开关调幅器平衡开关调幅器ttvo电流波形电压波形) t (Sg2D21LviiiTrv0+vC32/5p+D2vD2D1vD1C2i1i2R32.2k4747R1R2vout2/5pC10.01v0v0平衡调幅器的一种实用电

31、路平衡调幅器的一种实用电路 电路中电路中C1C1接地为边带信号提供交流通路；接地为边带信号提供交流通路；R1R1和和R2R2配合电位器配合电位器R3R3来平衡二极管正向特性的不对称；来平衡二极管正向特性的不对称；C2C2和和C1C1的作用是平衡二极管反向工作时结电容的不对称。的作用是平衡二极管反向工作时结电容的不对称。调制电压单端输入，边带信号经调谐于载频的回路单端输出，调制电压单端输入，边带信号经调谐于载频的回路单端输出， +Tr11:12+vv+vD2+D2Tr3Tr221:1viLi1i2vD1vo3. 3. 环形调制器环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加在平衡调制器的基础上，再增加两

32、个二极管，使电路中两个二极管，使电路中4 4个二极管首尾个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。相接构成环形，这就是环形调制器。D1Tr1Tr2iLD4D321:1v021:1v RLvv +v0+v +D2环行调制器原理图环行调制器原理图 D1 Tr1 Tr2 i1 21:1 v0 21:1 RL + v + + D2 v i2 iL1 Tr1 Tr2 i3 21:1 v0 21:1 RL + v + + v i4 iL1 iLK D4 D3 (b) (a) 环型调制器等效电路环型调制器等效电路环形调制器输出电流的有用分量环形调制器输出电流的有用分量:= gDVcos(0)t+cos(0

33、)t0i4 振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频 分量，分量，因而获得了广泛应用。因而获得了广泛应用。iL=iL1+iL2)(2211tSgDLviii)(2432tSgDLviii)(421tSgDLLLviii调节直流电压调节直流电压V VDCDC的大小，可以改变调幅系数的大小，可以改变调幅系数m ma a的值。的值。) t () t (k) t (210vvv t )cos(t )cos(VkV21tcostcosVkV) t (000000v)(tV) t (V0) tcosVV( tcoskV) t (DC000vtVkVtVkVtVkVm

34、DC)cos(21)cos(21cos000000模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为如果如果v v1 1(t)(t)为高频载波为高频载波 ，v v2 2(t)(t)为低频调制信号为低频调制信号则输出电压则输出电压如果在调制信号如果在调制信号v v2 2(t)(t)上叠加一直流电压，则可以得到普通调幅信号的输出上叠加一直流电压，则可以得到普通调幅信号的输出抑制载波的双边带调幅信号。抑制载波的双边带调幅信号。4. 模拟相乘器调幅电路模拟相乘器调幅电路 (1) 普通调幅电路普通调幅电路+15V10k5.1kvovcvxosv48912BG314C带通滤波器V

35、+voutL用BG314实现普通调幅) t (v 叠加在调制信号叠加在调制信号 上的直流电压上的直流电压V V0 0是通过电源电压是通过电源电压(+15V)(+15V)和电和电阻阻(10k(10k ) )、可变电阻、可变电阻(5.1k(5.1k ) )获得的。调节可变电阻即可改变获得的。调节可变电阻即可改变m ma a值，值，应使应使m ma a1 max，上、下边带之间的距离很近，要想通过，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。FBM1音频1BM22BM33强放f2+f1+Ff1Ff1+F

36、f2(f1+F)f2(f2+f1+F)OSC1OSC2OSC3f1f0+Ff1+f2+f3+F=f0+Ff2f3实际滤波器法单边带发射机方框图实际滤波器法单边带发射机方框图 必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。许的。问题：问题：为什么不用倍频的方法来提高单边带的载波频率为什么不用倍频的方法来提高单边带的载波频率? 低放 环形 调幅器 上边带滤波

37、器 0.33kHz 语言信号 I路 I 100kHz 100kHz 相加 网络 环形 调幅器 LC 滤波器 平衡 调幅器 LC 滤波器 强放 I 100.3 103 97 99.7 kHz 100kHz 环形 调幅器 低放 语言信号 II路 下边带 滤波器 100kHz II I II 100kHz 频率 合成器 下边带 353kHz 706kHz 1412kHz 17533253kHz 36066606kHz 731213312kHz 100kHz kHz II I I II II I 253 353 453 253kHz 1500kHz 1.53MHz (间 隔1kHz) 36MHz (间

38、 隔2kHz) 612MHz (间 隔4kHz) II 0.33kHz I II (2) 相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示 调制信号 V0sint 调制信号 90移相网络 载波 90 移相网络 平 衡 调幅器 A 平 衡 调幅器 B V0cos0t v 2=Vcostcos0t V0sin0t V1=Vsintsin0t 合 并 网 络 v3 单边带 输 出 载 波 振荡器 V0cost 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图 图中两个平衡调幅器的调图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是制信号电压

