调幅(高频)要点课件

Chapter9

振幅调制与解调§9.1频谱搬移电路的特性§9.2振幅调制原理§9.3振幅调制方法与电路§9.4振幅解调（检波）原理与电路1Chapter9振幅调制与解调§9.1频谱搬移电路1§9.1频谱搬移电路的特性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谱不同的信号。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电路。如下图所示(a)调幅原理(b)检波原理2§9.1频谱搬移电路的特性非线性电路具有频率变换22)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，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。(c)混频原理32)从频谱结构看，上述频率1)它们的实现框图几乎是相同的3§9.2振幅调制原理一、概述调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。4§9.2振幅调制原理一、概述调制是将要传4脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编码调制PCM)，脉冲调频(PFM)，脉冲调宽(PWM)和脉冲调位(PPM)。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。5脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲5调制的作用调制的作用主要有2个作用1：在无线通信中，为了便于信号发射（天线不能太长，而只有当天线长度与波长相当时才能将电磁波辐射出去），将低频短的原始信息（如语音）调制到高频段；作用2：提高信道的利用率通过频域复用（如一个空间可传多个电台）通过先进的调制技术（如日益提高的上网速率）同学们将在《通信原理》课程中详细学习6调制的作用调制的作用主要有2个同学们将在《通信原理》课程中详6调制解调在无线通信系统中的位置7调制解调在无线通信系统中的位置77调幅、调频、调相的波形示意原始信息tttt调幅信号调频信号调相信号8调幅、调频、调相的波形示意原始信息tttt调幅信号调频信号调8二、调幅波的性质设简谐调制信号

载波信号1.调幅波的数学表达式则调幅信号为称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般0＜ma≤1。通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。9二、调幅波的性质设简谐调制信号192.普通调幅波的波形图当载波频率调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。当时ma

＝1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若ma>1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。(a)调制信号(b)已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图102.普通调幅波的波形图当载波频率10调幅度变化时，已调波的变化tt11调幅度变化时，已调波的变化tt11113.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到非正弦波调幅信号的频谱图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、下边频，幅度均等于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B=2或B=2F(=2F)，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。123.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到非124.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上载波功率每个边频功率(上边频或下边频)在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。134.普通调幅波的功率关系将13三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.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(DSBAM)其数学表达式为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14三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.抑制载波的双边142.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。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。其表达式为：或其频带宽度为：152.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对15电压表达式普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信号带宽表9-1三种振幅调制信号16电压普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信163.残留边带调幅(a)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残留边带调幅(记为VSBAM)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。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、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。173.残留边带调幅(a)广播电视台系统发端滤波器特性17例题t18例题t1818例题求（1）已调波的表达式；（2）各个频率分量的调制系数ma1,ma2（3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比19例题求1919例题(解)20例题(解)2020§9.3振幅调制方法与电路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。(a)普通调幅波实现框图(b)抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图原理框图如下：一、概述21§9.3振幅调制方法与电路调幅波的共同之处都是在21

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况下进行调制。

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：22高电平调幅电路按调制电路输出功率的高低可分为：2222二、低电平调幅电路1.简单的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，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。(1)平方律调幅－二极管信号较小时的工作状态当vD很小时，级数可只取前四项23二、低电平调幅电路1.简单的二极管调幅电路二极管调幅电路23经分类整理可知：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。其中最为有害的分量是项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。24经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这24(2)开关式调幅在大信号情况应运时，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。满足的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。输出调幅波有用电流分量由两个二极管组成的平衡开关调幅器平衡调制器输出的电压波形25(2)开关式调幅在大信号情况应运时，依靠二极管的导25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180的突变，这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。26普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅26平衡调幅电路平方律二极管平方律二极管RRi1i2+vout_积化和差

Ω

ωB=2Ω从频谱可见平衡调幅产生的是抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC）27平衡调幅电路平方律二极管平方律二极管RRi1i2+积化和差

