振幅调制和解调(4)讲稿

1、关于振幅调制与解调 (4)第一张，PPT共七十页，创作于2022年6月1一、基本概念信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号 正弦波 方波 三角波 锯齿波调制信号：由原始信号转换成的低频信号已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号 5.1 概 述调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。（基带信号）第二张，PPT共七十页，创作于2022年6月2二、调制的分类按调制信号分模拟调制按载波信号分连续波调制脉冲波调制振幅调制（简称调幅，AM）频率调制（简称调频，FM）相位调制（简称调相，PM）脉冲振幅调制(PAM)脉冲宽度调制(PWM)脉冲位

2、置调制(PPM)脉冲编码调制(PCM)（正弦波）本章以调制信号为模拟信号的连续波调制为例进行讨论，其结论也适合于数字调制数字调制第三张，PPT共七十页，创作于2022年6月3调制：由调制信号去控制载波的三参量（振幅、频率、相位）之一，使其随调制信号线性变化。三、调制与解调的方式 瞬时振幅：瞬时频率：瞬时相位：调幅：检波对应解调用 控制载波振幅调频：鉴频对应解调用 控制载波频率调相：鉴相对应解调用 控制载波相位第四张，PPT共七十页，创作于2022年6月45.2 振幅调制原理及特性5.2.1 普通调幅波 简称AM调幅波一、普通调幅波一般表达式载波信号：调制信号：普通调幅波振幅：普通调幅波信号：

3、ka由调幅电路决定 通过相乘实现！第五张，PPT共七十页，创作于2022年6月5二、单频调制 把调幅波振幅变化规律，即 称为调幅波的包络。1、表达式通常 调幅指数或调幅度，表示载波振幅受调制信号控制后改变的程度第六张，PPT共七十页，创作于2022年6月62、波形波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）的变化规律与调制信号波形一致（2）调幅度ma反映了调幅的强弱程度，可以看出：一般ma值越大调幅越深 ma=0时 未调幅ma=1时 最大调幅（百分之百）ma1时 过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免第七张，PPT共七十页，创作于2022年6月7百分百调幅波形过量调幅波形可见,调幅波并不是一个简单的正

4、弦波，包含有三个频率分量：3、频谱载波分量 ：上边频分量 ：下边频分量 ：不含传输信息含传输信息含传输信息第八张，PPT共七十页，创作于2022年6月8 调制信号c载波调幅波c +上边频c - 下边频特点:（1）调制过程是实现频谱线性搬移的过程（2）调幅波的带宽：第九张，PPT共七十页，创作于2022年6月94、功率载波功率：每一边频功率：故由于调幅波的平均总功率：当 ma = 1时，边频功率达到最大，但仅为Poav / 3 实际使用中， ma在0.11之间，平均值为0.3。可见普通调幅波中含有信息的上下边频分量所占的功率非常小，而不含信息的载波占绝大多数，因而调幅波的功率浪费大，效率低。第十

5、张，PPT共七十页，创作于2022年6月10三、多频调制第十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月11同样含有三部分频率成份载波分量 上边频带分量 下边频带分量 max c调制信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max 特点:（1）实现频谱线性搬移（2）调幅波带宽： 同单频调制，信息含于边频带分量中，载波不含有用信息，但载波占有很大能量。不经济。要抑制载波。最高调制频率通常第十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月125.2.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波一、双边带调幅波1、表达式DSB波：抑制了载波分量，只含上、下边带分量。单频调制时： 用载波

6、和调制信号直接相乘实现！无载波分量！2、频谱调制信号载波下边频上边频带宽：频谱只有 DSB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AM波。第十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月133、波形（1）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。包络线特点：（2）载波相位在调制电压零交点处要突变第十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月14二、单边带调幅波1、 表达式SSB波：只含一个边带分量单频调制时2、 频谱或单频调制的单边带调幅波的频谱为或 （1）频带只有双边带调幅波的一半，其频带利用率高3、特点 （2）全部功率都含有信息，功率利用率高第十五

7、张，PPT共七十页，创作于2022年6月15例1设某一广播电台的信号电压问：此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？解：电台的角频率为：频率为：调制信号的角频率为：频率为：第十六张，PPT共七十页，创作于2022年6月165.3 振幅调制电路在低功率电平时进行调制，因此它产生小功率的调幅波，然后由线性功率放大器放大，得到所要求功率的调幅波，一般用于发射机的前级。按输出信号功率的高低分：高电平调幅电路：低电平调幅电路：优点：整机效率高。设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。在所需的功率电平上进行调制，调制与功放合一，一般用于发射机的末级。一

