第五章振幅調(diào)制電路

1、第第5章章 振幅調(diào)制振幅調(diào)制教學(xué)要求教學(xué)要求 n了解了解調(diào)制的作用。調(diào)制的作用。掌握掌握調(diào)幅信號的定義、調(diào)幅信號的定義、表示式、波形、頻譜等基本特征。表示式、波形、頻譜等基本特征。n掌握掌握典型的幅度調(diào)制電路的結(jié)構(gòu)、工作典型的幅度調(diào)制電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法和性能特點。原理、分析方法和性能特點。n了解了解數(shù)字調(diào)幅的基本概念、典型方法和數(shù)字調(diào)幅的基本概念、典型方法和實現(xiàn)電路。實現(xiàn)電路。 (1) 調(diào)制：調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波信號的某一個參量的過程用調(diào)制信號去控制載波信號的某一個參量的過程。 定義：定義：信號信號 載波信號：（等幅）高頻振蕩信號載波信號：（等幅）高頻振蕩信號 正弦波正弦波

2、方波方波 三角波三角波 )cos( tUuccc鋸齒波鋸齒波調(diào)制信號：調(diào)制信號：需要傳輸?shù)男盘栃枰獋鬏數(shù)男盘枺ㄔ夹盘枺ㄔ夹盘枺?語言語言圖像圖像 tUu cos密碼密碼已調(diào)信號（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號（已調(diào)信號（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號（射頻信號射頻信號）(2) 解調(diào)：解調(diào)：調(diào)制的逆過程調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波中恢復(fù)原調(diào)制信號的過程。，即從已調(diào)波中恢復(fù)原調(diào)制信號的過程。5.1 概述概述（7）振幅調(diào)制分三種方式：）振幅調(diào)制分三種方式：（5）相位調(diào)制：由調(diào)制信號）相位調(diào)制：由調(diào)制信號控制控制載波相位載波相位，使，使已調(diào)波的相位隨已調(diào)波的相位隨調(diào)制信號線性變化。調(diào)制信號線性變化。

3、 （6）解調(diào)方式：）解調(diào)方式：（4）頻率調(diào)制：由調(diào)制信號）頻率調(diào)制：由調(diào)制信號控制控制載波頻率載波頻率，使，使已調(diào)波的頻率隨調(diào)已調(diào)波的頻率隨調(diào) 制信號線性變化。制信號線性變化。（3）振幅調(diào)制：由調(diào)制信號去）振幅調(diào)制：由調(diào)制信號去控制控制載波振幅載波振幅，使，使已調(diào)信號的振已調(diào)信號的振 幅隨調(diào)制信號線性變化。幅隨調(diào)制信號線性變化。振幅檢波振幅檢波 振幅調(diào)制的逆過程振幅調(diào)制的逆過程鑒鑒 頻頻 頻率調(diào)制的逆過程頻率調(diào)制的逆過程鑒鑒 相相 相位調(diào)制的逆過程相位調(diào)制的逆過程普通調(diào)幅（普通調(diào)幅（AM）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）單邊帶調(diào)幅（單邊帶調(diào)幅（SSB）設(shè)：設(shè)：載波信號載波信

4、號： uc=Ucmcosct則：則：調(diào)幅信號調(diào)幅信號(已調(diào)波已調(diào)波)為：為：uAM=Um(t)cosct由于調(diào)幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有：由于調(diào)幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有： tUkUtUacmmcos)(ka：比例常數(shù)：比例常數(shù)即：即： )cos1 ()cos1 ()(tmUtUUkUtUamccmacmmma為調(diào)制度，為調(diào)制度，cmaaUUkm常用百分比數(shù)表示。常用百分比數(shù)表示。ttmUucacmAMcos)cos1 (1. AM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 調(diào)制信號調(diào)制信號： u =Ucost若將若將 )(tf分解為：分解為： 1)cos()(nnnntUt

