振幅調制與解調原理詳解.

1、Chapter 6 調幅、檢波與混頻調幅、檢波與混頻-頻譜搬移電路頻譜搬移電路非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件相乘的作用產生與輸入信號波形的頻率不同性器件相乘的作用產生與輸入信號波形的頻率不同的信號。的信號。當頻率變換前后，信號的頻譜結構不變，只是當頻率變換前后，信號的頻譜結構不變，只是將信號頻譜無失真的在頻率軸上搬移，則稱之為線將信號頻譜無失真的在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移電路。電路。6.1 頻譜搬移電路的特性頻譜搬移電路的特性非線性器 件主振帶通f0,

2、 2Fmax調制信號f0ff0fmaxf02f0ff0f(a) 調幅原理調幅原理中放來非線性器 件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(c) 檢波原理檢波原理非線性器 件本振帶通fi, 2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif(b) 混頻原理混頻原理頻譜搬移電路的特性頻譜搬移電路的特性2) 從頻譜結構看，上述頻率變換電路都只是對輸入信號從頻譜結構看，上述頻率變換電路都只是對輸入信號頻譜實行橫向搬移而不改變原來的譜結構，因而都屬于頻譜實行橫向搬移而不改變原來的譜結構，因而都屬于所謂的線性頻率變換。所謂的線性頻率變換。1) 它們的實現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是

3、利用非線性器件它們的實現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性器件對輸入信號頻譜實行變換以產生新的有用頻率成分后，對輸入信號頻譜實行變換以產生新的有用頻率成分后，濾除無用頻率分量。濾除無用頻率分量。3) 頻譜的橫向平移從時域角度看相當于輸入信號與一個頻譜的橫向平移從時域角度看相當于輸入信號與一個參考正弦信號相乘，而平移的距離由此參考信號的頻率參考正弦信號相乘，而平移的距離由此參考信號的頻率決定，它們可以用乘法電路實現(xiàn)。決定，它們可以用乘法電路實現(xiàn)。頻譜搬移電路的特性頻譜搬移電路的特性將要傳送的信息裝載到某一高頻將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。載頻信號上去的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲

4、音緩沖發(fā)射 天線倍頻調制音頻放大1.1.定義定義: :6.26.2振幅調制原理振幅調制原理調制2. 調制的方式和分類調制的方式和分類調幅調幅調相調相調制調制連續(xù)波調制連續(xù)波調制脈沖波調制脈沖波調制脈寬調制脈寬調制 PWM脈沖調幅脈沖調幅 PAM編碼調制編碼調制 PCM調頻調頻脈位調制脈位調制 PPM調制可分為連續(xù)波調制和脈沖調制。調制可分為連續(xù)波調制和脈沖調制。3. 3. 調制的原因調制的原因4從切實可行的天線出發(fā)；從切實可行的天線出發(fā)；音頻信號音頻信號: 20Hz20kHz 波長：波長：15 15000 km天線長度天線長度: 3.75 3750km為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾

5、何為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于14波長。波長。4便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收；頻譜搬移頻譜搬移1c2c3. 3. 調制的原因調制的原因4可實現(xiàn)的回路帶寬；可實現(xiàn)的回路帶寬；基帶信號特點：頻率變化范圍很大?；鶐盘柼攸c：頻率變化范圍很大。高頻窄帶信號高頻窄帶信號頻譜搬移頻譜搬移低頻（音頻）低頻（音頻）: 20Hz20kHz1000minmaxff高頻（射頻）高頻（射頻）:3minmaxffAM廣播信號廣播信號: 535kHz1605kHz，BW=20kHz5

6、011000200kkfBW210200kkfBW2020k10k1000k100klowhigh3. 3. 調制的原因調制的原因4. 調幅的方法調幅的方法平方律調幅平方律調幅斬波調幅斬波調幅調幅方法調幅方法低電平調幅低電平調幅高電平調幅高電平調幅集電極調幅集電極調幅基極調幅基極調幅發(fā)射極調幅發(fā)射極調幅多重調制多重調制平衡調幅平衡調幅環(huán)型調幅環(huán)型調幅1. 1. 普通調幅波的數(shù)學表示式普通調幅波的數(shù)學表示式首先討論單音調制的調幅波。首先討論單音調制的調幅波。載波信號：載波信號： tcosVv000調制信號：調制信號： tcosVv調調 幅信號（已調波）：幅信號（已調波）： t(t)cos Vv0

7、mAM由于調由于調 幅信號的振幅與調制信號成線性關系，即有：幅信號的振幅與調制信號成線性關系，即有： ，式中，式中ak為比例常數(shù)為比例常數(shù)式中式中ma為調幅度，為調幅度， 0aaVVkm表示調制深度的量表示調制深度的量, 0ma1tVkVtVamcos)(0ttmVttVVkV（t）：VaaAM00000cos)cos1(cos)cos1(即tcos)tcosm1(Vv0a0AM )tcosm1(V)t(Va0m tVv000cos tVv cos)m1(VVaomax oV)m1(VVaomin 1ma 1ma ominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m2. 2. 普通

8、調幅波的波形圖普通調幅波的波形圖 實實際際電電路路中中必必須須避避免免包包絡絡失失真真過過調調幅幅時時百百分分之之百百最最大大調調幅幅時時未未調調幅幅時時,1m)(1m0maaa調制信號的變化和己調波在時域上的表現(xiàn)調制信號的變化和己調波在時域上的表現(xiàn)(1)調幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調制信號波形一致；調幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調制信號波形一致；波形特點：波形特點：(2)調幅度調幅度ma反映了調幅的強弱度反映了調幅的強弱度;tov(a) 調制信號調制信號v oVm axt(b)已調波形已調波形由非正弦波調制所得到的調幅波形由非正弦波調制所得到的調幅波形若調制信號為非對稱信號，如圖所示，若調

