通电-通信电路

1.信号的放大：

高频小信号放大高频功率放大2.信号的产生：振荡器3.信号的变换：倍频器，变（混）频器调制器：调幅、调频、调相解调器：检波、鉴频、鉴相通信电子电路的主要内容5.1概述5.2

调幅信号的分析5.3调幅波产生原理的理论分析5.4

普通调幅波的产生电路5.5

普通调幅波的解调电路5.6抑制载波调幅波的产生和解调电路

第5章振幅调制与解调（1）调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。

定义：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：需要传输的信号（原始信号）语言图像

密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）（2）解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。5.2调幅信号的分析5.2.1普通调幅波（AM）1.普通调幅波的表达式、波形

普通调幅方式是用低频调制信号去控制高频正弦波（载波）的振幅，使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。ma：调幅度（1）表达式（2）调幅信号波形波形特点：a.调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致。b.调幅度ma反映了调制的强弱程度。调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：

2.调幅波的频谱和带宽

Ω调制信号ωc载波调幅波ωc

+Ω上边频ωc

-Ω下边频占有的带宽BW=(ωc+Ω)_(ωc-Ω)=2ΩΩmaxωcω限带信号ω

c载波ω调幅波ωc-Ωmax下边频带ωc+Ωmax上边频带ΩmaxΩmaxΩmaxBW=2Ωmax3.调幅波的功率载波和上、下边频的平均功率分别为：

调幅信号总平均功率为:例：一调幅发射机的平均输出功率P0=100W，平均调制系数Ma=0.3，其载波功率和边带功率各为多少？例：P0=100W，Ma=0.3，其载波、边带的功率各是？有用信息只携带在边频中，不携带信息的载波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。但AM波调制方便，解调方便，便于接收。4.普通调幅波的特点

（1）在时域中，若ma≤1，普通调幅波的包络将不失真的反映调制信号的变化规律。f(t)1-1f(t)1-1（2）在频域中，普通振幅调制是不失真的将调制信号的频谱搬移到载波的两端，边带和调制信号的频谱结构相同，下边带与上边带关于载波频率镜像对称，已调波的频带宽度是调制信号最高频率的两倍。（3）调幅波的平均功率P=Pc+2P1，功率利用率低。

在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就形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。若调制信号为单一频率信号，则5.2.2抑制载波双边带调幅（doublesidebandDSB）１.数学表达式2.波形、频谱及特点（1）

DSB信号的包络不再反映调制信号的形状。调制信号载波上边频下边频（2）

DSB信号的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波与原载波反相。（4）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。（3）占用频带单边带（SSB）信号是由双边带调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。5.2.3抑制载波单边带调幅（singlesidebandSSB）1.SSB信号的性质

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。

上边带信号下边带信号Ωmaxω限带信号下边频带信号ωωc+Ωmaxωc-Ωmaxωc载波ωc-Ωmax上边频带信号ωωc+Ωmax（1）在时域中，单音调制时的单边带调幅波的波形为一等幅波，其振幅包络已不再反映调制信号的变换规律。2.单边带调制的特点：（2）在频域中，单边带已调波的频谱只是一个边带，频谱宽度比普通调幅波和双边带调幅波的频谱宽度降低一半。（3）使用得最广泛，但调制与解调设备较复杂。调幅实现了两个信号的相乘，产生了输入信号频谱中没有的频率分量，是一个频率变换电路。

频率变换功能必须由非线性元器件实现，非线性元器件在产生所需要的频率分量时，还会产生一些不需要的频率分量，如何使其最少化？对非线性器件该采用哪些分析方法？5.3调幅波产生原理的理论分析QUdmuDiDOiduS非线性元件的特点

