振幅調(diào)制與解調(diào)()

振幅調(diào)制與解調(diào)()1第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六一、基本概念信號

載波信號：（等幅）高頻振蕩信號

正弦波

方波

三角波

鋸齒波調(diào)制信號：由原始信號轉(zhuǎn)換成的低頻信號已調(diào)信號（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號

5.1概述調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波信號的某一個參量的過程。

解調(diào)：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。（基帶信號）2第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六二、調(diào)制的分類按調(diào)制信號分模擬調(diào)制按載波信號分連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制振幅調(diào)制（簡稱調(diào)幅，AM）頻率調(diào)制（簡稱調(diào)頻，F(xiàn)M）相位調(diào)制（簡稱調(diào)相，PM）脈沖振幅調(diào)制(PAM)脈沖寬度調(diào)制(PWM)脈沖位置調(diào)制(PPM)脈沖編碼調(diào)制(PCM)（正弦波）本章以調(diào)制信號為模擬信號的連續(xù)波調(diào)制為例進行討論，其結(jié)論也適合于數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制3第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六調(diào)制：由調(diào)制信號去控制載波的三參量（振幅、頻率、相位）之一，使其隨調(diào)制信號線性變化。三、調(diào)制與解調(diào)的方式

瞬時振幅：瞬時頻率：瞬時相位：調(diào)幅：檢波對應(yīng)解調(diào)用控制載波振幅調(diào)頻：鑒頻對應(yīng)解調(diào)用控制載波頻率調(diào)相：鑒相對應(yīng)解調(diào)用控制載波相位4第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5.2振幅調(diào)制原理及特性5.2.1普通調(diào)幅波

簡稱AM調(diào)幅波一、普通調(diào)幅波一般表達式載波信號：調(diào)制信號：普通調(diào)幅波振幅：普通調(diào)幅波信號：

ka由調(diào)幅電路決定

通過相乘實現(xiàn)！5第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六二、單頻調(diào)制

把調(diào)幅波振幅變化規(guī)律，即稱為調(diào)幅波的包絡(luò)。1、表達式通常

調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度，表示載波振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度6第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六2、波形波形特點：（1）調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）的變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致（2）調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱程度，可以看出：一般ma值越大調(diào)幅越深

ma=0時未調(diào)幅ma=1時最大調(diào)幅（百分之百）ma>1時過量調(diào)幅，包絡(luò)失真，實際電路中必須避免7第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六百分百調(diào)幅波形過量調(diào)幅波形可見,調(diào)幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：

3、頻譜載波分量：上邊頻分量：下邊頻分量：不含傳輸信息含傳輸信息含傳輸信息8第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

Ω調(diào)制信號ωc載波調(diào)幅波ωc

+Ω上邊頻ωc

-Ω下邊頻特點:（1）調(diào)制過程是實現(xiàn)頻譜線性搬移的過程（2）調(diào)幅波的帶寬：9第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六4、功率載波功率：每一邊頻功率：故由于調(diào)幅波的平均總功率：當(dāng)ma=1時，邊頻功率達到最大，但僅為Poav/3

實際使用中，ma在0.1~1之間，平均值為0.3。可見普通調(diào)幅波中含有信息的上下邊頻分量所占的功率非常小，而不含信息的載波占絕大多數(shù)，因而調(diào)幅波的功率浪費大，效率低。10第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六三、多頻調(diào)制11第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六同樣含有三部分頻率成份載波分量上邊頻帶分量下邊頻帶分量Ωmaxωcω調(diào)制信號ω

c載波ω調(diào)幅波ωc-Ωmax下邊頻帶ωc+Ωmax上邊頻帶ΩmaxΩmaxΩmax特點:（1）實現(xiàn)頻譜線性搬移（2）調(diào)幅波帶寬：