272.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图=

gDV[cos(0)t+cos(0–)t]振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流的有用分量282.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加28环型调制器等效电路29环型调制器等效电路2929模拟乘法器调幅ω0-Ωω+Ω从频谱可见模拟乘法器调幅产生的也是抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC），甚至不用滤波器30模拟乘法器调幅ω0-Ωω+Ω从频谱可见模拟乘法器调幅产生304.产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波器法实现单边带调制实际滤波器法单边带发射机方框图DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0>>max，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。314.产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波器法实现31为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？问题32为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤32(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90°。因此，输出电压为33(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图33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。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，都要准确地移相90°。这一点在实际上是很难做到的。34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34(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法这种方法所用的90°移相网络工作于固定频率，因而克服了实际的移频网络在很宽的音频范围内不能准确地移相90°的缺点。这种方法所需要的移相网络工作于固定频率1与2，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。35(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法这种35三、高电平调幅电路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。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。1.集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号经低频变压器加在集电极上，并与直流电源电压VcT相串馈。高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器加在基极回路中。36三、高电平调幅电路高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效36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Vc(t)供给被调放大器的总平均功率2)集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为3)调制信号源Vc供给的平均功率4)平均输出功率5)集电极平均耗散功率37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376)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCT与VC所供给，VCT供给用以产生载波功率的直流功率P=T，VC则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB。1)平均功率均为载波点各功率的()倍3)集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCM≥Pcav。4)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。386)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCT与VC所382.基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电路同样的分析，可以认为VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基极等效低频供电电源。因为VB(t)随调制信号v(t)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VB(t)变化。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Vc(t)按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。392.基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电路39§9.4振幅解调(检波)原理与电路一、概述振幅解调(又称检波)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,因此，检波器也属于频谱搬移电路。检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普通调幅波。40§9.4振幅解调(检波)原理与电路一、概述振幅解40包络检波同步检波检波器分类:平方率检波峰值包络检波平均包络检波载波被抑制的已调波解调原理41包络检波同步检波检波器分类:平方率检波峰值包络检波平均包络检41二、二极管(大信号)峰值包络检波器二极管(大信号)包络检波器串联型二极管包络检波电路并联型二极管包络检波电路C++vWRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器如图所示串联型二极管包络检波器RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。42二、二极管(大信号)峰值包络检波器二极管(大信号)包络检42RLC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号。一是起高频滤波作用。故必须满足二极管检波器的波形图其检波图如右图及43RLC电路：二是作为检波器的负载，在其两一是起高频滤波作用。43从时域来理解+

uD-+-uoiduD=ui-uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd

当输入信号ui(t)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(t)很快增长。当uD=ui-uo>0，二极管导通；当uD=ui-uo<0

，二极管截止。

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VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。

检波器的有用输出电压：uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)tididi充i充i放i放+-+-44从时域来理解+uD-+uoiduD=ui-uoR442.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)另外：---电流通角R---检波器负载电阻Rd---检波器二极管内阻当R>>Rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1，这是包络检波的主要优点。452.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)另452)等效输入电阻RidVim---输入高频电压的振幅Iim---输入高频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Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。462)等效输入电阻RidVim---输入高频电压的振幅463)失真①惰性失真惰性失真由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，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>或写成在工程上可按maxRC≤1.5计算。473)失真①惰性失真惰性失真由于负载电阻R与负载47②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻Rg后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求则检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在R上得到的直流电压为：48②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用48对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。负峰切割失真波形为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度Vim(1–ma)必须大于VR即：49对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二49③非线性失真④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。这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率min。为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：或电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：或一般Cc约为几F，C约为0.01F。50③非线性失真④频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线50例题二极管检波电路如下图所示，已知输入信号R=5kΩ，二极管导通电阻rd=80Ω,截止电压UBZ=0。求：电压传输系数Kd；输出电压Vo的表达式；保证波形不产生惰性失真的电容C的最大取值。51例题二极管检波电路如下图所示，已知输入信号R=5kΩ，二极管51例题(解)52例题(解)5252低

