振幅调制电路

1、关于振幅调制电路第一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月本章知识点及结构振幅调制电路振幅调制信号分析（数学表达式、频谱特征、功率） 振幅调制原理、实现方法振幅调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点第二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月第五章 振幅调制电路5.1 概述5.1.1 调幅信号的分析（重点）5.1.2 调幅波的功率5.1.3 抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号5.2 低电平振幅调制电路5.3 高电平振幅调制电路5.4 抑制载波单边带调幅波的产生第三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月第一节 概 述3. “调制”与“解调”的方式有哪些？2. “

2、调制”与“解调”的过程如何实现？1. 什么是“调制”与“解调”？回顾问题1第四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月1.“调制”与“解调”：调制（ modulation )解调（demodulation） 电信号通信中，实现低频信号远距离传输的一种主要方法。第五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月2.“调制”与“解调”的过程:控制调制解调低频信号高频信号（载波）载波的参数（如幅度、频率、相位）已调波还原低频信号装载卸载第六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月2.“调制”与“解调”的过程： 用被传送的低频信号去控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），实现低频信

3、号搬移到高频段。是调制的反过程。即：把低频信号从高频段搬移下来，还原被传送的低频信号。调制：解调：第七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月83.调制的方式:控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数已调波幅度调制（简称“调幅”，AM）频率调制（简称“调频”，FM）相位调制（简称“调相”，PM）幅度频率相位角度调制相角第八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月93.解调的方式：控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数调幅波幅度频率相位调频波调相波检波低频信号解调鉴频鉴相调幅波调频波调相波第九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月信号 载波信号（高频信号）： （等幅）高

4、频正弦波振荡信号 调制信号（低频信号）： 需要传输的电信号语言图像 数据已调(波)信号（高频信号）： 经过调制后的高频信号总结：（原始信号） 第十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月调制：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。调制与解调的类型：调制信号 可以是低频音频或视频等信号；高频载波信号 可以是正弦波、方波、三角波或锯齿波等信号。调幅 检波调频 鉴频调相 鉴相第十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月1、调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？2、为什么要通过调制来发送信号？回顾问题2第十二张，PPT共一百三十三页，创作于202

5、2年6月1、调制器在发射机中位置第十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月1、解调器在接收机中的位置第十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月2.为什么要通过调制来发送信号？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，电信号才能以电磁波形式有效辐射。 可实现的回路带宽 低频信号频率变化范围很大，很难做出参数在如此宽范围内变化的天线和调谐回路。 区别不同的音频信号 有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发射机有不同的载波频率）。第十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月调幅信号的分析(重点)调幅有三种方式： 含载波的普通调幅（AM）（重点） 抑制载波的

6、双边带调幅（DSB/SC-AM） 抑制载波的单边带调幅（SSB/SC-AM）第十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月一）调幅波数学表达式及波形特征如何？二）调幅波的频谱有什么特征？ 如何根据频谱计算频带宽度？三）如何计算调幅波的功率？问题：一 、普通调幅波的表达式、波形及其频谱第十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月1、AM波数学表达式调制信号载波信号的幅度控制载波信号调幅波的幅度已调信号(调幅波)第十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月单频调幅信号表达式：调幅指数（调幅度）调制信号载波信号AM波产生原理图从AM信号的表达式中，可以看出，要实现AM调幅，可用

7、右图的电路模型来实现调幅信号+常数第十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月一般，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 。若将 分解为： 则有 其中： 应用例1：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式第二十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月2、AM信号波形特征 波形特征： (1)调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致 (2)调幅波频率（即变化快慢） 与载波频率一致第二十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 波形特征： (3)调幅度ma反映了调幅的强弱程度一般ma值越大调幅越深： 不失真调制时有：第二十二张，PPT共一百三十