同單頻調(diào)制，信息含于邊頻帶分量中，載波不含有用信息，但載波占有很大能量。不經(jīng)濟。要抑制載波。最高調(diào)制頻率通常12第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5.2.2抑制載波的雙邊帶和單邊帶調(diào)幅波一、雙邊帶調(diào)幅波1、表達式DSB波：抑制了載波分量，只含上、下邊帶分量。單頻調(diào)制時：

用載波和調(diào)制信號直接相乘實現(xiàn)！無載波分量！2、頻譜調(diào)制信號載波下邊頻上邊頻帶寬：頻譜只有DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。13第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六3、波形（1）包絡(luò)隨調(diào)制信號變化，但包絡(luò)不能完全準(zhǔn)確地反映調(diào)制信號變化規(guī)律。包絡(luò)線特點：（2）載波相位在調(diào)制電壓零交點處要突變14第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六二、單邊帶調(diào)幅波1、表達式SSB波：只含一個邊帶分量單頻調(diào)制時2、頻譜或單頻調(diào)制的單邊帶調(diào)幅波的頻譜為或

（1）頻帶只有雙邊帶調(diào)幅波的一半，其頻帶利用率高3、特點

（2）全部功率都含有信息，功率利用率高15第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六例1設(shè)某一廣播電臺的信號電壓問：此電臺的頻率是多少？調(diào)制信號頻率是多少？解：電臺的角頻率為：頻率為：調(diào)制信號的角頻率為：頻率為：16第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5.3振幅調(diào)制電路在低功率電平時進行調(diào)制，因此它產(chǎn)生小功率的調(diào)幅波，然后由線性功率放大器放大，得到所要求功率的調(diào)幅波，一般用于發(fā)射機的前級。按輸出信號功率的高低分：高電平調(diào)幅電路：低電平調(diào)幅電路：優(yōu)點：整機效率高。設(shè)計時輸出功率和效率不是主要指標(biāo)。重點是提高調(diào)制的線性度，減小不需要的頻率分量和提高濾波性能。在所需的功率電平上進行調(diào)制，調(diào)制與功放合一，一般用于發(fā)射機的末級。一般只能產(chǎn)生AM。設(shè)計時必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。17第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5.3.1低電平調(diào)幅電路主要電路：主要用途：可產(chǎn)生AM、DSB

、SSB二極管調(diào)幅電路

模擬乘法器調(diào)幅電路

單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路

二極管平衡調(diào)幅電路

二極管環(huán)型調(diào)幅電路

18第十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六開關(guān)頻率

當(dāng)二極管在兩個電壓共同作用下，其中一個電壓振幅足夠大，另一個電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通和截止將完全受大振幅電壓的控制，可以近似認(rèn)為二極管處于理想開關(guān)狀態(tài)。+-udidid一、單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路

(1)什么是開關(guān)狀態(tài)(2)調(diào)幅原理+-ud19第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六uc（t）為周期性的函數(shù)，可用傅立葉級數(shù)展開引入開關(guān)函數(shù)表示二極管的開關(guān)作用20第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

Ω

ωc

2ωcB=2Ω經(jīng)帶通濾波后可取出可得到AM信號21第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六+D1、D2都是在的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，故其開關(guān)函數(shù)都是二、二極管平衡調(diào)幅電路ud1ud2i1i2+uL1_＋u'L—－uL2+1:11:22:122第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六1:11:22:1Ω

ωc+Ωωc-Ω3ωc+Ω3ωc-Ω能實現(xiàn)DSB調(diào)幅信號的調(diào)幅。

經(jīng)帶通濾波后可取出i1i2i23第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六D1D32C2LRLT2D4D2T3T1

在平衡電路的基礎(chǔ)上，再增加兩個二極管D3、D4。電路中四個二極管首尾相接。（1）電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成環(huán)形

