通信電子線路：第7章 振幅調(diào)制與解調(diào)

1、第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.1 概述概述(7.1)7.2 振幅調(diào)制原理振幅調(diào)制原理(7.2 ,7.7)7.3 振幅調(diào)制方法與電路振幅調(diào)制方法與電路(7.3, 7.4, 7.6, 7.8)7.4 振幅解調(diào)（檢波）原理與電路振幅解調(diào)（檢波）原理與電路(7.9,7.10, 7.11)7.5 本章小結(jié)與習(xí)題講解本章小結(jié)與習(xí)題講解第第 7 章章 振幅調(diào)制與解調(diào)振幅調(diào)制與解調(diào) 第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.1 概述 調(diào)制：將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號(hào)上去的過(guò)程。所謂“裝載”，其實(shí)質(zhì)是使高頻載波信號(hào)（信息載體）的某個(gè)特性參數(shù)隨信息信號(hào)的大小呈線性變化的過(guò)程。 調(diào)制信號(hào)：代表信息的信號(hào)。 載波信號(hào)：

2、信息載體。 已調(diào)波信號(hào)：調(diào)制后的頻帶信號(hào)。 解調(diào)：與調(diào)制相反的過(guò)程,即從接收到的已調(diào)波信號(hào)中恢復(fù)原調(diào)制信息的過(guò)程。7.1.1 基本概念基本概念第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 問(wèn)題：為什么要進(jìn)行調(diào)制問(wèn)題：為什么要進(jìn)行調(diào)制,而不直接將信息信號(hào)發(fā)射出而不直接將信息信號(hào)發(fā)射出去？（去？（為什么無(wú)線電傳播要用高頻？）基帶信號(hào)的特點(diǎn)是頻率很低或者頻帶很寬，通過(guò)調(diào)制過(guò)程將基帶信號(hào)變成頻帶信號(hào)，有如下優(yōu)勢(shì)：1) 天線的尺寸與電磁波的波長(zhǎng)有可比性時(shí)，才能有效地將電磁信號(hào)輻射出去。低頻信號(hào)其波長(zhǎng)長(zhǎng)，要使其有效地發(fā)射，天線的尺寸必須很大，這點(diǎn)實(shí)際很難做到。2) 為了使發(fā)射與接收效率高，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)都必須采用天線和諧振回

3、路。象語(yǔ)音、圖象等信號(hào)的頻帶很寬，因此天線和諧振回路的參數(shù)應(yīng)該在很寬范圍內(nèi)變化，實(shí)際很難做到。7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3) 頻率資源不能合理利用。7.1.2 調(diào)制器在無(wú)線通信系統(tǒng)中的位置和作用調(diào)制器在無(wú)線通信系統(tǒng)中的位置和作用無(wú)線發(fā)射機(jī)中：調(diào)制無(wú)線接收機(jī)中：解調(diào)說(shuō)明：說(shuō)明：調(diào)制與解調(diào)都是頻譜變換過(guò)程，因此必須用非線性元件才能完成。7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.1.3 分類分類 調(diào)制的種類很多，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類：數(shù)字調(diào)制按調(diào)制信號(hào)的形式模擬調(diào)制脈沖調(diào)制按載波信號(hào)的形式正弦波調(diào)制按調(diào)制方法脈沖調(diào)制連續(xù)波調(diào)制9.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)補(bǔ)充定義：補(bǔ)充定義：連續(xù)波調(diào)制：用信

4、號(hào)來(lái)控制載波的振幅、頻率或相位。相應(yīng)分為：調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM） 。連續(xù)波調(diào)制通常以單頻正弦波為載波。脈沖波調(diào)制： 先用信號(hào)來(lái)控制脈沖波的振幅、寬度或位置等，再用這個(gè)已調(diào)脈沖對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。相應(yīng)分為：脈沖振幅(PAM) 、脈寬(PDM) 、脈位(PPM) 、脈沖編碼調(diào)制（PCM）等。脈沖調(diào)制通常以矩形脈沖為載波。調(diào)幅：載波頻率與相角不變，載波的振幅按照信號(hào)的變化規(guī)律變化。7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)匯總各類調(diào)制見(jiàn)如下表：匯總各類調(diào)制見(jiàn)如下表：調(diào)相：載波振幅不變，載波的瞬時(shí)相位按照信號(hào)的變化規(guī)律變化。1) 調(diào)頻與調(diào)相統(tǒng)稱調(diào)角。2) 脈沖調(diào)制是雙重調(diào)制：第一次用信號(hào)去調(diào)制脈

