高频电子线路5

关于高频电子线路5第一节概述一、调制的作用1、基带信号通信中所需传送的信息通过换能器转换成电信号，此电信号是占有一定频谱宽度的低频信号，通常称为基带信号。2、基带信号直接通过发射机进行传输，要实现多路远距离传输很困难。因基带信号都属于低频范围，不易区分。3、将基带信号加载到高频信号上，用高频信号作为运载工具，能够较好地实现多路有选择性的通信。将需传送的基带信号加载到高频信号上去的过程称为调制。基带信号在调制时又常称调制信号。4、调制分为振幅调制、频率调制和相位调制三类。（一）定义：用需传送的信息（调制信号）去控制高频载波振荡电压的振幅，使其随调制信号线性关系变化。二、普通调幅波（AM波）的数学表示式、波形及其频谱第2页,共36页，星期六，2024年，5月若载波信号电压为，调制信号电压为，根据定义普通调幅波的振幅为（二）普通调幅波的数学表示式第一节概述则普通调幅波的数学表示式为其中称为调幅指数（调幅度）若时，根据定义

则普通调幅波的数学表示式为第3页,共36页，星期六，2024年，5月图5-2过量调幅波形（三）普通调幅波的波形1.图5-1是单频调制普通调幅波的波形图。已调波振幅的包络形状与调制信号一样，是不失真调幅。图5-1调幅波波形3.不失真调幅ma≤1。当ma＞1时，将产生过量调制。如图5-2所示。包络形状会产生严重失真。第一节概述2.从波形上看，可知Ummax=Ucm(1+ma)；Ummin=Ucm(1-ma)，则调幅指数第4页,共36页，星期六，2024年，5月（四）普通调幅波的频谱1.单频调制的普通调幅波的频谱。由数学表示式可得可见单频调制的普通调幅波的频谱为、和。

设则可见多频调制的普通调幅波的频谱为载波、上边带和下边带

图5-4多音调制的调幅波频谱图5-3单音调制的调幅波频谱2.多频调制的普通调幅波的频谱第一节概述第5页,共36页，星期六，2024年，5月三、普通调幅波的功率关系（一）普通调幅波中各频率分量之间的功率关系(1)载波功率(2)每一边频功率(3)调制一周内的平均总功率（二）普通调幅波的特点（五）结论调幅过程是一种线性频谱搬移过程。将调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下边频带。将普通调幅波电压加在电阻R两端，电阻R上消耗的各频率分量对应的功率可表示为1.普通调幅波中载波分量占有的功率较大，而含有信息的上、下边频分量占有的功率较小。ma=1时，载波功率占总功率的2/3，而上、下边频功率只占总功率的1/3。而多频调制中平均ma=0.3，这样上下边频功率就更小了。2.从能量观点看，普通调幅波进行传送，不含信息的载波功率过大，是一种很大的浪费。这是普通调幅波本身固有的。目前只有中短波无线电广播系统采用这样调制。第一节概述第6页,共36页，星期六，2024年，5月（1）双边带调幅的振幅为可正可负，其包络随调制信号变化，但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。（2）双边带调幅波在调制信号负半周，已调波高频与原载频反相。调制信号正半周，已调波高频与原载频同相。也就是说双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变。四、抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号（一）抑制载波的双边带调幅波（DSB）图5-5双边带调幅波的波形第一节概述1、数学表示式3、双边带调幅波的频谱2、波形

由数学表示式可知可见单频调制的双边带调幅波只有。第7页,共36页，星期六，2024年，5月2、频谱（二）单边带调幅波（SSB）第一节概述1、数学表示式3、特点（1）频带只有双边带调幅波的一半，其频带利用率高。（2）全部功率都含有信息，功率有效利用率高。单频调制的单边带调幅波的频谱为第8页,共36页，星期六，2024年，5月图5-6三种调幅电路的频率变换关系五、振幅调制电路的功能（四）单边带调幅波调幅电路输入信号为载波信号，调制信号，其输出信号为（三）双边带调幅波调幅电路输入信号为载波信号，调制信号