9、制信號為非對稱信號，如圖所示，則此時調幅度分與上調幅度則此時調幅度分與上調幅度m ma a上上和下調幅度和下調幅度m ma a下下 omin0aoomaxaVVVmVVVm下上3. 3. 調幅信號的頻譜及帶寬調幅信號的頻譜及帶寬將調幅波的數(shù)學表達式展開，可得到將調幅波的數(shù)學表達式展開，可得到tcos) tcosm1 (V) t (oaovt )cos(Vm21t )cos(Vm21tcosVooaooaoo 調制信號0載波調幅波0+上邊頻0-下邊頻頻帶寬度頻帶寬度B=2 單音調制的調幅波的頻譜單音調制的調幅波的頻譜 nn0nnn0n00nn0nn0n000nnn0AMt )cos(m21t )

10、cos(m21tcosVt )cos(m21t )cos(m21tcosVtcostcosm1VV 信號帶寬信號帶寬max2B 0 限帶信號限帶信號(多音頻的調制信號多音頻的調制信號)的調幅波的調幅波maxo 調幅波maxmaxmaxmax調制信號載波0+max上邊帶0-max下邊帶由圖看出調幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調制信號由圖看出調幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側的上、的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側的上、下邊頻，幅度均等于下邊頻，幅度均等于 含含傳傳輸輸信信息息下下邊邊頻頻分分量量含含傳傳輸輸信信息息上

11、上邊邊頻頻分分量量不不含含傳傳輸輸信信息息載載波波分分量量:)(000 調幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：調幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：oaVm21o 0+max上邊帶0-max下邊帶max對于單音信號調制已調幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)對于單音信號調制已調幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)的頻帶寬度的頻帶寬度 B=2 或或B=2F ( =2 F)， 對于多音頻的調制信號，若其頻率范圍是對于多音頻的調制信號，若其頻率范圍是Fmin-Fmax，則已調信號的頻帶寬度等于調制信號最高頻率的兩倍則已調信號的頻帶寬度等于調制信號最高頻率的兩倍 。 )HZ)(2(2F2Bmaxm

12、axAM已調幅波已調幅波的頻帶寬度的頻帶寬度 如果將普通調幅波輸送功如果將普通調幅波輸送功率至電阻率至電阻R上，則載波與兩個邊上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：頻將分別得出如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtoaocos)cos1 ()(v載波功率載波功率:RV21P2ooT上邊頻或下邊頻上邊頻或下邊頻: :oTaoaSBSBPmRVmPP2221412121在調幅信號一周期內，在調幅信號一周期內，AMAM信號的平均輸出功率是信號的平均輸出功率是oT2aDSBoTAMP)m211 (PPP4. 4. 普通調幅波的功率關系普通調幅波的功率關系00002Vma02Vma0

13、0V載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調幅波功率的絕大部分。幅波功率的絕大部分。當當ma1時，時，PoT(2/3)PAM ；當當ma0.5時，時，PoT(8/9)PAM ； 從調幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分從調幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實際地反映調制信號的頻譜結構，而載波分量僅是量才實際地反映調制信號的頻譜結構，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映調制信號的變化規(guī)律。起到頻譜搬移的作用，不反映調制信號的變化規(guī)律。oTaDSBoTAMPmPPP)211 (24. 4. 普通調幅波的功率關系普通調幅波的功率關系 例6-1

14、 已知已調幅信號的頻譜圖如圖所示。已知已調幅信號的頻譜圖如圖所示。2V0.3V0.3V1031000.1f(kHz)999.9 1) 1) 寫出已調信號電壓的數(shù)學表達式：寫出已調信號電壓的數(shù)學表達式： 2) 2) 計算在單位電阻上消耗的邊帶功率計算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率以及已調波的頻帶寬度。和總功率以及已調波的頻帶寬度。 解：解：1) 1) 根據(jù)頻譜圖知根據(jù)頻譜圖知3 . 023 . 021aooamVVVVm因此因此 2) 2) 載波功率載波功率 )W(2221RV21P22oOT雙邊帶功率雙邊帶功率 )W(09. 023 . 021Pm21P2oT2aDSB總功率總功率 )W(

15、09. 209. 02PPPDSBoTAM 已調波的頻帶寬度已調波的頻帶寬度 200F2BAM(Hz) )(102cos)102cos3 . 01(2)(62VtttVAM1. 1. 抑制載波的雙邊帶調幅波抑制載波的雙邊帶調幅波 為了克服普通調幅波效率低的缺點，提高設備的功率利用為了克服普通調幅波效率低的缺點，提高設備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。 這就是抑制載波的雙邊帶調幅波這就是抑制載波的雙邊帶調幅波(DSB AM)其數(shù)學表達式為其數(shù)學表達式為t )cos(Vm21t )cos(Vm21) t (VooaooaDSBttVmtVooa

16、DSBcoscos)( 其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調制信號頻譜中最高頻率的兩其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即倍，即maxDSBF2B抑制載波的雙邊帶調幅波的波形與頻譜抑制載波的雙邊帶調幅波的波形與頻譜tV cosDSB信號的包絡正比于信號的包絡正比于調制信號 載波o 上邊頻 下邊頻功率:oTaAMPmP2212. 單邊帶調幅波單邊帶調幅波 上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息。也上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱之為單邊帶通信可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱之為單邊帶通信(SSB)。t )cos(Vm21) t (Vooat )cos(V