5、沖，第二次用已調(diào)脈沖對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，即數(shù)字調(diào)制。說(shuō)明：說(shuō)明：調(diào)頻：載波振幅不變，載波的瞬時(shí)頻率按照信號(hào)的變化規(guī)律變化。以單頻正弦波為載波，受控參數(shù)可以是載波的幅度A，頻率或相位。正弦波調(diào)制：7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)模擬調(diào)制正弦波調(diào)制振幅調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制（PM）脈沖調(diào)制脈幅調(diào)制（ PAM ）脈寬調(diào)制（ PDM ）脈位調(diào)制（ PPM ）數(shù)字調(diào)制基帶調(diào)制脈沖編碼調(diào)制（PCM）增量調(diào)制（DM）增量脈沖編碼調(diào)制（DPCM）頻帶調(diào)制幅度鍵控（ASK）移頻鍵控（FSK）移相鍵控（PSK）調(diào)制方式分類表7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 本章研究各種正弦調(diào)制方法、原理、性能和電路

6、。本章研究各種正弦調(diào)制方法、原理、性能和電路。與調(diào)制相應(yīng)的解調(diào)方式：與調(diào)制相應(yīng)的解調(diào)方式：振幅調(diào)制振幅解調(diào)，即檢波頻率調(diào)制頻率解調(diào)，即鑒頻相位調(diào)制相位解調(diào)，即鑒相7.1 概述第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)振幅調(diào)制分類：振幅調(diào)制分類： 普通調(diào)幅即標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）三者的主要區(qū)別在于：產(chǎn)生方法和頻譜結(jié)構(gòu)。7.2調(diào)幅波的性質(zhì)（根據(jù)所輸出已調(diào)波信號(hào)頻譜分量的不同）第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)設(shè) 調(diào)制信號(hào) 7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式與頻譜調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式與頻譜則調(diào)幅信號(hào)為( )costVtv00( )cosotVtv000( )()(

7、1)(1)oddoooaV tVK V cos t costK VVcos t costVVm cos t cost載波信號(hào)通常調(diào)制要傳送的信號(hào)波形是比較復(fù)雜，但無(wú)論多么復(fù)雜的信號(hào)都可用傅氏級(jí)數(shù)分解為若干正弦信號(hào)之和?，F(xiàn)以調(diào)制信號(hào)是“單頻信號(hào)”為例即為調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式即為調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式7.2調(diào)幅波的性質(zhì) 調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，表示載波電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制后改變的程度。一般0ma1。 daoK VmV1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式http:/ 振幅調(diào)制與解調(diào) 由上式可知，已調(diào)波幅度的最大值和最小值分別如下：由上式可知，已調(diào)波幅度的最大值和最小值分別如下：max

8、(1)AMoaVVmmin(1)AMoaVVm 進(jìn)一步可知，調(diào)幅指數(shù)可表示為：進(jìn)一步可知，調(diào)幅指數(shù)可表示為：maxminmaxmin1()2AMAMAMooAMaoooVVVVVVmVVV000( )()(1)(1)oddoooaV tVK V cos t costK VVcos t costVVm cos t cost第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)一般0ma1。如果 ma=1，調(diào)幅達(dá)到最大值，稱為百分之百調(diào)幅。若ma 1，AM信號(hào)波形某一段時(shí)間振幅將為零，稱為過(guò)調(diào)制。說(shuō)明：說(shuō)明：2、普通調(diào)幅波（、普通調(diào)幅波（AM）的波形圖）的波形圖o ，0ma1，調(diào)制信號(hào)是單頻正弦信號(hào)條件：條件：第七章 振幅調(diào)制與

9、解調(diào) V v o t (a) mav Vmax v(t) Vmin V0 t o (c) V0 V0 o (b) 說(shuō)明：說(shuō)明：調(diào)幅波是一個(gè)載波振幅按照調(diào)制信號(hào)的大小線性變化的高頻振蕩，其振蕩頻率保持載波頻率不變。maxminmaxmin1()2ooaoooVVVVVVmVVV第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)o ，ma1，調(diào)制信號(hào)是單頻正弦信號(hào)vo(t)ot條件：條件：過(guò)調(diào)制波形圖o ， 0ma1 ，調(diào)制信號(hào)是非正弦信號(hào)條件：條件：第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)tv oVmaxtov由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形調(diào)制信號(hào)第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)說(shuō)明：若調(diào)制信號(hào)為非對(duì)稱信號(hào)，則此時(shí)調(diào)幅指數(shù)分上調(diào)幅指數(shù)ma上和下調(diào)幅指