5、f則有則有 ttmUucnnnncmAMcos)cos(11其中：其中： nanUkm 一般實際傳送的調(diào)制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續(xù)一般實際傳送的調(diào)制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續(xù)頻譜的限帶信號頻譜的限帶信號 f(t) 。則：則：ttfkUucacmAMcos)(1 2. 調(diào)幅信號波形調(diào)幅信號波形 波形特點：波形特點： (1) 調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致調(diào)制信號波形一致; (2) 調(diào)幅度調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱程度反映了調(diào)幅的強弱程度。 可以看出：可以看出： cmaUUUmminmax21一般一般ma值越大調(diào)幅越深：值越大調(diào)幅

6、越深： (1cos)cosAMcmacuUmtt ( )(1cos)mcmaUtUmt tUuccmccostUu cos)1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 實實際際電電路路中中必必須須避避免免包包絡(luò)絡(luò)失失真真過過調(diào)調(diào)幅幅時時百百分分之之百百最最大大調(diào)調(diào)幅幅時時未未調(diào)調(diào)幅幅時時,1)(10aaammm1ma 1ma （1 1）由單一頻率信號調(diào)幅）由單一頻率信號調(diào)幅 (1cos)cos11coscos()cos()22AMcmaccmcacacuUmttUtmtmt 可見：可見：調(diào)幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：調(diào)幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率

7、分量： 3. 調(diào)幅波的頻譜調(diào)幅波的頻譜 調(diào)制信號調(diào)制信號c c載波載波調(diào)幅波調(diào)幅波c +上邊頻上邊頻cmaUm21c - 下邊頻下邊頻cmaUm21cmU載載 波波 分分 量量 (c) ：不含傳輸信息：不含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c+) ：含傳輸信息：含傳輸信息下變頻分量下變頻分量 (c-) ：含傳輸信息：含傳輸信息同樣有三部同樣有三部分頻率成份分頻率成份1coscos11coscos()cos()2211coscos()cos()22AMcmnncncmcncnncnncmcncnncnnnuUmttUtmtmtUtmtmt (2) 限帶信號的調(diào)幅波限帶信號的調(diào)幅波max max c

8、 c限帶限帶信號信號c c載波載波調(diào)幅波調(diào)幅波c c- -max max 下邊頻帶下邊頻帶c c+ +maxmax上邊頻帶上邊頻帶max max max max max max 載載 波波 分分 量量 (c) ：不含傳輸信息：不含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c+n) ：含傳輸信息：含傳輸信息下變頻分量下變頻分量 (c-n) ：含傳輸信息：含傳輸信息 由于：由于： 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu4. AM信號的產(chǎn)生原理框圖信號的產(chǎn)生原理框圖So: 要完成要完成AM調(diào)制，其核心部分是實現(xiàn)調(diào)制信號與載波相乘。調(diào)制，其核心部分是實現(xiàn)調(diào)制信

9、號與載波相乘。tUtmtUttmUuccmaccmcacmAMcoscoscoscoscos1212cmcUPR 22m1224acacm UmPPPR 上上邊邊下下邊邊 212accAMmPPPPP下下邊邊上上邊邊22am 載載波波功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率22222212aaaammmm 平平均均總總功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率(2) 上、下邊帶的平均功率：上、下邊帶的平均功率： (3) 在調(diào)制信號一周期內(nèi)，調(diào)幅信號輸出的平均總功率：在調(diào)制信號一周期內(nèi)，調(diào)幅信號輸出的平均總功率： (4) 邊帶功率，載波功率與平均功率之間的關(guān)系：邊帶功率，載波功率與平均功率之間的關(guān)系： (1) R上消耗的

10、載波功率：上消耗的載波功率： 5. 調(diào)制波的功率調(diào)制波的功率 設(shè)調(diào)幅波傳輸信號至負(fù)載電阻設(shè)調(diào)幅波傳輸信號至負(fù)載電阻R上，那么調(diào)幅波各分量功率為：上，那么調(diào)幅波各分量功率為： 分析：分析：有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調(diào)幅波功率的絕大部分，因而調(diào)幅波的功率浪它的功率卻占了整個調(diào)幅波功率的絕大部分，因而調(diào)幅波的功率浪費大，效率低。費大，效率低。如當(dāng)如當(dāng)100%調(diào)制時調(diào)制時(ma=1) ，雙邊帶功率為載波功率的，雙邊帶功率為載波功率的1/2，只占用了調(diào)幅波功率的，只占用了調(diào)幅波功率的1/3。 但但AM波調(diào)制方

