幅度调制与解调电路课件

第4章幅度调制与解调电路

4.1概述

4.2幅度调制电路

4.3幅度解调电路

4.4混频器

4.5幅度调制和解调电路的制作、调试及检测4.1概述4.1.1幅度调制原理幅度调制是由调制信号去控制载波的振幅.使它按调制信号的规律变化.严格地讲.是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系.其频率和相位不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。幅度调制分为3种方式:普通调幅(AM)方式、抑制载波的双边带调幅(DSB)方式及抑制载波的单边带调幅(DSB)方式。所得到的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号及单边带信号。1.普通调幅(AM)1)普通调幅信号数学表达式与波形假设调制信号是正弦信号.其表示式为:若载波信号电压为下一页返回4.1概述根据定义.在理想情况下.普通调幅波的振幅为因此.普通调幅波可以表示为图4-1所示为普通调幅(AM)调制过程中的信号波形。下一页上一页返回4.1概述2)普通调幅信号频谱与带宽将式(4-2)用三角公式展开.可得下一页上一页返回4.1概述

由此可见.单音信号调制的普通调幅信号包含3个不同频率的正弦波:第一项为末调幅的载波;第二项的频率等于载波频率与调制频率之和.叫做上边频;第三项的频率等于载波频率与调制频率之差.叫做下边频。后两个频率显然是由于调制产生的新频率。把这3组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来.就得到了图4-2所示的频谱图。由于M的最大值只能等于1.因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的1/2。调制信号的幅度及频率信息只包含于边频分量中。其频带宽度为下一页上一页返回4.1概述3)调幅信号的功率分配由式(4-3)知.普通调幅信号uAM(t)<C)在负载电阻RL上产生的功率如下所列。载波功率上边频(或下边频)功率上、下边频总功率普通调幅信号总平均功率下一页上一页返回4.1概述4)普通调幅的实现方法根据普通调幅波的数学表达式.即可得实现普通调幅的电路模型如图4-4所示.关键在于用模拟乘法器实现调制信号与载波的相乘。下一页上一页返回4.1概述2.双边带调幅(DSB)1)双边带调幅信号数学表达式下一页上一页返回4.1概述2)双边带调幅信号波形与频谱

图4-5所示为双边带调幅信号的波形与频谱图。双边带信号的包络仍然是随调制信号变化的.但它的包络已不能完全准确地反映低频调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周.已调波高频与原载频反相;调制信号的正半周.已调波高频与原载频同相。也就是双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变180°

因为双边带信号不包含载波.它的全部功率都为边带占有.所以发送的全部功率都载有信息.功率有效利用率高于AM制。另外.双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的为2Ω下一页上一页返回4.1概述3)双边带调幅的实现方法实现双边带调幅的电路模型如图4-6所示

3.单边带调幅(SSB)

单边带信号是由双边带信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中.直接将一个边带抵消而成的。

1)单边带调幅信号数学表达式由双边带调制信号的表达式可知.当取上边带时有取下边带时有下一页上一页返回4.1概述2)单边带调幅信号波形与频谱单边带调幅信号的波形与频谱如图4-8所示

3)单边带调幅信号的实现方法要获得单边带信号.首先就要产生载波被抑制的双边带.然后再设法除去一个边带.只让一个边带发射出去。获得单边带信号的方法有:滤波法和相移法。

