第六章--调幅、检波与混频.ppt

知识点 1 调幅 AM DSB SSB 信号分析振幅调制及解调电路2 混频原理与电路混频器中的干扰 第5章振幅调制及其解调 混频 分类 调制 用调制信号 去控制载波 或 某个参数的过程 得到的信号称为已调波 振幅调制 AM 由调制信号去控制载波的振幅 使已调信号的幅度随调制信号线性变化 频率 相位不变 1 AM波的数学表示式 波形 设 载波信号 调制信号 则根据AM信号定义 有 其中 反映了调幅的强弱 常用百分数表示 调制灵度敏 一般由调制电路确定 调幅度 调制度 5 1AM DSB SSB信号分析 实现模型 一 AM波信号分析 3个方面 图6 1AM波的波形 2 AM波的频谱 单频调制时AM波的带宽 单频调幅时 信号带宽 一般信号的调幅 将AM波输送至电阻RL 则得出如下功率 载波功率 单边频功率 AM信号的功率 边频功率与载波功率的比值 调幅波的最大功率 最小功率 3 AM波的功率 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 调幅度 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 二 DSB信号 双边带信号 将AM波中的载波抑制掉得到的信号 双边带信号的带宽 载波 上边频 下边频 DSB信号的特点 1 DSB信号的包络与不再反映调制信号的形状 原因是包络正比于调制信号的绝对值 2 DSB信号的相位在调制信号过0时要突变180度 3 载波被抑制掉了 带宽和AM相同 上 下边频都含调制信号的完整信息 三 SSB SSB信号 将DSB信号中一个边带抑制掉而得到的信号 SSB信号波形的包络与调制信号完全不同 带宽 调制信号 SSB信号的特点 1 SSB信号的振幅与调制信号的振幅成线性关系 包络与调制信号的包络相同 2 带宽只是AM和DSB信号带宽的一半 3 SSB信号的频率随调制信号频率的变化而变化 单音调制时SSB信号的波形双音调制时SSB信号波形及频谱见图6 9 四 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 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 6 2振幅调制及解调电路 调制分类 按功率电平 高电平调制 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 下面讲述AM DSB SSB的调制电路 重点讨论低电平调制电路 一 高电平AM调制电路AM信号一般用于无线广播 多采用高电平调制方式 1 集电极调幅 图6 12集电极调幅电路 图6 13集电极调幅的波形 参见P83 2 基极调幅 图6 14基极调幅电路 参见P83 图6 15基极调幅的波形 集电极调幅 效率高 线性好 所需调制信号的功率大 适合于较大功率调幅发射机中 基极调幅 所需调制信号的功率小 但效率低 线性较差 高电平调幅小结 根据前面AM DSB SSB信号的分析可知 这3种信号都是将调制信号的频谱搬移到载频上去 允许取一部分 搬移前后的频谱结构不变 是频谱的线性搬移 可见 频谱线性搬移电路能完成调制的功能 二 低电平调制电路 AM DSB 知识点 二极管调制 单二极管电路 平衡二极管电路 模拟乘法器调制 1 单二极管调制电路 只能产生AM信号 电路结构 图5 5二极管等效电路 大信号使二极管工作于截止区和导通区 其非线性可忽略 将二极管等效为 导通电阻rD与开关S串联 二极管伏安特性 二极管等效电路 工作原理 频谱搬移如何实现 上式可用单向开关函数 周期与u2相同 表示 即 则 由上式可知 流过二极管的电流iD中的频率分量有 图6 16单二极管调制电路频谱 1 电路结构 等效电路 可进一步减少单二极管电路中不需要的频率成分 a T1二次与T2一次绕组具有中心抽头 并上下严格对称 b D1 D2为近似理想开关二极管 电路特点 2 二极管平衡调制电路 AM DSB 2 原理分析二极管大信号工作 等效导通电阻rD与开关S串联 两个管的导通 截止时间相同 