《高频电子线路》阳昌汉版第5章_振幅调制电路

1、1 概述概述 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性 振幅调制电路振幅调制电路 2一、基本概念一、基本概念信号信号 载波信号：（等幅）载波信号：（等幅）高频高频振荡信号振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 tUtuccmccos锯齿波锯齿波调制信号：由原始信号转换成的调制信号：由原始信号转换成的低频低频信号信号 tUtucosm已调信号（已调波）：经过调制后的已调信号（已调波）：经过调制后的高频高频信号信号 5.1 5.1 概概 述述调制：调制：用用调制信号调制信号去控制去控制载波信号载波信号的某一个参量的过程的某一个参量的过程。 解调：解调：调制的逆过程调制的逆过程，即从，即从已调波

2、已调波中恢复原中恢复原调制信号调制信号的过程。的过程。（基带信号）（基带信号）3二、调制的分类二、调制的分类按调制信号分按调制信号分模拟调制模拟调制按载波信号分按载波信号分连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制振幅调制（简称调幅，振幅调制（简称调幅，AM）频率调制（简称调频，频率调制（简称调频，FM）相位调制（简称调相，相位调制（简称调相，PM）脉冲振幅调制脉冲振幅调制( (PAM) )脉冲宽度调制脉冲宽度调制( (PWM) )脉冲位置调制脉冲位置调制( (PPM) )脉冲编码调制脉冲编码调制( (PCM) )（正弦波）（正弦波）本章以调制信号为本章以调制信号为模拟信号的模拟信号的连续波调制

3、连续波调制为例进行讨论，其为例进行讨论，其结论也适合于数字调制结论也适合于数字调制数字调制数字调制4调制：由调制：由调制信号去控制载波的三参量（振幅、频率、相调制信号去控制载波的三参量（振幅、频率、相位）之一位）之一，使，使其随调制信号线性变化。其随调制信号线性变化。三、调制与解调的方式三、调制与解调的方式 瞬时振幅：瞬时振幅：瞬时频率：瞬时频率：瞬时相位：瞬时相位：调幅：调幅：检波检波对应解调对应解调 tutukUtUacmm tutuktfc tutukttpc用用 控制载波振幅控制载波振幅 ut调频：调频：鉴频鉴频对应解调对应解调用用 控制载波频率控制载波频率 ut调相：调相：鉴相鉴相对

4、应解调对应解调用用 控制载波相位控制载波相位 ut55.2 5.2 振幅调制原理及特性振幅调制原理及特性5.2.1 普通调幅波普通调幅波 简称简称AM调幅波调幅波一、普通调幅波一般表达式一、普通调幅波一般表达式载波信号：载波信号： tUtuccmccostfUccm 2cos tu调制信号：调制信号： tukUtUacmm普通调幅波振幅：普通调幅波振幅：普通调幅波信号：普通调幅波信号： ka由调幅电路决定由调幅电路决定 通过相乘实现！通过相乘实现！ cmaccosUk utt mccosu tUtt6cmmaaUUkm二、单频调制二、单频调制 把调幅波振幅变化规律，即把调幅波振幅变化规律，即

5、称为调称为调幅波的幅波的包络包络。tmUcos1acm1、表达式、表达式 mcosutUtmcos2UFt cmaccosu tUk uttcmamccoscosUk Uttcmac1coscosUmtt通常通常c 调幅指数调幅指数或或调幅度调幅度，表示载波振幅受，表示载波振幅受调制信号控制后改变的程度调制信号控制后改变的程度) 10(am72、波形、波形 ttmUtuaccmcoscos1tmUtUcos1)(acmm tUtucosm tUtuccmccos)1 (acmmaxmmUUcmU)1 (acmminmmUU波形特点：波形特点：（1）调幅波的振幅（包络）的）调幅波的振幅（包络）的

6、变化规律与调制信号波形一致变化规律与调制信号波形一致（2）调幅度）调幅度ma反映了调幅的强反映了调幅的强弱程度，弱程度，minmmaxmminmmaxmaUUUUm可以看出：一般可以看出：一般ma值越大调幅越深值越大调幅越深 ma=0时时 未调幅未调幅ma=1时时 最大调幅（百分之百）最大调幅（百分之百）ma1时时 过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免8a=1m0tt0a1m 百分百调幅波形百分百调幅波形过量调幅波形过量调幅波形 ttmUtucacmcoscos1可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调幅波并不是一个简单的正弦波，包

