第7章振幅调制与解调

1、第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调v7.1 概述概述v7.2 调幅波的性质调幅波的性质v7.3 平方律调幅平方律调幅v7.4 斩波调幅斩波调幅v7.5 模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅v7.6 单边带信号的产生单边带信号的产生v7.7 高电平调幅高电平调幅v7.8 包络检波包络检波v7.9 同步检波同步检波v7.10 单边带信号的接收单边带信号的接收第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.教学目标及要求教学目标及要求v1、熟练掌握调幅波的性质；、熟练掌握调幅波的性质；v2、正确理解实现调幅的基本原理；、正确理解实现调幅的基本原理；v

2、3、熟悉二极管调幅电路、集成模拟乘法器调幅电、熟悉二极管调幅电路、集成模拟乘法器调幅电路、高电平调幅电路；路、高电平调幅电路；v4、掌握包络检波的工作原理；、掌握包络检波的工作原理；v5、了解同步检波的工作原理。、了解同步检波的工作原理。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.1 概述概述7.1-1 振幅调制简述振幅调制简述调制的概念调制的概念：在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号：在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是较低的）（它的频率一般是较低的）“附加附加”在高频振荡上，再由天线发射出在高频振荡上，再由天线发射出去。去。为什么要调制？为什么要调制

3、？1） 信号不调制进行发射天线太长，无法架设；信号不调制进行发射天线太长，无法架设；2）元件参数范围变化大，这很难做到；）元件参数范围变化大，这很难做到；3） 信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。信号不调制进行传播会相互干扰，无法接收。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.三、调制的分类三、调制的分类连续波调制连续波调制调幅调幅AM线性幅度调制线性幅度调制调频调频FM非线性角度调制非线性角度调制调相调相PM脉冲波调制脉冲波调制脉冲宽度、脉冲振幅、脉冲脉冲宽度、脉冲振幅、脉冲相位相位二次调制（先用基带二次调制（先用基带信号控制脉冲的振幅、信号控制脉冲的振幅、宽度、位置等，在用宽

4、度、位置等，在用已调脉冲对载波进行已调脉冲对载波进行调制）调制）脉冲编码调制脉冲编码调制PCM不同调制方式的比较：抗干扰性；实现调制的简便程度；已调波信号所占的频带不同调制方式的比较：抗干扰性；实现调制的简便程度；已调波信号所占的频带宽度；电子器件的效率与输出功率；保真度宽度；电子器件的效率与输出功率；保真度第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 载波载波：高频振荡波：高频振荡波 载频载频：载波的频率：载波的频率 调制调制：将低频信号：将低频信号“装载装载”在载波上的过程。即用低在载波上的过程。即用低频信号去控制高频振荡波的某个参数，使高频信号具有频信号去控制高频振荡波的某个参数，

5、使高频信号具有低频信号的特征的过程。低频信号的特征的过程。 已调波已调波：经调制后的高频振荡波。：经调制后的高频振荡波。 解调解调：从已调信号中取出原来的信息。：从已调信号中取出原来的信息。 调制信号调制信号：低频信号（需传送的信息）。：低频信号（需传送的信息）。四、几个基本概念四、几个基本概念第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.1)低电平调幅低电平调幅 调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率小。小。属于这种类型的调制方法有：属于这种类型的调制方法有：(1)平方律调幅平方律调幅 利用电子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线利用电

6、子器件的伏安特性曲线平方律部分的非线性作用进行调幅。性作用进行调幅。(2)斩波调幅斩波调幅 将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。分。2)高电平调幅高电平调幅 调制过程在高电平进行，通常是在丙类放大器中进行调调制过程在高电平进行，通常是在丙类放大器中进行调制。制。(1)集电极（阳极）调幅集电极（阳极）调幅(2)基极（控制栅极）调幅基极（控制栅极）调幅 五、实现调幅的方法五、实现调幅的方法第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.按

7、解调方法分有按解调方法分有包络检波和同步检波包络检波和同步检波。包络检波包络检波是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。是指检波器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。这种方法只适用于这种方法只适用于AM波。波。同步检波同步检波是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全同步的检波是本地载波和发送载波必须保持同频同相，即完全同步的检波方法。它对于方法。它对于AM、DSB、SSB、VSB都适用，但解调都适用，但解调AM信号比包络信号比包络检波复杂，所以很少采用。检波复杂，所以很少采用。7.1-2 检波简述检波简述第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振

8、幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.2 调幅波的性质调幅波的性质调制信号调制信号载波载波调幅波调幅波单频调制单频调制第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.多频调制多频调制第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.2-1 调幅波的数学表达式与频谱调幅波的数学表达式与频谱单音频调幅波单音频调幅波设调制信号为：设调制信号为：cosvVt00vV cost00( )cosaaV tVk vVk Vt设载波信号为：设载波信号为：则已调波的振幅为：则已调波的振幅为：因此已调波的表达式为：因此已调波的表达式为：00000( )( ) =(cos) =(1cos)aav tV t