11、便，解調(diào)方便，便于接收。波調(diào)制方便，解調(diào)方便，便于接收。22am 載載波波功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率22222212aaaammmm 平平均均總總功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率 在在AM調(diào)制過程中，如果調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制將載波分量抑制就形成就形成抑制載波抑制載波的雙邊帶信號的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號，它可以，簡稱雙邊帶信號，它可以用載波和調(diào)制信號用載波和調(diào)制信號直接相乘得到直接相乘得到，即：，即：coscos1cos()cos()2DSBmcmcmcmccukUUttkUUtt coscos1cos()cos()2DSBcmnncncmncnncnnnukUUttkUUtUt 若

12、調(diào)制信號為單一頻率信號：若調(diào)制信號為單一頻率信號： 若調(diào)制信號為限帶信號：若調(diào)制信號為限帶信號： )()(tutkuucDSB 6. 雙邊帶（雙邊帶（double side band，DSB）調(diào)幅信號）調(diào)幅信號 （1） 數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式（2）波形與頻譜）波形與頻譜tU cos(1) DSB信號的包絡(luò)隨調(diào)制信號信號的包絡(luò)隨調(diào)制信號 變化變化 。(2) DSB信號載波的相位反映了調(diào)制信號的極性，信號載波的相位反映了調(diào)制信號的極性，即在調(diào)制信號負(fù)半周時，已調(diào)即在調(diào)制信號負(fù)半周時，已調(diào)波高頻與原載波反相。波高頻與原載波反相。因此嚴(yán)格地說，因此嚴(yán)格地說，DSB信號已非單純的振幅調(diào)制信號，而是信號已非

13、單純的振幅調(diào)制信號，而是既調(diào)幅又調(diào)相的信號既調(diào)幅又調(diào)相的信號。高頻振蕩的相位在。高頻振蕩的相位在f(t)=0瞬間有瞬間有180o突變。突變。(3) DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高于高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用頻帶占用頻帶 調(diào)制信號調(diào)制信號 載波載波c 上邊頻上邊頻下邊頻下邊頻c c- -max max c c+ +maxmax1( )cos()cos()2DSBmcmccutkUUtt 1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 1( )cos()2co

14、s()SSBLmcmccutkUUtUt 單邊帶單邊帶(SSB)信號：信號：由雙邊帶調(diào)幅信號中取出其中的任一個邊帶由雙邊帶調(diào)幅信號中取出其中的任一個邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號。部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號。其單頻調(diào)制時表示式為：其單頻調(diào)制時表示式為：上邊帶信號：上邊帶信號：下邊帶信號：下邊帶信號：7. 單邊帶單邊帶( single side band，SSB)信號信號 為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)功率和帶寬效率，常采用單邊帶調(diào)制系統(tǒng)為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)功率和帶寬效率，常采用單邊帶調(diào)制系統(tǒng) 。max max 限帶限帶信號信號c c載波載波c c- -max max 下邊頻帶信號下邊頻帶信號 c c

15、+ +maxmax上邊頻帶信號上邊頻帶信號c c+ +maxmaxc c- -max max 單音調(diào)制的單音調(diào)制的SSB信號波形信號波形 uSSB(t)0tfc FU1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 上邊帶信號：上邊帶信號： 調(diào)調(diào)頻頻調(diào)調(diào)幅幅信信號號調(diào)調(diào)相相調(diào)調(diào)幅幅信信號號純純調(diào)調(diào)幅幅信信號號,)sinsincos(cos:,coscos:cos)cos1(:ttttUuSSBttUkUuDSBttmUuAMccSSBccDSBccAM 8. 振幅調(diào)制電路的功能振幅調(diào)制電路的功能分析：三種信號都有一個調(diào)制信號和載波的乘積項，所以振幅調(diào)制分析：三種信號都有一個調(diào)制

