高频电子线路第6章振幅调制解调及混频PPT课件

22.05.2020,.,1,第6章振幅调制、解调及混频,振幅调制信号分析振幅调制电路调幅解调电路混频电路混频器的干扰,22.05.2020,.,2,一、振幅调制信号分析,1.振幅调制的概念振幅调制：用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，而其它参数(相位、频率)不变。调制信号：由原始信号(声音、数据和图象)转换成的低频或视频模拟信号(数字的或模拟的)，用u或f(t)表示；载波：未受调制的高频振荡信号，常用正弦波，用uc或ic表示；已调波：受调制后的高频振荡信号。振幅调制方式：分为三种方式。(1)普通调幅方式：AM；(2)抑制载波的双边带调制(简称双边带调制)：DSB-SC(简称DSB)；(3)拟制载波的单边带调制(简称单边带调制)：SSB-SC(简称SSB)。三种已调波信号称为：调幅波信号、双边带信号和单边带信号。,22.05.2020,.,3,2、调幅波(AM)载波电压：uc=Uccosct调制电压：u=Ucost(c)调幅波的瞬时振幅：Um(t)=Uc+Uc(t)=Uc+kaUcost=Uc(1+mcost)Uc(t)：调制电压u成正比；ka：比例系数或调制灵敏度，由调制电路决定；m=kaU/Uc：调幅度(调制度)。AM信号表达式：uAM=Um(t)cosct=Uc(1+mcost)cosct调幅度的要求：m1为正常调制；m1为过调制，导致信号产生失真，不能正确解调，应当避免出现。,22.05.2020,.,4,AM调制过程中的信号波形：调制信号为余弦波,注意：图(e)发生严重失真，无法通过解调恢复出调制信号！,22.05.2020,.,5,连续谱信号的AM调制：uAM=Uc1+mf(t)cosct，其中f(t)为归一化调制信号，而且|f(t)|max=1。,连续谱信号的AM已调波又可以表示为：,22.05.2020,.,6,AM信号的产生原理图：由加法器和乘法器完成。,22.05.2020,.,7,AM信号的频谱：(1)单频AM波：单频AM波可以用三角函数展开为,22.05.2020,.,8,下图中给出语音调制信号频谱及其已调信号频谱.,(2)多频AM波：包含载频、上边带和下边带。带宽：B=2Fmax，其中Fmax为f(t)的最高频率。,说明：AM调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，但频谱结构未变，因此这种调制方式属于频谱的线性搬移。,22.05.2020,.,9,AM信号的功率：通常指AM波的平均功率(总功率)，包括载波功率和两个边带的平均功率。有时涉及AM波的最大功率和最小功率。假设负载阻抗为RL。以单频AM波为例讨论。,22.05.2020,.,10,说明：AM信号中虽然载波频率分量不携带信息，却占有2/3以上的功率，效率较低。但由于其设备简单，占的频带窄(相对于调频)，因此仍然得到广泛的应用。,Pmax决定了高频谐振功放管的额定输出功率PH，PHPmax。,举例：100%调制(m=1)，两个边频功率为载波功率的1/2，两个边频功率只占AM调幅波总功率的1/3。当m值减小时，两者的比值将显著减小，边频功率所占比重更小。,22.05.2020,.,11,2.双边带信号DSB信号的形成：将AM信号中的载波抑制掉就形成了抑制载波的双边带信号(DSB-SC)，简称双边带信号(DSB)。双边带信号的表示：uDSB(t)=kf(t)cosct，k0说明:(1).DSB信号只有上下边带，没有载波分量，因此功率利用较充分；(2).DSB信号的产生原理：仅需要一个模拟乘法器即可。,22.05.2020,.,12,DSB和AM信号比较：(1)包络不同：AM信号的包络正比于调制信号f(t)，而DSB信号的包络则正比于|f(t)|；(2)DSB信号的高频载波相位在f(t)的零交点处(正负电压交替处)出现180的相位跃变；,22.05.2020,.,13,(3)DSB实质上是一个调幅调相信号；uDSB(t)=|f(t)|cos(ct+)其中当f(t)0时，=0；当f(t)U。,22.05.2020,.,27,(2)单差分对电路：,单差分对AM调制器的输出波形：,22.05.2020,.,28,关于AM调制的说明：(1).高电平AM调制：集电极调幅需要谐振功放工作在过压状态，而基极调幅需要谐振功放在欠压状态，前者优点是输出功率较大，后者优点是所需的激励功率功率较小；(2).