通滤波器vsvtvWi乘积检波电路三、同步检波器乘积检波平衡同步检波1.乘积检波器(1)工作原理包

络检波器vsvtvWv平衡同步检波电路经过低通滤波后53低通滤波器vsvtvWi乘积检波电路三、同步检波器乘积检53低通滤波器

VsV0iVt乘积检波器54VsV0iVt乘积检波器54542.三极管同步检波电路采用包络检波器构成同步检波电路，它的实现模型如图所示。同步检波实现模型其原理电路见右同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带本地振荡信号则它们的合成信号故当时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。552.三极管同步检波电路采用包络检波器构成同步检波同步检波55实际应用电路常采用平衡调制器构成同步检波电路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+–+–+

–+–+–+V0–平衡滤波检波器如图56实际应用电路常采用平衡调制器构成同步检波电路。D1D2CCR563.单边带信号的接收(SSB)单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带接收机方框图它是二次变频电路。fi1较高，用调谐回路即可选出所需的边带。fi2较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。573.单边带信号的接收(SSB)单边带信号的接收过程正好和57补充例题1已知载波电压uc=UCsinωCt，调制信号如图所示，fC>>1/TΩ。分别画出m=0.5及m=1两种情况下所对应的AM波波形以及DSB波波形。58补充例题1已知载波电压uc=UCsinωCt，调制信号如图58补充例题1解，各波形图如下59补充例题1解，各波形图如下5959补充例题2某发射机输出级在负载RL=100Ω上的输出信号为u0(t)=4(1-0.5cosΩt)cosωct

V。求总的输出功率Pav、载波功率Pc和边频功率P边频。解显然，该信号是个AM调幅信号，且m=0.5,因此60补充例题2某发射机输出级在负载RL=100Ω上的输出信号为60补充例题3试用相乘器、相加器、滤波器组成产生下列信号的框图（1）AM波；（2）DSB信号；（3）SSB信号。

解X++X滤波器XX61补充例题3试用相乘器、相加器、滤波器组成产生下列信号的框图61补充例题4调制电路如图所示。载波电压控制二极管的通断。试分析其工作原理并画出输出电压波形；说明R的作用(设TΩ=13TC,TC

、TΩ分别为载波及调制信号的周期)。解当在uc的正半周，二极管都导通，导通电阻RD和R1、R2构成一个电桥，二极管中间连点电压为零，初级线圈中有电流流过，且初级电压为uΩ。当在uc的负半半周，二极管都截止，变压器初级下端断开，初级线圈中电流为零。62补充例题4调制电路如图所示。载波电压控制二极管的通断。试分62通过次级谐振回路，选出所需要的频率。输出电压的只包含ωC±Ω频率分量63通过次级谐振回路，选出所需要的频率。输出电压的只包含63在图中R的作用是用来调整两个二极管的一致性，以保证在二极管导通时电桥平衡，使变压器下端为地电位。64在图中R的作用是用来调整两个二极管的一致性，以保证在二极管导64补充例题5

检波电路如图所示，其中us=0.8(1+0.5cosΩt)cosωCtV,F=5kHz,

fC=465kHz,rD=125Ω.试计算输入电阻Ri、传输系数Kd，并检验有无惰性失真及底部切削失真。解=65补充例题5

检波电路如图所示，其中us=0.8(1+0.565666666补充例题6图(a)为调制与解调方框图。调制信号及载波信号如图(b)所示。试写出u1、u2、u3、u4的表示式，并分别画出它们的波形与频谱图（设ωC>>Ω）。

67补充例题6图(a)为调制与解调方框图。调制信号及载波信号如67解68解6868当带通滤波器的中心频率为载波频率，且带宽为2Ω时，得经过低通滤波器后，69当带通滤波器的中心频率为载波频率，且带宽为2Ω时，得经过低通69各点波形如下70各点波形如下7070补充例题7

图示为单边带（上边带）发射机方框图。调制信号为300～3000HZ的音频信号，其频谱分布如图中所示。试画出图中各方框输出端的频谱图。71补充例题7图示为单边带（上边带）发射机方框图。调制信号为71解各点频谱如下72解7272Chapter9