16、信號和載波的乘積項，所以振幅調(diào)制電路的實現(xiàn)是以乘法器為核心的電路的實現(xiàn)是以乘法器為核心的線性頻譜搬移電路線性頻譜搬移電路。輸入：調(diào)制信號和載波信號輸入：調(diào)制信號和載波信號輸出：調(diào)幅信號輸出：調(diào)幅信號高電平調(diào)制高電平調(diào)制：功放和調(diào)制同時進(jìn)行，一般在大信號下工作，要兼：功放和調(diào)制同時進(jìn)行，一般在大信號下工作，要兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。主要用于主要用于AM信號。信號。低電平調(diào)制低電平調(diào)制：先調(diào)制后功放，調(diào)制低功率在下進(jìn)行，輸出功率、：先調(diào)制后功放，調(diào)制低功率在下進(jìn)行，輸出功率、效率不是主要技術(shù)指標(biāo)；提高調(diào)制線性，減小不需要的分量的產(chǎn)效率不是主要技術(shù)指標(biāo)；

17、提高調(diào)制線性，減小不需要的分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。生和提高濾波性能。主要用于主要用于DSB、SSB以及以及FM信號信號。9. 振幅調(diào)制電路的分類振幅調(diào)制電路的分類10. 振幅調(diào)制電路的基本組成原理振幅調(diào)制電路的基本組成原理一般，振幅調(diào)制電路由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器一般，振幅調(diào)制電路由輸入回路、非線性器件和帶通濾波器三部分組成。三部分組成。輸入回路輸入回路：將載波信號和調(diào)制信號直接耦合或相加后直接：將載波信號和調(diào)制信號直接耦合或相加后直接加到非線性器件上。加到非線性器件上。非線性器件（二極管、三極管、乘法器）：非線性器件（二極管、三極管、乘法器）：產(chǎn)生新的頻率。產(chǎn)生新的頻率。二極管和

18、乘法器多用于低電平振幅調(diào)制；三極管多用于高二極管和乘法器多用于低電平振幅調(diào)制；三極管多用于高電平振幅調(diào)制。電平振幅調(diào)制。帶通濾波器：帶通濾波器：取出調(diào)幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率取出調(diào)幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率成分。成分。u2K(t)ttu2正半周：正半周：D導(dǎo)通導(dǎo)通u2負(fù)半周：負(fù)半周：D截止截止121( )( )ddLiu tu trR 0di 22221211222()coscos 3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 周期方波周期方波開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)221( )0()0( )0utKtut 121()( )( )ddLiKtu tutrR

19、+- -Du2+- -RLu15.2 低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路 0. 開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)22221211222()coscos3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu1222112211222coscos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt id 的頻譜成份的頻譜成份： 12212121.,2.3.214.2nn 5 5. .直直流流222112211222coscos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt 設(shè)設(shè): :tUum

20、 costUuccmc cos mcmUU ()ddcdig Kt u ()LdLdLcdui Zg Z Kt u 10()00cccuKtu tUtUuccmmd coscos 且且: :回路電流回路電流: : LddZrg 1而而: : 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt id 的頻譜成份：的頻譜成份： ,221cccnn c 2 c 3 c c c B=2Duuc+- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZL1. 單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路（產(chǎn)生單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路（產(chǎn)生AM信號）信號）為一個為一個AM信號信號LddoRrg1 011

21、( )coscoscos2141coscos21coscosLdocmLcdomLccmdocmLccmcu tg U Rtg U RttUg U RttUUmtt 而諧振時的負(fù)載電阻為而諧振時的負(fù)載電阻為RL，則輸出電壓為，則輸出電壓為uL(t)。如果選頻回路工作在如果選頻回路工作在c 處，且?guī)挒樘?，且?guī)挒锽 = 2。 c 2 c 3 c c c B=2 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt 上半部分與下半部分電路對稱上半部分與下半部分電路對稱(1) 電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：2. 二極管平衡調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路mcmccmcmUUtUutUu 且

22、且 coscos121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR 而而 10()00cccuKtu (2) 工作原理分析：工作原理分析：122( )()22cos122coscos3.223cdLmccdLutiiiKtrRUtttrR 121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR i 的頻譜成份：的頻譜成份： ,.)2 , 1 , 0()12(nnc c+ c-3c+3c-調(diào)幅波，為，若經(jīng)過濾波，DSBcoscos24ttRrURuiRucLdmLLLL二極管平衡調(diào)制器波形二極管平衡調(diào)制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uuVD1VD32