第6章振幅调制、解调及混频1

第6章振幅调制、解调及混频6.1振幅调制(重点)6.2调幅信号的解调(重点)6.3混频(重点)6.4混频器的干扰

调制的基本概念：调制电路调制信号uΩ载波信号uC已调波信号高频振荡信号（正弦波、非正弦波）低频信号（声音、图像等转化而成）振幅调制：用调制信号控制载波振幅，使之按调制信号的规律变化（线性）三种方式：普通调幅方式——调幅波（AM波）抑制载波的双边带调制——双边带信号（DSB波）抑制载波的单边带调制——单边带信号（SSB波）高频（uAM，uFM，uPM）6.1振幅调制载波电压：调制电压为单一频率余弦信号：6.1.1振幅调制信号分析1.调幅波的分析1)AM信号表示式ωc>>Ω已调波信号振幅：Um(t)=UC+ΔUC(t)=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)——调幅度（调制度）ka

——调制灵敏度调幅波信号：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

2）调幅波信号波形调幅波信号：调制信号为一连续频谱信号：f（t）——均值为零的归一化信号实际调制信号的调幅波形：3)调幅波的频谱调制信号为单一频率的正弦波时：调制信号频谱：载波信号频谱：AM信号频谱：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

语音频谱：多频调制情况下：已调信号频谱：——以语音信号为例AM信号的产生原理图：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

uAM(t)=

mcosΩt

UCcosωct+UCcosωct负载电阻RL上消耗的载波功率：负载电阻RL上,一个载波周期内调幅波消耗的功率：4）调幅波的功率每个边频（上、下边频）平均功率：调幅波的最大功率和最小功率：两个边频总功率载波功率边频功率、载波功率、AM波平均功率的关系：AM调制方式中：载波功率（不含调制信号）占总功率的2/3以上；边频总功率（含调制信号）小于总功率的1/3

功率浪费大，效率低AM信号的平均功率：单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时：2.双边带信号(DSB)双边带信号——在AM调制过程中，将载波抑制就形成抑制载波双边带信号调制信号为一连续频谱信号：f（t）双边带调制时的频谱：调制信号频谱：载波信号频谱：DSB信号频谱：单频调制时，uDSB（t）=kuuΩuC取下边带时：3.单边带信号(SSB)单边带信号——由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带，在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。取上边带时：单音调制的SSB信号波形：设双音频振幅相等Ω2＞Ω1时，受uΩ调制的双边带信号：双音调制时产生的SSB信号取上边带：取下边带：等幅双音信号频谱：SSB信号频谱：等幅双音信号波形：SSB信号波形：语音调制的SSB信号频谱DSB频谱：上边带频谱：下边带频谱：语音信号频谱：uΩ(t)=f(t)，即一般情况下的SSB信号表达式：

单音调制SSB信号的另一种表达式：上边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

-UsinΩtsinωct下边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

+UsinΩtsinωct——希尔伯特变换的傅里叶变换：希尔伯特变换网络及其传递函数：6.1.2振幅调制电路1.AM调制电路高电平调制——功放和调制合二为一，调制后不需再放大主要用于形成AM信号低电平调制——功放和调制分开，调制后需放大主要用于形成

AM

、DSB、SSB信号1)高电平调制高频功放的调制特性基极调幅、集电极调幅、集电极-基极(或发射极)组合调幅。基本思想：通过改变功放晶体管的某一电极的直流电压以控制集电极高频电流的振幅集电极调幅功放工作在过压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Ec成线性关系——集电极调制特性集电极调幅电路：基极调幅——基极调制特性功放工作在欠压状态，集电极电流的基波分量振幅Ic1与集电极偏置电压Eb成线性关系当UC>>UΩ时：2)低电平调制（1）二极管电路——单二极管电路、平衡二极管电路单二极管电路：集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2Ω当UC>>UΩ时：二极管平衡电路：集电极滤波回路：中心频率为wc，带宽为2Ω滤波后的输出电压：（2）差分对电路若将uC加至uA，uΩ加到uB：m=UΩ/Ee，x=UC／VT集电极滤波回路：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL,滤波后的输出电压：单差分对：差分对AM调制器的输出波形：0tuΩ载波信号双差分对电路：利用模拟乘法器产生AM信号UA，UB<26mV二极管平衡电路、二极管环形电路2.DSB调制电路——