三、二極管環(huán)形調(diào)幅電路則有

D1D2D3D4D1D3C2LRLT2D4D2T3T1+

-uc+

-uc+uL-uΩ+-uΩ+-uΩ+-III設(shè)：24第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（2）工作原理分析D3、D4的開關(guān)函數(shù)是D1、D2的開關(guān)函數(shù)是，25第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六那么在一個周期內(nèi)平衡調(diào)幅電路I，II在負(fù)載RL上產(chǎn)生的電壓為：3ωc-Ω3ω+Ωωc-Ωω+Ω能實現(xiàn)DSB調(diào)幅信號的調(diào)幅。

經(jīng)帶通濾波后可取出26第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六四、模擬乘法器調(diào)幅電路(一)模擬乘法器的傳輸特性

模擬乘法器具有兩個輸入端（常稱X輸入和Y輸入）和一個輸出端，

是一個三端口網(wǎng)絡(luò)，電路符號如圖所示：理想的傳輸特性：

式中：K為增益系數(shù)或標(biāo)度因子，單位為，K的數(shù)值與乘法器的電路參數(shù)有關(guān)。27第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六(二)模擬乘法器的振幅調(diào)制原理------實現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅且改變UAB可改變ma

------實現(xiàn)普通調(diào)幅波調(diào)幅

用于實現(xiàn)調(diào)幅的模擬乘法器有國產(chǎn)芯片BG314、XCC，國外芯片MC1496（1596）、AD630等。28第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六(三)模擬乘法器的工作原理i5為T1

、T2差分放大電路的恒流源。

總電路有兩個單差分對管電路T1、T2

、T5和T3、T4、T6組合而成。i6為T3

、T4差分放大電路的恒流源。I0為T5

、T6差分對管的恒流源。1、雙差分對管模擬乘法器的原理電路

輸入信號ux加在兩個單差分對管的輸入端，uy加在T5和T6的輸入端。i1i2i3i4i5i6iⅠiⅡ29第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六式中，q為電子電荷；k為波耳茲曼常數(shù)；T為絕對溫度。2

、T5和T6組成差分對管的電流電壓關(guān)系同理30第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六3、T1、T2和T3、T4組成的差分對管的電流電壓關(guān)系31第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)輸入為小信號并滿足：------只有當(dāng)輸入信號較小時，具有較理想的相乘作用。4、輸出電壓32第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六I0/2I0/2RcRcVccT1T2T3T4T5T6Ry+ux-+uy-Ry取值應(yīng)遠大于晶體管T5,T6的發(fā)射極電阻，即有

靜態(tài)時，i5

=i6=I0/2iIiII-uo+Iyi5i6

當(dāng)加入信號uy時，流過Ry的電流為：5、擴大uy的線性動態(tài)范圍的措施∵有使用射極負(fù)反饋電路Ry，可擴展uy的線性范圍。33第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

經(jīng)輸出端中心頻率為，帶寬為的帶通濾波器，則取出的為DSB信號。

為大信號輸入即。根據(jù)雙曲正切函數(shù)的特性，大信號條件下具有開關(guān)函數(shù)的特性34第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

MC1596調(diào)幅電路R1、R2、R3和Rc為管子提供靜態(tài)偏壓，8端為交流地電位；(四）模擬乘法器MC1596調(diào)幅電路T7、T8和D構(gòu)成鏡像電流源。擴展u?的線性動態(tài)范圍載波調(diào)零電位器，可通過調(diào)節(jié)Rw，使，相當(dāng)于在1、4腳之間加了一個直流電壓Uo，以產(chǎn)生AM波。35第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5.3.2高電平調(diào)幅電路主要要求：兼顧輸出功率大、效率高、調(diào)制線性度好用途：產(chǎn)生普通調(diào)幅波主要電路：利用丙類諧振功放實現(xiàn)基極調(diào)幅集電極調(diào)幅調(diào)制信號控制基極電源電壓，工作于欠壓區(qū)，效率較低，適用于小功率發(fā)射機。調(diào)制信號控制集電極電源電壓，工作于過壓區(qū)，效率高。根據(jù)調(diào)制信號接入方式的不同分為：36第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六一、集電極調(diào)幅電路（一）電路構(gòu)成