7、含有三个频率分量： 3 3、频谱、频谱cmcacmcacmc11coscoscos22Utm U tm U t载波分量载波分量 ：c上边频分量上边频分量 ：c下边频分量下边频分量 ：c不含传输信息不含传输信息含传输信息含传输信息含传输信息含传输信息9 调制信号调制信号c载波载波调幅波调幅波c +上边频上边频cma21Umc - 下边频下边频cma21UmcmUFBW222特点特点: :（1）调制过程是实现）调制过程是实现频谱线性搬移频谱线性搬移的过程的过程（2）调幅波的带宽：）调幅波的带宽：104、功率、功率载波功率：载波功率：RUPcm2oT21每一边频功率：每一边频功率：RUmPPa121

8、212cmccoT2a41Pm故故由于由于 cmcacmcacmc11coscoscos22u tUtm U tm U t调幅波的平均总功率调幅波的平均总功率：PPPPccoToav212aoTmP当当 ma = 1时，边频功率达到最大，但仅为时，边频功率达到最大，但仅为Poav / 3 实际使用中，实际使用中， ma在在0.11之间，平均值为之间，平均值为0.3。可见普通。可见普通调幅波中调幅波中含有信息的上下边频分量含有信息的上下边频分量所占的功率非常小，而所占的功率非常小，而不含不含信息的载波信息的载波占绝大多数，因而调幅波的占绝大多数，因而调幅波的功率浪费大，效率低功率浪费大，效率低。

9、11复习回顾3、AM波的功率分配1、AM波数学表示式2、AM波频谱结构12三、多频调制三、多频调制 m11m22mcoscos.cos nnutUtU tU t cmamc1coscosn iiiu tUkUttcmac11cost cosniiiUmtcmcmccc1coscoscos2naiiiiUUtm t tcmmaaUUkmiim1cosn iiiUt13同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份载波分量载波分量 c上边频带分量上边频带分量 c1cn下边频带分量下边频带分量 cc1nmax c c调制调制信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -max 下边频带下边频带c c

10、+max上边频带上边频带max max max maxmax222FBW特点特点: :（1）实现频谱线性搬移）实现频谱线性搬移（2）调幅波带宽：）调幅波带宽： 同单频调制，同单频调制，信息含于边带分量中，载波不含有用信信息含于边带分量中，载波不含有用信息，但载波占有很大能量。不经济。息，但载波占有很大能量。不经济。要抑制载波。要抑制载波。最高调最高调制频率制频率通常通常cmax145.2.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波抑制载波的双边带和单边带调幅波一、双边带调幅波一、双边带调幅波1、表达式、表达式DSB波：抑制了载波分量，波：抑制了载波分量，只含上、下边带分量。只含上、下边带分量。单频调制

11、时：单频调制时： 用载波和调制信号用载波和调制信号直接相乘实现！直接相乘实现！ cu tut utmcmc( )coscosu tUt Utmcmcc1coscos2UU t t无载波无载波分量！分量！2、频谱、频谱调制信号调制信号 载波载波c下边频下边频c上边频上边频cFBW2带宽：带宽：频谱只有频谱只有cc、 DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于有，功率利用率高于AM波。波。153 3、波形、波形（2 2）包络随调制信号变化，）包络随调制信号变化，但包络不能完全准确地反映但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律

12、。调制信号变化规律。包络线包络线相似与)(tu特点：特点：（1 1）载波相位在调制电压零）载波相位在调制电压零交点处要突变交点处要突变018016二、单边带调幅波二、单边带调幅波1、 表达式表达式SSB波：只含一个边带分量波：只含一个边带分量单频调制时单频调制时2、 频谱频谱 mcmc1cos2u tUU t mcmc1cos2u tUU t或或c单频调制的单边带调幅波的频谱为单频调制的单边带调幅波的频谱为c或或 （1）频带只有双边带调幅波的一半，其）频带只有双边带调幅波的一半，其频带利用率高频带利用率高3、特点、特点 （2）全部功率都含有信息，）全部功率都含有信息，功率利用率高功率利用率高F

