調(diào)幅波的性質(zhì)

9振幅調(diào)制與解調(diào)9振幅調(diào)制與解調(diào)9.1概述9.2調(diào)幅波的性質(zhì)9.3平方律調(diào)幅9.4斬波調(diào)幅9.5模擬乘法器調(diào)幅9.6單邊帶信號的產(chǎn)生9.7殘留邊帶調(diào)幅9.8高電平調(diào)幅9.9包絡檢波9.10同步檢波9.11單邊帶信號的接收學習目的１掌握調(diào)幅波的基本性質(zhì)與功率關(guān)系２理解平方律調(diào)幅與平衡調(diào)幅器原理３掌握斬波調(diào)幅的原理與電路４熟悉模擬乘法器調(diào)幅原理５掌握單邊帶調(diào)幅與高電平調(diào)幅原理６了解殘留邊帶調(diào)幅７掌握包絡檢波原理８掌握同步檢波原理９了解單邊帶信號的接收方法重點１調(diào)幅波的基本性質(zhì)與功率關(guān)系２斬波調(diào)幅原理與電路３單邊帶信號的產(chǎn)生方法４包絡檢波原理與質(zhì)量指標５同步檢波原理難點１斬波調(diào)幅２單邊帶信號產(chǎn)生方法３同步檢波9.1概述振幅調(diào)制簡述檢波簡述振幅調(diào)制簡述將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射天線倍頻調(diào)制音頻放大1.定義2.調(diào)制的原因從切實可行的天線出發(fā)

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1/4波長。音頻信號:20Hz～20kHz波長：15～15000km天線長度:3.75～3750km便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收頻譜搬移可實現(xiàn)的回路帶寬基帶信號特點：頻率變化范圍很大。高頻窄帶信號頻譜搬移低頻（音頻）:20Hz～20kHz高頻（射頻）:AM廣播信號:535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k3.調(diào)制的方式和分類調(diào)幅調(diào)相調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制脈寬調(diào)制振幅調(diào)制編碼調(diào)制調(diào)頻脈位調(diào)制4.調(diào)幅的方法平方律調(diào)幅斬波調(diào)幅調(diào)幅方法低電平調(diào)幅高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅基極調(diào)幅檢波簡述從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制的信號。1.定義圖檢波器的輸入輸出波形圖檢波器檢波前后的頻譜圖檢波器的組成部分2.組成3.檢波的分類二極管檢波器三極管檢波器檢波器件信號大小小信號檢波器大信號檢波器工作特點包絡檢波器同步檢波器9.2調(diào)幅波的性質(zhì)調(diào)幅波的數(shù)學表示式與頻譜調(diào)幅波中的功率關(guān)系調(diào)幅波的數(shù)學表示式與頻譜1.普通調(diào)幅波的數(shù)學表示式首先討論單音調(diào)制的調(diào)幅波。載波信號：

調(diào)制信號：

調(diào)幅信號（已調(diào)波）：

由于調(diào)幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有：

，式中為比例常數(shù)即：

式中ma為調(diào)制度，

常用百分比數(shù)表示。

調(diào)調(diào)幅波的特點：調(diào)(1調(diào)幅波的振幅（包絡）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致

(2)調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱度

圖由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波2.普通調(diào)幅波的頻譜（1）由單一頻率信號調(diào)幅

Ω調(diào)制信號ω0載波調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻信號帶寬ω0(2)限帶信號的調(diào)幅波Ωmax調(diào)幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax調(diào)制信號載波ω0+Ωmax上邊帶ω0-Ωmax下邊帶調(diào)幅波中的功率關(guān)系

如果將普通調(diào)幅波輸送功率至電阻R上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：ω0載波功率:上邊頻或下邊頻:在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是

載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。當ma＝1時，PoT＝(2/3)Po；當ma＝0.5時，PoT＝(8/9)Po；

從調(diào)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(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。ω0電壓表達式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬

三種振幅調(diào)制信號9.3平方律調(diào)幅工作原理平衡調(diào)幅器工作原理

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，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。

這里將調(diào)制信號vΩ與載波信號vω0相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為ω0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。圖非線性調(diào)幅方框圖ω0ω0

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。ω0平衡調(diào)幅電路平衡調(diào)幅器

如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式

總的輸出電流

總的輸出電壓圖串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡化電路9.4斬波調(diào)幅工作原理實現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路工作原理圖斬波調(diào)幅器方框圖圖斬波調(diào)幅器工作圖解圖平衡斬波調(diào)幅及其圖解實現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路圖二極管電橋斬波調(diào)幅電路圖環(huán)形調(diào)幅器電路9.5模擬乘法器調(diào)幅調(diào)制信號（音頻）被調(diào)信號（射頻）已調(diào)信號幅度ω0ω0頻譜搬運ω0已調(diào)信號圖模擬乘法器電路圖限幅特性圖的內(nèi)部電路（虛線框內(nèi)）及由它構(gòu)成的雙邊帶調(diào)制電路9.6單邊帶信號的產(chǎn)生單邊帶通信的優(yōu)缺點產(chǎn)生單邊帶信號的方法單邊帶通信的優(yōu)缺點使所容納的頻道數(shù)目增加倍，大大提高波段利用率。單邊帶制能獲得更好的通信效果。單邊帶制的選擇性衰落現(xiàn)象要輕得多。要求收、發(fā)設(shè)備的頻率穩(wěn)定度高，設(shè)備復雜，技術(shù)要求高。調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻產(chǎn)生單邊帶信號的方法1.濾波器法圖濾波器法原理方框圖圖濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖

必須強調(diào)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Ｆ也跟著成倍增加，使原來的調(diào)制信號變了樣，產(chǎn)生嚴重的失真。這是絕對不允許的。產(chǎn)生單邊帶信號的方法圖單邊帶發(fā)射機方框圖舉例2.相移法圖相移法單邊帶調(diào)制器方框圖3.第三種方法——修正的移相濾波法圖產(chǎn)生單邊帶信號的第三種方法9.7殘留邊帶調(diào)幅

在單邊帶調(diào)幅與雙邊帶調(diào)幅之間，有一種折衷方式，即殘留邊帶調(diào)幅。它傳送被抑制邊帶的一部分，同時又將被傳送邊帶也抑制掉一部分。為了保證信號無失真地傳輸，傳送邊帶中被抑制部分和抑制邊帶中的被傳送部分應滿足互補對稱關(guān)系。

特點: 所占頻帶比單邊帶略寬一些;它在ω０附近的一定范圍內(nèi)具有兩個邊帶，因此在調(diào)制信號（例如電視信號）含有直流分量時，這種調(diào)制方式可以適用;殘留邊帶濾波器比單邊帶濾波器易于實現(xiàn)。圖各種調(diào)幅制式的頻譜示意圖9.8高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅基極調(diào)幅

高電平調(diào)幅電路能同時實現(xiàn)調(diào)制和功率放大，即用調(diào)制信號vΩ去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度Vcm來實現(xiàn)調(diào)幅的。臨界過壓欠壓VCC（t）集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅iCiC1基極調(diào)幅基極調(diào)幅電路iCvAM（t）9.9包絡檢波包絡檢波器的工作原理包絡檢波器的質(zhì)量指標包絡檢波器的工作原理非線性電路低通濾波器從已調(diào)波中檢出包絡信息，只適用于AM信號

輸入AM信號檢出包絡信息VDCC++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡檢波器

下面討論這種檢波器的幾個主要質(zhì)量指標：電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入電阻和失真。1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)定義：1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)vDiD-vCVimθ

用分析高頻功放的折線近似分析法可以證明其中，θ是二極管電流通角，Ｒ為檢波器負載電阻，Ｒd為檢波器內(nèi)阻。2)等效輸入電阻

考慮到包絡檢波電路一般作為諧振回路的負載，它勢必影響回路選頻特性（Q），下面分析其等效電阻

其中，Vim是輸入高頻電壓振幅，Iim是輸入高頻電流振幅。

如果忽略二極管導通電阻上的損耗功率，則由能量守恒的原則，輸入到檢波器的高頻功率，應全部轉(zhuǎn)換為輸出端負載電阻上消耗的功率（注意為直流）即有，而Vo3)失真

產(chǎn)生的失真主要有：①惰性失真；②負峰切割失真；③非線性失真；④頻率失真。

如果檢波電路的時間常數(shù)RC太大，當調(diào)幅波包絡朝較低值變化時，電容上的電荷來不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作惰性失真。

①惰性失真(對角線切割失真)

①惰性失真(對角線切割失真)調(diào)幅波包絡

如圖所示，在某一點，如果電容兩端電壓的放電速度小于包絡的下降速度，就可能發(fā)生惰性失真。包絡變化率電容放電包絡檢波器的質(zhì)量指標放電速率假定此時為避免失真包絡變化率

實際上，調(diào)制波往往是由多個頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿足

或考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負峰切割失真(底邊切割失真)

隔直電容Cc數(shù)值很大，可認為它對調(diào)制頻率Ω交流短路，電路達到穩(wěn)態(tài)時，其兩端電壓VC≈Vim。

失真最可能在包絡的負半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過R和RL緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負載電阻R上的電壓為考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路

要避免二極管截止發(fā)生，包絡幅度瞬時值必須滿足

交、直流負載電阻越懸殊，ma越大，越容易發(fā)生該失真?？紤]了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路③非線性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。非線性

實現(xiàn)原理：

iD

vΩ，

vi不變vD

如果負載電阻R選得足夠大，則檢波管非線性特性影響越小，它所引起的非線性失真即可以忽略。iD

←考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路④頻率失真

所謂頻率失真（線性失真）是指由阻抗隨頻率變化的線性電抗元件電容、電感引起的失真。

如左圖所示，檢波器中存在檢波電容C和隔直電容Cc兩個電容。檢波電容C用于跟蹤調(diào)幅波包絡變化，隔直電容Cc用于去除載波分量對應的直流輸出。對調(diào)制頻率Ω=Ωmin～Ωmax，要求檢波電容C對高頻載波短路但不能對低頻調(diào)制波旁路，隔直電容Cc對低頻調(diào)制波短路。9.10同步檢波

同步檢波器用于對載波被抑止的雙邊帶或單邊帶信號進行解調(diào)。它的特點是必須外加一個頻率和相位都與被抑止的載波相同的電壓。同步檢波的名稱即由此而來。圖同