振幅調(diào)制與解調(diào)1

第九章振幅調(diào)制與解調(diào)§9.1頻譜搬移電路的特性§9.2振幅調(diào)制原理§9.3振幅調(diào)制方法與電路§9.4振幅解調(diào)（檢波）原理與電路2023/2/41§9.1頻譜搬移電路的特性非線性電路具有頻率變換的功能，即通過(guò)非線性器件相乘的作用產(chǎn)生與輸入信號(hào)波形的頻譜不同的信號(hào)。當(dāng)頻率變換前后，信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號(hào)頻譜無(wú)失真在頻率軸上搬移，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電路。如下圖所示(a)調(diào)幅原理(b)檢波原理2023/2/422)從頻譜結(jié)構(gòu)看，上述頻率變換電路都只是對(duì)輸入信號(hào)頻譜實(shí)行橫向搬移而不改變?cè)瓉?lái)的譜結(jié)構(gòu)，因而都屬于所謂的線性頻率變換。1)它們的實(shí)現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性器件對(duì)輸入信號(hào)頻譜實(shí)行變換以產(chǎn)生新的有用頻率成分后，濾除無(wú)用頻率分量。3)頻譜的橫向平移從時(shí)域角度看相當(dāng)于輸入信號(hào)與一個(gè)參考正弦信號(hào)相乘，而平移的距離由此參考信號(hào)的頻率決定，它們可以用乘法電路實(shí)現(xiàn)。(c)混頻原理2023/2/43§9.2振幅調(diào)制原理一、概述調(diào)制是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。按照所采用的載波波形區(qū)分，調(diào)制可分為連續(xù)波(正弦波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，可用數(shù)學(xué)式表示，受控參數(shù)可以是載波的幅度A，頻率或相位。因而有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。2023/2/44脈沖調(diào)制以矩形脈沖為載波，受控參數(shù)可以是脈沖高度、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度或脈沖位置。相應(yīng)地，就有脈沖調(diào)幅(PAM，包括脈沖編碼調(diào)制PCM)，脈沖調(diào)頻(PFM)，脈沖調(diào)寬(PWM)和脈沖調(diào)位(PPM)。本課程只研究各種正弦調(diào)制方法性能和電路。2023/2/45二、調(diào)幅波的性質(zhì)設(shè)簡(jiǎn)諧調(diào)制信號(hào)

載波信號(hào)1.調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式則調(diào)幅信號(hào)為稱為調(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。通常調(diào)制要傳送的信號(hào)波形是比較復(fù)雜的，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。為了分析方便起見(jiàn)，我們一般把調(diào)制信號(hào)看成一簡(jiǎn)諧信號(hào)。2023/2/462.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(huà)出和已調(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。當(dāng)時(shí)ma

＝1時(shí)，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)間振幅為將為零，稱為過(guò)調(diào)制。(a)調(diào)制信號(hào)(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過(guò)調(diào)制波形圖2023/2/473.調(diào)幅信號(hào)的頻譜及帶寬將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開(kāi)，可得到非正弦波調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖由圖看出調(diào)幅過(guò)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，幅度均等于2023/2/48對(duì)于單音信號(hào)調(diào)制已調(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f，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。2023/2/494.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)的平均輸出功率是因?yàn)閙a≤1，所以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)的。2023/2/410三、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，即或2023/2/4112.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：2023/2/412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)波形圖頻譜圖信號(hào)帶寬表9-1三種振幅調(diào)制信號(hào)2023/2/4133.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。2023/2/414§9.3振幅調(diào)制方法與電路調(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(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(b)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(c)單邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖原理框圖如下：一、概述2023/2/415

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：2023/2/416二、低電平調(diào)幅電路1.簡(jiǎn)單的二極管調(diào)幅電路二極管調(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)諧于差頻，便能取出和的成分，這便是普通調(diào)幅波。(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)2023/2/417經(jīng)分類(lèi)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(wú)用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。2023/2/418(2)開(kāi)關(guān)式調(diào)幅（斬波調(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(lái)實(shí)現(xiàn)頻率變換，這時(shí)二極管就相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)。滿足的條件時(shí)，二極管的通、斷由載波電壓決定。輸出調(diào)幅波有用電流分量由兩個(gè)二極管組成的平衡開(kāi)關(guān)調(diào)幅器平衡調(diào)制器輸出的電壓波形2023/2/419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。2023/2/4202.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。環(huán)行調(diào)制器原理圖=

gDV[cos(0)t+cos(0–)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2023/2/421環(huán)型調(diào)制器等效電路3.模擬乘法器調(diào)幅電路（P490-P493、P208-P210）2023/2/4224.產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法(1)濾波法濾波器法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制實(shí)際濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖DSB信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后，濾除了下邊帶，就得到了SSB信號(hào)。由于0>>max，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。2023/2/423(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。如圖所示相移法單邊帶調(diào)制器方框圖圖中兩個(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2023/2/424這種方法原則上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。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。2023/2/425(3)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。2023/2/426三、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。1.集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路調(diào)制信號(hào)經(jīng)低頻變壓器加在集電極上，并與直流電源電壓VcT相串饋。高頻載波v0(t)=v0cosω0t