13、BW 17例例1 1mV1033. 6cos6280cos3 . 0120)(6tttu设某一广播电台的信号电压设某一广播电台的信号电压问：此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？问：此电台的频率是多少？调制信号频率是多少？解：解：电台的角频率为：电台的角频率为：6c6.33 10/rad s频率为：频率为：cc1.007MHz2f调制信号的角频率为：调制信号的角频率为：6280/rads频率为：频率为：1000Hz2F18例 2 已知调幅波输出电压)10510(2cos)10510(2cos)102cos(5)(36366ttttuo试求出调幅系数及频带宽度，画出调幅波试求出调幅系数及频带宽

14、度，画出调幅波波形和频谱图。波形和频谱图。19例3 已知调幅波表示式102cos)1002cos(2)(4tttuo试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度。若已知RL=1，试求载波功率、边频功率、调幅波在调制信号一周期内的平均功率。205.3 振幅调制电路振幅调制电路在在低功率电平时低功率电平时进行调制，因此它产进行调制，因此它产生小功率的调幅波，然后由线性功率生小功率的调幅波，然后由线性功率放大器放大，得到所要求功率的调幅放大器放大，得到所要求功率的调幅波，一般用于发射机的前级。波，一般用于发射机的前级。按输出信号功率的高低分：按输出信号功率的高低分：高电平调幅电路：高电平调幅电路：低电平调幅

15、电路：低电平调幅电路：优点：优点：整机效率高。整机效率高。设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的提高调制的线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。在在所需的功率电平上所需的功率电平上进行调制，调制与进行调制，调制与功放合一，一般用于发射机的末级。功放合一，一般用于发射机的末级。一般只能产生一般只能产生AM。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。215.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路主要电路：主要电路：主要用途：主要用途：可产生可产生AM

16、、 DSB 、 SSB二极管调幅电路二极管调幅电路 模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路 单二极管开关状态调幅电路单二极管开关状态调幅电路 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路 二极管环型调幅电路二极管环型调幅电路 22 ut cutLRdr开关频率开关频率c+- 当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，大，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受大二极管的导通和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。振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。 ut cutDLR+-

17、-udidid一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 (1)(1)什么是开关状态什么是开关状态(2)(2)调幅原理调幅原理+- -ud?id=?23.5cos523cos32cos221ccccttttKuc（t） 0001)(ccctututK设开关函数为:d可表示为则i)(ctK为周期性的函数，可用傅立叶级数展开为周期性的函数，可用傅立叶级数展开引入引入开关函数开关函数表示二极管的开关作用表示二极管的开关作用?didcLdd)(1utKRri24tUtUttRrmccmccLdcoscos.3cos32cos2211,12,.5 ,3 , 1ccccn）（dcLdd1ut

18、KRricccc2,.4 ,2, 2n直流分量，）（ c 2cccc3c3B=2经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出cc,可得到可得到AM信号信号25+D1、D2都是在都是在 的正半周导的正半周导通，负半周截止，故其开关函数通，负半周截止，故其开关函数都是都是二、二极管平衡调幅电路二、二极管平衡调幅电路)(ctK tuc?1i所以 mcmccmcmcoscosUUtUtutUtu且?2d1duuL2L2L1L12;2RiuRiu而ud1?Luud2i1i2+uL1_uLuL2+1:11:22:1?2i ut ut cut2621LL2L1L2iiRuuu tutKRriiicLd21221:1

19、1:22:1L2iR.5cos523cos32cos221cos22cccmLdttttURr c+c-3c+3c-能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出ci1i2i27D1D32C2LRLT2D4D2T3T1 在平衡电路的基础上，再增加两个二在平衡电路的基础上，再增加两个二极管极管D3、D4。电路中四个二极管首尾相。电路中四个二极管首尾相接。接。（1）电路结构）电路结构3241DDDD构成环形构成环形 三、二极管环形调幅电路三、二极管环形调幅电路 II,DD,DD, 02143c组成平衡调幅电路截止、导通、tu则有则有 I,DD,DD, 04

20、321c组成平衡调幅电路截止、导通、tuD1D2D3D4D1D3C2LRLT2D4D2T3T1+ - -uc+ - -uc+uL- -u+- -u+- -u+- -III mcmccmcmcoscosUUtUtutUtu且设：设：28（2）工作原理分析）工作原理分析tKctKc tututKRriccLdd121D3、D4的开关函数是的开关函数是D1、D2的开关函数是的开关函数是 ， tutKRrRcLdL24 tututKRriccLdd321 tutKRrRcLdL24d2d1LL2L11L2iiRuuud4d3LL4L32L2iiRuuu d2ccdL12iKtututrR d4ccdL

