信号的调幅与解调

1、3 调幅与检波,3.1调制概述,3.2调幅信号分析,3.3 调幅电路,3.4 收音机中的检波电路,收音机中必不可少的电路,调幅信号,3.1调制概述,所要传输的原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用 表示,高频振荡信号是用来携带低频信号的高频振荡信号, 称为载波，用u c (t)表示 ，载波通常采用高频正弦波。,受调后的信号称为已调波，用u (t)表示。,一、什么是调制,调制：将要传输的低频信号装载的高频信号上。,解调：将低频信号从高频信号上还原出来。,调制信号,载波,已调波,几个概念,（1）为了提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去。由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸

2、与辐射的信号波长相比拟时，才能进行有效的辐射。而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制，提高其频率，以便于天线辐射。,二、为什么要进行调制,（2）为了实现信道复用。如果多个同频率范围的信号同时在一个信道中传输必然会相互干扰，若将它们分别调制在不同的载波频率上，且使它们不发生频谱重迭，就可以在一个信道中同时传输多个信号了，这种方式，称为信号的频分复用。,调制就是用调制信号控制载波的某个参数, 并使其与调制信号的变化规律成线性关系。,三、怎样进行调制,对模拟信号具有三种调制方式：调幅、调频和调相。,调幅,频率随调制信号改变,调频,调相,振幅随调制信号改变,相位

3、随调制信号改变,一.调幅信号的波形,3.2调幅信号分析,设载波u c(t)的表达式和调制信号u(t)的表达式分别为：,调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，,二.调幅信号的数学表达式,调幅波表达式为,调幅,幅度变化量,调幅系数,umax表示调幅波包络的最大值，umin表示调幅波包络的最小值。 ma表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0ma1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。ma1的情况称为过调制,不同ma时的已调波波形,1.已知：umax10，umin6，求ma。,2.已知：umax12，ucm10，求ma。,3.已知：ucm10，umin6，求ma。若f

4、c200khz。f5khz，写出表达式。,4.已知：,求：ma，ucm, fc，f。,问题与思考,三.调幅信号的频谱,下边频,上边频,载频,下边频,上边频,载频,已知：,画出它们的频谱图。,例题一,已知频谱图，写出表达式。,例题二,调制过程为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。,调幅波的频带宽度为： bw=2fn,复杂调制信号调幅的频谱,上边带,下边带,复杂调制信号调幅的频谱,1.调幅的实质是频谱的线性搬移 2.调幅必须采用非线性电路实现,例题三,已知频谱图，写出表达式。,1.载波的功率,四、调幅波的功率分配

5、,2.上、下边频功率,3.总平均功率,4.最大瞬时功率,设载波功率pc=150w，问调幅系数为1及0.3时，总边频功率，总平均功率及已调波最大瞬时功率各为多少？,由本例可以得出如下结论：,（1）调幅信号的边频功率与调幅系数有关，调幅系数越大，边频功率越大。,（2）在实际的通信系统中，由于信号的幅度是变化的，平均的调幅系数较小，因此，在已调波的总功率中，载波功率占了绝大部分，边频功率只占极小部分。,（3）由于有用信息（调制信号）只包含在边频（边带）中，载频并不包含有用信息，故一般调幅在功率利用方面存在极大浪费。,例题四,已知：调幅波表达式为 uam（t）=10(1+0.6cos23102t+0.

6、3cos2 3103t)cos2106t (v) 求：1、调幅波中包含的频率分量与各分量的振幅值。 2、画出该调幅波的频谱图并求出其频带宽度bw。,例题五,五.双边带信号,由于载波不包含有用信息，但又占据很大的功率分配，因此，为了提高功率的有效利用率，在传输时，可以仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带调制。,双边带信号的频谱中无载频成份，只有上、下边频（边带）,1.双边带信号的包络不反映调制信号变化规律 2.在调制信号过零点处，发生相位突变（反相）,为什么说普通调幅波的功率利用率低？要提高功率利用率，可以采用什么方法？ 2.双边带调幅相比普通调幅的优势是什么？ 3.

