第5章振幅調(diào)制與解調(diào)

1第5章振幅調(diào)制與解調(diào)§5.1調(diào)幅信號(hào)的基本特性§5.2低電平調(diào)幅電路§5.3高電平調(diào)幅電路§5.4包絡(luò)檢波§5.5同步檢波2345.1調(diào)幅信號(hào)的基本特性55.1.1標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制的基本特性設(shè)簡(jiǎn)諧調(diào)制信號(hào)：

載波信號(hào)：1.普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式則調(diào)幅信號(hào)的振幅為

通常調(diào)制要傳送的信號(hào)波形是比較復(fù)雜的，但無論多么復(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。為了分析方便起見，我們一般把調(diào)制信號(hào)看成一簡(jiǎn)諧信號(hào)。6ma

稱為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它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0＜ma≤1。72.普通調(diào)幅波的波形圖

當(dāng)載波頻率調(diào)制信號(hào)頻率，0＜ma≤1，則可畫出調(diào)制信號(hào)和已調(diào)幅波形分別如下圖所示。從圖中可看出調(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。89103.普通調(diào)幅信號(hào)的頻譜及信號(hào)帶寬將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開，可得到11由圖看出調(diào)幅過程實(shí)際上是一種頻譜搬移過程，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，幅度均等于12對(duì)于單音信號(hào)調(diào)制的已調(diào)幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)的頻帶寬度B=2或B=2F(=2F)，對(duì)于多音頻的調(diào)制信號(hào)，若其頻率范圍是在Fmin~Fmax之間，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。134.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)14在調(diào)幅信號(hào)一周期內(nèi)，AM信號(hào)的平均輸出功率是165.1.2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

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)。

這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(DSBAM)其數(shù)學(xué)表達(dá)式為其所占據(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2.單邊帶調(diào)幅波

上邊頻與下邊頻的頻譜分量對(duì)稱含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個(gè)邊帶信號(hào)，稱之為單邊帶通信(SSB)。其表達(dá)式為：或其頻帶寬度為：1819

非線性器件

主振

帶通濾波器

調(diào)制信號(hào)

f0

f

f

0

fmax

f0

2f0

f

f0

f

小結(jié)：調(diào)幅的過程例5-12021§5.2低電平調(diào)幅電路

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。

高電平調(diào)幅電路

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。

低電平調(diào)幅電路

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。按調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：22DSB和SSB信號(hào)一般采用低電平調(diào)幅實(shí)現(xiàn)，而普通調(diào)幅波采用高電平調(diào)幅實(shí)現(xiàn)，高電平調(diào)幅時(shí)一般是將調(diào)制和功放合二為一，一級(jí)完成。23本書介紹的低電平調(diào)幅電路，除簡(jiǎn)單二極管調(diào)幅電路外，都屬于抑制載波的調(diào)幅電路，對(duì)載波抑制的水平通常用載波泄漏（簡(jiǎn)稱載漏）表示。載漏定義為輸出的載波功率低于邊帶功率的分貝數(shù)。分貝數(shù)越大，抑制性能越好。一般載漏在40分貝以上。245.2.1實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的方法

1雙邊帶調(diào)幅可見，輸出電壓與兩輸入電壓乘積是成正比的器件均可實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。2526272單邊帶振幅調(diào)制2829（2）單邊帶調(diào)制方法

1）濾波法2）移相法3132相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。

圖中兩個(gè)平衡調(diào)幅器的調(diào)制信號(hào)電壓和載波電壓都是互相移相90°。因此，輸出電壓為33這種方法原則上能把相距很近的兩個(gè)邊頻帶分開，而不需要多次重復(fù)調(diào)制和復(fù)雜的濾波器。但這種方法要求調(diào)制信號(hào)的移相網(wǎng)絡(luò)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90°。這一點(diǎn)在實(shí)際上是很難做到的。34

修正的移相濾波法修正的移相濾波法

這種方法所用的90°移相網(wǎng)絡(luò)工作于固定頻率，因而克服了實(shí)際的移頻網(wǎng)絡(luò)在很寬的音頻范圍內(nèi)不能準(zhǔn)確地移相90°的缺點(diǎn)。

