振幅调制、解调与混频.ppt

第一节AM DSB SSB信号分析第二节振幅调制及解调电路第三节混频原理与电路第四节混频器中的干扰 第五章调幅 检波与混频 南昌航空大学 调制 就是用调制信号 或 去控制载波 和 某个参数的过程 载波 未受调制的高频振荡信号 振幅调制 由调制信号去控制载波的振幅 使其幅度的变化量随调制信号成正比的变化 振幅调制分为三种方式 普通的调幅方式 AM 抑制载波的双边带调制 DSB SC 抑制载波的单边带调制 SSB SC 第一节AM DSB SSB信号分析 载波电压调制电压振幅调制信号振幅为 为调制灵敏度 一般由调制电路确定 为调幅度 调制度 1 振幅调制信号 2 调幅波的频谱 单频调制时 调幅波占用的带宽 语音信号及已调信号频谱 调制信号为一连续谱信号或多频信号 其最高频率为 则AM信号占用的带宽 3 调幅波的功率 载波功率 上 下边频的平均功率 AM信号的平均功率 两个边频功率与载波功率的比值 调幅波的最大功率和最小功率 例5 1有一调幅波 幅度最大值为16V 最小值为4V 载波频率为2MHz 调制信号频率为400Hz 求 调幅系数 写出数学表示式 画出调幅波的频谱图 各频率分量的功率 负载电阻为10欧姆 4 双边带信号 在调制过程中 将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号 简称双边带信号 双边带信号的带宽 DSB信号的特点为 DSB信号的包络正比于调制信号的绝对值 DSB信号的相位在调制信号过零处要突变倒相180度 它只含有上 下边频分量 载波分量被抑制掉了 带宽和AM信号一样 单边带 SSB 信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中 直接将一个边带抵消而成 单频调制时 当取上边带时 当取下边带时 5 单边带信号 a DSB频谱 b 上边带频谱 c 下边带频谱 SSB信号的特点 SSB信号包络与调制信号的包络相同 带宽只是AM和DSB信号带宽的一半 SSB信号的频率已不是载波频率 而随调制信号频率的变化而变化 振幅与调制信号的振幅成线性关系 单音调制时SSB信号的波形 6 实现模型 1 AM信号实现模型 2 DSB信号实现模型 3 SSB信号实现模型 滤波法 相移法 f t 中含多种频率分量 要实现所有f分量都相移90o很难 1 在频域 振幅调制是将调制信号的频谱不失真地从低频搬移到载波频率的两侧 DSB 或一侧 SSB 2 从功率上讲 AM的功率利用是不充分的 DSB载波分量被抑制 功率利用较充分 SSB不但功率利用率高且它所占用频带比AM DSB减小了一半 频带利用充分 小结 第二节振幅调制及解调电路 调制可分为高电平调制和低电平调制 低电平调制 将调制和功放分开 调制后的信号电平较低 还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去 DSB SSB以及调频 FM 信号均采用这种方式 调制效率高 调制线性范围大 失真要小 高电平调制 将功放和调制合二为一 调制后的信号不需再放大就可直接发送出去 这种调制主要用于形成AM信号 对调制器的主要要求 1 高电平调制电路 1 高电平调制的集电极调制 集电极调幅的波形 2 高电平调制的基极调制 基极调幅的波形 分类 二极管调制 模拟乘法器调制 产生DSB SSB信号 1 二极管调制电路 AM 电路结构 2 低电平调制电路 工作原理 U2 U1 而uD u1 u2 二极管的通断主要由u2控制 可得 Vp较小 有U2 Vp 可令Vp 0 也可在电路中加一固定偏置电压Eo 用以抵消Vp 进一步写为 若u1 U1cos 1t 为单一频率信号 代入上式有 由上式可以看出 流过二极管的电流iD中的频率分量有 1 输入信号u1和控制信号u2的频率分量 1和 2 2 控制信号u2的频率 2的偶次谐波分量 3 由输入信号u1的频率 1与控制信号u2的奇次谐波分量的组合频率分量 2n 1 2 1 n 0 1 2 单二极管调制电路频谱 2 二极管平衡调制电路 DSB 它是由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器T1 T2接成平衡电路的 与单二极管电路的条件相同 U2 U1 二极管开关主要受u2控制 若忽略输出电压的反作用 则加到两个二极管的电压uD1 uD2uD1 u2 u1uD2 u2 u1 工作原理 考虑u1 U1cos 1t 代入上式可得 3 二极管双平衡调制电路 环形调制器 当u1 U1cos 1t 4 集成模拟乘法器电路 调整调制度 补偿失调电压 调整静态电流 扩展线性范围 可单端或双端输出 扩展线性范围 改为10K时 可实现DSB 调整调制度 3 调幅信号的解调 从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调 