分析時,將此電路看成高頻功率放大電路:

集電極有效電源電壓為：高頻旁路電容它隨調(diào)制信號變化而變化。37第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（二）調(diào)幅原理

由圖可知,在過壓區(qū),IC0

、Ic1m與VCCVCC成線性關(guān)系:

可見此電路可產(chǎn)生普通調(diào)幅波。要得到100%調(diào)幅，即38第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（三）各功率和效率（1）在載波狀態(tài)即未調(diào)制時集電極效率：集電極損耗：載波輸出功率:直流電源輸入功率:39第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（2）在調(diào)制最高點，即集電極效率：集電極損耗：輸出功率:有效電源輸入功率:40第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（3）在調(diào)制信號一周內(nèi),VCT提供的功率

提供的功率平均直流輸入功率:調(diào)制信號提供的功率：41第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六邊頻功率：集電極平均損耗：平均集電極效率：由調(diào)制信號提供，調(diào)制信號為功率源。42第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六1）必須工作在過壓區(qū)。2）在調(diào)制一周內(nèi)的各平均功率都是載波狀態(tài)對應(yīng)功率的倍。4）調(diào)制過程中效率不變。（等效率調(diào)制）3）在調(diào)制最高點的各功率都是載波狀態(tài)對應(yīng)功率的倍。5）選管子時，應(yīng)采用管子的允許損耗功率。（4）集電極調(diào)幅的特點43第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

基極有效電源電壓為：二、基極調(diào)幅電路（一）電路構(gòu)成44第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六線性區(qū)（二）調(diào)幅原理

由圖可知,在欠壓區(qū)的線性區(qū)，IC0

、Ic1m隨VBB變化而變化，

可見此電路可產(chǎn)生普通調(diào)幅波。（1）必須工作于欠壓區(qū)。 （三）基極調(diào)幅的特點（2）輸入功率都由直流電源提供 。（3）調(diào)制過程中效率是變化的。45第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六從調(diào)幅波中不失真地還原出原調(diào)制信號。一、檢波電路的功能5.4調(diào)幅信號的解調(diào)

從頻譜上看，檢波也是一種信號頻譜的線性搬移過程，是將調(diào)幅波的邊頻或邊帶頻譜搬移到原調(diào)制信號的頻譜處。5.4.1檢波概述46第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六47第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六1、包絡(luò)檢波

二、檢波電路的分類2、同步檢波

檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律，只適合于普通調(diào)幅波的檢波。

在檢波器的輸入端加一個與本地載波信號同頻同相的同步信號實現(xiàn)檢波，主要用于DSB調(diào)幅波和SSB調(diào)幅波的檢波。三、檢波電路的組成產(chǎn)生包含原調(diào)制信號的新頻率成分取出原調(diào)制信號輸入回路非線性器件低通濾波器48第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六一、大信號檢波的工作原理5.4.2二極管大信號包絡(luò)檢波器（一）電路組成

+-uiDRC+-uiRui+-Crd由輸入回路、二極管D和RC低通濾波器組成。

RC低通濾波電路的作用：

（1）對低頻調(diào)制信號uΩ來說，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。（2）對高頻載波信號uc來說，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。

49第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（二）工作原理分析

+

uD-+-uoiduD=ui-uoRi充+-uoi放+-ui+-uiDRCui+-Crd

當(dāng)輸入信號ui為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管正向?qū)ǎ斎敫哳l電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數(shù)為rdC。因為rdC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓uo很快增長。

作用在二極管D兩端上的電壓為ui與uo之差，即uD=ui-uo。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于uD

。當(dāng)uD=ui-uo>0，二極管導(dǎo)通；ididi充i充i放i放+-+-當(dāng)uD=ui-uo<0，二極管截止。

ui達到峰值開始下降以后，隨著ui的下降，當(dāng)ui=uo，即uD=ui-uo=0時，二極管D截止。C把導(dǎo)通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。