17、m21) t (Vooa其表達式為：其表達式為： 或或maxSSBFB其頻帶寬度為：其頻帶寬度為：上邊頻 下邊頻單邊帶調幅波的波形單邊帶調幅波的波形tVv000cos tVv cost )cos(Vm21) t (Vooa 下邊頻單邊帶調幅波的頻譜單邊帶調幅波的頻譜電壓電壓表達式表達式普通調幅波普通調幅波tcos) tcosm1 (V0a0載波被抑制雙邊帶調幅波載波被抑制雙邊帶調幅波tcostcosVm00a單邊帶信號單邊帶信號t )cos(V2m00a00(cos() )2amVt或波形圖波形圖 頻譜圖頻譜圖0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信號信號帶寬帶寬)2( 2)2( 2()

18、20-0+表表6-1 三種振幅調制信號三種振幅調制信號tvo3. 3. 殘留邊帶調幅殘留邊帶調幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中頻6.25MHzf0.75MHz50%(a) 廣播電視臺系統(tǒng)發(fā)端濾波器特性廣播電視臺系統(tǒng)發(fā)端濾波器特性 (b) 電視接收系統(tǒng)中頻濾波器特性電視接收系統(tǒng)中頻濾波器特性殘留邊帶調幅殘留邊帶調幅(記為記為VSB AM)它在發(fā)射端發(fā)送一個完整的它在發(fā)射端發(fā)送一個完整的邊帶信號、載波信號和另一個部分被抑制的邊帶信號。邊帶信號、載波信號和另一個部分被抑制的邊帶信號。這樣它既保留了單邊帶調幅節(jié)省頻帶的優(yōu)點，且具有濾這樣它既保留了單邊帶調幅節(jié)省

19、頻帶的優(yōu)點，且具有濾波器易于實現(xiàn)、解調電路簡單的特點。波器易于實現(xiàn)、解調電路簡單的特點。在廣播電視系統(tǒng)中圖象信號就是采用殘留邊帶調幅。在廣播電視系統(tǒng)中圖象信號就是采用殘留邊帶調幅。調幅波的共同之處都是在調幅前后產生了新的頻率分量，調幅波的共同之處都是在調幅前后產生了新的頻率分量，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。帶通v AM(t)ov(t)V0(t)(a) 普通調幅波實現(xiàn)框圖普通調幅波實現(xiàn)框圖 v(t)vDSB(t)vo(t)(b) 抑制載波的雙邊帶調幅波抑制載波的雙邊帶調幅波v(t)v DSB(t)帶通v SSB(t)v o(t) 0+或0(

20、c) 單邊帶調幅波實現(xiàn)框圖單邊帶調幅波實現(xiàn)框圖原理框圖如下：原理框圖如下：6.3.1概述概述6.3振幅調制方法與電路振幅調制方法與電路高電平調幅電路高電平調幅電路一般置于發(fā)射機的最后一級，是在功率電平較高的情一般置于發(fā)射機的最后一級，是在功率電平較高的情況下進行調制。況下進行調制。低電平調幅電路低電平調幅電路一般置于發(fā)射機的前級，再由線性功率放大器放大已一般置于發(fā)射機的前級，再由線性功率放大器放大已調幅信號，得到所要求功率的調幅波。調幅信號，得到所要求功率的調幅波。按調制電路輸出功率的高低可分為：按調制電路輸出功率的高低可分為：1. 簡單的二極管調幅電路簡單的二極管調幅電路 + C L R +

21、 vo v + vo + vD i 二極管調幅電路二極管調幅電路調制信號和載波信號相加后，調制信號和載波信號相加后，通過二極管非線性特性的變換，在通過二極管非線性特性的變換，在電流電流i中產生了各種組合頻率分量，中產生了各種組合頻率分量，將諧振回路調諧于將諧振回路調諧于(0+ )，便能取出和的成分，這便是普通調，便能取出和的成分，這便是普通調幅波。幅波。(1) 平方律調幅平方律調幅二極管信號較小時的工作狀態(tài)二極管信號較小時的工作狀態(tài)3D32D2D10vavavaaitcosVtcosVc000Dvvv當當vD很小時，級數(shù)可只取前四項很小時，級數(shù)可只取前四項6.3.2低電平調幅電路低電平調幅電路

22、 利用三角公式展開，并分類整理，可得利用三角公式展開，并分類整理，可得 tcosVtcosV0010aai t2cos1V21tcostcosVVt2cos1V2120000202a t3costcos3V4100303a t2cos21t2cos21tcosVV230020 t2cos21t2cos21tcosVV23000220t3costcos3V413 0300320020010)coscos()coscos()coscos(tVtVtVtVtVtVaaaai)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVa

23、VaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa203331234320020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，非線性器件工作在滿足平方律的區(qū)段。非線性器件工作在滿足平方律的區(qū)段。0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2

24、033312343經分類整理可知：經分類整理可知： 是我們所需要的上、下邊頻。是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項產生的，故稱為平方律調幅。其中最為這對邊頻是由平方項產生的，故稱為平方律調幅。其中最為有害的分量是有害的分量是 項。項。020cos21 )(coscoscos)(1210002001tVaaVatvttVVatVatv經濾波后平方律調幅器數(shù)學表達式經濾波后平方律調幅器數(shù)學表達式: :平方律調幅器的調制度：平方律調幅器的調制度：Vaama122 ( 2).( 2).平衡調幅器平衡調幅器 平衡調制是由兩個簡單的二極管調幅電路對稱連接組成。平衡調制是由兩個簡單的二極管調幅電路對