，其输出信号为（二）普通调幅波调幅电路输入信号为载波信号，调制信号，其输出信号为（一）振幅调制电路的功能是将输入的调制信号和载波信号通过电路变换成高频调幅信号输出。第一节概述第9页,共36页，星期六，2024年，5月六、振幅调制电路的分类及要求七、振幅调制电路的基本组成原理（一）分低电平调幅和高电平调幅两大类。（二）低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。（一）振幅调制电路的输入频谱为和，而输出中必须有新的频率分量，因而调幅电路必须是非线性器件组成，其特性必须含有载波信号与调制信号相乘积项。（二）集成模拟乘法器能实现载波信号和调制信号的相乘，是用于调幅电路的理想非线性器件。（三）具有平方律特性的二极管或场效应管，利用载波信号与调制信号相加的平方项中的实现产生项。也能用于调幅电路作为非线性器件。（四）一般来说，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。第一节概述（三）高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。第10页,共36页，星期六，2024年，5月第二节低电平调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路（一）什么是开关状态？当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。图5-7二极管开关状态原理电路1、原理如图5-7所示。其中是小信号，是大信号。2、流过二极管的电流i为其中，rd为二极管的导通电阻。

（二）电路原理第11页,共36页，星期六，2024年，5月4、通过带通滤波器选出调幅波输出流过二极管电流中含有直流、等频率分量。图5-8输入与输出信号的频谱在大信号的作用下，二极管的开关函数为第二节低电平调幅电路则流过二极管的电流i为

是角频率为的周期函数，可用傅立叶级数表示如图5-8所示，经中心频率为，通频带略大于的带通滤波器取出的普通调幅波信号输出。3、开关函数表示式第12页,共36页，星期六，2024年，5月二、二极管平衡调幅电路1、二极管平衡调幅电路如图5-9所示。图中变压器为理想变压器，B2的初次级匝数比为1∶2，B3的初次级匝数比为2∶1。载波信号是大信号，由B1输入，调制信号是小信号，由B2初级输入。二极管D1、D2均工作于受uc(t)控制的开关状态，其导通电阻为rd。由于B3的初次级匝比为2∶1，负载RL折合到初级的等效电阻为4RL，对于中心抽头，每一部分为2RL。第二节低电平调幅电路图5-9二极管平衡调幅电路第13页,共36页，星期六，2024年，5月2、在无带通滤波器的条件下，流过二极管D1、D2的电流为根据变压器B3的同名端及假设的次级电流的流向。由于i1和i2流过B3初级方向相反，所以电流i为3、通过带通滤波器取出双边带调幅波第二节低电平调幅电路由于i中包含

，等频率成分，经中心频率为，带宽略大于的带通滤波器取出的频率成分电流在负载上建立双边带调幅电压输出。第14页,共36页，星期六，2024年，5月三、二极管环形调幅电路1、环形调幅电路如图5-10所示。它与平衡调幅电路的差别是多接了两只二极管D3和D4，它们的极性分别与D1和D2的极性相反。在的正半周，D1和D2导通，D3和D4截止。在的负半周，D1和D2截止，D3和D4导通。因此，D1和D2的开关函数为，而D3和D4的开关函数为。第二节低电平调幅电路2、在无带通滤波器的条件下，流过负载的总电流是流过图（b）负载的电流iⅠ和流过图（c）负载的电流iⅡ之差。图5-10环形调幅电路第15页,共36页，星期六，2024年，5月3、通过带通滤波器取出双边带调幅波4、带通滤波器一般可选为LC并联谐振回路，在输出变压器的初级加电容组成带通滤波器，也有在次级组成LC带通滤波器。流过负载的总电流中含有等频率分量。经过中心频率为，通带略大于的带通滤波器，则在上只取的双边带调幅电压。第二节低电平调幅电路则因为