8、般只能产生AM。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。第十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月175.3.1 低电平调幅电路主要电路：主要用途：可产生AM、 DSB 、 SSB二极管调幅电路 模拟乘法器调幅电路 单二极管开关状态调幅电路 二极管平衡调幅电路 二极管环型调幅电路 第十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月18开关频率 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，二极管的导通和截止将完全受大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。+-udidid一、单二极管开关状态调幅电路 (1)什么是开关状态(2)调幅原理+-ud第十九

9、张，PPT共七十页，创作于2022年6月19uc（t）为周期性的函数，可用傅立叶级数展开引入开关函数表示二极管的开关作用第二十张，PPT共七十页，创作于2022年6月20 c 2cB=2经带通滤波后可取出可得到AM信号第二十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月21+D1、D2都是在 的正半周导通，负半周截止，故其开关函数都是二、二极管平衡调幅电路ud1ud2i1i2+uL1_uLuL2+1:11:22:1第二十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月221:11:22:1 c+c-3c+3c-能实现DSB调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出i1i2i第二十三张，PPT共七十页，创作于2

10、022年6月23D1D32C2LRLT2D4D2T3T1 在平衡电路的基础上，再增加两个二极管D3、D4。电路中四个二极管首尾相接。（1）电路结构构成环形 三、二极管环形调幅电路则有 D1D2D3D4D1D3C2LRLT2D4D2T3T1+ -uc+ -uc+uL-u+-u+-u+-III设：第二十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月24（2）工作原理分析D3、D4的开关函数是D1、D2的开关函数是 ，第二十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月25那么在一个周期内平衡调幅电路I，II在负载RL上产生的电压为：3c- 3+c- +能实现DSB调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出第二十

11、六张，PPT共七十页，创作于2022年6月26四、模拟乘法器调幅电路(一)模拟乘法器的传输特性 模拟乘法器具有两个输入端（常称X输入和Y 输入）和一个输出端， 是一个三端口网络，电路符号如图所示： 理想的传输特性： 式中：K 为增益系数或标度因子，单位为 ，K 的数值与乘法器的电路参数有关。 第二十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月27(二)模拟乘法器的振幅调制原理-实现双边带调幅且改变UAB可改变ma -实现普通调幅波调幅 用于实现调幅的模拟乘法器有国产芯片BG314、XCC，国外芯片MC1496（1596）、AD630等。第二十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月28(三)模

12、拟乘法器的工作原理 i5为T1 、T2差分放大电路的恒流源。 总电路有两个单差分对管电路T1、T2 、T5和T3、T4、T6组合而成。i6为T3 、T4差分放大电路的恒流源。I0为T5 、T6差分对管的恒流源。1、双差分对管模拟乘法器的原理电路 输入信号ux加在两个单差分对管的输入端，uy加在T5和T6的输入端。i1i2i3i4i5i6ii第二十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月29式中，q为电子电荷；k为波耳兹曼常数；T为绝对温度。2 、T5和T6组成差分对管的电流电压关系同理第三十张，PPT共七十页，创作于2022年6月303、T1、T2和T3、T4组成的差分对管的电流电压关系第三

13、十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月31当输入为小信号并满足：-只有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用。4、输出电压第三十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月32I0/2I0/2RcRcVccT1T2T3T4T5T6Ry+ux-+uy- Ry取值应远大于晶体管T5 ,T6 的发射极电阻，即有 静态时，i5 =i6 = I0/2iIiII-uo+Iyi5i6 当加入信号uy时，流过Ry的电流为： 5、扩大uy的线性动态范围的措施 有使用射极负反馈电路Ry，可扩展uy的线性范围。第三十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月33 经输出端中心频率为 ，带宽为 的带通滤波器，则取

14、出的为DSB信号。 为大信号输入即 。根据双曲正切函数的特性，大信号条件下具有开关函数的特性第三十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月34MC1596调幅电路R1、R2、R3和Rc为管子提供静态偏压，8端为交流地电位；(四） 模拟乘法器MC1596调幅电路T7、T8和D构成镜像电流源。扩展u的线性动态范围载波调零电位器，可通过调节Rw，使 ，相当于在1、4脚之间加了一个直流电压Uo，以产生AM波 。第三十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月355.3.2 高电平调幅电路主要要求：兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好用途：产生普通调幅波主要电路：利用丙类谐振功放实现基极调幅集电极调幅

15、调制信号控制基极电源电压，工作于欠压区，效率较低，适用于小功率发射机。 调制信号控制集电极电源电压，工作于过压区，效率高。 根据调制信号接入方式的不同分为：第三十六张，PPT共七十页，创作于2022年6月36一 、集电极调幅电路（一）电路构成 分析时,将此电路看成高频功率放大电路: 集电极有效电源电压为：高频旁路电容它随调制信号变化而变化。第三十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月37（二）调幅原理 由图可知,在过压区, IC0 、Ic1m与VCCVCC成线性关系: 可见此电路可产生普通调幅波。要得到100%调幅，即第三十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月38（三）各功率和效率（