10、數(shù)ma下： max0minoaaooVVVVmmVV下上3. 調(diào)幅信號(hào)的頻譜及帶寬調(diào)幅信號(hào)的頻譜及帶寬第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開(kāi)，可得到：將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開(kāi)，可得到：( )(1cos) coscoscoscos1coscos()cos()211coscos()cos()22AMoaooooaooooaoooooaooaovtVmttVtV mttVtV mttVtV mtV mt 從上述表達(dá)式可以看出：從上述表達(dá)式可以看出：oo1) 調(diào)幅波是由三個(gè)不同頻率的正弦波組成：載波、上邊頻 、下邊頻 2) 上、下邊頻的幅度均等于 12oaVm第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3) 調(diào)幅過(guò)

11、程實(shí)際上是一種頻譜搬移過(guò)程，即將調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載波附近，成為對(duì)稱排列在載波頻率兩側(cè)的上、下邊頻4) 調(diào)幅的頻率搬移過(guò)程圖示如下：（單頻正弦信號(hào)時(shí)）wcwcwcw wcw w第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) max 0 0-max 0+max 非正弦波調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖5) 調(diào)幅的頻率搬移過(guò)程圖示如下：第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)maxmax22()()2AMBFHZb) 多音頻調(diào)制信號(hào)，若其頻率范圍是Fmin-Fmax，則已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度等于調(diào)制信號(hào)最高頻率的兩倍 。6) 調(diào)幅信號(hào)的帶寬a) 單音信號(hào)調(diào)制已調(diào)幅波，寬度：B=2或B=2F (=2F)，第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.2.2 普通調(diào)幅波的功率關(guān)系

12、普通調(diào)幅波的功率關(guān)系將 作用在負(fù)載電阻R上：載波功率：每個(gè)邊頻功率(上邊頻或下邊頻)：在調(diào)幅信號(hào)一周期內(nèi)，AM信號(hào)的平均輸出功率：( )(1cos)costoaoVmttv212ooTVPR2212111224aoSBSBaoTm VPPmPR21(1)2AMoTDSBaoTPPPmP( )(1cos) cos11coscos()cos()22AMoaooooaooaovtVmttVtV mtV mt 第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)結(jié)論：結(jié)論：對(duì)ma1，邊頻功率之和最多占總輸出功率的1/3。調(diào)幅波中至少有2/3的功率不含信息，從有效地利用發(fā)射機(jī)功率來(lái)看，普通調(diào)幅波是很不經(jīng)濟(jì)。7.2.3抑制載波的雙邊帶

13、調(diào)幅波與單邊帶調(diào)幅波抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波與單邊帶調(diào)幅波1、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波由此可得邊頻功率、載波功率與平均總功率之間的關(guān)系為：由此可得邊頻功率、載波功率與平均總功率之間的關(guān)系為：22am雙 邊 帶 功 率載 波 功 率222aamm雙 邊 帶 功 率平 均 總 功 率第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點(diǎn)，提高設(shè)備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號(hào)。這就是抑制載波的抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波雙邊帶調(diào)幅波(DSB AM)。1) 數(shù)學(xué)表達(dá)式：11( )cos()cos()22DSBaooaooVtm Vtm Vt( )coscosDSBooV

14、tVtt 由此可知，雙邊帶信號(hào)可以用載波和調(diào)制信號(hào)直接相乘由此可知，雙邊帶信號(hào)可以用載波和調(diào)制信號(hào)直接相乘得到。得到。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2) DSB AM信號(hào)的波形vt0vDSB0t第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3) DSB AM信號(hào)的頻譜U()0m a xUD S B()0Cm a xCm a xm a x第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)4) 從DSB AM信號(hào)的波形和頻譜圖中得出如下結(jié)論：a) 普通AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào) ，而DSB AM波的包絡(luò)正比于 ，當(dāng)調(diào)制信號(hào)為零時(shí)，DSB波的幅度也為零。 ( )vt( )vtb) DSB信號(hào)的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點(diǎn)處（調(diào)制電壓正負(fù)交替時(shí)）要突變1800