39、和载波电压都是互相移相互相移相90。)tcos()tVcos(0021 sinsin01ttVv)cos()cos(21 coscos0002ttVttVv因此，输出电压为因此，输出电压为t )cos(KV)(K0213vvv这种方法原则上能把相距很近的两个边频带这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。但这种方法要求调制信号的移相网络和载但这种方法要求调制信号的移相网络和载波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地移相移相90。这一点在实际上是很难做到的。这一点在实际上是很难

40、做到的。(3) 修正的移相滤波法修正的移相滤波法 BM1 v1= vv 低通 滤波器 BM3 90移相 网络 v=cos1t BM2 低通 滤波器 BM4 v2= vv v=sin1t 音频 振荡器 BM-平衡调幅器 音频输入 V(t)=sint 90移相 网络 v0=cos2t v0=sin2t 载波 振荡器 合并 网络 v3v4 SSB输出 v1=sint sin1t v1=cos(1)t v3= v0v2 =sin2t cos(1-)t v2=sint cos1t v2=sin(1)t v4=v0 v2=cos2t sin(1)t 这种方法所需要的这种方法所需要的90移相网络工作于固定频

41、率移相网络工作于固定频率 1与与 2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。设备，是一种有发展前途的方法。t )sin(12高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号制信号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Vcm来实现来实现调幅的。调幅的。VCC对工作状态的影响对工作状态的影响过压欠压0临界VCC1cmI0cIcmV欠压过压0临界Vbm1cmI0cIBZBBbmVVVcmVVbm对工作状态的影响对工作状态的影响6.

42、3.3高电平调幅电路高电平调幅电路根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 vb(t) + + VcT + VBB + Vc(t) + vCE vBE + L C vc v + 集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号调制信号 经低频变经低频变压器加在集电极

43、上，并与直流压器加在集电极上，并与直流电源电压电源电压VcT相串馈。相串馈。高频载波高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器经高频变压器加在基极回路中。加在基极回路中。tcosvviCiC1) t (v ccV临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）集电极调幅应工作在过压区集电极调幅应工作在过压区oebtVBvItebo(a) 基 极 电 压oVcVcttVcVcvc(b) 集 电 极 电 源 电 压 VCootiootIcic(c) 集 电 极 电 流 icictoto(d) 回 路 电 压 vc(或 电 流 ik)toecVcTtoec(e) 集 电 极 一 发 射 极 之 间 的 电 位

44、差vcvcoiBtoiBt(f) 基 极 电 流 iB集电极调幅电路波形图集电极调幅电路波形图集集电电极极调调幅幅应应工工作作在在过过压压区区集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1) 集电极有效电源电压集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率供给被调放大器的总平均功率)m211(PP2aTav2) 集电极直流电源集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为所供给的平均功率则为COTCTTIVPP3) 调制信号源调制信号源Vc 供给的平均功率供给的平均功率COTCT2aavcIV2mPPP4) 平均输出功率平均输出功率)m211 (P

45、P2aT0oav5) 集电极平均耗散功率集电极平均耗散功率2c211aCTavmPP输出信号为输出信号为: :Vc(t)=Vc(t)cos0t=VcT + v1cost cos 0tCTaVVm6) 集电极效率集电极效率T2aT2aoTavoavav)2m1 (P)2m1 (PPP故：故：2) 总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与VC 所供给，所供给，VCT供给用以产供给用以产 生载波功率的直流功率生载波功率的直流功率P=T，VC 则供给用以产生边则供给用以产生边 带功率的平均功率带功率的平均功率PDSB。1) 平均功率均为载波点各功率的平均功率均为载波点各功率的( )( )倍倍2am2

46、113) 集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的( )倍，倍， 应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCMPcav。2am2114) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功 率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5) 集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。直流功率：P在调幅峰处： Vmaxc = VcT(1+mamax0c=I (1+mamax1c=Iamax= Vmaxc.

47、Imax0c=P(1+ma)2输出功率：Pmaxo=21VmaxcImax1c=PT0(1+ma)2集电极耗散功率：Pmaxc=Pmax-Pmaxo=PcT(1+ma)2集电极效率：avTPopPopmaxmaxmax )(1+m ).2. 基极调幅电路基极调幅电路 C vb(t) Vcc + L + VBT vb + + + VB(t) Vcc vc(t) 基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电与集电极调幅电路同样的分析，可以路同样的分析，可以认为认为VB(t)=VBT+v (t)是放大器的基极等效是放大器的基极等效低频供电电源。低频供电电源。因为因为VB(t)随调制信号随调制信号v (t)

