第5章 振幅调制电路.ppt

第五章振幅调制电路 第一节概述第二节低电平调幅电路第三节高电平调幅电路第四节单边带信号的产生 主要内容 一 调制1 调制的定义 将需传送的基带信号加载到高频信号上去的过程称为调制 基带信号 通信中所需传送的信息通过换能器转换成电信号 此电信号是占有一定频谱宽度的低频信号 通常称为基带信号 2 调制的作用 将基带信号加载到高频信号上 用高频信号作为运载工具 能够较好地实现多路有选择性的通信 基带信号在调制时又常称调制信号 第一节概述 数字调制 调制分为 幅度调制 AM 频率调制 FM 相位调制 PM 幅度键控 ASK 频率键控 FSK 相位键控 PSK 模拟调制 3 调制的分类 若载波信号 调制信号 2 普通调幅波的数学表示式 则普通调幅波的数学表示式为 其中称为调幅指数 调幅度 1 定义 用需传送的信息 调制信号 去控制高频载波振荡电压的振幅 使其随调制信号线性关系变化 二 普通调幅波 AM波 的数学表示式 波形及其频谱 单音频调制 3 普通调幅波的波形 右图是单音频调制普通调幅波的波形图 从波形上可以看出 调制信号 载波信号 已调波信号 已调波振幅的包络形状与调制信号一样 则调幅指数 调幅指数当ma 1时 已调波振幅的包络形状与调制信号一样不失真调幅当ma 1时 将产生过量调制如下图所示 包络形状会产生严重失真 必须尽力避免 包络失真 单频调制的AM波的频谱 4 普通调幅波的频谱 单频调制的普通调幅波的频谱 由数学表示式可得 单频调制的AM波的频带宽度 多音频调制的普通调幅波的频谱 5 结论 调幅过程是一种线性频谱搬移过程将调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近 成为上 下边频带 多频调制的AM波的频带宽度 三 普通调幅波的功率关系 载波功率 每一边频功率 调制一周内的平均总功率 将普通调幅波电压加在电阻R两端 电阻R上消耗的各频率分量对应的功率可表示为 1 普通调幅波中各频率分量之间的功率关系 2 普通调幅波的特点 普通调幅波中载波分量占有的功率较大 而含有信息的上 下边频分量占有的功率较小 从能量观点看 普通调幅波进行传送 不含信息的载波功率过大 是一种很大的浪费 这是普通调幅波本身固有的 双边带调幅的振幅 其包络随调制信号变化 但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律双边带信号的载波相位在调制电压零交点突变 四 抑制载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号 1 抑制载波的双边带调幅波 DSB 数学表示式 双边带调幅波的频谱 波形特点 即 双边带调幅波的频带宽度 2 单边带调幅波 SSB 单频调制的单边带调幅波的频谱为 频谱 数学表示式 特点频带只有双边带调幅波的一半 其频带利用率高 全部功率都含有信息 功率有效利用率高 频带宽度 五 振幅调制电路的功能 1 振幅调制电路的功能是将输入的调制信号和载波信号通过电路变换成高频调幅信号输出 2 功能的表示 当载波为调制信号为时 三种振幅调制电路的功能可以用频谱表示 如右图所示 六 振幅调制电路的分类及要求 七 振幅调制电路的基本组成 一般来说 振幅调制电路由输入回路 非线性器件和带通滤波器三部分组成 1 分类 分低电平调幅和高电平调幅两大类 2 要求 低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制 输出功率和效率不是主要指标 重点是提高调制的线性 减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能 高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波 利用丙类高功放改变来实现调幅 其优点是效率高 设计时必须兼顾输出功率 效率和调制线性的要求 第二节低电平调幅电路 一 单二极管开关状态调幅电路1 开关状态当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时 其中一个电压振幅足够大 另一个电压振幅较小 二极管的导通或截止将完全受大振幅电压的控制 可以近似认为二极管处于理想开关状态 二极管的导通电阻 2 电路原理 流过二极管电流中含有 直流 经中心频率为 通频带略大于的带通滤波器取出的普通调幅波信号输出 3 通过带通滤波器选出调幅波输出 结论 单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波 AM 二 二极管平衡调幅电路 1 电路特点图中变压器为理想变压器 B1为1 1 B2为1 2B3为2 