所以

第16页,共36页，星期六，2024年，5月四、模拟乘法器调幅电路（一）模拟乘法器的传输特性图5-11模拟乘法器符号

模拟乘法器是有两个输入端对(即X和Y输入端对)和一个输出端对的非线性有源器件。电路符号如图5-11所示。它的传输特性方程为式中，K乘法器的增益系数，单位为1/V。第二节低电平调幅电路第17页,共36页，星期六，2024年，5月（二）双差分对管振幅调制电路1、图5-12是双差分对管模拟乘法器的原理电路。它由两个单差分对管电路T1、T2、T5和T3、T4、T6组合而成。输入信号u1加在两个单差分对管的输入端，u2加在T5和T6的输入端。图5-12双差分对管电路2

、T5和T6组成差分对管的电流电压关系根据晶体三极管的特性在每个晶体管的β＞＞1条件下，恒流源I0为

则式中，q为电子电荷；k为波耳兹曼常数；T为绝对温度；I0为恒流源；u2为差模输入电压。第二节低电平调幅电路第18页,共36页，星期六，2024年，5月3、T1、T2和T3、T4组成的差分对管的电流电压关系

模拟乘法器的基本关系式小信号输入的应用关系式4、双端输出时，输出电流i=iⅠ-iⅡiⅠ=i1+i3；iⅡ=i2+i4则i=iⅠ-iⅡ=(i1+i3)-(i2+i4)=(i1-i2)-(i4-i3)5、当u1和u2都小于26mV时，

第二节低电平调幅电路第19页,共36页，星期六，2024年，5月6、扩大u2的线性动态范围的措施

图5-13引入负反馈的差分对电路（1）在T5和T6的发射极之间接入负反馈电阻Ry。并将恒流源I0分为两个I0/2的恒流源。

（2）Ry足够大，满足深度负反馈条件，即则经过分析计算

应说明的是，ie5+ie6=I0，且ie5、ie6均为正值，故u2的最大动态范围为

第二节低电平调幅电路可得双端输出电流加入Ry后的关系式。第20页,共36页，星期六，2024年，5月（3）MC1496平衡调幅电路图5-14

MC1596平衡调幅电路1、图5-14是用模拟乘法器MC1596构成的双边带调幅电路。偏置电阻RB使I0=2mA；R1和R2向7端和8端提供偏压，8端为交流地电位；51Ω电阻为与传输电缆特性阻抗匹配；两只10kΩ电阻与RW构成的电路，用来对载波信号调零。2、设输入载波信号

是大信号输入。根据双曲线正切函数的特性，大信号条件下具有开关函数的形式可展开为傅立叶级数

另一个输入调制信号

因为2与3端满足接入则可扩大到的线性范围。

第21页,共36页，星期六，2024年，5月3、双端输出电流

若在输出端加入一个中心频率为，带宽为的带通滤波器，则取出的差值电流为4、从图中可以看出，电路采用了单端输出方式。集电极对电流取样，可得单端输出时的uoM为

若带通滤波器带内电压传输系数为ABP，则经带通滤波器后输出电压这是一个抑制载波的双边带调幅波。5、图中RW是调节MC1596的4和1端的直流电位差为零，确保输出为抑制载波的双边带调幅波。如果4和1端直流电位差不为零，则有载波分量输出，相当于是普通调幅波。第二节低电平调幅电路第22页,共36页，星期六，2024年，5月第三节高电平调幅电路一、集电极调幅电路图5-15集电极调幅电路(一)图5-15是集电极调幅原理电路。低频调制信号uΩ(t)与丙类放大器的直流电源VcT相串联，有效集电极电源电压Vcc等于两个电压之和，并随调制信号变化而变化。电容器C′是高频旁路电容，它的作用是高频相当于短路，高频电流不能通过调制变压器B3的次级线圈以及VcT电源。而对调制信号频率应相当于开路，有效电源电压能加在放大器上。（二）输入载波信号保持不变，集电极回路调谐在，带宽略大于。丙类放大器工作于过压状态。第23页,共36页，星期六，2024年，5月图5-16理想化静态调幅特性