25、稱連接組成。載波成分由于對稱而被抵消，在輸出中不再出現(xiàn)，因而平衡調載波成分由于對稱而被抵消，在輸出中不再出現(xiàn)，因而平衡調制器是產生制器是產生DSBDSB和和SSBSSB信號的基本電路。信號的基本電路。+D1Tr11:12+vv+vD2+D2Tr3Tr221:1voviLi1i2vD1i1i2+vvRDD2RD2RL2RLvo 單管調幅器頻譜中所含的直流分量、載波分量以及載波的各單管調幅器頻譜中所含的直流分量、載波分量以及載波的各次諧波分量，在平衡調制器里都被抑制掉了。次諧波分量，在平衡調制器里都被抑制掉了。平衡調制器原理圖及其等效電路平衡調制器原理圖及其等效電路如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，

26、觀察輸出如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式電流表示式20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai120020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai2總的輸出電流總的輸出電流總的輸出電壓總的輸出電壓21iiiRo21iiv0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343平衡調幅電路平衡調幅電路 (2)普通調幅波的高頻振

27、蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調幅波在調普通調幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調幅波在調制信號極性變化時，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生制信號極性變化時，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180 的突變，這的突變，這是因為雙邊帶波是由是因為雙邊帶波是由v0和和v 相乘而產生的。相乘而產生的。（1）它雖然是調幅波，但因失去了載波，因而包絡不能完全反）它雖然是調幅波，但因失去了載波，因而包絡不能完全反映調制信號變化的規(guī)律，這就給以后的解調工作帶來困難；映調制信號變化的規(guī)律，這就給以后的解調工作帶來困難； 平衡調制器的重要優(yōu)點就是有效地抑制了載波，其條件是平衡調制器的重要優(yōu)點就是有效地抑制了載波，其條件是Tr1和和Tr2

28、對中心抽頭來說必須嚴格對稱，對中心抽頭來說必須嚴格對稱，D1，D2兩管的特性完全相兩管的特性完全相同。實際上，這是很難做到的。如果電路稍有不平衡，載波電壓同。實際上，這是很難做到的。如果電路稍有不平衡，載波電壓就會泄漏到輸出端。就會泄漏到輸出端。抑制載波的雙邊帶信號波形如圖所示，它有兩個重要的特點：抑制載波的雙邊帶信號波形如圖所示，它有兩個重要的特點：tvo平衡調制器輸出的電壓波形平衡調制器輸出的電壓波形平衡開關調幅器平衡開關調幅器 在大信號情況應用時，依靠二極管的導通和截止來實現(xiàn)頻在大信號情況應用時，依靠二極管的導通和截止來實現(xiàn)頻率變換，這時二極管就相當于一個開關。率變換，這時二極管就相當于

29、一個開關。 滿足滿足 的條件時，二極管的通、斷由載波電壓決定。的條件時，二極管的通、斷由載波電壓決定。 VV0輸出調幅波有用電流分量輸出調幅波有用電流分量tvo平衡調制器輸出的電壓波形平衡調制器輸出的電壓波形tsctcoVgiD00s20) t (S) t (SRRDLDDavvit3cos32tcos221) t (S00 t3cos32tcos221) tcosVtcosV(0000ai t )cos(t )cos(V) t2cos1 (VtcosV21tcosV21000000a t )3cos(t )3cos(V t2cost4cos3V000000 1.1.單管開關調幅器單管開關調幅

30、器vvvvvv02D01D令二極管導通時的電導DDR1g故通過二極管的電流為： )(11tSgDDvi)t(Sg2DD2vi) t (Sg2D21Lviii將) t (S和tcosVmv代入，得輸出電流為 t3cos32tcos221tcosVg200mDLi tcost )cos(Vg2tcosVg00DD )t (3cos(t )3cos(V3g200D 1.1. 平衡開關調幅器平衡開關調幅器ttvo電流波形電壓波形) t (Sg2D21LviiiTrv0+vC32/5p+D2vD2D1vD1C2i1i2R32.2k4747R1R2vout2/5pC10.01v0v0平衡調幅器的一種實用電

31、路平衡調幅器的一種實用電路 電路中電路中C1C1接地為邊帶信號提供交流通路；接地為邊帶信號提供交流通路；R1R1和和R2R2配合電位器配合電位器R3R3來平衡二極管正向特性的不對稱；來平衡二極管正向特性的不對稱；C2C2和和C1C1的作用是平衡二極管反向工作時結電容的不對稱。的作用是平衡二極管反向工作時結電容的不對稱。調制電壓單端輸入，邊帶信號經調諧于載頻的回路單端輸出，調制電壓單端輸入，邊帶信號經調諧于載頻的回路單端輸出， +Tr11:12+vv+vD2+D2Tr3Tr221:1viLi1i2vD1vo3. 3. 環(huán)形調制器環(huán)形調制器在平衡調制器的基礎上，再增加在平衡調制器的基礎上，再增加兩