16、1）在载波状态即未调制时集电极效率：集电极损耗：载波输出功率:直流电源输入功率:第三十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月39（2）在调制最高点，即集电极效率：集电极损耗：输出功率:有效电源输入功率:第四十张，PPT共七十页，创作于2022年6月40（3）在调制信号一周内,VCT提供的功率 提供的功率平均直流输入功率:调制信号提供的功率：第四十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月41边频功率：集电极平均损耗：平均集电极效率：由调制信号提供，调制信号为功率源。第四十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月421）必须工作在过压区。2）在调制一周内的各平均功率都是载波状态对应功率的

17、倍。4）调制过程中效率不变。（等效率调制）3）在调制最高点的各功率都是载波状态对应功率的 倍。5）选管子时，应采用管子的允许损耗功率 。（4） 集电极调幅的特点第四十三张，PPT共七十页，创作于2022年6月43 基极有效电源电压为：二 、基极调幅电路（一）电路构成第四十四张，PPT共七十页，创作于2022年6月44线性区（二）调幅原理 由图可知,在欠压区的线性区， IC0 、Ic1m随VBB变化而变化， 可见此电路可产生普通调幅波。（1）必须工作于欠压区。（三） 基极调幅的特点（2）输入功率都由直流电源提供。（3）调制过程中效率是变化的。第四十五张，PPT共七十页，创作于2022年6月45从

18、调幅波中不失真地还原出原调制信号。一、检波电路的功能5.4 调幅信号的解调 从频谱上看，检波也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将调幅波的边频或边带频谱搬移到原调制信号的频谱处。5.4.1 检波概述第四十六张，PPT共七十页，创作于2022年6月46第四十七张，PPT共七十页，创作于2022年6月471、包络检波 二、检波电路的分类2、同步检波 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，只适合于普通调幅波的检波。 在检波器的输入端加一个与本地载波信号同频同相的同步信号实现检波，主要用于DSB调幅波和SSB调幅波的检波。三、检波电路的组成产生包含原调制信号的新频率成分取出原调制信号输入回

19、路非线性器件低通滤波器第四十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月48一、大信号检波的工作原理5.4.2 二极管大信号包络检波器（一）电路组成 +-uiDRC+-uiRui+-Crd由输入回路、二极管D和RC低通滤波器组成。 RC低通滤波电路的作用： （1）对低频调制信号u来说，电容C的容抗 ，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压 。（2）对高频载波信号uc来说，电容C的容抗 ，电容C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 第四十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月49（二） 工作原理分析 + uD -+-uoiduD= ui- uo

20、Ri充+-uoi放+-ui+-uiDRCui+-Crd 当输入信号ui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C充电，充电时间常数为rdC。因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压uo很快增长 。 作用在二极管D两端上的电压为ui与uo之差，即uD= ui- uo。所以二极管的导通与否取决于uD 。当uD= ui- uo0，二极管导通；ididi充i充i放i放+-+-当uD= ui- uoRC放电的速率产生惰性失真的原因：会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。 一般为了提高检波效率和

21、滤波效果，总希望选取较大的R、C 值，但如果R、C 取值过大，使R、C 的放电时间常数所对应的放电速度小于输入信号（AM）包络下降速度时，tui(t)与uo(t)uo(t)ui(t)避免产生惰性失真的条件： 在任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，即第五十八张，PPT共七十页，创作于2022年6月58设输入信号AM信号：电容C 通过R 放电，通过C 的电流为包络信号为：包络的变化率为：而流过R 的电流为第五十九张，PPT共七十页，创作于2022年6月59则有由于 为检波器输出电压则所以不产生惰性失真的条件为：为避免产生惰性失真，必须保证A值取最大时仍有故令:第六十张，PP

22、T共七十页，创作于2022年6月60即：可解得：有可见，ma、越大，包络变化越快，要求RC的值就应该越小。当 ，不失真条件变为4、负峰切割失真产生负峰切割失真的原因：+UAB -+-UR+u-CRLRDCcui+-AB第六十一张，PPT共七十页，创作于2022年6月61 Uim(1-ma) Ui m UR UR 此电压在Cc上恒定，通过分压，在R上有： 由于UR对检波二极管D来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。 在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR ,当UR Uim(1-ma)，二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生负峰切割失真。第六十二张，PPT共七十页，创作于2022年6月62避免产生负峰切割失真的条件：输入调幅波的包络的最小值Uim(1-ma)必须大于或等于