第7章振幅調(diào)制與解調(diào)

教學目的1.熟悉調(diào)幅波的數(shù)學表示式和波形。

2.了解調(diào)幅波的頻譜、帶寬和功率關(guān)系。

3.掌握普通調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶調(diào)制電路的組成、工作原理和性能特點。

4.了解單邊帶通信的優(yōu)缺點。

5.了解檢波器的質(zhì)量指標。

6.掌握二極管包絡(luò)檢波器和同步檢波器的電路組成、工作原理和性能特點。

7.了解不產(chǎn)生對角線失真和負峰切割失真的條件。

當前第1頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1

概述7.1.1振幅調(diào)制概述7.1.2檢波簡述當前第2頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述所謂調(diào)制，就是用一個信號（原信號也稱調(diào)制信號）去控制另一個信號（載波信號）的某個參量，從而產(chǎn)生已調(diào)制信號的過程。根據(jù)所控制的信號參量的不同，調(diào)制可分為：調(diào)幅：使載波的幅度隨著調(diào)制信號的大小變化而變化的調(diào)制方式。調(diào)頻：使載波的瞬時頻率隨著調(diào)制信號的大小而變，而幅度保持不變的調(diào)制方式。調(diào)相：利用原始信號控制載波信號的相位。解調(diào)則是相反的過程，即從已調(diào)制信號中恢復出原信號。

這三種調(diào)制方式的實質(zhì)都是對原始信號進行頻譜搬移，將信號的頻譜搬移到所需要的較高頻帶上，從而滿足信號傳輸?shù)男枰．斍暗?頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述一、定義振幅調(diào)制:利用調(diào)制信號的大小去控制高頻載頻信號的振幅,使其隨調(diào)制信號波形的變化而呈線性變化,其它參數(shù)(頻率與相位)不變.振幅調(diào)制分類:AMDSBSSB當前第4頁\共有47頁\編于星期五\21點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7.1.1振幅調(diào)制概述當前第5頁\共有47頁\編于星期五\21點二、調(diào)制的原因1）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天線長度:3.75～3750km7.1.1振幅調(diào)制概述當前第6頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述2）便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收頻譜搬移當前第7頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述3）可實現(xiàn)的回路帶寬基帶信號特點：頻率變化范圍很大。低頻（音頻）:20Hz～20kHz高頻（射頻）:AM廣播信號:高頻窄帶信號535～1605kHz，BW=20kHz頻譜搬移lowhigh2020k10k1000k100k當前第8頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述三、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)制當前第9頁\共有47頁\編于星期五\21點四、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)幅基極調(diào)幅7.1.1振幅調(diào)制概述集電極調(diào)幅當前第10頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述過壓狀態(tài)的優(yōu)點是，當負載阻抗變化時，輸出電壓比較平穩(wěn)且幅值較大，在弱過壓時，效率可達最高，但輸出功率有所下降，發(fā)射機的中間級、集電極調(diào)幅級常采用這種狀態(tài)。過壓狀態(tài)特點當前第11頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.1振幅調(diào)制概述

欠壓狀態(tài)的功率和效率都比較低，集電極耗散功率也較大，輸出電壓隨負載阻抗變化而變化，因此較少采用。但晶體管基極調(diào)幅，需采用這種工作狀態(tài)。欠壓狀態(tài)特點當前第12頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.2檢波簡述當前第13頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.2檢波簡述檢波器的輸入輸出波形1.定義：從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制的信號。當前第14頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.2檢波簡述檢波器檢波前后的頻譜當前第15頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.2檢波簡述檢波器的組成部分2.組成當前第16頁\共有47頁\編于星期五\21點7.1.2檢波簡述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(luò)檢波器同步檢波器當前第17頁\共有47頁\編于星期五\21點1.普通調(diào)幅波的數(shù)學表示式7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學表示式與頻譜(a)設(shè)調(diào)制信號為單頻余弦信號

載波信號由振幅調(diào)制信號的定義,已調(diào)信號的振幅與調(diào)制信號uΩ成正比.式中,m稱為調(diào)制度:

ka稱為調(diào)制靈敏度則已調(diào)信號振幅7.2調(diào)幅波的性質(zhì)當前第18頁\共有47頁\編于星期五\21點7.2調(diào)幅波的性質(zhì)(b)若調(diào)制信號不是單一頻率信號,而是一連續(xù)頻譜信號f（t）式中,f（t）是均值為零的歸一化調(diào)制信號,|f（t）|max=1。則調(diào)幅波表示式為若將調(diào)制信號分解為則調(diào)幅波:1.普通調(diào)幅波的數(shù)學表示式當前第19頁\共有47頁\編于星期五\21點7.2調(diào)幅波的性質(zhì)2.普通調(diào)幅波的波形圖令ωc>>Ω

，0＜m≤1。(a)調(diào)制信號為單頻余弦波圖中已調(diào)波的振幅稱為調(diào)幅信號的包絡(luò)（見圖示），大小為:包絡(luò)的最大值包絡(luò)的最小值當前第20頁\共有47頁\編于星期五\21點7.2調(diào)幅波的性質(zhì)特點：(1)調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）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.