48、变化，如果要求放大器的输变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。变化。放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压、输出电压Vc(t)按基极供电电压按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。输出电压随调制电压变化的调幅。)t (v )t(vccicvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)基极调幅电路应工作在欠压区基极调幅电路应工作在欠压区V VBEBEV VCECE6.4.1概述概述振幅解调振幅解调

49、(又称检波又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于因此，检波器也属于频谱搬移电路。频谱搬移电路。6.4振幅解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路中放来非线性器 件低通 Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f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

50、中检出包络信息，只适用于，只适用于AM信号信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RCRC低通滤波器。其如下图所示低通滤波器。其如下图所示 解调输出 载波信号 v0(t)=cos0t v(t) 调幅信号 vs(t) 低 通 滤波器 包络检波包络检波同步检波同步检波检波器分类检波器分类: :平方率检波平方率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 中放来 非线性 器 件 低通 Fmax 到低放 高频 信号源 载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制的已调波解调原理解调普

51、通调幅波组成原理框图解调普通调幅波组成原理框图 输入电压为输入电压为v1，输出电压为，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，则检波前后的波形如图所示，输出电压输出电压v2是已恢复的原调制信号。是已恢复的原调制信号。检波器v1v2vittt输入高频等幅波则输出是直流电压输入信号是调幅波输出为原调制信号输入脉冲调制波输出为脉冲信号vottt检波前后的波形图 串联式二极管（大信号）包络检波器如图串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)(a)所示。图中的所示。图中的R RL L、C C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求检波

52、器的输入信号大于检波器的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信号检波器。，所以称为大信号检波器。 二极管（大信号）峰值包络检波器二极管（大信号）峰值包络检波器C+vRL+充电放电(a)iDviC+vRL(b)vcvi+ RLC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号号一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足故必须满足LoRc1LmaxRC1及及 1. 工作原理工作原理 串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。 大信号的检波的原理大信号的检波的原理: :主要是利用二极管

53、的单向导电特性和主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载检波负载RCRC的充放电过程来完成调制信号的提取。的充放电过程来完成调制信号的提取。 o vi t vc t1 t2 C + + v RL + + 充电 放电 i D vi vc Cc cosicVv tVmVtmVvviaiaiiccoscoscos cos)cos1 (cos若输入信号为等幅波时则电容若输入信号为等幅波时则电容C上的输出电压为上的输出电压为若输入信号为调幅波时则电容若输入信号为调幅波时则电容C上的输出电压为上的输出电压为coscos iaVmv若输入信号为调幅波时则输出电压为若输入信号为调幅波时则输出电压为输出电压振幅

54、为输出电压振幅为cos iaVmV2. 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)iadVmVK 输入调幅波包络振幅输入调幅波包络振幅 检波器的音频输出电压检波器的音频输出电压另外：另外： cosKd -电流通角电流通角3dRR3R -检波器负载电阻检波器负载电阻Rd -检波器二极管内阻检波器二极管内阻当当RRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接近接近于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。2)等效输入电阻等效输入电阻RidVim - 输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim - 输入高频电流的的基波振幅输入高频

55、电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。dimdimimimidKRRVKVIVR2/22/RRid 即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。通常通常1Kd因此因此0ddimI2) t(d1) t(tdcos1Iii负载负载R R两端的平均电压为两端的平均电压为K Kd dV Vimim，因此平均电流因此平均电流 R/VKIimd03)失真失真 惰性失真惰性失真ovitvc

56、t1t2惰性失真惰性失真原因原因:由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容 C上的电荷不能很快地上的电荷不能很快地随调幅波包络变化随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。不产生失真的条件不产生失真的条件:为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。 也就是要求也就是要求dtdcvdtVdi 或写成或写成 a2amaxmm1RC在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。现象现象:

57、dtdcvRCvc= =tsinVmdtVdimaim负峰切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代代表下级电路的输入电阻。表下级电路的输入电阻。+vC+RRgVCCcviD考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求gcRC1在检波过程中，在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：imgRVRRR

58、V 对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。VimOvVRmaVim负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度调幅波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VRimgaimVRRR)m1 (VRRRR/RRRRmggga即：即：现象现象:原因原因:不产生失真的条件不产生失真的条件:21R10151R68010kR4C32082kR36V中放级中放末线回路至低放D2AP95100pC1R1C2R24.7kCd+305100pR5C4C5 实际电路中，为

59、防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，即将即将R R分为分为R R1 1和和R R2 2两部分，如图所示，通常选用两部分，如图所示，通常选用 D D选用点接触型锗二极管选用点接触型锗二极管2AP92AP9（R RD D 100100 ），），R R1=6801=680 ，R R2=4.7k2=4.7k R R4 4C C3 3构成低通滤波器。构成低通滤波器。C C3 3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制

60、该级增益。如果输入信号强，号强，C C3 3上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。输出电压下降。为了更好地滤波，也将负载为了更好地滤波，也将负载电容分成电容分成C C1 1和和C C2 2两部分。两部分。 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C 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。