15、。由圖可見(jiàn)，在調(diào)制信號(hào)正半周內(nèi)，已調(diào)波與原載頻同相，相位差為00 。在負(fù)半周內(nèi)，已調(diào)波與原載頻反相，相位差為1800。由此表明，DSB信號(hào)的相位反映了調(diào)制信號(hào)的極性，因此，嚴(yán)格意義上講，DSB信號(hào)已非單純的振幅調(diào)制信號(hào)，而是既調(diào)幅又調(diào)相的信號(hào)。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)5) DSB AM信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍，即max2DSBBFc) DSB信號(hào)的頻譜相當(dāng)于從AM波頻譜圖中將載波分量去掉后的頻譜。d) DSB信號(hào)不含載波，它的全部功率為邊帶占有，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，效率高于AM。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2、單邊帶調(diào)幅波、單邊帶調(diào)幅波 上邊頻與下邊頻的頻譜分量對(duì)

16、稱,含有相同的信息。只發(fā)送單個(gè)邊帶信號(hào)，就得到單邊帶調(diào)幅波(SSB)。1) SSB表達(dá)式為： 上邊帶： 1( )cos()2SSBUcacutU mt下邊帶： 1( )cos()2SSBLcacutU mt2) 單邊帶信號(hào)只有雙邊帶信號(hào)頻譜寬度的一半，從而提高了頻帶的利用率。 第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3) 只發(fā)射一個(gè)邊帶，大大節(jié)省了發(fā)射功率。與普通調(diào)幅相比，在總功率相同的情況下，可使接收端的信噪比明顯提高，從而使通信距離大大增加 4) 其頻帶寬度為：maxSSBBF5) 從波形上看，單邊帶調(diào)幅信號(hào)其包絡(luò)已不能體現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。因此，單邊帶信號(hào)的解調(diào)比較復(fù)雜。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3、 比較

17、比較AM、DSB和和SSBAM的優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單、解調(diào)簡(jiǎn)單方便，便于接收，而且與調(diào)頻等其它調(diào)制方式相比，占用頻帶窄。因此，仍然廣泛應(yīng)用于無(wú)線電通信及廣播中。缺點(diǎn)：功率利用率很低DSB的優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高于AM。缺點(diǎn)：上下邊帶包含的信息相同，發(fā)射兩個(gè)邊帶造成功率浪費(fèi)，并降低頻帶利用率第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)缺點(diǎn)：不能使用包絡(luò)檢波，接收機(jī)需要一個(gè)載波恢復(fù)電路和一個(gè)同步解調(diào)器，因此接收設(shè)備復(fù)雜；相比AM，調(diào)諧更困難。SSB的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省功率、節(jié)約帶寬、噪聲低（單邊帶傳輸?shù)膸捠峭ˋM的一半，熱噪聲功率也是AM的一半），因此 從有效傳輸信息的角度看，SSB是各種調(diào)幅方式中最理想的一種。第七章 振幅調(diào)制與解

18、調(diào)電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號(hào)波形圖頻譜圖0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信號(hào)帶寬0-0+表 ： 三種振幅調(diào)制信號(hào)00(1cos)cosaVmtt00coscosam Vtt0000cos()2(cos() )2aamVtmVt或2()22()2()2第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)4、殘留邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅 在發(fā)射端發(fā)送一個(gè)完整的邊帶信號(hào)、載波信號(hào)和另一個(gè)部分被抑制的邊帶信號(hào)稱為殘留邊帶調(diào)幅 (記為VSB AM)。它既保留了單邊帶調(diào)幅節(jié)省頻帶的優(yōu)點(diǎn)，且具有濾波器易于實(shí)現(xiàn)、解調(diào)電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。在廣播電視系統(tǒng)中圖象信號(hào)就是采用殘留邊帶調(diào)幅。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)說(shuō)明

19、：說(shuō)明：0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中頻6.25MHzf0.75MHz50%(a) 廣播電視臺(tái)系統(tǒng)發(fā)端濾波器特性 (b) 電視接收系統(tǒng)中頻濾波器特性1）視頻信號(hào)的頻譜寬度為0-6MHz，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅后調(diào)幅波頻帶寬度為12MHz左右，對(duì)信道資源是一種巨大的浪費(fèi)。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3）由于發(fā)射了載波信號(hào)，因此接收機(jī)還可以采用包絡(luò)檢波器解調(diào)。2）圖(a)采用殘留邊帶調(diào)幅，發(fā)射完整的上邊帶、載波及部分下邊帶。第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說(shuō)都需要用非線性器件來(lái)完成頻率變換。(a) 普通調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖 v(t)vD