32、個二極管，使電路中兩個二極管，使電路中4 4個二極管首尾個二極管首尾相接構成環(huán)形，這就是環(huán)形調制器。相接構成環(huán)形，這就是環(huán)形調制器。D1Tr1Tr2iLD4D321:1v021:1v RLvv +v0+v +D2環(huán)行調制器原理圖環(huán)行調制器原理圖 D1 Tr1 Tr2 i1 21:1 v0 21:1 RL + v + + D2 v i2 iL1 Tr1 Tr2 i3 21:1 v0 21:1 RL + v + + v i4 iL1 iLK D4 D3 (b) (a) 環(huán)型調制器等效電路環(huán)型調制器等效電路環(huán)形調制器輸出電流的有用分量環(huán)形調制器輸出電流的有用分量:= gDVcos(0)t+cos(0

33、)t0i4 振幅比平衡調制器提高了一倍，并抑制了低頻振幅比平衡調制器提高了一倍，并抑制了低頻 分量，分量，因而獲得了廣泛應用。因而獲得了廣泛應用。iL=iL1+iL2)(2211tSgDLviii)(2432tSgDLviii)(421tSgDLLLviii調節(jié)直流電壓調節(jié)直流電壓V VDCDC的大小，可以改變調幅系數(shù)的大小，可以改變調幅系數(shù)m ma a的值。的值。) t () t (k) t (210vvv t )cos(t )cos(VkV21tcostcosVkV) t (000000v)(tV) t (V0) tcosVV( tcoskV) t (DC000vtVkVtVkVtVkVm

34、DC)cos(21)cos(21cos000000模擬相乘器的輸出電壓與輸入電壓的關系為模擬相乘器的輸出電壓與輸入電壓的關系為如果如果v v1 1(t)(t)為高頻載波為高頻載波 ，v v2 2(t)(t)為低頻調制信號為低頻調制信號則輸出電壓則輸出電壓如果在調制信號如果在調制信號v v2 2(t)(t)上疊加一直流電壓，則可以得到普通調幅信號的輸出上疊加一直流電壓，則可以得到普通調幅信號的輸出抑制載波的雙邊帶調幅信號。抑制載波的雙邊帶調幅信號。4. 模擬相乘器調幅電路模擬相乘器調幅電路 (1) 普通調幅電路普通調幅電路+15V10k5.1kvovcvxosv48912BG314C帶通濾波器V

35、+voutL用BG314實現(xiàn)普通調幅) t (v 疊加在調制信號疊加在調制信號 上的直流電壓上的直流電壓V V0 0是通過電源電壓是通過電源電壓(+15V)(+15V)和電和電阻阻(10k(10k ) )、可變電阻、可變電阻(5.1k(5.1k ) )獲得的。調節(jié)可變電阻即可改變獲得的。調節(jié)可變電阻即可改變m ma a值，值，應使應使m ma a1 max，上、下邊帶之間的距離很近，要想通過，上、下邊帶之間的距離很近，要想通過一個邊帶而濾除另一個邊帶，就對濾波器提出了嚴格的要求。一個邊帶而濾除另一個邊帶，就對濾波器提出了嚴格的要求。FBM1音頻1BM22BM33強放f2+f1+Ff1Ff1+F

36、f2(f1+F)f2(f2+f1+F)OSC1OSC2OSC3f1f0+Ff1+f2+f3+F=f0+Ff2f3實際濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖實際濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖 必須強調指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的必須強調指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。因為倍頻后，音頻頻率也跟著成倍增加，使原方法。因為倍頻后，音頻頻率也跟著成倍增加，使原來的調制信號變了樣，產生嚴重的失真。這是絕對不允來的調制信號變了樣，產生嚴重的失真。這是絕對不允許的。許的。問題：問題：為什么不用倍頻的方法來提高單邊帶的載波頻率為什么不用倍頻的方法來提高單邊帶的載波頻率? 低放 環(huán)形 調幅器 上邊帶濾波

37、器 0.33kHz 語言信號 I路 I 100kHz 100kHz 相加 網絡 環(huán)形 調幅器 LC 濾波器 平衡 調幅器 LC 濾波器 強放 I 100.3 103 97 99.7 kHz 100kHz 環(huán)形 調幅器 低放 語言信號 II路 下邊帶 濾波器 100kHz II I II 100kHz 頻率 合成器 下邊帶 353kHz 706kHz 1412kHz 17533253kHz 36066606kHz 731213312kHz 100kHz kHz II I I II II I 253 353 453 253kHz 1500kHz 1.53MHz (間 隔1kHz) 36MHz (間

38、 隔2kHz) 612MHz (間 隔4kHz) II 0.33kHz I II (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。如圖所示相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。如圖所示 調制信號 V0sint 調制信號 90移相網絡 載波 90 移相網絡 平 衡 調幅器 A 平 衡 調幅器 B V0cos0t v 2=Vcostcos0t V0sin0t V1=Vsintsin0t 合 并 網 絡 v3 單邊帶 輸 出 載 波 振蕩器 V0cost 相移法單邊帶調制器方框圖相移法單邊帶調制器方框圖 圖中兩個平衡調幅器的調圖中兩個平衡調幅器的調制信號電壓和載波電壓都是制信號電壓

39、和載波電壓都是互相移相互相移相90。)tcos()tVcos(0021 sinsin01ttVv)cos()cos(21 coscos0002ttVttVv因此，輸出電壓為因此，輸出電壓為t )cos(KV)(K0213vvv這種方法原則上能把相距很近的兩個邊頻帶這種方法原則上能把相距很近的兩個邊頻帶分開，而不需要多次重復調制和復雜的濾波器。分開，而不需要多次重復調制和復雜的濾波器。但這種方法要求調制信號的移相網絡和載但這種方法要求調制信號的移相網絡和載波的移相網絡在整個頻帶范圍內，都要準確地波的移相網絡在整個頻帶范圍內，都要準確地移相移相90。這一點在實際上是很難做到的。這一點在實際上是很難