故开关函数相同 负载电流 T2次级电流 忽略输出电压的反作用 二极管的端电压为 结论 1 可以频率变换 n 0 2 频率成分比单二极管电路大大减少 输出电流的频率成分 图6 20二极管平衡调制器产生DSB 3 改进型平衡电路 二极管桥式电路 特点 a u2正半周时 b U2负半周时 1 电路结构 3 二极管双平衡调制电路 环形电路 图5 9双平衡 2 工作原理分析 则负载总电流 图5 10双向开关函数 输出的频率成分 结论 1 能实现频谱搬移 2 频率成分比单平衡电路更少 幅度是单平衡的2倍 图MC1596的内部电路 4 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器的核心是双差分电路 扩展动态范围 调整调制度 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 差分对电路相乘器是频谱搬移的核心 变跨导式模拟乘法器是以差动放大电路为基础 采用变换跨导的方法实现乘法 一 差动电路的传输特性1 电路 差动输入双端输出 2 传输特性 二 单差分对管相乘器 电路 工作原理 二 单差分对管相乘器实现调制 6 2调幅信号的解调 解调 从已调信号中恢复调制信号的过程 又称检波 解调实质 解调是调制的逆过程 从频谱看 实质是频谱线性搬移 将高频端搬至低频端 与调制中的搬移刚好相反 因此 频谱线性搬移电路均有解调功能 调幅信号的解调方法 二极管检波器 串联 并联 模拟乘法器三极管检波器 检波 器件 信号大小 工作特点 同步检波器 乘积 叠加 小信号检波器 大信号检波器 包络检波器 峰值 平均包络 一 包络检波器 原理 性能指标 定义 检波输出电压与输入已调波的包络成正比 只用于AM 图6 30包络检波原理及框图 电路组成 1 输入回路 即中放末级输出电路 2 检波二极管 导通电压小 rD小的锗管 3 负载电路 即低通滤波器 C 高频短路 低频开路 要求输入信号 0 5V 故称大信号检波器 1 二极管峰值包络检波原理 二极管串联大信号检波器 a 原理电路 b 二极管导通 c 二极管截止 d 等幅波的检波过程 A 检波过程 图6 35稳态时的二极管电流波形 图6 36AM信号检波的输出电压波形 图6 37AM信号检波时二极管的电压 电流波形 B AM信号检波的输出电压 图6 38包络检波器的输出电路 C 检波器的输出电路 传输系数 描述解调能力 2 性能指标 电压传输系数 输入阻抗 非线性失真 输入电阻 图中频放大器与检波器级联 3 检波器的失真 惰性失真现象 不失真条件 原因 RC太大 放电速度小于包络下降的速度 使二极管在若干个载波周期内不导通所致 负斜率包络处 底部切削失真 不失真条件 现象 图c 原因 输出隔直电容使交流负载与直流负载不相等引起的 减小底部切削失真的电路 检波器 音量调节 R4 C3自动增益控制AGC 4 设计中应该考虑的问题 图6 45峰值检波典型电路 检波器元件的选择 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 1 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 讨论 2 叠加型 混频器 1 定义 将输入已调波的载频变换成中频 而保持其频谱结构不变 也称 变频 2 功能 频谱线性搬移 为一六端网络 常用的中频数值 465kHz 500kHz 1MHz 1 5MHz 4 3MHz 5MHz 10 7MHz 21 4MHz 38MHz 70MHz 140MHz 第6 3节混频原理与电路 图6 51混频器功能 一 概述 图6 523种频谱线性搬移功能比较 调制 解调 混频 输入 输出信号不同 频谱搬移的位置不同 已调信号本振电压乘积 经带通滤波器取出中频电压为 图6 53混频器的组成框图 3 混频器的基本原理 混频器实现频谱的线性搬移 关键是乘法器 1 变频增益 电压增益 功率增益 2 噪声系数 描述混频器对传输信号信噪比的影响程度 4 主要指标 变频增益大 有利于提高接收机的灵敏度 3 失真与干扰 失真 频率失真 非线性失真 