二极管AM调制：合理选择信号的注入位置，可以用二极管平衡电路直接实现AM调制；要想用二极管环形电路实现AM调制，需要在输出电压中再加入载波分量，或者在输入调制信号中叠加上直流成分；(3).双差分对AM调制电路：在小信号状态下，双差分对电路就是一个标准的模拟乘法器，要想利用它实现AM调制，也需要在输出端再加入载频分量，或者在输入调制信号中叠加上直流成分。,22.05.2020,.,29,2.DSB调制电路单二极管和单差分对不能产生DSB信号，平衡二极管、环形二极管和双差分对电路可实现DSB调制。(1).平衡二极管DSB调制器：u1=u，u2=uc，且UcU。,要求：调制线性好，载漏(载波泄露)小，调制效率高，阻抗要匹配。,22.05.2020,.,30,平衡二极管DSB调制器的波形：,22.05.2020,.,31,平衡调制器的一种实际线路：输出变压器改为可变电阻器；二极管并联电容C2和C3用来平衡二极管反向工作的结电容。电容C1：隔离高频载波与音频调制信号，对高频载波短路。,22.05.2020,.,32,(2)双平衡二极管的DSB调制器(环形调制器)：可以进一步减少组合分量，减少滤波器压力。在u1=u，u2=uc的情况下，可以实现DSB调制。,滤波后输出电压：,平衡调制器和环形调制器比较：a.平衡调制器：交换调制信号u和载波信号uc的位置后不能得到DSB信号，只能得到AM信号；b.环形调制器：交换调制信号u和载波信号uc的位置后同样得到DSB信号，即调制器与输入信号的位置无关。,22.05.2020,.,33,双平衡DSB调制器电路及波形:,22.05.2020,.,34,双桥构成的环形调制器：忽略晶体管输入电阻对平衡调制器的影响。,22.05.2020,.,35,单差分对电路的DSB调制：注意信号的注入方式。,双差分对电路的DSB调制：由于双差分对电路在小信号状态下就是一个标准的模拟乘法器，因此不管载波信号和调制信号怎么注入，均可以实现DSB调制。,(3)差分对电路的DSB调制：单差分对和双差分对电路均可。,22.05.2020,.,36,单差分对DSB调制器的信号波形:,22.05.2020,.,37,3.SSB调制电路主要有滤波法和移相法两种。(1)滤波法：由二极管平衡调制器和边带滤波器组成。二极管平衡调制器：生成DSB信号；边带滤波器：从DSB中取出一个边带。它是一个带通滤波器，可以用L、C元件或等效的L、C元件(如石英晶体)组成。目前常用的边带滤波器有：机械滤波器、晶体滤波器和陶瓷滤波器。下图是理想的边带滤波器传输特性。,22.05.2020,.,38,(2)移相法：移相法可以从SSB信号的表达式来理解。,优点：省去了边带滤波器。缺点：一是两个平衡调制器输出DSB信号的幅度应完全相等；二是移相网络必须对载频和调制信号均保证精确的/2相移。,22.05.2020,.,39,提高移相精度的移相法SSB调制器结构：如果调制信号为音频信号，为了提高相移精度，可以将两个平衡调制器的调制信号输入分别产生/4相移和/4相移，这样两路音频信号的相位差为/2。两路载频由频率为4f0的振荡器经四次数字分频器得到，载频的/2相位差也由分频器来保证。,22.05.2020,.,40,(3)滤波法和移相法性能比较a.移相法对平衡调制器的载漏抑制要求较高，但可以在较高的频率上形成SSB信号；b.滤波法对平衡调制器的载漏拟制要求不高，但由于需要边带滤波器，限制了它的最高工作频率。,22.05.2020,.,41,综合举例：P250:习题6-4(c)(d),在图示的四个电路中，调制信号和载波信号分别为,两个二极管的伏安特性相同，均为从原点出发，斜率为gD的直线。试问哪些电路能实现双边带调制？在能够实现双边带调制的电路中，试分析输出电流的频率分量。,22.05.2020,.,42,解：(c)由电路图可得：,显然载波中包含载波频率的基波分量，因此不能实现DSB调制。,22.05.2020,.,43,(d)由电路图可得：,流过负载电流:,由于负载电流中没有载波频率和调制信号频率的组合频率分量，因此不可能实现DSB调制。,22.05.2020,.,44,三、调幅信号的解调,振幅解调的概念：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。解调是调制的逆过程。振幅解调原理：属于频谱线性搬移，可使用第5章介绍的方法。1.调幅解调方法：包括包络检波和同步检波两大类。(1)包络检波：解调器输出电压与输入已调波的包络成正比。