二极管：正向工作特性按指数规律变化，反向工作特性与横轴非常接近。

电压和电流波形不相同，用傅里叶级数将电流展开，频谱中除基波外，将包含谐波及直流成分。

例：设非线性电阻的伏安特性是：

u=u1+u2=Um1cosω1t+Um2cosω2t具有频率变换能力，不满足叠加原理。特点：元件特性（伏安特性、库伏特性等）不是直线。

非线性元件的分析方法（2）指数函数分析法（1）折线函数分析法（3）幂级数分析法（4）线性时变参量分析法

工程上有两种近似分析法：图解法和解析法。

在解析法中，要找到非线性元器件特性曲线的数学表达式（或用函数来逼近）。以晶体二极管为例介绍这几种分析方法

当输入电压较大时,晶体二极管的伏安特性可用两段折线来逼近。与前面分析晶体三极管的转移特性（ic与uBE)类似。（1）折线函数分析法（大信号）以晶体二极管（PN结）伏安特性为例进行讨论电流i的分段表达式：若u=UQ+Uscosωst:i=I0+I1mcosωst+I2mcos2ωst+…+Inmcosnωst+…用傅里叶级数将i展开:输出电流的频率分量可表示为：ωo=nωs

n=0,1,2,…晶体二极管的正向伏安特性可用指数函数描述为:（2）指数函数分析法（小信号）

利用指数函数的幂级数展开式：若u=UQ+Uscosωst,则:输出电流的频率分量仍可表示为：ωo=nωs

n=0,1,2,…

假设晶体二极管的非线性伏安特性可用某一个函数i=f(u)表示。此函数表示的是一条连续曲线。如果在自变量u的某一点处（例如静态工作点UQ）存在各阶导数,则电流i可以在该点附近展开:（3）幂级数分析法（函数连续，各阶导数存在）输出电流的频率分量仍可表示为：ωo=nωs

n=0,1,2,…当u=UQ+u1+u2,u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t时：

i中的频率分量ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2…输入信号各次谐波的各种不同组合,包含有直流分量。如果Um2<<Um1,则可以认为工作状态主要由UQ与u1决定,若在交变工作点(UQ+u1)处将输出电流i展开,可以得到：因为u2很小,可忽略u2的二次及以上各次谐波分量,简化为:i≈f(UQ+u1)+f′(UQ+u1)u2=I0(t)+g(t)u2其中I0(t)=f(UQ+u1),g(t)=f′(UQ+u1)（4）线性时变参量分析法若将I0(t)和g(t)的傅里叶级数代入i表达式，

可求得i中含有直流分量，

ω1的各次谐波分量以及|±nω1±ω2|分量(n=0,1,2,…)。与ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2…比较，减少了许多组合频率分量。

5.4

普通调幅波的产生电路三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以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。高电平调制：功放和调制同时进行。低电平调制：只调制。uo(t)=k(U直+uΩ)cosωctIN1：载波IN2:调制信号5.4.1低电平调幅电路5.4.2高电平调幅电路输入信号uc(t)=Uimcosωct输出LC回路调谐在ωc上=k[EC+uΩ(t)]cosωct只能工作在过压区，产生普通调幅波。则输出信号uo(t)=Ucmcosωct

固定丙类谐振功放的UBB、Uim和RΣ，在过压状态时,Ucm随UCC(t)近似线性变化。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。振幅调制的解调又称为检波。5.5

普通调幅波AM的解调电路

t调幅波检波输出t调幅波频谱ωc+Ωωc-Ωωcω输出信号频谱ΩωAM有两种解调方法：相干解调和非相干解调。非相干解调：利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换，实现解调。不需要本地载波作为相干信号，称为非相干解调。方法有小信号平方律检波和大信号包络检波。1.基本工作原理加在二极管上的正向电压为u=ui-uo。假定二极管导通电压Uj为零,且伏安特性为:②二极管导通时，电容充电，充电时间常数为rdC（rd为二极管导通电阻）；二极管截止时，电容放电，放电时间常数为RC。由于rd很小，因此一般有rdC<<RC。此电路有三个特点：①二极管导通与否，不仅与输入电压ui有关，还取决于输出电压uo。③电容C上的电压就是输出电压u0。5.5.2大信号峰值包络检波器+

uD-+-uouD=ui-uo+-ui+-uiVDRC因为rdC较小，充电很快，电容上电压建立的很快，输出电压uo(t)很快增长。

ui(t)达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，当ui(t)=uo(t)，即uD=ui-uo=0时，二极管截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电常数RC较大，放电较缓慢。

ui(t)uo(t)ui(t)与uo(t)ti充i放+-RC低通滤波电路的作用：

对uΩ开路，对uc短路。UDCuΩ(t)Δuctuo(t)检波器的实际输出电压为：uo(t)=uΩ(t)+UDC+Δuc当电路元件选择正确时，高频纹波电压Δuc很小，可以忽略，输出电压为：uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低频调制分量。

