第5章振幅调制与解调

1第5章振幅调制与解调§5.1调幅信号的基本特性§5.2低电平调幅电路§5.3高电平调幅电路§5.4包络检波§5.5同步检波2345.1调幅信号的基本特性55.1.1标准振幅调制的基本特性设简谐调制信号：

载波信号：1.普通调幅波的数学表达式则调幅信号的振幅为

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。6ma

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。72.普通调幅波的波形图

当载波频率调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出调制信号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。89103.普通调幅信号的频谱及信号带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到11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12对于单音信号调制的已调幅波，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，若其频率范围是在Fmin~Fmax之间，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。134.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)14在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是165.1.2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2.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：1819

非线性器件

主振

带通滤波器

调制信号

f0

f

f

0

fmax

f0

2f0

f

f0

f

小结：调幅的过程例5-12021§5.2低电平调幅电路

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。

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：22DSB和SSB信号一般采用低电平调幅实现，而普通调幅波采用高电平调幅实现，高电平调幅时一般是将调制和功放合二为一，一级完成。23本书介绍的低电平调幅电路，除简单二极管调幅电路外，都属于抑制载波的调幅电路，对载波抑制的水平通常用载波泄漏（简称载漏）表示。载漏定义为输出的载波功率低于边带功率的分贝数。分贝数越大，抑制性能越好。一般载漏在40分贝以上。245.2.1实现调幅的方法

1双边带调幅可见，输出电压与两输入电压乘积是成正比的器件均可实现抑制载波的双边带调幅波。2526272单边带振幅调制2829（2）单边带调制方法

1）滤波法2）移相法3132相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。

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

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。BM1v1=

vWv¢低通滤波器BM390°移相网络v¢=cosw1tBM2低通滤波器BM4v2=

vΩv

¢v=sinw1t音频振荡器BM-平衡调幅器音频输入VW(t)=sinWt90°移相网络v0¢=cosw1tv0=sinw2t载波振荡器合并网络v3±v4SSB输出v1=sinWtsinw1tv2=cos(w1–W)tv3=vW×

v3=sinw2tcos(w1-W)tv2=sinWtcosw1tv4=cos(w1–W)tv4=v0¢×v3=sinw2tsin(w1–W)t353）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。365.2.2二极管调幅电路1.简单的二极管调幅电路

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，将谐振回路调谐于载波频率，便能取出载波及和、差频率的成分，这便是普通调幅波。二极管的工作状态可分为小信号和大信号两种情况：小信号调幅又称为平方律调幅,可用幂级数法来分析（D处在伏安特性弯曲的部分，近似平方律特性）;

大信号调幅又称为开关式调幅,它可用折线法进行分析（D处在开关状态）37(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39

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。(2)开关式调幅

在大信号情况应用时，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。先来回忆一下开关式调幅电路:41这样的输出通过带通滤波器可以得到标准调幅波（AM波）。这里由于没有成分，和平方律调幅相比，失真小，又工作在开关状态，所以效率高。由于以上优点，其应用较广，但它的输出中仍有载波成分，要想抑制载波，实现双边带调幅，应采用平衡调制器。432.平衡调制器

两个开关式调制器对称连接的电路，载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生DSB和SSB信号的基本电路。44图为平衡调制器原理图，它是由两个二极管开关调幅电路对称组成。45设，二极管又具有理想的开关特性，当载波为正半周时，D1和D2导通，调制信号通过Tr2传到负载，当载波为负半周时，D1和D2截止，调制信号被阻断，不能传送到输出端。此时，加在两个二极管上的电压为：与方向相反，所以：iL中包含了47（2）小结总之：平衡调制器是产生DSB和SSB信号的基本电路48平衡调制器的一种实用电路（书上P141图5-13）：此电路避免了严格的中心抽头和二极管对称情况，改进了理论电路实际操作中难以做到完全对称平衡的问题。502.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，也称双平衡调制器。51Vc负半周525354=

gDVM[cos(C+)t+cos(C–)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55

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。565.3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。57先来复习一下丙类功放的内容：由上述图可见，在欠压区，改变VBE会线性改变Ic1，在过压区，改变VCC会线性改变Ic1581.基极调幅电路59实际电路：602.集电极调幅电路616263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VCC所供给的平均功率则为3)调制信号源V供给的平均功率4)平均输出功率5)集电极平均耗散功率646)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCC与V所供给，VC供给用以产生载波功率的直流功率Pdc，V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。5.3.3双重调幅65过压欠压欠压过压665.4包络检波一、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。67包络检波同步检波检波器分类:平方律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解调输出载波信号v0(t)=cosw0tvW(t)调幅信号vs(t)低

通滤波器68包络检波器的技术指标705.4.1小信号二极管平方律检波一、电路组成二、电路分析三、平方率检波的技术指标③失真系数745.4.2二极管(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

一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。75RLC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。一是起滤除高频，低通滤波器作用。故必须满足二极管检波器的波形图其检波图如右图及定量分析:76见书P150772.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RL---检波器负载电阻Rd---检波器二极管内阻

当RL>>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。2)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。793)检波失真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maxRLC≤1.5计算。见讲义P85背面说明②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RL和Rg分压，在RL上得到的直流电压为：++vWC+RLRgVCCcviD––––(假设）81

对于二极管来说，VRL是反