8、三页，创作于2022年6月注意：调制度ma的计算方法避免过调幅现象应用例2：已知调制信号波形如下图a所示，载波信号波形如图b所示，画出ma=1时的普通调幅波的波形。 第二十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月3、调幅波的频谱频谱分析的方法： 将调幅（电压）信号的数学表达式展开成 余弦（或正弦）项之和的形式，即(2) 以每一余弦（或正弦）项的频率 或 为横坐标上的点，其幅度 为纵坐标上 的点，画出频谱分布图。第二十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 调制信号c载波调幅波c +上边频c - 下边频（1）单频调制的普通调幅波的频谱第二十五张，PPT共一百三十三页，创作于20

9、22年6月结论：调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。 调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱之间的关系。第二十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月（2）多频调制的普通调幅波的频谱第二十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月同样含有三部分频率成份画出限带信号的调幅波频谱max c限带信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max 第二十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月4. 普通调幅波带宽(B, Bandwidth)（1）调制信号为单一频率（=2F）的正弦波，则 B=2Fmax即 已调波频谱所占频带

10、宽度（2）实际上，调制信号是包含若干频率分量的 复杂波 (F =FminFmax) -多频调制情况则 B=2F第二十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例1：第三十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例2：第三十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月解：画图方法：先求出调幅波包络线的最大值和最小值，由此画出包络线，然后画出调幅波波形。评注：包络线形状1分、包络线起点1分、包络线幅值1分，波形的密度1分，波形的起点1分。第三十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例3：分析：解：第三十四张，PPT共一

11、百三十三页，创作于2022年6月调幅波的功率计算方法：(设调幅波电压加于负载电阻R上）将调幅（电压）信号的数学表达式展开成余弦（或正弦）项之和的形式，即2. 第三十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月二 、普通调幅波的功率关系将普通调幅波u(t)加到电阻R两端，电阻R上消耗的各频率分量对应的功率为：载波分量上边频下边频(1) 载波功率：(2) 每一边频功率：(4) 调制一周内的平均总功率：(3) 边频功率：第三十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 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，因而调

12、幅波的功率浪费大，效率低。但AM波调制方便，解调方便，便于接收。如当100%调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的 ，只占用了调幅波功率的 ，而当 ,213121=maPc98PAM=(5)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： 第三十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月(6) 效率： 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，从能量观点来看，普通调幅波进行传送，不含信息的载波功率过大，是种很大的浪费。(7)普通调幅波的特点：第三十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例4：解：第三十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6

13、月 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，因而调幅波的功率浪费大，效率低。 抑制载波的双边带调幅波 （DSB/SC-AM）第四十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月三 、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2、频谱、带宽3、功率第四十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月抑制载波后(一)抑制载波的双边带调幅波(DSB)第四十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月432，频谱：1，数学表达式：由表达式可知，频谱只有带宽：B=2F第四十三张，PPT共一百三十三页，创作于202

14、2年6月3，波形：(1)其包络随调制信号变化，但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。(2)双边带调幅波在调制信号正半周，已调波与原载频同相，在调制信号负半周，已调波与原载频反相。也就是说双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变包络线第四十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 DSB波的产生原理图DSB信号的产生原理图 +常数AM波产生原理图第四十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月DSB信号的包络正比于调制信号的 绝对值 (2)DSB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。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，

15、而是既调幅又调相的信号。DSB波形特征(3)高频振荡的相位在u(t)=0瞬间有180o突变。结论1：第四十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月DSB波的频谱成份中抑制了载波分量调制信号载波上边频下边频DSB波频谱特征结论2：第四十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月max 限带信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max DSB波带宽即 已调波频谱所占频带宽度BDSB=2Fmax在频域上，DSB 与普通调幅波AM，所占带宽相同 。结论3：第四十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月DSB波功率比普通调幅波节省了发射功率，即不发

16、射载波。调制信号载波上边频下边频结论4：全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。第四十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 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（SSB）调制系统 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。第五十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月学习方法比较法 对SSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率进行分析及计算（二） 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中