經(jīng)高頻變壓器加在基極回路中。2023/2/427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VcT所供給的平均功率則為3)調(diào)制信號(hào)源Vc供給的平均功率4)平均輸出功率5)集電極平均耗散功率2023/2/4286)集電極效率故：2)總輸入功率分別由VCT與VC所供給，VCT供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，VC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(lái)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。2023/2/4292.基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路與集電極調(diào)幅電路同樣的分析，可以認(rèn)為VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基極等效低頻供電電源。因?yàn)閂B(t)隨調(diào)制信號(hào)v(t)變化，如果要求放大器的輸出電壓也隨調(diào)制信號(hào)變化，則應(yīng)使輸出電壓隨VB(t)變化。放大器應(yīng)工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流Ic1m、輸出電壓Vc(t)按基極供電電壓VBT(t)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓隨調(diào)制電壓變化的調(diào)幅。2023/2/430§9.4振幅解調(diào)(檢波)原理與電路一、概述振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過(guò)程。它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。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，它適于解調(diào)普通調(diào)幅波。2023/2/431包絡(luò)檢波同步檢波檢波器分類(lèi):平方率檢波峰值包絡(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2023/2/4322023/2/433二、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C++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器如圖所示串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器RL、C為二極管檢波器的負(fù)載，同時(shí)也起低通濾波器作用。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。2023/2/434RLC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)。一是起高頻濾波作用。故必須滿足二極管檢波器的波形圖其檢波圖如右圖及2023/2/435并聯(lián)二極管包絡(luò)檢波D導(dǎo)通時(shí)Vs（t）通過(guò)D對(duì)C充電，截止時(shí)C通過(guò)RL放電。2023/2/4362.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R---檢波器負(fù)載電阻Rd---檢波器二極管內(nèi)阻當(dāng)R>>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)。2023/2/4372)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)。2023/2/4383)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axRC≤1.5計(jì)算。2023/2/439②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?？紤]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(guò)程中，Cc兩端建立了直流電壓經(jīng)電阻R和Rg分壓，在R上得到的直流電壓為：2023/2/440對(duì)于二極管來(lái)說(shuō)，VR是反偏壓，它有可能阻止二極管導(dǎo)通，從而產(chǎn)生失真。負(fù)峰切割失真波形為了避免底部切割失真，調(diào)幅波的最小幅度Vim(1–ma)必須大于VR即：2023/2/441負(fù)峰切割失真改進(jìn)R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'即：(1)R1足夠大時(shí)，R交'的影響減小，不易負(fù)峰切割失真。但R1過(guò)大時(shí)，VΩ的幅度下降，一般取R1/R2=0.1~0.2(2)檢波電路后接射隨(Ri大),即檢波電路的RL大。(3)晶體管和集成電路包絡(luò)檢波，為直接耦合方式，不存在Cc2023/2/442③非線性失真④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。為使頻率為min時(shí)，Cc上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，必須滿足下列條件：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。2023/2/443高頻脈沖信號(hào)的檢波

2023/2/444低

通濾波器vsvtvWi乘積檢波電路三、同步檢波器乘積檢波平衡同步檢波1.乘積檢波器(1)工作原理包

絡(luò)檢波器vsvtvWv平衡同步檢波電路經(jīng)過(guò)低通濾波后2023/2/445低通濾波器

VsV0iVt乘積檢波器2023/2/4462.三極管同步檢波電路采用包絡(luò)檢波器構(gòu)成同步檢波電路，它的實(shí)現(xiàn)模型如圖所示。同步檢波實(shí)現(xiàn)模型其原理電路見(jiàn)右同步檢波原理電路設(shè)輸入信號(hào)為抑制載波的雙邊帶本地振蕩信號(hào)則它們的合成信號(hào)故當(dāng)時(shí)因此，通過(guò)包絡(luò)檢波器便可檢出所需的調(diào)制信號(hào)。2023/2/447實(shí)際應(yīng)用電路常采用平衡調(diào)制器構(gòu)成同步檢波電路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+–+–+

–+–+–+V0–平衡濾波檢波器如圖2023/2/4483.單邊帶信號(hào)的接收(SSB)單邊帶信號(hào)的接收過(guò)程正好和發(fā)送過(guò)程相反。單邊帶接收機(jī)方框圖它是二次變頻電路。fi1較高，用調(diào)諧回路即可選出所需的邊帶。fi2較低，一般采用帶通濾波器取出單邊帶信號(hào)。單邊帶信號(hào)與第三本振載波信號(hào)在乘積檢波器中進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)過(guò)低通濾波器后，即可獲得原調(diào)制信號(hào)。2023/2/449四、

平方率檢波一般：vAM<0.2V,

僅用于解調(diào)AM。工作于非線形狀態(tài)，冪級(jí)數(shù)展開(kāi)，含有平方項(xiàng)，由低通濾出調(diào)制信號(hào)。因失真較大，使用較少。2023/2/450五、檢波電路實(shí)例2023/2/4512023/2/452本章小節(jié)①本章主要內(nèi)容為調(diào)幅和檢波。他們（含混頻）在時(shí)域上都表現(xiàn)為兩信號(hào)的相乘，在頻域上表現(xiàn)為頻譜的線性搬移，其電路基本組成和工作原理相同，都是由非線性器件實(shí)現(xiàn)頻率變換和用濾波器來(lái)濾除不需要的頻率分量，不同之處是輸入信號(hào)、參考信號(hào)、濾波器特性在實(shí)現(xiàn)調(diào)幅、檢波（