振幅调制与解调§9.1频谱搬移电路的特性§9.2振幅调制原理§9.3振幅调制方法与电路§9.4振幅解调（检波）原理与电路73Chapter9振幅调制与解调§9.1频谱搬移电路73§9.1频谱搬移电路的特性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谱不同的信号。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电路。如下图所示(a)调幅原理(b)检波原理74§9.1频谱搬移电路的特性非线性电路具有频率变换742)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，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。(c)混频原理752)从频谱结构看，上述频率1)它们的实现框图几乎是相同的75§9.2振幅调制原理一、概述调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。76§9.2振幅调制原理一、概述调制是将要传76脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编码调制PCM)，脉冲调频(PFM)，脉冲调宽(PWM)和脉冲调位(PPM)。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。77脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲77调制的作用调制的作用主要有2个作用1：在无线通信中，为了便于信号发射（天线不能太长，而只有当天线长度与波长相当时才能将电磁波辐射出去），将低频短的原始信息（如语音）调制到高频段；作用2：提高信道的利用率通过频域复用（如一个空间可传多个电台）通过先进的调制技术（如日益提高的上网速率）同学们将在《通信原理》课程中详细学习78调制的作用调制的作用主要有2个同学们将在《通信原理》课程中详78调制解调在无线通信系统中的位置79调制解调在无线通信系统中的位置779调幅、调频、调相的波形示意原始信息tttt调幅信号调频信号调相信号80调幅、调频、调相的波形示意原始信息tttt调幅信号调频信号调80二、调幅波的性质设简谐调制信号

载波信号1.调幅波的数学表达式则调幅信号为称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般0＜ma≤1。通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。81二、调幅波的性质设简谐调制信号1812.普通调幅波的波形图当载波频率调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。当时ma

＝1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若ma>1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。(a)调制信号(b)已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图822.普通调幅波的波形图当载波频率82调幅度变化时，已调波的变化tt83调幅度变化时，已调波的变化tt11833.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到非正弦波调幅信号的频谱图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、下边频，幅度均等于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B=2或B=2F(=2F)，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。843.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到非844.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上载波功率每个边频功率(上边频或下边频)在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。854.普通调幅波的功率关系将85三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.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(DSBAM)其数学表达式为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86三、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.抑制载波的双边862.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。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。其表达式为：或其频带宽度为：872.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对87电压表达式普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信号带宽表9-1三种振幅调制信号88电压普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信883.残留边带调幅(a)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残留边带调幅(记为VSBAM)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。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、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。893.残留边带调幅(a)广播电视台系统发端滤波器特性89例题t90例题t1890例题求（1）已调波的表达式；（2）各个频率分量的调制系数ma1,ma2（3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比91例题求1991例题(解)92例题(解)2092§9.3振幅调制方法与电路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。(a)普通调幅波实现框图(b)抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图原理框图如下：一、概述93§9.3振幅调制方法与电路调幅波的共同之处都是在93

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况下进行调制。

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：94高电平调幅电路按调制电路输出功率的高低可分为：2294二、低电平调幅电路1.简单的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，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。(1)平方律调幅－二极管信号较小时的工作状态当vD很小时，级数可只取前四项95二、低电平调幅电路1.简单的二极管调幅电路二极管调幅电路95经分类整理可知：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。其中最为有害的分量是项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。96经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这96(2)开关式调幅在大信号情况应运时，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。满足的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。输出调幅波有用电流分量由两个二极管组成的平衡开关调幅器平衡调制器输出的电压波形97(2)开关式调幅在大信号情况应运时，依靠二极管的导97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180的突变，这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。98普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅98平衡调幅电路平方律二极管平方律二极管RRi1i2+vout_积化和差

Ω

ωB=2Ω从频谱可见平衡调幅产生的是抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC）99平衡调幅电路平方律二极管平方律二极管RRi1i2+积化和差