17、取出其中的任一个边带部分而成。根据：第五十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月（二） 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）1、数学表达式2、调幅波的频谱3、调幅波的功率与普通AM波、DSB/SC-AM相比， SSB/SC-AM不同的地方。注意总结：第五十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月由通过边带滤波器提示一、数学表达式第五十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月上边带信号下边带信号可得第五十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月单边带调幅波（SSB）2，频谱：1，数学表达式：由表达式可知，频谱只有3，波形： 若调制信号为单一频率，则单边带

18、调幅波为等幅波。4，特点：(1)频带只有双边带调幅波的一半,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。第五十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月提示二总结： SSB/SC-AM波1. 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。2. 在频域上，所占带宽仅为一个边带的宽度，节约了频带。3. 但在电路实现上，单边带的产生和接收，比普通调幅波和DSB/SC-AM要复杂。第五十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月调制信号载波已调波调幅器小结：第五十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 特点调幅方式 优点缺点 应用

19、 普通调幅（AM） 发射机、接收机较简单，成本低。 发射机效率很低，能量浪费大，频带较宽。 中、短波无线电广播系统。 双边带调幅（DSB） 发射机效率较高。 发射机、接收机较复杂，且频带较宽。 实际应用很少。 单边带调幅（SSB） 发射机效率最高，频带节约一半。 发射机、接收机较复杂。 短波无线电通信中应用广泛。 小结：三种调幅方式的比较第五十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例5：解：1,从表达式可看出，各电压分别为第五十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月2,波形分别为：第六十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月3,频谱图分别为：第六十一张，PPT共一百

20、三十三页，创作于2022年6月 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Pav及频谱宽度BWAM综合例：第六十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月63四 振幅调制电路的功能功能：将输入的调制信号和载波信号通过电路转换为高频调幅信号输出。普通调幅波：双边带调幅波：单边带调幅波：第六十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月64五 、振幅调制电路的分类及要求(一)分为低电平调幅和高电平调幅两大类(二) 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波性能。

21、(三) 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VCC或VBB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。高电平调幅电路 发射机的最后一级，丙类功放低电平调幅电路 发射机功放的前级，线性功放第六十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月第六十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月66六 、振幅调制电路的基本组成原理(二) 集成模拟乘法器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。(一)振幅调制电路的输入频谱为 ，而输出频谱中必须有新的频率分量 。因而调幅电路必须是非线性器件组成，其特性必须含有载

22、波信号与调制信号相乘积项。(三) 具有平方率特性的二极管或场效应管，利用载波信号与调制信号相加 的乘积项中的 可产生 频率分量，也能用于调幅电路作为非线性器件。(四)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。第六十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月特点：电路简单，输出功率小 常用在双边带调制，低电平输出系统（如信号发生器）。第二节 低电平调幅电路一般用模拟乘法器和具有平方率特性的二极管产生 。第六十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 具有平方率特性的二极管，利用载波信号与调制信号相加uc+u的乘积项中的ucu 可产生 c 频率分量，也能用于调

23、幅电路作为非线性器件。用具有平方率特性的二极管产生调幅信号第六十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月用模拟乘法器MC1596(MC1496)产生 。第六十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月第二节低电平调幅电路一 、单二极管开关状态调幅电路(一)什么是开关状态 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。(二)调幅原理 原理图见图5-7(a),设u1(t)为小信号， u2(t)为大信号，则二极管D工作在u2(t)控制的开关状态。调制信号载波信号第七十张，PPT共一百三十三

24、页，创作于2022年6月 二极管相当于一个开关，等效电路见图5-7(b) D的正极与大信号u2(t)的正端相连，说明D在u2(t)的正半周导通。故当u2(t) 0时,二极管导通,二极管等效为导通电阻rd ;当u2(t) 0时,二极管截止。即有：第七十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月可以看出，电流中包含以下频谱成分：第七十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月即输出电流中包含：频谱图为：. 在输出端接一个中心角频率为c，带宽为2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。第七十三张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例1：解： D的正极与大信号u1(