這種方法所需要的移相網(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。BM1v1=

vWv￠低通濾波器BM390°移相網(wǎng)絡(luò)v￠=cosw1tBM2低通濾波器BM4v2=

vΩv

￠v=sinw1t音頻振蕩器BM-平衡調(diào)幅器音頻輸入VW(t)=sinWt90°移相網(wǎng)絡(luò)v0￠=cosw1tv0=sinw2t載波振蕩器合并網(wǎng)絡(luò)v3±v4SSB輸出v1=sinWtsinw1tv2=cos(w1–W)tv3=vW×

v3=sinw2tcos(w1-W)tv2=sinWtcosw1tv4=cos(w1–W)tv4=v0￠×v3=sinw2tsin(w1–W)t353）殘留邊帶調(diào)幅(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

殘留邊帶調(diào)幅(記為VSBAM)它在發(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)。

這樣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。365.2.2二極管調(diào)幅電路1.簡(jiǎn)單的二極管調(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)諧于載波頻率，便能取出載波及和、差頻率的成分，這便是普通調(diào)幅波。二極管的工作狀態(tài)可分為小信號(hào)和大信號(hào)兩種情況：小信號(hào)調(diào)幅又稱為平方律調(diào)幅,可用冪級(jí)數(shù)法來分析（D處在伏安特性彎曲的部分，近似平方律特性）;

大信號(hào)調(diào)幅又稱為開關(guān)式調(diào)幅,它可用折線法進(jìn)行分析（D處在開關(guān)狀態(tài)）37(1)平方律調(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)可只取前四項(xiàng)39

經(jīng)分類整理可知：是我們所需要的上、下邊頻。這對(duì)邊頻是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是項(xiàng)。

由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。(2)開關(guān)式調(diào)幅

在大信號(hào)情況應(yīng)用時(shí)，依靠二極管的導(dǎo)通和截止來實(shí)現(xiàn)頻率變換，這時(shí)二極管就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。

滿足的條件時(shí)，二極管的通、斷由載波電壓決定。先來回憶一下開關(guān)式調(diào)幅電路:41這樣的輸出通過帶通濾波器可以得到標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波（AM波）。這里由于沒有成分，和平方律調(diào)幅相比，失真小，又工作在開關(guān)狀態(tài)，所以效率高。由于以上優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用較廣，但它的輸出中仍有載波成分，要想抑制載波，實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅，應(yīng)采用平衡調(diào)制器。432.平衡調(diào)制器

兩個(gè)開關(guān)式調(diào)制器對(duì)稱連接的電路，載波成分由于對(duì)稱而被抵消，在輸出中不再出現(xiàn)，因而平衡調(diào)制器是產(chǎn)生DSB和SSB信號(hào)的基本電路。44圖為平衡調(diào)制器原理圖，它是由兩個(gè)二極管開關(guān)調(diào)幅電路對(duì)稱組成。45設(shè)，二極管又具有理想的開關(guān)特性，當(dāng)載波為正半周時(shí)，D1和D2導(dǎo)通，調(diào)制信號(hào)通過Tr2傳到負(fù)載，當(dāng)載波為負(fù)半周時(shí)，D1和D2截止，調(diào)制信號(hào)被阻斷，不能傳送到輸出端。此時(shí)，加在兩個(gè)二極管上的電壓為：與方向相反，所以：iL中包含了47（2）小結(jié)總之：平衡調(diào)制器是產(chǎn)生DSB和SSB信號(hào)的基本電路48平衡調(diào)制器的一種實(shí)用電路（書上P141圖5-13）：此電路避免了嚴(yán)格的中心抽頭和二極管對(duì)稱情況，改進(jìn)了理論電路實(shí)際操作中難以做到完全對(duì)稱平衡的問題。502.環(huán)形調(diào)制器

在平衡調(diào)制器的基礎(chǔ)上，再增加兩個(gè)二極管，使電路中4個(gè)二極管首尾相接構(gòu)成環(huán)形，這就是環(huán)形調(diào)制器，也稱雙平衡調(diào)制器。51Vc負(fù)半周525354=

gDVM[cos(C+)t+cos(C–)t]