包络检波器分类：峰值包络检波器和平均包络检波器。电路组成：非线性电路+低通滤波器。用途：只能用于AM信号的解调。(2)同步检波：接收端需要一个与发送端同频同相的参考载波。两种同步检波器：一是乘积型(模拟乘法器+低通滤波器)，二是叠加性(加法器+包络检波器)。用途：可适用于AM、DSB、SSB信号的解调。,22.05.2020,.,45,包络检波器的原理框图：,22.05.2020,.,46,同步检波器的原理框图：(a)乘积型；(b)叠加型。,同步的解释：接收机的参考载波要与发射机端载波同步。,uc和ur的振幅可以不同，但是频率和相位必须相同。,22.05.2020,.,47,2二极管峰值包络检波器电路组成：二极管峰值包络检波器由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。(1)输入回路：提供信号源，又是末级中放的输出回路；(2)二极管：由导通电压小、rD小的锗管；(3)RC电路：一方面作为检波器负载，另一方面对高频电流旁路。因此RC电路应满足,或,说明：在这种检波器里，二极管工作在大信号状态，ui0.5V，信号源、二极管、RC电路串联关系。因此称为串联型峰值包络检波器。,22.05.2020,.,48,检波过程：检波过程实际上就是电容C的充放电过程。(1)充电过程：假定输入电压为等幅高频电压ui(t)=Umcosct。,(2)放电过程：随着电容上充电电压的增加，二极管上压降不断减少，当uD=uiuo=0时，二极管开始截止，电容通过电阻R放电。但时间持续不长，因为RCTc(载波周期)，当uc下降不多时，ui的下一个正半周已经到来，当uiuc时，二极管导通，对电容充电。,假设加输入电压前ui=0，加上输入电压后，ui处于正半周，二极管导通，对电容充电，由于电容C的高频阻抗很小、rD很小，充电电流很大，ui全部加到二极管两端；同时电容上的电压又反作用于二极管，因此uD=uiuo。,22.05.2020,.,49,(3)动态平衡状态：当二极管导通时电容上积累的电荷量等于截止时释放的电荷量，检波器达到了动态平衡。,22.05.2020,.,50,特点：(1)检波过程是一个重复的充放电过程；(2)充电快、放电慢：RCTc，rDCUs，且UL0.5V。,22.05.2020,.,88,环形混频器：,(3)其它混频电路除了二极管、晶体三极管混频电路外，还有双差分对和场效应管混频电路。双差分对电路在小信号时就是标准的模拟乘法器，而场效应管可以组成平衡混频器和环形混频器。,22.05.2020,.,89,场效应管平衡混频器和环形混频器：可以用平方律特性分析(平衡混频器)，也可以用开关分析法(环形混频器)。,22.05.2020,.,90,混频电路综合举例：已知某混频器的变频跨导为gc，本振电压为uLULcosLt，Usfc：fJ=fL+fI时，fJfL=fLfc=fI，fJ称为镜像频率，干扰称为镜像干扰。如左图。b)fLfc：镜像频率fJ=fLfI，fLfJ=fJfc=fI。如右图。,镜像干扰的拟制方法:(a)提高前端电路的选择性；(b)提高中频频率，高中频对镜像干扰是非常有利的。,22.05.2020,.,97,组合副波道干扰：只观察p=q时的部分干扰。,22.05.2020,.,98,3、交调干扰(交叉调制干扰)：是有用信号和干扰信号一起作用于混频器，由混频器的非线性形成的干扰。交调干扰的特点：在接收有用信号时，可同时听到有用台和干扰台，有用台消失，干扰台也同时消失。形成的原因：由于混频器的非线性作用，将干扰的调制信号转移到有用信号的载频上，然后再与本振信号混频得到中频信号，从而形成干扰。交调干扰与信号并存，通过有用信号起作用，与干扰频率无关，强干扰都可能形成交调干扰。交调干扰的拟制方法：(a)提高前端电路的选择性；(b)选择合适的器件和工作状态，减少频率组合分量。说明：工作在非线性状态的放大器也会产生交调干扰，由三次方项产生，称为三阶交调干扰。混频器的交调干扰是由器件的四次方项产生，习惯上称为三阶交调(忽略本振一阶)。,22.05.2020,.,99,4.互调干扰：若接收机前端电路的选择性不好，致使两个或多个干扰信号一起加到混频器的输入端，经混频器的非线性作用后产生近似中频的组合分量，对有用信号产生干扰。互调干扰产生的条件：假设两个干扰信号的频率分别为fJ1和fJ1，它们均小于有用信号频率为fc，那么产生互调干扰的条件为“同侧等距”fJ1fJ2=fcfJ1,说明：工