一般采用低电平调制（1）二极管调制电路二极管平衡电路：

iL中包含频率分量：F、fc±F

，(2n+1)fc±F(n=1,2,…)输出电压：输出滤波器：中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL二极管平衡调制器波形：平衡调制器的一种实际线路：u1=uΩ，u2=uC经滤波后：二极管双平衡调制器（环形调制器）：双平衡调制器波形：

双桥构成的环形调制器：线性通道：uC，非线性通道：uΩ经滤波后的输出电压uo(t)：（2）差分对调制器双端输出电流io(t)：差分对调制器：差分对DSB调制器的波形：调制信号若UΩ、UC均很小：双差分对电路：差动输出电流：3.SSB调制电路——滤波法、移相法1）滤波法工作原理：取下边带时：取上边带时：对边带滤波器要求高：(1)通带、阻带间有陡峭的过渡衰减特性

(2)通带内衰减小、衰减变化小衰减40dB滤波法产生SSB的发射机框图：在低于工作频率上调制上变频搬移到工作频率2）移相法——省去边带滤波器——依据单边带调幅信号的时域表达式uΩ(t)=f(t)上边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct下边带：uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct下边带：上边带：uΩ(t)=UΩcosΩt移相法框图：基本思想：利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的

相移，在相加时抵消一个边带而获得SSB信号需满足下列两个条件：(1)两个调制器输出的振幅完全相同(2)移相网络须对载频及调制信号精确的π／2相移。调幅广播接收机组成：调幅广播发射机组成：解调（检波）：从高频已调波信号中恢复出调制信号的过程。调幅信号的解调：6.2调幅信号的解调从时域上看：从高频已调波信号幅度变化上提取调制信号的过程。从频域上看：将高频信号搬移到低频端，是频谱的线性搬移。概念——解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法，只适用于AM波6.2.1调幅解调的方法分类：峰值包络检波、平均包络检波包络检波、同步检波1、包络检波原理：同步解调器的框图：2、同步检波与载波电压同步DSB：SSB：适用于DSB波、SSB波、AM波（很少采用）同步检波分类：乘积型、叠加型乘积型：叠加型：6.2.2二极管峰值包络检波器1．工作原理原理电路：RC低通滤波器输入回路末级中放RC网络作用：1）检波器负载；2）高频电流旁路RC网络满足的条件：——AM波解调非线性器件理想情况下：对高频，电容C短路：对直流、低频，电容C开路：输入大信号二极管串联型大信号峰值包络检波器输入为等幅高频信号时检波器的输出波形信号源、二极管、RC网络串联检波过程：检波器暂态时电流电压波形：二极管导通时：二极管截止时：稳态时的二极管电压电流波形：（1）检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的交替重复过程。（2）由于RC时间常数远大于输入电压载波周期，放电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位（Uo≈Um）。（3）二极管电流iD包含平均分量（直流分量）Iav及高频分量。检波过程特点：输入为AM信号时检波器的输出波形：包络检波器的输出电路:直流分量调制分量输出调制分量：直流分量调制分量输出直流分量：经低通滤波器的输出：

6.2.3同步检波1．乘积型——适于DSB、SSB波解调us=UscosΩt

cosωct输入信号为DSB信号：本地恢复载波：ur=Urcos(ωrt+φ)当恢复载波与发射载频有一定的频差，ωr=ωc+Δωc当恢复载波与发射载波同频同相，即ωr=ωc,φ=0,则

uo=UocosΩt——无失真uo=UocosΔωct

cosΩt——引起振幅失真us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct

-UssinΩtsinωct2.叠加型同步检波原理电路：输入单边带信号（上边带）：

DSB波（SSB波）插入（恢复）载波AM信号包络检波器调制信号加法器恢复载波：ur=Urcosωrtus+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct

–UssinΩt

sinωct=Um(t)cos［ωct+φ(t)］式中；m=Us/Ur

当Ur>>Us

，m<<1=Urcosωct检波输出：平衡同步检波电路——减小输出电压的非线性失真uo2=KdUr(1-mcosΩt)上检波器输出：下检波器输出：则总的输出：uo=uo1-uo2=2KdUrmcosΩt3．同步恢复载波的产生

双边带：可从已调信号取出取平方：二分频：可获同步信号c单边带：（1）若发射导频信号，可通过窄带滤波器从接收信号中取出，放大后作为恢复载波（2）若不发射导频信号，接收端只能采用高稳定度晶体振荡器产生指定的恢复载波AM波：通过限幅器去除包络变化，得到等幅载波信号取2w分量：6.3混频6.3.1混频的概述1．混频器的功能

在通信接收机中,将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(中频)的高频已调波信号,而保持其调制规律不变。无线通信接收设备：初步选择放大主选择放大

（1）混频器将信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可做得很高而不自激，电路工作稳定；经中频放大后，输入到检波器的信号可以达到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。采用混频器后，接收机的性能将得到提高：

（2）接收机在很宽的频率范围内滤波性能不能做得很好，而对于某一固定频率选择性可以做得很好。fI=fL+fcfI<fc

向下变频，输出低中频fI>fc

向上变频，输出高中频fI=fL-fc

或fI=fC-fL三种频谱线性搬移功能比较：调制：混频：解调：高频已调波信号搬移到低频段低频调制信号搬移到高频段高频已调波信号搬移到另一个高频段超外差式广播接收机中:中频为465kHz的普通调幅信号载频535kHz～1605kHz中波波段各电台普通调幅波载频88MHz～108MHz的各调频台信号中频为10.7MHz的调频信号48.5MHz～

958MHz各频道信号中频为38MHz的视频信号广播电视接收机中：AM收音机:FM收音机:2．混频器的工作原理已调信号us：

us=UscosΩtcosωct本振电压uL：uL=ULcosωLt若取中频fI=fL-fc或

fI=fC-fL

，经带通滤波器取出所需边带，得中频电压：组成框图：FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]频域混频过程：FS(ω)——us的傅立叶变换

FL(ω)——uL的傅立叶变换本振为单一频率信号，其频谱为：输入信号为己调波，则输出频谱Fo(ω)：本振频谱：已调波频谱：输出中频信号频谱：

FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]

Fs(ω)6.3.2混频电路

按本振电压提供方式不同分为两种：混频器、变频器混频器：由单独的振荡器提供本振电压变频器——本振和混频功能由一个非线性器件完成六端网络四端网络1．晶体三极管混频器晶体三极管频谱搬移电路ui=usUs<<UL

us=UscosΩtcosωctEb（t）=Eb+uL——变频跨导输出中频电流振幅输入高频电压振幅输出对中频：fI=fL

-fc

谐振gC～UL的关系曲线：gC～Eb的关系曲线：混频器本振注入方式：基极串馈式电路：基极并馈式电路：本振射极注入：基极注入：优点：本振需要功率小缺点：fL受us影响用于频率较高的情况缺点：本振需要功率大用于频率较低的情况中波AM收音机的变频电路：双联可变电容FM收音机变频电路：2．二极管混频电路（工作频率达到几十兆赫以上的混频器）平衡混频器、环形混频器（1）二极管平衡混频器us——为已调信号uL——本振电压UL>>Us，大信号工作经中频滤波器，输出中频电压：（2）二极管环形混频器经中频滤波后,得输出中频电