40、做到的。(3) 修正的移相濾波法修正的移相濾波法 BM1 v1= vv 低通 濾波器 BM3 90移相 網絡 v=cos1t BM2 低通 濾波器 BM4 v2= vv v=sin1t 音頻 振蕩器 BM-平衡調幅器 音頻輸入 V(t)=sint 90移相 網絡 v0=cos2t v0=sin2t 載波 振蕩器 合并 網絡 v3v4 SSB輸出 v1=sint sin1t v1=cos(1)t v3= v0v2 =sin2t cos(1-)t v2=sint cos1t v2=sin(1)t v4=v0 v2=cos2t sin(1)t 這種方法所需要的這種方法所需要的90移相網絡工作于固定頻

41、率移相網絡工作于固定頻率 1與與 2，因此制造和維護都比較簡單。它特別適用于小型輕便，因此制造和維護都比較簡單。它特別適用于小型輕便設備，是一種有發(fā)展前途的方法。設備，是一種有發(fā)展前途的方法。t )sin(12高電平調幅電路能同時實現(xiàn)調制和功率放大，即用調高電平調幅電路能同時實現(xiàn)調制和功率放大，即用調制信號制信號v去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度Vcm來實現(xiàn)來實現(xiàn)調幅的。調幅的。VCC對工作狀態(tài)的影響對工作狀態(tài)的影響過壓欠壓0臨界VCC1cmI0cIcmV欠壓過壓0臨界Vbm1cmI0cIBZBBbmVVVcmVVbm對工作狀態(tài)的影響對工作狀態(tài)的影響6.

42、3.3高電平調幅電路高電平調幅電路根據(jù)調制信號控制方式的不同，對晶體管而言，高電根據(jù)調制信號控制方式的不同，對晶體管而言，高電平調幅又可分為基極調幅和集電極調幅。平調幅又可分為基極調幅和集電極調幅。高電平調幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調制線性高電平調幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調制線性的要求。最常用的方法是對功放的供電電壓進行調制。的要求。最常用的方法是對功放的供電電壓進行調制。1. 集電極調幅電路集電極調幅電路 vb(t) + + VcT + VBB + Vc(t) + vCE vBE + L C vc v + 集電極調幅電路集電極調幅電路調制信號調制信號 經低頻變經低頻變壓器加在集電極

43、上，并與直流壓器加在集電極上，并與直流電源電壓電源電壓VcT相串饋。相串饋。高頻載波高頻載波v0(t)=v0cos經高頻變壓器經高頻變壓器加在基極回路中。加在基極回路中。tcosvviCiC1) t (v ccV臨臨界界過壓過壓欠壓欠壓VCC（t）集電極調幅應工作在過壓區(qū)集電極調幅應工作在過壓區(qū)oebtVBvItebo(a) 基 極 電 壓oVcVcttVcVcvc(b) 集 電 極 電 源 電 壓 VCootiootIcic(c) 集 電 極 電 流 icictoto(d) 回 路 電 壓 vc(或 電 流 ik)toecVcTtoec(e) 集 電 極 一 發(fā) 射 極 之 間 的 電 位

44、差vcvcoiBtoiBt(f) 基 極 電 流 iB集電極調幅電路波形圖集電極調幅電路波形圖集集電電極極調調幅幅應應工工作作在在過過壓壓區(qū)區(qū)集電極調幅在調制信號一周期內的各平均功率為：集電極調幅在調制信號一周期內的各平均功率為：1) 集電極有效電源電壓集電極有效電源電壓Vc(t)供給被調放大器的總平均功率供給被調放大器的總平均功率)m211(PP2aTav2) 集電極直流電源集電極直流電源VcT所供給的平均功率則為所供給的平均功率則為COTCTTIVPP3) 調制信號源調制信號源Vc 供給的平均功率供給的平均功率COTCT2aavcIV2mPPP4) 平均輸出功率平均輸出功率)m211 (P

45、P2aT0oav5) 集電極平均耗散功率集電極平均耗散功率2c211aCTavmPP輸出信號為輸出信號為: :Vc(t)=Vc(t)cos0t=VcT + v1cost cos 0tCTaVVm6) 集電極效率集電極效率T2aT2aoTavoavav)2m1 (P)2m1 (PPP故：故：2) 總輸入功率分別由總輸入功率分別由VCT與與VC 所供給，所供給，VCT供給用以產供給用以產 生載波功率的直流功率生載波功率的直流功率P=T，VC 則供給用以產生邊則供給用以產生邊 帶功率的平均功率帶功率的平均功率PDSB。1) 平均功率均為載波點各功率的平均功率均為載波點各功率的( )( )倍倍2am2

46、113) 集電極平均耗散功率等于載波點耗散功率的集電極平均耗散功率等于載波點耗散功率的( )倍，倍， 應根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使應根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCMPcav。2am2114) 輸出的邊頻功率由調制器供給的功率轉換得到，大功輸出的邊頻功率由調制器供給的功率轉換得到，大功 率集電極調幅就需要大功率的調制信號電源。率集電極調幅就需要大功率的調制信號電源。5) 集電極調幅為等效率、等電壓利用系數(shù)調幅。集電極調幅為等效率、等電壓利用系數(shù)調幅。直流功率：P在調幅峰處： Vmaxc = VcT(1+mamax0c=I (1+mamax1c=Iamax= Vmaxc.