（三）从图5-16的调幅特性看，在及一定的条件下，因为则会引起随之变化。由式中，称为调幅指数。根据理想化调幅特性可得输出电压

第三节高电平调幅电路

丙类功率放大器在不变的条件下，改变时，集电极电流在欠压区可认为不变，而在过压区将随变化而变化，具有调幅特性。

第24页,共36页，星期六，2024年，5月（四）集电极调幅电路的功率与效率1、载波状态时，

（1）直流电源提供的输入功率（2）载波输出功率（3）集电极损耗功率（4）集电极效率2、调制最大状态（1）有效电源输入功率（2）高频输出功率（3）集电极损耗功率（4）集电极效率第三节高电平调幅电路第25页,共36页，星期六，2024年，5月3、调制一周的平均功率（1）有效电源提供的平均输入功率其中，直流电源提供的平均输入功率；调制信号源提供的平均输入功率（2）平均输出功率其中，载波输出功率为；边频功率为第三节高电平调幅电路第26页,共36页，星期六，2024年，5月（五）集电极调幅电路的特点1、必须工作于过压区。2、调制过程中效率不变，可保持在高效率下工作。3、总输入功率分别由直流电源和调制信号源提供。因而调制信号源应是功率源。4、载波输出功率是由直流电源提供，而边频输出功率是由调制信号源提供。5、在调制一周内的平均功率都是载波状态对应功率的倍。6、集电极平均损耗功率是载波状态损耗功率的倍，选管子时，应采用管子的允许损耗功率。（3）平均集电极损耗功率（4）平均集电极效率第三节高电平调幅电路第27页,共36页，星期六，2024年，5月二、基极调幅电路图5-17基极调幅电路

（三）基极调幅电路的特点1、必须工作于欠压区。2、载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。3、调制过程中，效率是变化的。4、调制线性范围小，只能用于输出功率小，对失真要求不严的发射机中。（二）基极调幅电路的基本原理是利用丙类功率放大器在直流电源、输入信号

、谐振电阻、晶体管不变的条件下，在欠压区改变，其输出电流随变化这一特点来实现调幅的。（一）图5-17是基极调幅电路原理图。图中、为高频旁路电容；为低频旁路电容；为高频变压器；为低频变压器；LC回路谐振于载波频率，通频带为。第三节高电平调幅电路第28页,共36页，星期六，2024年，5月第四节单边带信号的产生一、单边带信号的产生方法单边带信号产生的方法有滤波法和移相法。1、图5-18是滤波法的原理方框图。它是由平衡调幅电路加边带滤波器组成。但是由于双边带信号中的上下边频的频率间隔为（一般为几十Hz），对边带滤波器的选频特性要求很高。特别是，边带滤波器的相对带宽很小，制作很困难。图5-18滤波法方框图二、滤波法产生的单边带信号第29页,共36页，星期六，2024年，5月2、在实际应用中是适当降低第一次调制的载波频率，这就增大了边带滤波器的相对带宽，使边带滤波器便于制作。然后再经过多次平衡调幅和滤波逐步把载频提高到要求的数值，如图5-19所示，图中，虽然设备复杂些，但性能比较可靠。图5-19实现滤波法的一种方案

第四节单边带信号的产生第30页,共36页，星期六，2024年，5月图5-20相移法单边带调制器方框图设载频信号，调制信号，若用它们产生单边带调幅信号为u(t)=KUcmUΩmcos(ωc+Ω)t=KUcmUΩmcosΩtcosωct-KUcmUΩmsinΩtsinωct前项为双边带信号，后一项也有双边带信号。只是载波信号和调制信号都移相。因而可用图5-20方框原理图来实现单边带信号的产生。移相法产生单边带信号是利用移相来实现的，不需要要求高的边带滤波器。但当调制信号为多频信号时，全都移相实际上是很困难的。第四节单边带信号的产生三、移相法产生单边带信号第31页,共36页，星期六，2024年，