20、SB(t)vo(t)(b) 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波v(t)v DSB(t)帶通v SSB(t)v o(t) 0+或0-(c) 單邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖原理框圖如下：7.3.0概述概述7.3平方律調(diào)幅帶通v AM(t)ov(t)V0(t)非線性器件第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)1.1. 低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路1) 調(diào)制過(guò)程在低電平級(jí)進(jìn)行，需要的調(diào)制功率小。2) 由于功率小，因此對(duì)調(diào)幅電路而言，輸出功率和效率不是主要指標(biāo)，重點(diǎn)是提高調(diào)制的線性，減少不必要的頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。3) 一般置于發(fā)射機(jī)的前級(jí)，再由線性功率放大器放大已調(diào)幅信號(hào)，得到所要求功率的調(diào)幅波。根據(jù)調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：

21、根據(jù)調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：7.3.0 振幅調(diào)制電路分類振幅調(diào)制電路分類 振幅調(diào)制電路的功能：將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過(guò)電路變換成高頻調(diào)幅信號(hào)輸出。7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2.2. 高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路1) 調(diào)制過(guò)程在高電平級(jí)進(jìn)行，通常在丙類放大器中進(jìn)行調(diào)制。2) 一般置于發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)，是在功率電平較高的情況下進(jìn)行調(diào)制。3) 直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。為了獲得大的輸出功率，用調(diào)制信號(hào)去控制處于丙類工作狀態(tài)的末級(jí)諧振功率放大器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)根據(jù)調(diào)制電路使用的非線性器件可分為：根據(jù)調(diào)制電路使用的非線性器件可分為：1

22、.1. 二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路2.2. 晶體管調(diào)幅電路晶體管調(diào)幅電路7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)1. 單二極管調(diào)幅電路單二極管調(diào)幅電路+-CLR+-vov+-vo+-vDi二極管調(diào)幅電路調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)相加后，通過(guò)二極管非線性特性的變換，在電流i中產(chǎn)生了各種組合頻率分量，將諧振回路調(diào)諧于 處，且頻帶寬度為則可從各種頻率成分中取出(0+ )及0 ，這便是普通調(diào)幅波。7.3.1低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路ow2B 根據(jù)工作條件及工作狀態(tài)不同，分為：根據(jù)工作條件及工作狀態(tài)不同，分為：平方律調(diào)幅平方律調(diào)幅及及斬波調(diào)幅斬波調(diào)幅7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)(1) 平方律調(diào)幅平方

23、律調(diào)幅二極管信號(hào)較小時(shí)的工作狀態(tài)當(dāng)vD很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前三項(xiàng)，即：230123000coscosDDDDVtVtiaava va vvvv2012DDiaava v可得：可得：20100200222010012002200coscoscoscoscoscoscoscos2coscosVtVtVtVtVtVtVtVtV Vtt2iaaaaaaaaa7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)上述式中：上述式中：2202012VVaa直流項(xiàng)100cosVta載波頻率1cosVta調(diào)制信號(hào)基頻2200cos2Vt1a2載頻二次諧波22cos2Vt1a2基頻二次諧波2000coscosV Vtta上、下邊

24、頻7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)上述信號(hào)通過(guò)以wo為中心頻率，帶寬為 的濾波器，輸出電壓為：2 2000100coscoscosV VttVtv t =aa和差化積后得到：和差化積后得到： 20010021001coscoscos(1cos)cosV VttVtVVtt v t = 2aa2aaa從上述式中可以看出：從上述式中可以看出：調(diào)幅度為：21amV2aa7.3平方律調(diào)幅第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)結(jié)論：結(jié)論：1) 調(diào)幅度的大小由調(diào)制信號(hào)電壓振幅 及調(diào)制器的特性曲線決定。通常a2max，上、下邊帶之間的距離很近，要想通過(guò)一個(gè)邊帶而濾除另一個(gè)邊帶，就對(duì)濾波器提出了嚴(yán)格的要求。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

25、性能穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：對(duì)濾波器的要求太高。為什么？為什么？2) 為了提高兩個(gè)邊帶的相對(duì)距離，降低對(duì)濾波器的要求，載波頻率f0不能太高。降低f0帶來(lái)的問(wèn)題是濾波器的通頻帶不夠?qū)?，引起頻率失真。3) 為逐步將載波頻率f0提高到所需要的工作頻率上，需經(jīng)過(guò)多次雙邊帶調(diào)幅與濾波，整個(gè)發(fā)端設(shè)備復(fù)雜昂貴。7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)問(wèn)題：?jiǎn)栴}：為什么實(shí)際中使用的單邊帶濾波器不是在高頻段直接進(jìn)行濾波，而是先在低頻進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行頻率搬移？FBM1音頻F1BM2F2BM3F3強(qiáng)放f2+f1+Ff1Ff1+Ff2(f1+F)f2(f2+f1+F)OSC1OSC2OSC3f1f0+Ff1+

