第7章-振幅调制与解调

第7章振幅调制与解调

(7-1到7-9）

7.1概述7.1.1振幅调制简述7.1.2检波简述7.1.1振幅调制简述将要传送的信息

装载到某一高频载频信号（载波）上去的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射天线倍频调制音频放大1.调制的定义2.为什么要调制从切实可行的天线出发 为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。音频信号:20Hz～20kHz波长：15～15000km天线长度:3.75～3750km7.1.1振幅调制简述c=λ×f便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移7.1.1振幅调制简述频分复用可实现的回路带宽减小（宽带变窄带）基带信号特点：频率变化范围很大。（调谐回路难以实现）高频窄带信号频谱搬移低频（音频）:20Hz～20kHz高频（射频）:AM广播信号:535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k7.1.1振幅调制简述载频越高，可容纳频道越多3.调制的方式和分类调幅调相调制连续波调制脉冲波调制脉宽调制振幅调制编码调制调频脉位调制7.1.1振幅调制简述4.调幅的方法平方律调幅（二极管）斩波调幅调幅方法低电平调幅高电平调幅集电极调幅（过压）基极调幅（欠压）7.1.1振幅调制简述调制功率小丙类功放7.1.2检波简述从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。1.检波定义（调幅的解调）图7.1.1检波器的输入输出波形7.1.2检波简述高频伏特表图7.1.2检波器检波前后的频谱7.1.2检波简述图7.1.3检波器的组成部分（三部分）7.1.2检波简述2.组成3.检波的分类二极管检波器三极管检波器检波器件信号大小小信号检波器大信号检波器工作特点包络检波器同步检波器7.1.2检波简述7.2调幅波的性质7.2.1调幅波的数学表示式与频谱7.2.2调幅波中的功率关系7.2.1调幅波的数学表示式与频谱1.普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：

调制信号：

调幅信号（已调波）：

由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：

，式中为调制灵敏度即：

式中ma为调制度，

常用百分比表示调制信号为单一频率波形特点：

(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱度

7.2.1调幅波的数学表示式与频谱7.2.1调幅波的数学表示式与频谱7.2.1调幅波的数学表示式与频谱图7.2.2由非正弦波调制所得到的调幅波调制度Vmax

Vmin相对于V0不对称2.普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调幅

Ω调制信号ω0载波调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频7.2.1调幅波的数学表示式与频谱信号带宽ω0(2)限带信号的调幅波Ωmax调幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax调制信号载波ω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带7.2.1调幅波的数学表示式与频谱7.2.2调幅波中的功率关系 如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：ω0载波功率: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当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po；当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po；载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。(有效利用发射机功率的角度，AM调幅很不经济)从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。7.2.2调幅波中的功率关系ω07.2.2调幅波中的功率关系AM调幅（普通调幅）的特点：1.AM调制信号的包络反映了调制信号的变化规律。可使用最简单的包络检波。2.发射机的功率利用率不高。ω07.2.2调幅波中的功率关系抑制载波的双边带调幅DSB的特点：1.只发送边带，不发送载波。2.数学表达式。3.包络线不能完全代表原调制信号。单边带调幅SSB的特点：1.只发送一个边带，不发送载波。2.数学表达式。3.包络线不能代表原调制信号。已不是严格意义的调幅波。7.2.2调幅波中的功率关系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

三种振幅调制信号AMDSBSSB比较7.2.2调幅波中的功率关系7.3平方律调幅7.3.1工作原理7.3.2平衡调幅器低电平调幅7.3.1工作原理

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。

这里将调制信号vΩ与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。图7.3.1非线性调幅方框图cosα·cosβ=(1/2)[cos(α+β)+cos(α-β)]7.3.1工作原理

cos^2(α)=(1+cos2α)/2P3187.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5调制度ma什么参数决定？大小受什么影响？三角恒等式图7.3.2串联双二极管平衡调幅器简化电路7.3.2平衡调幅器7.3.2平衡调幅器两个调制信号与载波分别正反串联。特点:采用特性完全相同的二极管。可产生DSB信号。公式7.3.67.3.77.3.8不完全对称会产生载漏。进一步滤波可产生SSB。7.4斩波调幅7.4.1工作原理7.4.2实现斩波调幅的两种电路7.4.1工作原理斩波:

低频调制信号通过一个受高频载波控制的开关电路。得到的斩波信号还有调幅需要的和频和差频信号。通过滤波器取出。7.4.1工作原理图7.4.1斩波调幅器方框图开关函数图9.4.2斩波调幅器工作图解7.4.1工作原理7.4.1工作原理公式7.4.2斩波后电压表达式7.4.3开关函数傅里叶展开7.4.4斩波电压包含什么频谱？构造乘法，产生DSB，抑制载波图7.4.3平衡斩波调幅及其图解7.4.1工作原理公式7.4.5开关函数7.4.6开关函数傅里叶展开7.4.7斩波电压包含什么频谱？7.4.1工作原理7.4.2实现斩波调幅的两种电路图7.4.4二极管电桥斩波调幅电路图7.4.5环形调幅器电路7.4.2实现斩波调幅的两种电路7.6单边带信号的产生7.6.1单边带通信的优缺点7.6.2产生单边带信号的方法7.6.1单边带通信的优缺点使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。单边带制能获得更好的通信效果。（能量更集中）单边带制的选择性衰落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。节约频带节约发射功率调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频7.6.2产生单边带信号的方法1.滤波器法图7.6.1滤波器法原理方框图图7.6.2滤波器法单边带发射机方框图

必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率Ｆ也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。7.6.2产生单边带信号的方法上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率Fmin的2倍，故滤波时相对带宽2Fmin/fc要很小，这样的滤波器制作很困难。为什么要逐级滤波？7.6.2产生单边带信号的方法图7.6.3单边带发射机方框图举例7.6.2产生单边带信号的方法7.6.2产生单边带信号的方法7.6.2产生单边带信号的方法图7.6.3单边带发射机方框图举例7.6.2产生单边带信号的方法2.相移法7.6.2产生单边带信号的方法如何得到

单一频率分量2.相移法图7.6.4相移法单边带调制器方框图7.6.2产生单边带信号的方法3.第三种方法——修正的移相滤波法图7.6.5产生单边带信号的第三种方法7.6.2产生单边带信号的方法图7.7.1各种调幅制式的频谱示意图7.7残留边带调幅VSBAM7.8高电平调幅7.8.1集电极调幅7.8.2基极调幅7.8高电平调幅

高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号vΩ去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。临界过压欠压VCC（t）临界过压欠压VBB(t)集电极调幅电路7.8.1集电极调幅iCiC1临界过压欠压VCC（t）7.8.1集电极调幅7.8.2基极调幅基极调幅电路iCvAM（t）临界过压欠压V

BB(t)7.8.2基极调幅7.9包络检波7.9.1包络检波器的工作原理7.9.2包络检波器的质量指标7.9.1包络检波器的工作原理非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号

输入AM信号检出包络信息

最简单的收音机电路图7.9.1包络检波器的工作原理VDCC++vWRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器7.9.1包络检波器的工作原理7.9.1包络检波器的工作原理检波过程：利用二极管的单相导电性和检波负载RC的充放电7.9.1包络检波器的工作原理7.9.2包络检波器的质量指标下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。1)电压传输系数(检波效率)定义：2)等效输入电阻考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻其中，Vim是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。7.9.2包络检波器的质量指标如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）即有，而7.9.2包络检波器的质量指标3)失真产生的失真主要有：①惰性失真；②负峰切割失真；③非线性失真；④频率失真。如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。

①惰性失真(对角线切割失真)7.9.2包络检波器的质量指标

①惰性失真(对角线切割失真)调幅波包络如图所示，在某一点，如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度，就可能发生惰性失真。包络变化率电容放电7.9.2包络检波器的质量指标

①惰性失真(对角线切割失真)放电速率假定此时7.9.2包络检波器的质量指标调幅波包络包络变化率电容放电为避免失真

①惰性失真(对角线切割失真)实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即Ω=Ωmin～Ωmax。为了保证不产生失真，必须满足7.9.2包络检波器的质量指标考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路②负峰切割失真(底边切割失真)隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率Ω交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VC≈Vim。失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VC≈Vim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为7.9.2包络检波器的质量指标考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路②负峰切割失真(底边切割失真)Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R7.9.2包络检波器的质量指标考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路②负峰切割失真(底边切割失真) 要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足 交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。7.9.2包络检波器的质量指标考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路③非线性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。 如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。7.9.2包络检波器的质量指标考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路④频率失真如左图所示，检波器中存在检波电容C和隔直电容Cc两个电容。检波电容C用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容Cc用于去除载波分量对应的直流输出。对调制频率Ω=Ωmin～Ωmax，要求检波电容C对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。7.9.