振幅比平衡調(diào)制器提高了一倍，并抑制了低頻分量，因而獲得了廣泛應(yīng)用。

從其正負(fù)半周期的原理圖可知環(huán)形調(diào)制器輸出電流的有用分量55

普通調(diào)幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調(diào)幅波在調(diào)制信號(hào)極性變化時(shí)，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180的突變，這是因?yàn)殡p邊帶波是由v0和v相乘而產(chǎn)生的。565.3高電平調(diào)幅電路

高電平調(diào)幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。最常用的方法是對(duì)功放的供電電壓進(jìn)行調(diào)制。

根據(jù)調(diào)制信號(hào)控制方式的不同，對(duì)晶體管而言，高電平調(diào)幅又可分為基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅。57先來復(fù)習(xí)一下丙類功放的內(nèi)容：由上述圖可見，在欠壓區(qū)，改變VBE會(huì)線性改變Ic1，在過壓區(qū)，改變VCC會(huì)線性改變Ic1581.基極調(diào)幅電路59實(shí)際電路：602.集電極調(diào)幅電路616263集電極調(diào)幅在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)的各平均功率為：1)集電極有效電源電壓Vc(t)供給被調(diào)放大器的總平均功率2)集電極直流電源VCC所供給的平均功率則為3)調(diào)制信號(hào)源V供給的平均功率4)平均輸出功率5)集電極平均耗散功率646)集電極效率故：2)總輸入功率分別由VCC與V所供給，VC供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率Pdc，V則供給用以產(chǎn)生邊帶功率的平均功率PDSB。1)平均功率均為載波點(diǎn)各功率的()倍3)集電極平均耗散功率等于載波點(diǎn)耗散功率的()倍，應(yīng)根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCM≥Pcav。4)輸出的邊頻功率由調(diào)制器供給的功率轉(zhuǎn)換得到，大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號(hào)電源。5.3.3雙重調(diào)幅65過壓欠壓欠壓過壓665.4包絡(luò)檢波一、概述

振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過程。它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出原來的調(diào)制信號(hào)。

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。

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。67包絡(luò)檢波同步檢波檢波器分類:平方律檢波峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波載波被抑制的已調(diào)波解調(diào)原理解調(diào)輸出載波信號(hào)v0(t)=cosw0tvW(t)調(diào)幅信號(hào)vs(t)低

通濾波器68包絡(luò)檢波器的技術(shù)指標(biāo)705.4.1小信號(hào)二極管平方律檢波一、電路組成二、電路分析三、平方率檢波的技術(shù)指標(biāo)③失真系數(shù)745.4.2二極管(大信號(hào))峰值包絡(luò)檢波器

二極管(大信號(hào))包絡(luò)檢波器串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路并聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路

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。75RLC電路：二是作為檢波器的負(fù)載，在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號(hào)。一是起濾除高頻，低通濾波器作用。故必須滿足二極管檢波器的波形圖其檢波圖如右圖及定量分析:76見書P150772.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)另外：---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)RL>>Rd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)。2)等效輸入電阻RidVim---輸入高頻電壓的振幅Iim---輸入高頻電流的的基波振幅

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)。793)檢波失真①惰性失真惰性失真

由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C的時(shí)間常數(shù)RC太大所引起的。這時(shí)電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化,從而產(chǎn)生失真。

為了防止惰性失真，只要適當(dāng)選擇RC的數(shù)值，使檢波器能跟上高頻信號(hào)電壓包絡(luò)的變化就行了。

也就是要求>或?qū)懗稍诠こ躺峡砂磎axRLC≤1.5計(jì)算。見講義P85背面說明②負(fù)峰切割失真(底部切割失真)

檢波器輸出常用隔直流電容Cc與下級(jí)耦合，如圖所示。Rg代表下級(jí)電路的輸入電阻。考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻Rg后的檢波電路為了有效地傳送低頻信號(hào)，要求則檢波過程中，Cc兩端建立了直流電壓經(jīng)電阻RL和Rg分壓，在RL上得到的直流電壓為：++vWC+RLRgVCCcviD––––(假設(shè)）81

對(duì)于二極管來說，VRL是反