47、Imax0c=P(1+ma)2輸出功率：Pmaxo=21VmaxcImax1c=PT0(1+ma)2集電極耗散功率：Pmaxc=Pmax-Pmaxo=PcT(1+ma)2集電極效率：avTPopPopmaxmaxmax )(1+m ).2. 基極調幅電路基極調幅電路 C vb(t) Vcc + L + VBT vb + + + VB(t) Vcc vc(t) 基極調幅電路基極調幅電路與集電極調幅電與集電極調幅電路同樣的分析，可以路同樣的分析，可以認為認為VB(t)=VBT+v (t)是放大器的基極等效是放大器的基極等效低頻供電電源。低頻供電電源。因為因為VB(t)隨調制信號隨調制信號v (t)

48、變化，如果要求放大器的輸變化，如果要求放大器的輸出電壓也隨調制信號變化，則應使輸出電壓隨出電壓也隨調制信號變化，則應使輸出電壓隨VB(t)變化。變化。放大器應工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流放大器應工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流Ic1m、輸出電壓、輸出電壓Vc(t)按基極供電電壓按基極供電電壓VBT(t)變化，從而實現(xiàn)變化，從而實現(xiàn)輸出電壓隨調制電壓變化的調幅。輸出電壓隨調制電壓變化的調幅。)t (v )t(vccicvAM（t）臨界臨界過壓過壓欠壓欠壓V BB(t)基極調幅電路應工作在欠壓區(qū)基極調幅電路應工作在欠壓區(qū)V VBEBEV VCECE6.4.1概述概述振幅解調振幅解調

49、(又稱檢波又稱檢波)是振幅調制的逆過程。它的作用是是振幅調制的逆過程。它的作用是從已調制的高頻振蕩中恢復出原來的調制信號。從已調制的高頻振蕩中恢復出原來的調制信號。從頻譜上看，檢波就是將幅度調制波中的邊帶信號不失從頻譜上看，檢波就是將幅度調制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近,因此，檢波器也屬于因此，檢波器也屬于頻譜搬移電路。頻譜搬移電路。6.4振幅解調振幅解調(檢波檢波)原理與電路原理與電路中放來非線性器 件低通 Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f非線性非線性 電路電路低通低通濾濾 波器波器從已調波中檢出包絡信息從已調波

50、中檢出包絡信息，只適用于，只適用于AM信號信號 輸入輸入 AM信號信號檢出包絡信息檢出包絡信息檢波器的組成應包括三部分，高頻已調信號源，非線性器件，檢波器的組成應包括三部分，高頻已調信號源，非線性器件，RCRC低通濾波器。其如下圖所示低通濾波器。其如下圖所示 解調輸出 載波信號 v0(t)=cos0t v(t) 調幅信號 vs(t) 低 通 濾波器 包絡檢波包絡檢波同步檢波同步檢波檢波器分類檢波器分類: :平方率檢波平方率檢波峰值包絡檢波峰值包絡檢波平均包絡檢波平均包絡檢波 中放來 非線性 器 件 低通 Fmax 到低放 高頻 信號源 載波被抑制的已調波解調原理載波被抑制的已調波解調原理解調普

51、通調幅波組成原理框圖解調普通調幅波組成原理框圖 輸入電壓為輸入電壓為v1，輸出電壓為，輸出電壓為v2，則檢波前后的波形如圖所示，則檢波前后的波形如圖所示，輸出電壓輸出電壓v2是已恢復的原調制信號。是已恢復的原調制信號。檢波器v1v2vittt輸入高頻等幅波則輸出是直流電壓輸入信號是調幅波輸出為原調制信號輸入脈沖調制波輸出為脈沖信號vottt檢波前后的波形圖 串聯(lián)式二極管（大信號）包絡檢波器如圖串聯(lián)式二極管（大信號）包絡檢波器如圖(a)(a)所示。圖中的所示。圖中的R RL L、C C為二極管檢波器的負載，同時也起低通濾波器作用。一般要求為二極管檢波器的負載，同時也起低通濾波器作用。一般要求檢波

52、器的輸入信號大于檢波器的輸入信號大于0.5V0.5V，所以稱為大信號檢波器。，所以稱為大信號檢波器。 二極管（大信號）峰值包絡檢波器二極管（大信號）峰值包絡檢波器C+vRL+充電放電(a)iDviC+vRL(b)vcvi+ RLC電路：電路：二是作為檢波器的負載，在其兩端輸出已恢復的調制信二是作為檢波器的負載，在其兩端輸出已恢復的調制信號號一是起高頻濾波作用。一是起高頻濾波作用。故必須滿足故必須滿足LoRc1LmaxRC1及及 1. 工作原理工作原理 串聯(lián)型二極管包絡檢波器的物理過程如圖所示。串聯(lián)型二極管包絡檢波器的物理過程如圖所示。 大信號的檢波的原理大信號的檢波的原理: :主要是利用二極管

53、的單向導電特性和主要是利用二極管的單向導電特性和檢波負載檢波負載RCRC的充放電過程來完成調制信號的提取。的充放電過程來完成調制信號的提取。 o vi t vc t1 t2 C + + v RL + + 充電 放電 i D vi vc Cc cosicVv tVmVtmVvviaiaiiccoscoscos cos)cos1 (cos若輸入信號為等幅波時則電容若輸入信號為等幅波時則電容C上的輸出電壓為上的輸出電壓為若輸入信號為調幅波時則電容若輸入信號為調幅波時則電容C上的輸出電壓為上的輸出電壓為coscos iaVmv若輸入信號為調幅波時則輸出電壓為若輸入信號為調幅波時則輸出電壓為輸出電壓振幅