(a)調(diào)制信號為單頻余弦波當前第21頁\共有47頁\編于星期五\21點7.2調(diào)幅波的性質(zhì)(a)調(diào)制信號為單頻余弦波當前第22頁\共有47頁\編于星期五\21點7.2調(diào)幅波的性質(zhì)(b)調(diào)制信號為連續(xù)頻譜信號當前第23頁\共有47頁\編于星期五\21點電壓表達式普通調(diào)幅波

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2.普通調(diào)幅波的波形圖當前第24頁\共有47頁\編于星期五\21點(a)調(diào)制信號為單頻余弦波3.調(diào)幅信號的頻譜及帶寬

由圖看出調(diào)幅過程實際上是頻譜搬移過程，即將調(diào)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(cè)的上、下邊頻，幅度均等于

對于單音信號調(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).當前第25頁\共有47頁\編于星期五\21點信號帶寬ω0Ωmax調(diào)幅波調(diào)制信號載波ω0+Ωmax上邊帶ω0-Ωmax下邊帶(b)調(diào)制信號為連續(xù)頻譜信號3.調(diào)幅信號的頻譜及帶寬當前第26頁\共有47頁\編于星期五\21點4.普通調(diào)幅波的功率關(guān)系將作用在負載電阻RL上(a)載波功率(b)每個邊頻功率(上邊頻或下邊頻)(c)在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是ω0當前第27頁\共有47頁\編于星期五\21點在調(diào)幅波中，只有旁頻（或邊帶）才是有用的信息量。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。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m＝1時，Pc＝(2/3)Pav；當m＝0.5時，Pc＝(8/9)Pav；ω0，因而整機效率低。這是調(diào)幅制的缺點。一般4.普通調(diào)幅波的功率關(guān)系當前第28頁\共有47頁\編于星期五\21點５.普通調(diào)幅波的產(chǎn)生原理框圖當前第29頁\共有47頁\編于星期五\21點(b)發(fā)射機的功率利用率不高。６．AM信號主要特點(a)ＡＭ調(diào)制信號的包絡(luò)反映調(diào)制信號的變化規(guī)律；當前第30頁\共有47頁\編于星期五\21點一、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。非線性調(diào)幅方框圖7.3平方律調(diào)幅

當前第31頁\共有47頁\編于星期五\21點

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。

直流

載波頻率

調(diào)制信號基頻

上、下邊頻

載波二次諧波

調(diào)制信號的二次諧波當前第32頁\共有47頁\編于星期五\21點

其中產(chǎn)生調(diào)幅作用的項是稱為平方律調(diào)幅濾波后，輸出電壓為：調(diào)幅度：結(jié)論：（1）調(diào)幅度的大小由調(diào)制信號電壓振幅及調(diào)制器的特性曲線所決定（2）通常，a2<<a1因此用這種方法所得到的調(diào)幅度不大。在平方律調(diào)幅中,管子工作于甲類非線性狀態(tài),效率低,只適用于低電平調(diào)幅.當前第33頁\共有47頁\編于星期五\21點串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡化電路二、平衡調(diào)幅器7.3平方律調(diào)幅

當前第34頁\共有47頁\編于星期五\21點總的輸出電壓:輸出:濾掉輸出電壓沒有載波分量優(yōu)點:有效地抑制載波.當前第35頁\共有47頁\編于星期五\21點1AM:DSB:2波形:AM:當調(diào)制信號等于0時,調(diào)幅波的振幅等于載波振幅.DSB:當調(diào)制信號等于0時,調(diào)幅波的振幅等于0.解釋:1在平衡調(diào)幅電路中,當調(diào)制信號等于零時,載波恰恰互相抵消,輸出為零.每經(jīng)過一次零點,即意味著兩管電流的大小關(guān)系要互換一次,因此在輸出電路中高頻電壓的相位相反.

DSB于AM的區(qū)別當前第36頁\共有47頁\編于星期五\21點

單邊帶調(diào)制是僅傳送一個邊帶的調(diào)制方法。只傳送上邊帶信號叫上邊帶調(diào)制，只傳送下邊帶信號叫下邊帶調(diào)制。若調(diào)制信號為單一頻率信號時，上邊帶調(diào)制信號表達式為uSSB(t)=Um0cos(ωC+Ω)t下邊帶調(diào)制信號表達式為uSSB(t)=Um0cos(ωC-Ω)t7.4單邊帶信號的產(chǎn)生

當前第37頁\共有47頁\編于星期五\21點7.4單邊帶信號的產(chǎn)生

使所容納的頻道數(shù)目加倍，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。單邊帶制能大大節(jié)省發(fā)送功率。當前第38頁\共有47頁\編于星期五\21點7.4單邊帶信號的產(chǎn)生

調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻1.濾波器法濾波器法原理方框圖當前第39頁\共有47頁\編于星期五\21點濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖注意：提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。7.4單邊帶信號的產(chǎn)生

當前第40頁\共有47頁\編于星期五\21點單邊帶發(fā)射機方框圖舉例當前第41頁\共有47頁\編于星期五\21點

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。集電極調(diào)幅基極調(diào)幅7.5高電平調(diào)幅

當前第42頁\共有47頁\編于星期五\21點7.5高電平調(diào)幅

工作原理集電極調(diào)幅電路

對于丙類高頻功率放大器，當基極偏置Vbb，激勵高頻信號電壓振幅Ubm和集電極有效回路阻抗Rp不變，只改變集電極有效電源電壓時，集電極電流脈沖在欠壓區(qū)可認為不變。而在過壓區(qū)，集電極電流脈沖幅度將隨集電極電源電壓VCC變化。因此集電極調(diào)幅必須工作在過壓區(qū)。一、集電極調(diào)幅當前第43頁\共有47頁\編于星期五\21點7.5高電平調(diào)幅

工作原理集電極有效電源:受到調(diào)制過壓狀態(tài):振幅集電極調(diào)幅應工作于過壓狀態(tài)。集電極調(diào)幅電路當前第44頁\共有47頁\編于星期五\21點工作原理在基極電路里,高頻振蕩、低頻調(diào)制信號和激勵電源串連起來構(gòu)成基極發(fā)射級電壓,受的控制,集