50第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六UDCuΩ(t)tuo(t)Δucui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)t包含了直流及低頻調(diào)制分量。

檢波器的實際輸出電壓：uo+Δuo=uΩ+UDC+Δuo

當(dāng)電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓Δuo很小，可以忽略，輸出電壓為：

uo=uΩ+UDC二、大信號檢波器的技術(shù)指標(biāo)（一）電壓傳輸系數(shù)Kd（檢波效率）定義：51第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六若設(shè)輸入信號輸出信號為,則加在二極管兩端的電壓uDiDuoUimθ

如果以右圖所示的折線表示二極管的伏安特征曲線（注意在大信號輸入情況下是允許的），則有：+uD-ui+-CDR+-uoUBZ當(dāng)時則52第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六可見有兩部分：低頻調(diào)制分量：直流分量：有另外，還可以證明導(dǎo)通角的表達式：而當(dāng)很大時，（如）代入上式可得：53第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六①當(dāng)D和R確定后，θ即為恒定值，與輸入信號大小無關(guān)，亦即檢波效率恒定，與輸入信號的值無關(guān)。表明輸入調(diào)幅波的包絡(luò)與輸出信號之間為線性關(guān)系，故稱為線性檢波。則輸出信號為：②

當(dāng)，但理想值。一般當(dāng)，一般計算方法為：當(dāng)輸入信號為：討論：54第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（二）等效輸入電阻Rid

包絡(luò)檢波器常作為超外差接收機中放末級的負(fù)載，故其輸入阻抗對前級的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是包絡(luò)檢波器的主要缺點。

檢波器的輸入電阻Rid是為研究檢波器對其輸入諧振回路影響的大小而定義的，因而，Rid是對載波頻率信號呈現(xiàn)的參量。若設(shè)輸入信號為等幅載波信號+-uo中放末級RsDRCsCLsisRid+-ui

忽略二極管導(dǎo)通電阻rd上的損耗功率，由能量守恒的原則，檢波器輸入端口的高頻功率，全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻R上消耗的功率。55第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六即有

又因Kd=cosθ≈1，所以

（三）失真1、頻率失真

當(dāng)輸入信號是調(diào)制頻率為的調(diào)幅波時，輸出端B點的電壓頻譜應(yīng)包含，且各頻率分量的振幅比值應(yīng)該與原調(diào)制信號一致，否則將失真。CRLRDCcui+-AB

為了取出低頻調(diào)制信號，檢波器與后級低頻放大器的連接如圖所示。后級放大器56第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)生頻率失真的原因：電容C和Cc對不同的頻率具有不同的容抗值避免產(chǎn)生頻率失真的條件：2、非線性失真二極管伏安特性起始彎曲部分引起的信號失真產(chǎn)生非線性失真的原因：

二極管大信號檢波的非線性失真非常小。這是由于輸出電壓是二極管的反向偏壓，具有負(fù)反饋作用，能使非線性失真減小。57第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六3、惰性失真RC過大，放電太慢，使得輸入AM信號包絡(luò)的變化率>RC放電的速率產(chǎn)生惰性失真的原因：會造成輸出波形不隨輸入信號包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。

一般為了提高檢波效率和濾波效果，總希望選取較大的R、C值，但如果R、C取值過大，使R、C的放電時間常數(shù)所對應(yīng)的放電速度小于輸入信號（AM）包絡(luò)下降速度時，tui(t)與uo(t)uo(t)ui(t)避免產(chǎn)生惰性失真的條件：

在任何時刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號的變化率，即58第五十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六設(shè)輸入信號AM信號：電容C

通過R

放電，通過C

的電流為包絡(luò)信號為：包絡(luò)的變化率為：而流過R

的電流為59第五十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六則有由于為檢波器輸出電壓則所以不產(chǎn)生惰性失真的條件為：為避免產(chǎn)生惰性失真，必須保證A值取最大時仍有故令:60第六十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六即：可解得：有可