26、f2+f3+F=f0+Ff2f3實(shí)際濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖實(shí)際濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖說(shuō)明：說(shuō)明：提高單邊帶的載波頻率不同用倍頻的方法。為什么？為什么？7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2) 相移法：相移法：相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。 調(diào)制信號(hào) V0sin t 調(diào)制信號(hào)900移相網(wǎng)絡(luò) 載波900 移相網(wǎng)絡(luò) 平 衡 調(diào)幅器A 平 衡 調(diào)幅器B V0cos 0t v 2=Vcos tcos 0t V0sin 0t V1=Vsin tsin 0t 合 并 網(wǎng) 絡(luò) v3 單邊帶 輸 出 載 波 振蕩器 V0cos t 相移法單邊帶調(diào)制器方框圖說(shuō)明：說(shuō)明：圖中兩個(gè)平衡

27、調(diào)幅器的調(diào)制信號(hào)電壓和載波電壓都是互相移相90。原理分析如下：7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)因此，輸出電壓為（單邊帶信號(hào)）1000sinsin1cos()cos()2vvtw tVwtwt=W=- W-+ W1000coscos1cos()cos()2vvtw tVwtwt=W=- W+ W3120()cos()KKVtvvvw=+=- W其中：其中：K合并網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)；V平衡調(diào)幅器輸出電壓幅度；7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)能把相距很近的兩個(gè)邊頻帶分開(kāi)，而不需要多次重復(fù)調(diào)制和復(fù)雜的濾波器。要求調(diào)制信號(hào)和載波的移相網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，都要準(zhǔn)確地移相9

28、0。這一點(diǎn)實(shí)際很難做到。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3) 修正的移相濾波法 BM1 v1= vv 低通 濾波器 BM3 900移相 網(wǎng)絡(luò) v =cos1t BM2 低通 濾波器 BM4 v2= vv v=sin1t 音頻 振蕩器 BM-平衡調(diào)幅器 音頻輸 入 V(t)=sint 900移相 網(wǎng)絡(luò) v0=cos2t v0=sin2t 載波 振蕩器 合并 網(wǎng)絡(luò) v3v4 SSB輸出 v1=sint sin1t v1=cos(1-)t v3= v0.v2 =sin2t. cos(1-)t v2=sint cos1t v2=sin(1-)t v4=v0 v2

29、 cos2t . sin(1-)t 7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)圖中：圖中：1111.sinsin1cos()cos()2vvvtwtwtwtW=W=- W-+ WBM1的輸出電壓：BM2的輸出電壓：2111.sincos1sin()sin()2vv vtwtwtwtW=W=- W-+ W經(jīng)低通濾波器濾去上邊帶后，得到：31cos()vwt=- W41sin()vwt=- WBM3的輸出電壓：()53212121.sincos1sin()sin()2ovv vw twtwwtwwt=- W=+- W+-+ W7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 這

30、種方法所需要的90移相網(wǎng)絡(luò)工作于固定頻率1與2，因此制造和維護(hù)都比較簡(jiǎn)單。它特別適用于小型輕便設(shè)備，是一種有發(fā)展前途的方法。BM4的輸出電壓：()64212121.cossin1sin()sin()2ovvvw twtwwtwwt=- W=+- W-+ W合并網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓：5621sin ()vvwwt-=-+ W5621sinvvwwt這就是輸出的載頻為wo=w2-w1或w2+w1的單邊帶信號(hào)。7.6 振幅調(diào)制方法與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.9.1概述概述從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號(hào)不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近,因此，檢波器也屬于頻譜搬移電路。7.9振幅解調(diào)(

31、檢波)原理與電路1. 檢波電路的作用：振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過(guò)程。檢波電路的作用從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。2. 檢波的頻譜變化第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)中放來(lái)非線性器 件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f3. 檢波的時(shí)域波形輸入電壓為v1，輸出電壓為v2，則檢波前后的波形如圖所示，輸出電壓v2是已恢復(fù)的原調(diào)制信號(hào)。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)檢波器v1v2vittt輸入高頻等幅波則輸出是直流電壓輸入信號(hào)是調(diào)幅波輸出為原調(diào)制信號(hào)輸入脈沖調(diào)制波輸出為脈沖信號(hào)vottt檢波前后的波形圖v27.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章