1载波信号是大信号 调制信号是小信号 二极管D1 D2均工作于受uc t 控制的开关状态 2 在无带通滤波器的条件下 流过二极管D1 D2的电流为 根据变压器B3的同名端及假设的次级电流的流向 由于i1和i2流过B3初级方向相反 所以电流i为 3 通过带通滤波器取出双边带调幅波 由于i中包含 等频率成分 经中心频率为 带宽略大于的带通滤波器取出的频率成分电流在负载上建立双边带调幅电压输出 结论 双二极管开关状态调幅电路能实现平衡调幅 DSB 三 二极管环形调幅电路 1 在的正半周 D1和D2导通 D3和D4截止 D1和D2的开关函数为 在无带通滤波器的条件下 流过负载的总电流 1 2 2 1 2 在的负半周 D1和D2截止 D3和D4导通 而D3和D4的开关函数为 在无带通滤波器的条件下 流过负载的总电流 1 2 2 1 4 通过带通滤波器取出双边带调幅波 流过负载的总电流中含有等频率分量 经过中心频率为 通带略大于的带通滤波器 则在上只取的双边带调幅电压 则 3 负载RL中的电流 结论 二极管环形调幅电路能实现平衡调幅 DSB 与双二极管调幅电路相比输出信号的频谱少了的成份 且幅度为其二倍 四 模拟乘法器调幅电路1 模拟乘法器 模拟乘法器是有两个输入端对 即X和Y输入端对 和一个输出端对的非线性有源器件 模拟乘法器符号 模拟乘法器是完成两个模拟信号 电压或电流 相乘作用的电子器件 模拟乘法的传输特性方程为式中 K乘法器的增益系数 单位为1 V 分类根据输入信号的极性可分为 四象限模拟乘法器 一象限模拟乘法器 二象限模拟乘法器 常用于频率变换的模拟乘法器的型号 国外同类产品 MC1496MC1596MC1495MC1496LM1496LM1596 AD834 宽带 AD630 多功能 AD734 高精度 国内同类产品 CB1595CB1596BG314 2 双差分对管振幅调制电路 它由两个单差分对管电路T1 T2 T5和T3 T4 T6组合而成 输入信号u1加在两个单差分对管的输入端 u2加在T5和T6的输入端 双端输出时 输出电流而则 T1 T2和T3 T4组成的差分对管的电流电压关系 T1 T2组成的差分对管的电流电压关系 当u1和u2都小于26mV时 温度当量 常温下为26mv 扩大u2的线性动态范围的措施 A 在T5和T6的发射极之间接入负反馈电阻Ry 并将恒流源I0分为两个I0 2的恒流源 B Ry足够大 满足深度负反馈条件 即 u2的最大动态范围为 双端输出电流 3 MC1596平衡调幅电路 设输入载波信号 根据双曲线正切函数的特性 大信号条件下具有开关函数的形式 输入调制信号 因为2与3端满足接入 则可扩大到的线性范围 大信号 即 双端输出电流 管脚直流电位差为零时 管脚直流电位差不为零时 双端输出电流 1代表直流 RW是调节MC1596的4和1端的直流电位差为零 确保输出为抑制载波的双边带调幅波 如果4和1端直流电位差不为零 则有载波分量输出 相当于是普通调幅波 一 集电极调幅电路 1 集电极调幅原理电路 具有下列特点 集电极回路调谐在 带宽略大于 丙类放大器工作于过压状态 有效电源随变化 第三节高电平调幅电路 2 调幅原理 式中 称为调幅指数 根据理想化调幅特性可得 输出电压 丙类功率放大器在不变的条件下 改变时 集电极电流在欠压区可认为不变 而在过压区将随变化而变化 具有调幅特性 有效电源 3 集电极调幅电路的功率与效率 时 直流电源提供的输入功率 载波输出功率 集电极损耗功率 集电极效率 载波状态 调制最大状态 有效电源输入功率 高频输出功率 集电极损耗功率 集电极效率 结论 在调制信号波峰处 所有功率都是载波状态的倍 而集电极效率不变 调制一周的平均功率 有效电源提供的平均输入功率 平均输出功率 其中 载波输出功率为 边频功率为 直流电源提供的平均输入功率 调制信号源提供的平均输入功率 4 集电极调幅电路的特点 必须工作于过压区 调制过程中效率不变 可保持在高效率下工作 总输入功率分别由直流电源和调制信号源提供 因而调制信号源应是功率源 载波输出功率是由直流电源提供 而边频输出功率是由调制信号源提供 在调制一周内的平均功率都是载波状态对应功率的倍 集电极平均损耗功率是载波状态损耗功率的倍 选管子时 应采用管子的允许损耗功率 平均集电极损耗功率 平均集电极效率 二 基极调幅电路 1 基极调幅原理 2 基极调幅电路的特点 必须工作于欠压区 载波输出功率和边频功率都由直流电源提供 调制过程中 效率是变化的 调制线性范围小 只能用于输出功率小 对失真要求不严的发射机中 调幅电路总结 高电平调幅 低电平调幅 基极调幅 集电极调幅 单二极管开关状态调幅 双二极管开关状态调幅 环形调幅 模拟乘法器调幅 普通调幅波 双边带调幅波 二 单边带信号的产生方法单边带信号产生的方法有滤波法和