(1)滤波法。在乘法器后面加上一个合适的带通滤波器.把不需要的边带滤除.只让一个边带输出.如图4-9所示.这就叫滤波法。

(2)相移法。相移法是利用移相的方法.消去不需要的边带。图4-10为表示这种方法的方框图。下一页上一页返回4.1概述4.1.2幅度解调原理

1.检波电路的功能振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号。当输入信号是高频等幅波时.检波器输出为直流电压.如图4-11(a)所示。当输入信号是正弦调制的调幅信号时.检波器输出电压为正弦波.如图4-11(b)所示。当输入信号是脉冲调制的调幅信号时.检波器输出电压为脉冲波.如图4-11(c)所示。下一页上一页返回4.1概述2.检波电路的分类振幅检波的方法有两类:一类是包络检波.另一类是同步检波。包络检波是从已调波振幅变化的包络中提取出调制信号的方法。由于双边带调制与单边带调制信号的振幅变化不同于调制信号.因此不能用包络检波方法解调。包络检波只适用于普通调幅(AM)信号的解调。同步检波是利用一个与载波同步的本地振荡信号与已调波进行差拍.从而实现检波的方法。本地振荡信号简称本振信号.所谓的同步就是本振信号与已调波的载波同频同相。这种方法适用于各种振幅调制信号的解调。

3.检波电路的组成调幅信号的频谱由载频和边频分量组成.它包含有调制信号的信息.但并不包含调制信号本身的频率。检波电路的组成如图4-12所示.应由3部分组成.即高频信号输入回路、非线性器件和低通滤波器。上一页返回4.2幅度调制电路4.2.1高电平调幅电路高电平调幅主要用于AM调制.这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极一基极(或发射极)组合调幅。其基本工作原理就是利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。集电极调幅电路如图4-13所示由高频功率放大器的分析可知.当功率放大器工作于过压状态时.集电极电流的基波分量与集电极偏置电压呈线性关系。因此.要实现集电极调幅.应使放大器工作于过压状态。图4-14(a)给出了集电极电流基波振幅IC1幅随UCC变化的曲线.即集电极调幅时的静态调制特性.图4-14(b)给出了集电极电流脉冲以及基波分量的波形。

图4-15是基极调幅电路下一页返回4.2幅度调制电路

由于基极电路电流小、消耗功率小.故所需调制信号功率很小.调制信号的放大电路比较简单.这是基极调幅的优点。但因该电路工作在欠压状态.集电极效率低是它最大的缺点.一般只适用于功率不大且对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率较高.适用于较大功率的调幅发射机中。4.2.2低电平调幅电路现在多采用模拟乘法器来实现低电平调幅。模拟乘法器是利用非线性器件完成两个模拟信号的相乘运算。集成模拟乘法器是一种模拟集成电路.它是以差分放大器为基础构成的信号相乘电路.可以用来实现调幅、检波、调频、鉴频、调相、鉴相、倍频、混频等功能。

图4-17所示是用MC1596组成的AM或DSB调幅电路。上一页返回4.3幅度解调电路4.3.1二极管峰值包络检波电路二极管峰值包络检波器电路如图4-20所示。大信号检波时.由于输入电压幅度大.加在二极管两端的电压实际上是输入电压与输出电压之差.二极管只在部分时间导通.其余时间截止.通过二极管后输出的电流就是尖顶余弦脉冲.最后通过RC组成的低通滤波器.取出接近包络的信号输出。

1.工作原理

图4-21所示为二极管峰值包络检波波形.其工作原理如下。下一页返回4.3幅度解调电路2.性能指标

(1)电压传输系数(检波效率)ηd,表示检波器将高频等幅电压转换成直流电压的能力。ηd在理沦上一般小于1而接近于1,实际电路中约为0.8。(2)输入电阻Ri3.惰性失真如果检波器的R，C值过大.使电容放电速度过慢.则可能在输入电压包络的下降段t1~t2时间内.输出电压跟不上输入电压包络的变化.而是按电容放电的规律变化.失真波形如图4-22所示.这种失真就称为惰性失真。下一页上一页返回4.3幅度解调电路4.负峰切割失真为把检波器的输出电压藕合到下一级电路.需要有一个容量较大的电容C与下级电路相连。下级电路的输入电阻作为检波器的负载.电路如图4-23(a)所示。负峰切割失真指藕合电容公通过电阻R放电.对二极管引入一个附加偏置电压.导致二极管截止而引入的失真。失真波形如图4-23(b)、图4-23(c)所示。4.3.2同步检波电路同步检波电路可分为乘积型和叠加型。它们的框图分别示于图4-24中。上一页返回4.4混频器4.4.1混频的概述混频又称变频.是一种频谱的线性搬移过程.它使信号自某一频率变换成另一个频率。完成这种功能的电路称为混频器。例如在超外差收音机中.把接收到的外来信号变换为465kHz的固定中频(低中频).这样能提高收音机的灵敏度和邻道选择性。又如在工作频率为2~30MHz的单边带通信接收机中.把接收到的外来信号变为70MHz的高中频.这样可以大大减少混频器产生的组合频率干扰和副波道干扰.以提高接收机的抗干扰性能。下一页返回4.4混频器4.4.2混频电路1.集成模拟乘法器混频器由集成模拟乘法器MC1596组成的混频电路中.本振信号和已调波信号分别由1,4脚和8,10脚输入.中频信号(9MHz)由6脚单端输出。输出端经二型带通滤波器调谐在9MHz.回路带宽为450kHz。电路如图4-27所示。