54、為輸出電壓振幅為cos iaVmV2. 包絡檢波器的質量指標包絡檢波器的質量指標1)電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率檢波效率)iadVmVK 輸入調幅波包絡振幅輸入調幅波包絡振幅 檢波器的音頻輸出電壓檢波器的音頻輸出電壓另外：另外： cosKd -電流通角電流通角3dRR3R -檢波器負載電阻檢波器負載電阻Rd -檢波器二極管內阻檢波器二極管內阻當當RRd時，時，0，cos1。即檢波效率。即檢波效率Kd接近接近于于1，這是包絡檢波的主要優(yōu)點。，這是包絡檢波的主要優(yōu)點。2)等效輸入電阻等效輸入電阻RidVim - 輸入高頻電壓的振幅輸入高頻電壓的振幅Iim - 輸入高頻電流的的基波振幅輸入高頻

55、電流的的基波振幅 由于二極管輸入電阻的影響，使輸入諧振回路的由于二極管輸入電阻的影響，使輸入諧振回路的Q值降值降低，消耗一些高頻功率。這是二極管檢波器的主要缺點。低，消耗一些高頻功率。這是二極管檢波器的主要缺點。dimdimimimidKRRVKVIVR2/22/RRid 即大信號二極管的輸入電阻約等于負載電阻的一半。即大信號二極管的輸入電阻約等于負載電阻的一半。通常通常1Kd因此因此0ddimI2) t(d1) t(tdcos1Iii負載負載R R兩端的平均電壓為兩端的平均電壓為K Kd dV Vimim，因此平均電流因此平均電流 R/VKIimd03)失真失真 惰性失真惰性失真ovitvc

56、t1t2惰性失真惰性失真原因原因:由于負載電阻由于負載電阻R與負載電容與負載電容C的時間常數(shù)的時間常數(shù)RC太大所引起的。太大所引起的。這時電容這時電容 C上的電荷不能很快地上的電荷不能很快地隨調幅波包絡變化隨調幅波包絡變化,從而產生失真。從而產生失真。不產生失真的條件不產生失真的條件:為了防止惰性失真，只要適當選擇為了防止惰性失真，只要適當選擇RC的的數(shù)值，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡的變化就行了。數(shù)值，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡的變化就行了。 也就是要求也就是要求dtdcvdtVdi 或寫成或寫成 a2amaxmm1RC在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 計算。計算?，F(xiàn)象現(xiàn)象:

57、dtdcvRCvc= =tsinVmdtVdimaim負峰切割失真負峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)檢波器輸出常用隔直流電容檢波器輸出常用隔直流電容Cc與下級耦合，如圖所示。與下級耦合，如圖所示。Rg代代表下級電路的輸入電阻。表下級電路的輸入電阻。+vC+RRgVCCcviD考慮了耦合電容考慮了耦合電容Cc和低放和低放輸入電阻輸入電阻Rg后的檢波電路后的檢波電路為了有效地傳送低頻信號，要求為了有效地傳送低頻信號，要求gcRC1在檢波過程中，在檢波過程中，Cc兩端建立了直流電壓經電阻兩端建立了直流電壓經電阻R和和Rg分壓，在分壓，在R上得到的直流電壓為：上得到的直流電壓為：imgRVRRR

58、V 對于二極管來說，對于二極管來說，VR是是反偏壓，它有可能阻止二極反偏壓，它有可能阻止二極管導通，從而產生失真。管導通，從而產生失真。VimOvVRmaVim負峰切割失真波形負峰切割失真波形 為了避免底部切割失真，為了避免底部切割失真，調幅波的最小幅度調幅波的最小幅度Vim(1ma)必須大于必須大于VRimgaimVRRR)m1 (VRRRR/RRRRmggga即：即：現(xiàn)象現(xiàn)象:原因原因:不產生失真的條件不產生失真的條件:21R10151R68010kR4C32082kR36V中放級中放末線回路至低放D2AP95100pC1R1C2R24.7kCd+305100pR5C4C5 實際電路中，為

59、防止出現(xiàn)負峰切割失真，常采用分負載方法，實際電路中，為防止出現(xiàn)負峰切割失真，常采用分負載方法，即將即將R R分為分為R R1 1和和R R2 2兩部分，如圖所示，通常選用兩部分，如圖所示，通常選用 D D選用點接觸型鍺二極管選用點接觸型鍺二極管2AP92AP9（R RD D 100100 ），），R R1=6801=680 ，R R2=4.7k2=4.7k R R4 4C C3 3構成低通濾波器。構成低通濾波器。C C3 3上僅有直流電壓，它與輸入載波成正比，上僅有直流電壓，它與輸入載波成正比，并加到中放級的基極作為偏壓，以便自動控制該級增益。如果輸入信并加到中放級的基極作為偏壓，以便自動控制

60、該級增益。如果輸入信號強，號強，C C3 3上直流電壓大，則加到放大管偏壓大，增益下降，使檢波器上直流電壓大，則加到放大管偏壓大，增益下降，使檢波器輸出電壓下降。輸出電壓下降。為了更好地濾波，也將負載為了更好地濾波，也將負載電容分成電容分成C C1 1和和C C2 2兩部分。兩部分。 非線性失真非線性失真 頻率失真頻率失真這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。這種失真是由于耦合電容這種失真是由于耦合電容C Cc c和濾波電容和濾波電容C C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影響檢波的下限頻率的存在主要影響檢波的下限頻率 min。