7、双边带调幅信号的包络是否与调制信号的波形相同？ 4. 双边带调幅与普通调幅的共同点是什么？,问题与思考,一、调幅电路的实现模型,3.3 调幅电路,调幅过程是频谱的线性搬移过程，在这个过程中，有新的频率分量出现，这个过程也称为频率变换，显然，频率变换不可能由线性电路实现，而必须由非线性电路才能完成。,有新的频率产生,频率变换作用,线性电路,非线性电路,没有新的频率产生,有新的频率产生,1.非线性元件的频率变换作用,一个信号通过线性元件和非线性元件,产生频率： ，2，3等谐波,两个信号通过线性元件和非线性元件,产生组合频率： =|p1 q2| (p、q =0，2，3 ),1.一个正弦信号通过非线性

8、元件产生基波和多 次谐波。,2.两个信号通过非线性元件产生组合频率。,产生频率：，2，3等谐波,产生组合频率： =|p1 q2| (p、q =0，2，3 ),结论,2. 调幅电路模型,调幅关键在于获得调制信号与载波的相乘项，而相乘项的获得，必须采用非线性电路才能实现。普通调幅电路可以采用二极管、三极管等非线性元件实现，也可以采用集成模拟相乘器实现。,f,f =|pfc qf|,fc f, fc,fc,3.集成模拟相乘器,模拟相乘器是实现两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路，它通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络。,集成模拟相乘器是实现频率变换的重要部件。差分电路是模拟相乘器的基本电路单元

9、，通用型的集成模拟相乘器的实用电路一般采用双差分电路，外加一个补偿网络以扩大输入信号的动态范围，例如bg314。,uo =k ux uy,差分电路是模拟相乘器的基本电路单元,实用模拟集成相乘器举例：bg314内部电路,双差分放大器,扩展电路： 扩展动态范围,问题与思考,有哪几种调幅方式？ 调幅的实现模型是怎样的？ 调幅的实质是什么？ 4. 为什么调幅必须采用非线性电路才能实现？,二、调幅电路的类型,普通调幅电路,双边带调幅电路,单边带调幅电路,二极管调幅电路,集成模拟相乘调幅电路,高电平调幅电路,平衡调幅电路,环形调幅电路,集成模拟相乘调幅电路,滤波法,移相法,单边带调幅 单边带信号。,普通调

10、幅 调幅信号,抑制载波的双边带调幅 双边带信号,三.低电平调幅电路,由于二极管的非线性频率变换作用，在二极管的电流中包含各种组合频率分量，其中有c和c的分量。只要调谐回路谐振于c，且带宽为2，其输出即为普通调幅波。,非线性 元件,带通 滤波器,频谱分析：,u = u + u c +e,四、集成模拟相乘普通调幅电路,调节调幅系数,五.双边带调幅电路,1.二极管平衡调幅电路,二极管平衡调幅电路工作波形,电路中要求各二极管特性完全一致，电路完全对称,频谱分析：,2.二极管环形调幅电路,六.单边带调幅电路,由于双带边信号中的两个边带所包含信息是相同的，因此，在传输时，也可以只传送一个边带而将另一个边带

11、滤掉，这就是单边带调幅。这样做的好处在于，频带可以节省一半，这对于日益拥挤的短波波段来说，有着极其重大的意义，因为这样就能在同一波段内，使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高了短波波段的利用率。,获得单边带信号的方法主要为滤波法和移相法。,下边带,上边带,带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。,滤波法：,难点：边带能否滤干净,移相法：,难点：精确地移相90,(a)节省发射机的发射功率。 (b)单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半,带宽利用率高。 (c)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律.,单边带信号的主要特点：,问题与思考,1.普通调幅电路一般有哪几种？ 2.双边带调幅电路一般