干扰 输入的干扰信号因混频器的非线性产生接近中频的组合频率 对中频信号形成干扰 4 1dB压缩电平 原因是混频器的非线性 图6 55混频器输入 输出电平的关系曲线 5 选择性 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 输出电平实际值低于理想值1dB时对应的输入信号电平 抑制中频以外的信号干扰的能力 二 混频电路 1 三极管混频器 A 工作原理 分析 则中频电流 变频跨导 描述混频器将输入电压转换为中频电流的能力 图6 57gC UL 本振幅度 关系 gC随 UL Eb 变化的规律是选择变频器工作状态的重要依据 图6 58gC Eb的关系 B 混频器本振注入方式 中波AM收音机的变频电路 C 实际电路举例 D 三极管混频特点 优点 有变频增益 缺点 1 动态范围较小 2 组合频率干扰严重 3 噪声较大 4 存在本地辐射 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 图6 61二极管平衡混频器 经中频滤波后 得输出中频电压 图6 61二极管环形混频器 是二极管平衡混频输出的2倍 干扰 有用信号之外的其它信号统称为干扰 主通道 有用输入信号与本振信号混频得出中频信号的途径 寄生通道 其它信号 高放非线性产生的 混频器本身产生的 本振产生的谐波等 通过混频器的非线性产生另外一些中频分量的途径 混频器存在的干扰 通过混频器的非线性作用 1 干扰哨声 有用信号 或其谐波 与本振的谐波产生的组合频率 2 副波道干扰 干扰信号与本振混频产生的组合干扰 也叫寄生通道干扰 3 互调干扰 两干扰信号和本振产生的互相调制 4 交调干扰 干扰对有用信号的交叉调制形成 5 阻塞 倒易混频干扰等 第6 4节混频器中的干扰 非线性器件的伏安特性 在EQ点泰勒级数展开 再根据二项式定理即 得 有用频率成分为 器件非线性会产生输入频率的组合 1 干扰哨声有用信号及本振 它们的谐波形成的组合频率接近fI 形成干扰 混频器产生的组合频率分量 形成干扰的组合为 2 寄生通道干扰 外来干扰与本振形成的组合频率接近中频 形成干扰 抑制方法 1 提高前端电路的选择性 加中频陷波电路L1 C1 2 中频选在工作波段之外 采用高中频 此干扰信号能够通过寄生通道形成干扰 抑制方法 1 提高前端电路的选择性 2 提高中频频率 其它组合副波道干扰 p q取其他值 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 有用信号消失 干扰也消失 含义 已调的强干扰信号与有用信号经混频器的非线性作用 干扰信号上的调制信号被转移到有用信号的载波上 故混频输出中出现干扰 实质 将干扰信号上的调制信号解调 再调制到中频上 使两个调制信号交叉在一起 形成干扰 特点 与本振频率无关 同时听到有用电台和干扰电台的声音 但有用信号消失时 干扰台也随之消失 抑制方法 1 提高前端电路的选择性使 2 选择合适的器件 如平方律器件 及合适的工作状态 4 互调干扰 抑制方法 1 提高前端电路的选择性 2 选择合适的电路和工作状态 以降低高次项 多个干扰信号通过混频器非线性而产生接近有用信号载频的信号 形成干扰 阻塞干扰 强干扰使混频器工作于严重非线性区 输出的有用幅度减小 甚至无法接收的现象 主要是 抑制方法 1 扩大动态范围 2 加AGC电路 5 包络失真 阻塞干扰包络失真 混频器的非线性 使输出包络与输入包络不成正比 输出包络中出现新频率成分 6 倒易混频 抑制方法 提高前端电路的选择性 提高本振的频谱纯度 其过程可看成是 以强干扰信号为 本振 以本振噪声为信号 通过正常混频 产生频率为中频的噪声 故称为 倒易混频 表现为输出信噪比降低 6 27试分析与解释下列现象 1 在某地 收音机接收到1090kHz信号时 可以收到1323kHz的信号 2 收音机接收1080kHz信号时 可以听到540kHz信号 3 收音机接收930kHz信号时 可同时收到690kHz和810kHz信号 但不能单独收到其中的一个台 例如另一电台停播 解6 27 1 副波道干扰信号 fL 10