992.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图=

gDV[cos(0)t+cos(0–)t]振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流的有用分量1002.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加100环型调制器等效电路101环型调制器等效电路29101模拟乘法器调幅ω0-Ωω+Ω从频谱可见模拟乘法器调幅产生的也是抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC），甚至不用滤波器102模拟乘法器调幅ω0-Ωω+Ω从频谱可见模拟乘法器调幅产生1024.产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波器法实现单边带调制实际滤波器法单边带发射机方框图DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0>>max，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。1034.产生单边带信号的方法(1)滤波法滤波器法实现103为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？问题104为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤104(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90°。因此，输出电压为105(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图105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。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，都要准确地移相90°。这一点在实际上是很难做到的。106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106(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法这种方法所用的90°移相网络工作于固定频率，因而克服了实际的移频网络在很宽的音频范围内不能准确地移相90°的缺点。这种方法所需要的移相网络工作于固定频率1与2，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。107(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法这种107三、高电平调幅电路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。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。1.集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号经低频变压器加在集电极上，并与直流电源电压VcT相串馈。高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器加在基极回路中。108三、高电平调幅电路高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效108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Vc(t)供给被调放大器的总平均功率2)集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为3)调制信号源Vc供给的平均功率4)平均输出功率5)集电极平均耗散功率109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1096)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCT与VC所供给，VCT供给用以产生载波功率的直流功率P=T，VC则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB。1)平均功率均为载波点各功率的()倍3)集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCM≥Pcav。4)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。1106)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCT与VC所1102.基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电路同样的分析，可以认为VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基极等效低频供电电源。因为VB(t)随调制信号v(t)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VB(t)变化。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Vc(t)按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。1112.基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电路111§9.4振幅解调(检波)原理与电路一、概述振幅解调(又称检波)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,因此，检波器也属于频谱搬移电路。检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普通调幅波。112§9.4振幅解调(检波)原理与电路一、概述振幅解112包络检波同步检波检波器分类:平方率检波峰值包络检波平均包络检波载波被抑制的已调波解调原理113包络检波同步检波检波器分类:平方率检波峰值包络检波平均包络检113二、二极管(大信号)峰值包络检波器二极管(大信号)包络检波器串联型二极管包络检波电路并联型二极管包络检波电路C++vWRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器如图所示串联型二极管包络检波器RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。114二、二极管(大信号)峰值包络检波器二极管(大信号)包络检114RLC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号。一是起高频滤波作用。故必须满足二极管检波器的波形图其检波图如右图及115RLC电路：二是作为检波器的负载，在其两一是起高频滤波作用。115从时域来理解+

uD-+-uoiduD=ui-uoRi充+-uoi放+-ui+-uiVDRCui+-Crd

当输入信号ui(t)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(t)很快增长。当uD=ui-uo>0，二极管导通；当uD=ui-uo<0

，二极管截止。

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VD截止。C把导通期间储存的电荷通过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。

检波器的有用输出电压：uo(t)=uΩ(t)+UDCUDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)

ui(t)与uo(t)tididi充i充i放i放+-+-116从时域来理解+uD-+uoiduD=ui-uoR1162.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)另外：---电流通角R---检波器负载电阻Rd---检波器二极管内阻当R>>Rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1，这是包络检波的主要优点。1172.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)另1172)等效输入电阻RidVim---输入高频电压的振幅Iim---输入高频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Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。1182)等效输入电阻RidVim---输入高频电压的振幅1183)失真①惰性失真惰性失真由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，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>或写成在工程上可按maxRC≤1.5计算。1193)失真①惰性失真惰性失真由于负载电阻R与负载119②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻Rg后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求则检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在R上得到的直流电压为：120②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用120对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。负峰切割失真波形为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度Vim(1–ma)必须大于VR即：121对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二121③非线性失真④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。这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率min。为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：或电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：或一般Cc约为几F，C约为0.01F。122③非线性失真④频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线122例题二极管检波电路如下图所示，已知输入信号R=5kΩ，二极管导通电阻rd=80Ω,截止电压UBZ=0。求：电压传输系数Kd；输出电压Vo的表达式；保证波形不产生惰性失真的电容C的最大取值。