32、 振幅調(diào)制與解調(diào) 解調(diào)輸出 載波信號(hào) v0(t)=cos 0t v(t) 調(diào)幅信號(hào) vs(t) 低 通 濾波器 檢波器的組成應(yīng)包括三部分，高頻已調(diào)信號(hào)源，非線性器件，RC低通濾波器。其組成原理框圖如下圖所示，它適于解調(diào)普通調(diào)幅波。4. 檢波電路原理框圖檢波原理框圖7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)5. 檢波器分類根據(jù)所用器件二極管檢波器三極管檢波器串聯(lián)式并聯(lián)式根據(jù)信號(hào)大小大信號(hào)檢波器小信號(hào)檢波器根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)連續(xù)波檢波器脈沖檢波器7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)包絡(luò)檢波同步檢波平方率檢波峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波根據(jù)工作特點(diǎn)7.9.2包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波主要學(xué)

33、習(xí)：連續(xù)波串聯(lián)式二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波器7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)1、二極管（大信號(hào)）峰值包絡(luò)檢波器、二極管（大信號(hào)）峰值包絡(luò)檢波器C+vRL+充電放電( a)iDvi-RL負(fù)載電阻，數(shù)值大；C負(fù)載電容，選值原則：在高頻時(shí)，其阻抗遠(yuǎn)小于R，可視為短路串聯(lián)式二極管（大信號(hào)）包絡(luò)檢波器7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)說(shuō)明：2) 一般要求的輸入信號(hào)大于0.5V，所以稱為大信號(hào)檢波器。1) RLC電路：a) 起高頻濾波作用。b) 作為檢波器的負(fù)載，在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號(hào)必須滿足：及1LoRcwW7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路C+vRL+充電放電(

34、 a)iDvi-第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)原理說(shuō)明：原理說(shuō)明：1) 輸入的高頻信號(hào)電壓vi較大，由于負(fù)載電容C的高頻阻抗很小，因此高頻電壓大部分加到二極管D上。2) 在高頻信號(hào)正半周，二極管導(dǎo)通，并對(duì)電容器C充電。二極管導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻很小，所以充電電流iD很大，充電方向如圖。這樣使電容器C上的電壓vc在很短時(shí)間內(nèi)就接近高頻電壓的最大值。主要利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RLC的充放電過(guò)程來(lái)完成調(diào)制信號(hào)的提取。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路 o vi t vc t1 t2 C+vRL+充電放電(a)iDvi-第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)4) 當(dāng)高頻電壓由最大值下降到小于電容器上的電壓時(shí)，二極管截止，電容

35、器就會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻RL放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RLC遠(yuǎn)大于高頻電壓的周期，故放電很慢。5) 當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，高頻第二個(gè)正半周的電壓又超過(guò)二極管上的負(fù)壓，使二極管導(dǎo)通。 o vi t vc t1 t2 3) 電壓vc建立后又反向地加在二極管D的兩端。這時(shí)二極管導(dǎo)通與否，由電容器C上的電壓vc和輸入信號(hào)電壓vi共同決定。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路C+vRL+充電放電(a)iDvi-第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.9.3包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)1) 電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)2) 等效輸入電阻Rid3) 失真包絡(luò)檢波器的主要質(zhì)量指標(biāo)：包絡(luò)檢波器的主要質(zhì)量指標(biāo)：7.9振幅解調(diào)(

36、檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)1.1. 電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)( (檢波效率檢波效率) )dkaim檢波器的音頻輸出電壓v輸入調(diào)幅波包絡(luò)振幅m v其中：其中：Vim調(diào)幅波的載波振幅ma調(diào)幅指數(shù)7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路 V v o t (a) mav Vmax v(t) Vmin V0 t o (c) V0 V0 o (b) 第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) -電流通角RL -檢波器負(fù)載電阻Rd -檢波器二極管內(nèi)阻當(dāng)RLRd時(shí)，0，cos1。即檢波效率Kd接近于1，這是包絡(luò)檢波的主要優(yōu)點(diǎn)。cosdK33dLRR總結(jié)：總結(jié)：2) 1) 大信號(hào)檢波的電壓傳輸系數(shù)Kd是不隨信號(hào)電壓而變化的常數(shù)