2.二极管混频器在高质量通信设备中以及工作频率较高时.常使用二极管平衡混频器或环形混频器。其优点是噪声低、电路简单、组合分量少。图4-28是二极管平衡混频电路的原理图。下一页上一页返回4.4混频器3.晶体管混频器晶体管混频器是利用晶体管的非线性实现变频的。图4-30所示为共发射极晶体管电路构成的混频器.本振信号从基极输入。4.4.3混频干扰混频器的各种非线性干扰是很严重的问题.在讨沦各种混频器时.常把干扰的多少作为衡量混频器性能优劣的标准之一。非线性干扰中很重要的一类就是组合频率干扰和副波道干扰。这类干扰是混频器特有的。下一页上一页返回4.4混频器1.信号与本振的组合频率干扰(干扰哨声)

当信号与本振信号同时输给混频器时.由于混频器的非线性特性.在其输出电流中.除了有需要的中频(fL-fS)外.还有一些谐波频率和组合频率。如果这些频率中有接近中频fI=fL-fS的组合频率.它就会通过中频放大器与正常的中频fI一起进行放大.并加到检波器上。通过检波器的非线性作用.这个接近中频的组合频率与中频fI

产生差拍检波.输出差频信号.这个差频信号是音频.通过终端的扬声器以哨叫声的形式出现并形成干扰。下一页上一页返回4.4混频器2.外来干扰与本振的组合频率干扰(副波道干扰)

这种干扰是指在混频器输入回路选择性不好的条件下.外来强干扰信号进入了混频器。这些干扰信号与本振信号同样也会形成接近中频的组合频率干扰。

3.交叉调制干扰(交调失真)

如果接收机前端电路的选择性不够好.使有用信号与干扰信号同时加到接收机输入端.而且这两种信号都是受音频调制的.就会出现交叉调制干扰现象。这种现象就是当接收机调谐在有用信号的频率上时.干扰电台的调制信号也能听得清楚.而当接收机的有用信号消失时.干扰也消失。交叉调制干扰的程度随干扰信号的振幅的增大而急剧增大.而与有用信号振幅、干扰信号频率无关。减小交叉调制的方法是提高混频前端电路的选择性、适当选择混频器件(如集成模拟乘法器、平衡混频器等)。下一页上一页返回4.4混频器4.互调干扰(互调失真)

互调干扰是指两个或多个干扰信号同时作用在混频器输入端.经混频后.产生近似中频的组合频率.进入中放通带内形成干扰。减小互调干扰的方法与抑制交叉调制干扰的措施相同。上一页返回4.5幅度调制和解调电路的制作、

调试及检测

4.5.1低电平振幅调制器(利用乘法器)

幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。变化的周期与调制信号周期相同.即振幅变化与调制信号的振幅成正比。通常称高频信号为载波信号.低频信号为调制信号.调幅器即为产生调幅信号的装置。本制作采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器.图4-31为1496芯片内部电路图.它是一个四象限模拟乘法器的基本电路。

1.直流调制特性的侧试

2.实现全载波调幅

3.实现抑制载波调幅下一页返回4.5幅度调制和解调电路的制作、

调试及检测

4.5.