21、12iKtututrR29 tutKtKRrRccLdL24那么在一个周期内平衡调幅电路那么在一个周期内平衡调幅电路I，II在负载在负载RL上产生的电压为：上产生的电压为：L2L1LuuutUttRrRcos.3cos34cos424mccLdL3c- 3+c- +能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出cL2iRccmdL244coscos3.cos23ittUtrR 30四、模拟乘法器调幅电路四、模拟乘法器调幅电路( (一一) )模拟乘法器的传输特性模拟乘法器的传输特性 tutKutuyxo 模拟乘法器具有两个输入端（常称模拟乘法器具有两个输

22、入端（常称X输入和输入和Y 输入）和一个输入）和一个输出端，输出端， 是一个三端口网络，电路符号如图所示：是一个三端口网络，电路符号如图所示： 理想的传输特性：理想的传输特性： 式中：式中：K 为为增益系数增益系数或标度因子，单位为或标度因子，单位为 ，K 的数值的数值与乘法器的电路参数有关。与乘法器的电路参数有关。 V131( (二二) )模拟乘法器的振幅调制原理模拟乘法器的振幅调制原理 tutKutuyxo由 tUtutUtuyyxxcoscos1mcm，）当（ tUtKUtuyxcoscosmcmo-实现双边带调幅实现双边带调幅 tUUtutUtuyyxxcoscos2mABcm，）当（

23、tUtUUKtuxycmmABocoscos)(且改变且改变UAB可改变可改变ma -实现普通调幅波调幅实现普通调幅波调幅 用于实现调幅的模拟乘法器有国产芯片用于实现调幅的模拟乘法器有国产芯片BG314、XCC，国外芯片国外芯片MC1496（1596）、AD630等。等。mABmc1coscosyxABUKUUttUmac1coscosKmtt32( (三三) )模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理 i5为为T1 、T2差分放大电路的恒差分放大电路的恒流源。流源。 总电路有两个单差分对管电路总电路有两个单差分对管电路T1、T2 、T5和和T3、T4、T6组合而成。组合而成。i6为为T3 、

24、T4差分放大电路的恒流源。差分放大电路的恒流源。I0为为T5 、T6差分对管差分对管的恒流源。的恒流源。1、双差分对管模拟乘法器的原理电路、双差分对管模拟乘法器的原理电路 输入信号输入信号ux加在两个单差分对加在两个单差分对管管的输入端，的输入端，uy加在加在T5和和T6的输入端。的输入端。i1i2i3i4i5i6ii33BE55ukTqseIi )/1 (565650iiiiiI)1/(05yukTqeIi)2th1 (20kTquIy11th:th22-xxxxxxeeeeeexx有为双曲正切函数)2th1 (206kTquIiy式中，式中，q为电子电荷；为电子电荷；k为波耳兹曼常数；为波

25、耳兹曼常数；T为绝对温度。为绝对温度。2 、T5和和T6组成差分对管的电流电压关系组成差分对管的电流电压关系BE66qukTsiI e5(1)yqukTie同理同理34)2th1 (251kTquiix)2th1 (252kTquiix)2th1 (263kTquiix)2th1 (264kTquiix3、T1、T2和和T3、T4组成的差分对管的电流电压关系组成的差分对管的电流电压关系436th2xquiiikT560th2yquiiIkT125th2xquiiikT35当输入为小信号并满足：当输入为小信号并满足：kTqukTquxx22thyxyxuKuuuTkRIqu22c02o4-只有当

26、输入信只有当输入信号较小时，具有较号较小时，具有较理想的相乘作用。理想的相乘作用。cIIIoRiiu4、输出电压、输出电压kTqukTquRIyx2th2thc0 c4231Riiii c3421Riiii56cth2xquiiRkTm26mV,xUm26mVyUth22yyququkTkT36I0/2I0/2RcRcVccT1T2T3T4T5T6Ry+ux-+uy- Ry取值应远大于晶体管取值应远大于晶体管T5 ,T6 的发射极电阻，即有的发射极电阻，即有e6e5;rRrRyy 静态时，静态时，i5 =i6 = I0/2yyyyyRurrRuIe6e5iIiII-uo+Iyi5i6 当加入信

