第7章振幅调制与解调

教学目的1.熟悉调幅波的数学表示式和波形。

2.了解调幅波的频谱、带宽和功率关系。

3.掌握普通调幅、双边带、单边带调制电路的组成、工作原理和性能特点。

4.了解单边带通信的优缺点。

5.了解检波器的质量指标。

6.掌握二极管包络检波器和同步检波器的电路组成、工作原理和性能特点。

7.了解不产生对角线失真和负峰切割失真的条件。

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概述7.1.1振幅调制概述7.1.2检波简述当前第2页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述所谓调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号的过程。根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：调幅：使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频：使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。调相：利用原始信号控制载波信号的相位。解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。

这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要。当前第3页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述一、定义振幅调制:利用调制信号的大小去控制高频载频信号的振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化,其它参数(频率与相位)不变.振幅调制分类:AMDSBSSB当前第4页\共有47页\编于星期五\21点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7.1.1振幅调制概述当前第5页\共有47页\编于星期五\21点二、调制的原因1）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天线长度:3.75～3750km7.1.1振幅调制概述当前第6页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述2）便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移当前第7页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述3）可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。低频（音频）:20Hz～20kHz高频（射频）:AM广播信号:高频窄带信号535～1605kHz，BW=20kHz频谱搬移lowhigh2020k10k1000k100k当前第8页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述三、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当前第9页\共有47页\编于星期五\21点四、调幅的方法平方律调幅斩波调幅调幅方法低电平调幅高电平调幅基极调幅7.1.1振幅调制概述集电极调幅当前第10页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。过压状态特点当前第11页\共有47页\编于星期五\21点7.1.1振幅调制概述

欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。欠压状态特点当前第12页\共有47页\编于星期五\21点7.1.2检波简述当前第13页\共有47页\编于星期五\21点7.1.2检波简述检波器的输入输出波形1.定义：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。当前第14页\共有47页\编于星期五\21点7.1.2检波简述检波器检波前后的频谱当前第15页\共有47页\编于星期五\21点7.1.2检波简述检波器的组成部分2.组成当前第16页\共有47页\编于星期五\21点7.1.2检波简述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当前第17页\共有47页\编于星期五\21点1.普通调幅波的数学表示式7.2.1调幅波的数学表示式与频谱(a)设调制信号为单频余弦信号

载波信号由振幅调制信号的定义,已调信号的振幅与调制信号uΩ成正比.式中,m称为调制度:

ka称为调制灵敏度则已调信号振幅7.2调幅波的性质当前第18页\共有47页\编于星期五\21点7.2调幅波的性质(b)若调制信号不是单一频率信号,而是一连续频谱信号f（t）式中,f（t）是均值为零的归一化调制信号,|f（t）|max=1。则调幅波表示式为若将调制信号分解为则调幅波:1.普通调幅波的数学表示式当前第19页\共有47页\编于星期五\21点7.2调幅波的性质2.普通调幅波的波形图令ωc>>Ω

，0＜m≤1。(a)调制信号为单频余弦波图中已调波的振幅称为调幅信号的包络（见图示），大小为:包络的最大值包络的最小值当前第20页\共有47页\编于星期五\21点7.2调幅波的性质特点：(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.

(a)调制信号为单频余弦波当前第21页\共有47页\编于星期五\21点7.2调幅波的性质(a)调制信号为单频余弦波当前第22页\共有47页\编于星期五\21点7.2调幅波的性质(b)调制信号为连续频谱信号当前第23页\共有47页\编于星期五\21点电压表达式普通调幅波

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2.普通调幅波的波形图当前第24页\共有47页\编于星期五\21点(a)调制信号为单频余弦波3.调幅信号的频谱及带宽