12、有哪几种？ 3.单边带调幅一般有哪几种方式？,画出下图中u1和u2的波形和频谱图。,例题六,3.4 收音机中的检波电路,一、 收音机中的检波过程,1、什么是检波器,从高频调幅波中解调出原调制信号,检波器是收音机中一个必不可少的单元电路。,2.实现检波的电路模型,（1）.包络检波,（2）.同步检波,二、大信号包络检波器,1.大信号检波器的电路,大信号，是指输入高频电压 的振幅在0.5v以上，这时可忽略二极管的导通电压，即认为二极管工作在开关状态。,二极管两端的电压 为正时，二极管导通; 为负时，二极管截止。,检波二极管,低通滤波器,检波负载电阻,2.大信号检波器的原理,正半周时，充电，内阻rd小

13、，充电时间常数rdc很小，充电很快。,负半周时，放电，负载电rl大，放电时间常数rl c很大放电很慢。,去向低功放,去向agc电路,放电,充电,3.大信号检波器的检波效率,增大负载电阻rl阻值；增加滤波电容c的容量；选用正向电阻小、结电容小、反向电阻大的检波二极管都可以提高检波效率。,4.大信号检波器的失真,（1）对角线失真（惰性失真）,形成原因,rlc过大使二极管在截止期间c 的放电速度太慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度 。,消除失真的条件,（1）rlc 越大越容易产生失真； （2） ma越大越容易产生失真； （3） 越大越容易产生失真；,例题七,问是否有惰性失真？若有失真，应如何修改元件

14、参数？,设：,产生失真的条件：cc 的接入。,4.大信号检波器的失真,（2）底部切割失真,产生失真的原因：url 过大。,url,相当于给vd加了一额外的反偏电压，当url很大，使输入调幅波包络的大小在某个时段小于url，导致vd在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“底部切割失真”。,消除失真的条件：,例题八,问是否有底部切割失真？若有失真，应如何修改元件参数？,设：,负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。,4、克服底部切割失真的方法：分压式电路,电路特点：（1）消除失真的同时，降低了输出电压。 （2）一般：,例题九,若

15、： ， ， 问是否有底部切割失真？,设：,r1与w组成分压电路,以减弱底部切割失真； w是一音量电位器,控制输出电压的大小。 r2、c4组成的agc电路。 由r2调整检波静态电流，约2050a。,收音机的检波电路,三、小信号检波器, 输入信号幅度较小（小于0.2v）。, 利用二极管伏安特性曲线的弯曲部分实现检波，在整个信号周期内二极管都是导通的。,2.电路形式,1.电路特点,3.工作波形,小信号检波器的输出幅度小，非线性失真大，且失真无法消除。,四、同步检波器,1.电路特点, 对am、dsb、ssb等调幅波均适用。, 工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相)。,2.电路模型,3.同步检波原

16、理,分析可知其中含有频率分量f、(2fcf) 用一 低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,设：,则：,分析可知其中含有频率分量f、2fc、(2fcf) 用一 低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,同步检波电路能否检波普通调幅信号？,设：,则：,4.二极管平衡检波电路,检波电路的输出端可以获得输入调幅信号和参考信号的相乘项，从而实现检波。,5.同步检波器应用电路,1.检波线性好，即使在小信号状态也不会产生较大失真。 2. 相乘器的输出不包含载频的基波分量，可避免做接收机解调时残留载波分量对中放级产生的反馈。,低通滤波器,限幅器将已调幅信号限幅后获得与原载 波完全同步的信号,问题与思考,1.检波器的作用是什么？,2.大信号检波器有哪几种失真？能否消除？,3.如果检波器的输出信号出现失真，一般调节电路中的哪些元件？,4.大信号检波器能否检波双边带信号，为什么？,5. 同步检波器的同步是什么意思？其主要作用是