37、，僅取決于二極管內(nèi)阻和負(fù)載電阻的比值7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2.2. 等效輸入電阻等效輸入電阻R RididVim 輸入高頻電壓的振幅Iim 輸入高頻電流的的基波振幅2/2imimidimdimdVVRRIK VRK=檢波器的等效輸入電阻為：其中：上述公式推導(dǎo)如下：上述公式推導(dǎo)如下：1) 由于二極管電流id只在高頻信號(hào)電壓為正峰值的一小段時(shí)間通過(guò)，電流通角 很小，因此其基頻電流振幅為：7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)2) 負(fù)載R兩端的平均電壓為KdVim，因此平均電流： 0/dimLIK VR=011cos()()2imddItdtdtIii

38、因此：2/2imLiddimdVRRK VRK=通常故1dK/ 2idLRR結(jié)論： a) 大信號(hào)二極管的輸入電阻約等于負(fù)載電阻的一半。b) 由于輸入電阻的影響，使輸入諧振回路的Q值降低，消耗一些高頻功率。這是二極管檢波器的主要缺點(diǎn)。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)3.3. 失真失真檢波器的失真主要有：惰性失真（對(duì)角線切割失真）負(fù)峰切割失真（底邊切割失真）非線性失真頻率失真包絡(luò)檢波器的輸出波形與調(diào)幅波包絡(luò)線形狀之間的差異，即為失真。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 惰性失真原因：負(fù)載電阻RL與負(fù)載電容C的時(shí)間常數(shù)RLC太大所引起的。這時(shí)電容 C上的電荷

39、不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化,從而產(chǎn)生失真。ovitvct1t2惰性失真現(xiàn)象:7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)不產(chǎn)生失真的條件:為了防止惰性失真，只要適當(dāng)選擇RC的數(shù)值，使檢波器輸出電壓的變化能跟上高頻信號(hào)電壓包絡(luò)的變化就行了。推導(dǎo)如下：高頻信號(hào)電壓包絡(luò)的變化：高頻信號(hào)電壓包絡(luò)的變化：imdVdt檢波器輸出的變化：檢波器輸出的變化：cddtv而輸入高頻調(diào)幅波振幅為：而輸入高頻調(diào)幅波振幅為：(1cos)imimaVVmt 由此得：由此得：sinimimadVVmtdt 電容器電容器C通過(guò)負(fù)載電通過(guò)負(fù)載電阻阻RL放電的過(guò)程中放電的過(guò)程中有：有：LcccRLdvdQCdtdtR；

40、vii7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)ccLdvdtR C=v由此得：由此得：又因?yàn)閷?duì)大信號(hào)檢波，有電壓傳輸系數(shù)近似等于又因?yàn)閷?duì)大信號(hào)檢波，有電壓傳輸系數(shù)近似等于1，即：，即：1dK因此在二極管停止導(dǎo)電的瞬間有：因此在二極管停止導(dǎo)電的瞬間有：cimVv進(jìn)一步得到：進(jìn)一步得到：(1cos)ccimaLLdvVmtdtR CR Cv根據(jù)不產(chǎn)生惰性失真的條件，得到：根據(jù)不產(chǎn)生惰性失真的條件，得到：cimddVdtdtv7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)max21aamARCm令：令：sin1cosimacadVmtdtARCdmtdtv必須保證必須保證A1，

41、才能保證不產(chǎn)生惰性失真。，才能保證不產(chǎn)生惰性失真。A是時(shí)間是時(shí)間t的函數(shù)，如果的函數(shù)，如果Amax+gagRmRR+7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 非線性失真原因：失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的?，F(xiàn)象：檢波器的輸出音頻電壓不能完全和調(diào)幅波的包絡(luò)成正比?？朔椒ǎ贺?fù)載電阻RL選得足夠大，則檢波管的非線性特性影響越小，它所引起的非線性失真即可忽略。7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 頻率失真原因：這種失真是由于耦合電容Cc和濾波電容C所引起的。Cc的存在主要影響檢波的下限頻率min。不產(chǎn)生失真的條件：為使頻率為min時(shí)，Cc上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，應(yīng)滿足：或電容C的容抗應(yīng)在上限頻率max時(shí)，不產(chǎn)生旁路作用，即它應(yīng)滿足下列條件：或一般Cc約為幾F，C約為0.01F。min1gcRCmin1cgCRmax1RCmax1CR7.9振幅解調(diào)(檢波)原理與電路第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)7.10同步檢波同步檢波1、同步檢波：、同步檢波： 在接收端外加一個(gè)頻率和相位都與發(fā)端載波相同的參考信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)檢波。2、同步檢波適用于AM，DSB，SSB信號(hào)的解調(diào)，而包絡(luò)檢波只適用于AM信號(hào)的解調(diào)。原因：DSB和SSB波形包絡(luò)不直接反映調(diào)