27、号当加入信号uy时，流过时，流过Ry的的电流为：电流为： 5、扩大、扩大uy的线性动态范围的措施的线性动态范围的措施 有有，yIIi2/0560/ 2yiIIyyyRuIii2265kTquRiiRiiux2th)()(c65cIIIokTquuRRxyy2th2c使用射极负反馈电路使用射极负反馈电路Ry，可扩展可扩展uy的线性范围。的线性范围。37 经输出端中心频率为经输出端中心频率为 ，带宽为，带宽为 的带通滤波器，则取的带通滤波器，则取出的为出的为DSB信号。信号。c2 ccc122th23122tqutkTt .5cos543cos34cos42thcccctttkTtqu kTtqu

28、thtuRRuy22cco tUtutuxccmccos 为为大大信号输入即信号输入即 。根据双曲正切函数的特性，。根据双曲正切函数的特性，大大信号条件下具有开关函数的特性信号条件下具有开关函数的特性 ，设tUtutuycosmcm2kTUqcmccc444coscoscos3cos5.35yRUttttR38MC1596调幅电路R1、R2、R3和和Rc为管为管子提供静态偏压，子提供静态偏压，8端为交流地电位；端为交流地电位；(四）四） 模拟乘法器模拟乘法器MC1596MC1596调幅电路调幅电路T7、T8和和D构成镜像构成镜像电流源。电流源。mA1500V7 . 0V820BRI扩展扩展u的

29、线性的线性动态范围动态范围载波调零电位器，载波调零电位器，可通过调节可通过调节Rw，使，使 ，相当于在，相当于在1、4脚脚之间加了一个直流电压之间加了一个直流电压Uo，以产生，以产生AM波波 。41UU 395.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路主要要求：主要要求：兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好用途：用途：产生普通调幅波产生普通调幅波主要电路：主要电路：利用利用丙类谐振功放丙类谐振功放实现实现基极调幅基极调幅集电极调幅集电极调幅调制信号控制基极电源电压，工作于欠压调制信号控制基极电源电压，工作于欠压区，效率较低，适用于小功率发射机。区，效率较低，适用

30、于小功率发射机。 调制信号控制集电极电源电压，调制信号控制集电极电源电压，工作于过压区，效率高。工作于过压区，效率高。 根据调制信号接入方式的不同分为：根据调制信号接入方式的不同分为：40一一 、集电极调幅电路、集电极调幅电路（一）电路构成（一）电路构成 分析时分析时, ,将此电路看成高频功率将此电路看成高频功率放大电路放大电路: : 集电极有效电源电压为：集电极有效电源电压为： tuVVCTCC 为载波信号设tUtucbmbcos tRItUtucpc1mccmcoscos则高频旁高频旁路电容路电容它随调制信号变化而变化。它随调制信号变化而变化。41（二）调幅原理（二）调幅原理 由图可知由图

31、可知, ,在过压区在过压区, , IC0 、Ic1m与与VCC成线性关系成线性关系: : tUVtuVVcosmCTCTCCtmVkIcos1aCT0C0CC0C0VkICC1c1mVkIC0TIc1TICTVtmVcos1aCTCTmaVUmtmVkIcos1aCT1c1mtVUVcos1CTmCT tRItucpc1mcosttmUcaoTcoscos1)(pc1ToTRIUc1Tpac1coscosIRmttC0Ta1cosImt 可见此电路可可见此电路可产生普通调幅波。产生普通调幅波。要得到要得到100%调幅，即调幅，即CTmVUc1Ta1cosImt42（三）各功率和效率（三）各功率

32、和效率（1）在载波状态即未调制时）在载波状态即未调制时集电极效率：集电极效率：集电极损耗：集电极损耗：载波输出功率载波输出功率: :直流电源输入功率直流电源输入功率: :C0TCTC0CCTIVIVPp2c1Tp2c1moT2121RIRIPoTTcTPPPToTcTPP，CTCCVVc1mc1TII 0ut ，C0C0TII，43（2）在调制最高点，即）在调制最高点，即集电极效率：集电极效率：集电极损耗：集电极损耗：输出功率输出功率: :有效电源输入功率有效电源输入功率: :2aC0TCTmaxC0maxCCmaxT1mIVIVP2ap2c1Tp2maxc1mmaxoT12121mRIRIPmaxoTmaxTmaxcTPPPcTmaxTmaxoTmaxcTPP， 1aCTmaxCCmVVac1Tmaxc1m1 mII， 1aC0TmaxC0mII2aT1mP2oT1amP2acT)1 (mPcos1t 时，44（3 3）在调制信号一周内）在调制信号一周内, ,tdIVP