+uD-ui+-CVDR+-uo2.检波效率ηdui(t)tUo在ηd=1时，uo=Uim。输出ui(t)与uo(t)tui(t)uo(t)UDCuΩ(t)Δuctuo(t)

包络检波器常作为超外差接收机中放末级的负载，故其输入阻抗对前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响，这也是包络检波器的主要缺点。+-uo中放末级RsVDRCsCLsisRi+-ui

为了减小检波器对中放末级的影响，希望检波器有较大的输入电阻。若ui=Uimcosωct，uo为直流。根据功率不变原理（忽略VD和C的损耗）Ls、Cs并联谐振回路的谐振频率fo=106HzRs=20k，R=10k，C=0.01u，设检波效率为1求：等效输入电阻Ri？Ui=?U0=?3.输入电阻4.检波失真（1）对角线失真：来源于电容来不及放电调幅指数越大，调制信号的频率越高，时间常数RC的允许值越小。避免对角线失真的条件：为了取出低频调制信号，加隔直电容。（2）割底失真

通常Cc取值较大(一般为5～10μF)ui=Uim(1+macosΩt)cosωctηd=1时，uo=Uim(1+macosΩt)避免底部切割失真的条件：割底失真ui=Uim(1+macosΩt)cosωctηd=1时，uo=Uim(1+macosΩt)减小交直流负载之间的差别，能减小割底失真的产生。一是在检波器与下一级电路之间插入一级射随器（输入阻抗高）：

二是采用下图所示的改进电路,将检波器直流负载R分成R1和R2两部分：在实际电路中,有两种措施可减小交直流负载之间的差别。

通常R1/R2=0.1---0.2，以免输出到后级的信号减小太多。5.5.3普通调幅波同步解调（相干解调）电路同步解调（相干解调）：将调幅信号与一本地载波信号相乘，以得到调制信号分量。这个本地载波信号是在接收设备内产生的，并且与调幅信号中的载波相干，或者说是同步的，即本地载波和调幅信号中载波的频率相同，二者的相位也应相同或有很小的相位差。若同频同相：产生本地同步信号是相干解调的关键。普通调幅波中含有足够大的载波信号，因此本地信号可用一个中心频率为ωc的窄带滤波器直接从调幅信号中得到。

同步检波电路比包络检波电路复杂，而且需要一个同步信号，但检波的线性度好，

不存在对角线失真和割底失真问题。uo(t)=k(U直+uΩ)cosωctIN1：载波；IN2:调制信号5.6抑制载波调幅波的产生和解调电路1.DSB的产生由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成，如：2.

SSB的产生

(1)滤波法

有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法：上边带滤波器下边带滤波器乘法器

如Ωmin很小,则上、下两个边带相隔很近，用滤波器完全取出一个边带而滤除另一个边带是很困难的。（2）相移法

乘法器乘法器９00相移９00相移加法器减法器••••不需要复杂的滤波器，但在一个频带内都要得到90°相移不容易。（3）相移滤波法抑制载波调幅波的解调电路

由于双边带和单边带调幅信号的包络并不反映调制信号的变化规律，不能采用包络检波器，只能使用同步解调方法。若同频同相：DSB中不含固定的载波分量，为了在接收端恢复载波，可以采用非线性变换方法。将DSB信号进行倍频、滤波、再分频，可得到所需要的载频。3.DSB的同步解调若同频同相：在AM和DSB中，若同频不同相，相位差只影响解调幅度，不会导致失真。而在SSB中，会导致失真。所以在SSB中，对载波恢复的要求更严格。本地载波信号的恢复：（1）在发射SSB时加入导频信号；（2）在本地产生频率为ωc的振荡，当然不可能同频同相，实际上不属于相干解调，但只要频