25、t)的负端相连，所以D在u1(t)的负半周导通，开关函数为第七十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月可见输出电流的频谱中包含： 若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为 的带通滤波器，可取出 分量，可实现普通调幅波的调制。第七十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月1）电路和工作原理 如图5（a）所示, 它是由两个性能一致的二极管V1、V2及中心抽头变压器Tr2、Tr3接成平衡电路的，其中Tr3为高频变压器，初、次匝数比为21；Tr2为低频变压器，初、次匝数比为12 。图5 二极管平衡调幅器 Tr3载波Tr1Tr2+_u(t)u(t)（a）电路uc(t)V1_V2+_i1i

26、2 调制信号RLu0(t)i二、二极管的平衡调幅电路第七十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月77 此电路由上下两组单二极管调幅电路组成。其中LC并联谐振回路起带通滤波器的作用，中心频率为 ，带宽为 。 Tr3的一、二次绕组匝数比为2:1, 进行阻抗等效变换有：原理图如图5-9(a)：图5-9(a)又原边中心抽头,故等效电路如图5-9(b) 。图5-9(b) D1和D2的正极均与大信号uc(t)的正端相连，说明都是正半周导通，开关函数均为为第七十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月图5-9(b)则流过二极管D1的电流为流过二极管D2的电流为流过负载RL的电流为第七十八张

27、，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月 若在输出端加一个中心频率为 ，通带宽为 的带通滤波器，可取出 分量，实现双边带调幅(即平衡调幅)。输出电流中包含：图5-9(a)第七十九张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月80三 、二极管环形调幅电路(一)电路(图5-10(a)第八十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月(二)开关函数第八十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月单向开关函数: K(t)、K(t-)双向开关函数: K(t)-K(t-)第八十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月(三)调幅原理双向开关函数第八十三张，PPT共一百三十三页，创作于20

28、22年6月输出电流中包含：与平衡调幅器相比，环形调幅器抵消了 分量。即干扰频率减小 若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为 的带通滤波器，可取出 分量，实现双边带调幅(即平衡调幅).第八十四张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月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第八十五张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月例题：分析：本题目是要区分开关函数是 还是 ，同时要掌握在选顶电流方向的参考方向后，输出电流i与i1和i2的关系。解：开关

29、函数的确定方法是根据大信号uc(t)的正端与二极管D1的正极相连，说明正半周导通，开关函数为 。相反, uc(t)的负端与二极管D2的正极相连，说明负半周导通，开关函数为 第八十六张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月则流过二极管D1的电流为流过二极管D2的电流为流过负载RL的电流为第八十七张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月输出电流中含有： 若在输出端加一个中心频率为 ,通带宽为 的带通滤波器可实现普通波调幅。但不能实现双边带调幅。第八十八张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月单向开关函数: K(t)、K(t-)双向开关函数: K(t)-K(t-)第八十九张，PPT

30、共一百三十三页，创作于2022年6月(一)模拟乘法器的传输特性四、模拟乘法器调幅电路第九十张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月(二)模拟乘法器的振幅调制原理实现双边带调幅实现普通调幅波的调幅，且改变VAB可改变ma 第九十一张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io 基本电路结构 VT1，VT2，VT3，VT4为双平衡的差分对，VT5，VT6差分对分别作为VT1，VT2和VT3，VT4双差分对的射极恒流源。 1、双差分对管振幅调制电路 它由两个单差分对管电路组合而成，是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6（三）模拟乘法器调幅电路第九十二张，PPT共一百三十三页，创作于2022年6月其中UT=kT/qPN结热电压RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io 工作原理分析 根据差分电路的工作原理： 又因，输出电压：+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6当输入为小信号并满足： 而标度因子 Gilbert乘法器单元电路，只有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用，ux，uy 均可取正、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