又称为检波 振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类 1 二极管峰值包络检波器原理电路与工作分析 原理电路 二极管导通 二极管截止 检波器稳态时的电流电压波形 加入等幅波时检波器的工作过程 二极管包络检波器输入AM信号时检波器的输出波形 包络检波器的输出电路 传输系数 输入载波电压振幅为 输出直流电压为 则 2 二极管峰值包络检波器性能分析 定义 输入电阻 3 检波器的失真 惰性失真 不失真条件 底部切削失真 不失真条件 减小底部切削失真的电路 检波器 音量调节 自动增益控制AGC 4 设计中应该考虑的问题 二极管的选择要选择导通电阻和结电容比较小的二极管 可以提高效率 电阻R1 R2选择为了不损失效率 R1 R2一般选择在0 1 0 2 而R1 R2几千 它不能太大 否则容易产生底边切割失真或惰性失真 电容的选择C太大容易产生惰性失真 太小又会使纹波加大 效率降低 因此应使2 Fmax 1 RC 2 fc Cg一般选的很大 例 检波电路如图所示 其中 要求 1 画出A B C三点波形 定性 2 检波器的电压传输系数 3 输入电阻 4 是否产生惰性失真 5 是否产生底部切割失真 5 同步检波 乘积型 恢复载波与发射载波同频同相时 恢复载波与发射载频有一定的频差 恢复载波与发射载频有一定的相差 叠加型 混频器 1 定义 将输入已调波的载频变换成另外一个频率 而保持其调制规律不变 2 混频器的功能 频谱线性搬移 为一六端网络 为输入已调波信号 为本振信号 为中频信号输出 常用的中频数值 465kHz 500kHz 1MHz 1 5MHz 4 3MHz 5MHz 10 7MHz 21 4MHz 38MHz 70MHz 140MHz 第三节混频原理与电路 三种频谱线性搬移功能 a 调制 b 解调 c 混频 输入已调信号本振电压 经带通滤波器取出中频电压为 混频器的组成框图 非线性器件 BPF BPF 3 混频器的工作原理 由混频器要完成的功能知 要实现频谱的线性搬移 关键是乘法器 1 变频增益 变频电压增益 变频功率增益 用分贝数表示变频增益 2 噪声系数 4 混频器的主要性能指标 3 失真与干扰 4 变频压缩 抑制 失真有频率失真和非线性失真 各种非线性干扰包括组合频率 交叉调制和互相调制 阻塞和倒易混频等 输入信号增加到一定程度时 中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系 混频器输入 输出电平的关系曲线 5 选择性 混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号 就要求中频输出回路有良好的选择性 3dB 3dB压缩电平 输入电平 dB 输出电平 dB 5 混频电路 1 晶体三极管混频器 集电极电流 中频电流 变频跨导 三极管电路中的时变电流 三极管电路中的时变跨导 gC UL的关系 gC Eb的关系 混频器本振注入方式 要求 本振电压有效加到三极管上的同时 不影响信号加到三极管上 本振回路与输入信号回路之间的耦合应尽可能小 避免它们之间在调谐过程中相互牵制 中波AM收音机的变频电路 输入信号us为已调信号 本振电压为uL 有UL Us 大信号工作 可得输出电流io为 输出端接中频滤波器 则输出中频电压uI为 2 二极管混频电路 经中频滤波后 得输出中频电压 干扰 除了有用信号外的所有信号统称为干扰 混频器存在下列干扰 信号与本振的自身组合干扰 也叫干扰哨声 外来干扰与本振的组合干扰 也叫副波道干扰 寄生通道干扰 外来干扰互相作用形成的互调干扰 外来干扰与信号形成的交叉调制干扰 交调干扰 阻塞 倒易混频干扰等等 第四节混频器中的干扰 1 信号与本振的自身组合干扰 干扰哨声 输入信号和本振电压 则混频器产生的组合频率分量为 当有用中频为差频时 即或 称为变频比 特点 一部接收机 当中频频率确定后 则在其工作频率范围内 由信号及本振产生的上述组合干扰点是确定的 可能会形成干扰 则可得到 USUL幅度取小些 谐波小 产生干扰的可能性小 采用平衡 环形混频器 抵消一些组合分量 采用高中频 抑制方法 2 外来干扰与本振的组合干扰 寄生通道干扰 如果干扰频率满足 式中 由所接收的信号频率决定 用代入上式 可得 p 0 q 1 即形成中频干扰 就能形成干扰 抑制方法 提高前端电路的选择性 加中频陷波电路 合理选择中频数值 本振 混频 BPF 产生原因 外来干扰信号频率与本振频率的组合频率正好接近中频 此干扰信号能够通过寄生通道形成干扰 镜像干扰 抑制方法 提高前端电路的选择性 提高中频频率 采用具有镜频抑制技术的先进的接收机结构 组合副波道干扰 抑制方法 提高前端电路的选择性 采用高中频 选择合适的混频电路 3 交叉调制干扰 交调干扰 抑制方法