由图看出调幅过程实际上是频谱搬移过程，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).当前第25页\共有47页\编于星期五\21点信号带宽ω0Ωmax调幅波调制信号载波ω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带(b)调制信号为连续频谱信号3.调幅信号的频谱及带宽当前第26页\共有47页\编于星期五\21点4.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻RL上(a)载波功率(b)每个边频功率(上边频或下边频)(c)在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是ω0当前第27页\共有47页\编于星期五\21点在调幅波中，只有旁频（或边带）才是有用的信息量。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。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。当m＝1时，Pc＝(2/3)Pav；当m＝0.5时，Pc＝(8/9)Pav；ω0，因而整机效率低。这是调幅制的缺点。一般4.普通调幅波的功率关系当前第28页\共有47页\编于星期五\21点５.普通调幅波的产生原理框图当前第29页\共有47页\编于星期五\21点(b)发射机的功率利用率不高。６．AM信号主要特点(a)ＡＭ调制信号的包络反映调制信号的变化规律；当前第30页\共有47页\编于星期五\21点一、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。非线性调幅方框图7.3平方律调幅

当前第31页\共有47页\编于星期五\21点

如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。

直流

载波频率

调制信号基频

上、下边频

载波二次谐波

调制信号的二次谐波当前第32页\共有47页\编于星期五\21点

其中产生调幅作用的项是称为平方律调幅滤波后，输出电压为：调幅度：结论：（1）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲线所决定（2）通常，a2<<a1因此用这种方法所得到的调幅度不大。在平方律调幅中,管子工作于甲类非线性状态,效率低,只适用于低电平调幅.当前第33页\共有47页\编于星期五\21点串联双二极管平衡调幅器简化电路二、平衡调幅器7.3平方律调幅

当前第34页\共有47页\编于星期五\21点总的输出电压:输出:滤掉输出电压没有载波分量优点:有效地抑制载波.当前第35页\共有47页\编于星期五\21点1AM:DSB:2波形:AM:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于载波振幅.DSB:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于0.解释:1在平衡调幅电路中,当调制信号等于零时,载波恰恰互相抵消,输出为零.每经过一次零点,即意味着两管电流的大小关系要互换一次,因此在输出电路中高频电压的相位相反.

DSB于AM的区别当前第36页\共有47页\编于星期五\21点

单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。只传送上边带信号叫上边带调制，只传送下边带信号叫下边带调制。若调制信号为单一频率信号时，上边带调制信号表达式为uSSB(t)=Um0cos(ωC+Ω)t下边带调制信号表达式为uSSB(t)=Um0cos(ωC-Ω)t7.4单边带信号的产生

当前第37页\共有47页\编于星期五\21点7.4单边带信号的产生

使所容纳的频道数目加倍，大大提高波段利用率。单边带制能获得更好的通信效果。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。单边带制能大大节省发送功率。当前第38页\共有47页\编于星期五\21点7.4单边带信号的产生

调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频1.滤波器法滤波器法原理方框图当前第39页\共有47页\编于星期五\21点滤波器法单边带发射机方框图注意：提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。7.4单边带信号的产生

当前第40页\共有47页\编于星期五\21点单边带发射机方框图举例当前第41页\共有47页\编于星期五\21点

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。集电极调幅基极调幅7.5高电平调幅

当前第42页\共有47页\编于星期五\21点7.5高电平调幅

工作原理集电极调幅电路

对于丙类高频功率放大器，当基极偏置Vbb，激励高频信号电压振幅Ubm和集电极有效回路阻抗Rp不变，只改变集电极有效电源电压时，集电极电流脉冲在欠压区可认为不变。而在过压区，集电极电流脉冲幅度将随集电极电源电压VCC变化。因此集电极调幅必须工作在过压区。一、集电极调幅当前第43页\共有47页\编于星期五\21点7.5高电平调幅

工作原理集电极有效电源:受到调制过压状态:振幅集电极调幅应工作于过压状态。集电极调幅电路当前第44页\共有47页\编于星期五\21点工作原理在基极电路里,高频振荡、低频调制信号和激励电源串连起来构成基极发射级电压,受的控制,集