9、costVk Vt costVmt cost0 aak VmorV调幅指数调幅度01am1 am 称为过调幅第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.单频调幅的频谱单频调幅的频谱0000000000( )cos1 coscos)21 cos)2aaav tV costm VtcostVtm Vtm Vt（maxminmax00minmaxmin00aVVVVVVmVVVV频率成分有：载波、上边频、下边频频率成分有：载波、上边频、下边频2BW 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调201

10、3.多频调幅波的表达式和频谱多频调幅波的表达式和频谱设调制信号为：设调制信号为：1122( )coscoscosnnvtVtVtVt 011220112200101101202( )cos(coscoscos) cos(1coscoscos)cos11coscos()cos()221 cos()2oomaomannomnnomomomomvVk vttVk VtVtVttVmtmtmttVtmVtmVtm Vt 202001cos()211 cos()cos() 22omnomnnomnm Vtm Vtm Vt则调幅波方程为：则调幅波方程为：频率成分有：上边带、下边带、载频频率成分有：上边带、

11、下边带、载频第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.max2BW 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.2-2 调幅波的功率关系调幅波的功率关系（1）载波功率）载波功率 （2） 上、下边频功率上、下边频功率 （3）总边频功率）总边频功率 （有用的功率）（有用的功率）（4）总平均功率）总平均功率2012OTVPR0022()()0111()224aaOTPPm Vm PR002()()12aOTPPPm P2(1)2aOOTOTmPPPP第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 由此可知，调幅波的输出功率随由此可知，调幅波的输出功率随ma的增大而增加。它所的增

12、大而增加。它所增加的部分就是两个变频所产生的功率。增加的部分就是两个变频所产生的功率。 载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率率的绝大部分。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率是没有用的。所以是没有用的。所以调幅发射机的效率低调幅发射机的效率低，这是调幅制所固有，这是调幅制所固有的缺点。其优点是的缺点。其优点是电路简单电路简单。 只发送一个包含信号的边带的方式称为只发送一个包含信号的边带的方式称为单边带发送单边带发送。单。单边带发送的优点的边带发送的优点的效率高、节约频带效率高、节约

13、频带，缺点是，缺点是电路复杂电路复杂。边带功率总平均功率第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.调幅波的几种调制方式调幅波的几种调制方式v普通调幅（普通调幅（AM）：含载频、上、下边带：含载频、上、下边带v双边带调幅（双边带调幅（DSB）：不含载频，只含上、：不含载频，只含上、下边带下边带v单边带调幅（单边带调幅（SSB）：只含一个边带：只含一个边带v残留单边带调幅（残留单边带调幅（VSB）：含载频、一个边：含载频、一个边带、另一个边带的残留部分带、另一个边带的残留部分第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.3 平方律调幅平方律调幅7.3-1 工作原理工作原理非线性调幅

14、方框图非线性调幅方框图vviv非线性非线性 器件器件带通带通滤波器滤波器ov( )v t第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.用幂级数来表示非线性器件的特性：230123oiiivaa va va v0001002222200003323000 coscos =a +a (coscos) +a (V cos2coscoscos) +a (V cos3iovvvVtVtvVtVttV VttVttV 而可得2022330001000222220000003323000coscos 3coscoscos)+a -a (coscos)-a (V cos2coscoscos)-2a (V

15、cos3coVttV VttVtVtVttV VttVttV V 直流成分、直流成分、 、2 、222330000000scos3coscoscos)-32ttV VttVt 、 、 、3 、2、希望的得到希望的得到的频率分量的频率分量最有害的频率分量最有害的频率分量第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 当当vo通过中心频率为通过中心频率为 的滤波器后，不需要的的滤波器后，不需要的 诸项都很易于滤除，只让诸项都很易于滤除，只让 通过。但通过。但 也在也在 附近，不附近，不能被滤除，显然要求能被滤除，显然要求 =0。 0002323、 、 、00与02 03a 同样道理，同样道理，

16、 等项将产生等项将产生 等失真项。为了等失真项。为了避免调幅波失真，也应要求避免调幅波失真，也应要求 。45,a a 00(3 ),(4 ) 450aa 由此可见，为了获得不失真调幅，要求非线性器件的特性为：由此可见，为了获得不失真调幅，要求非线性器件的特性为：2012oiivaa va v其中产生调幅作用的是其中产生调幅作用的是 项，故称为项，故称为平方律调幅平方律调幅。22 ia v第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.通过调制和滤波后，输出电压为：通过调制和滤波后，输出电压为：10020001002002100110021( )coscos()cos() =cos2cosco

17、s2 =1coscos =1coscos2 1aaav taVta V VttaVta V VttaaVVttaaVmttamVamV调幅度结论：）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲12122aaaa线所决定，亦即由 、所决定；）通常，因此用这种方法所得到的调幅度是不大的。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.3-2 平衡调幅器平衡调幅器 平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波，亦即平平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波，亦即平衡调幅器输出是载波被抑制的双边带。衡调幅器输出是载波被抑制的双边带。串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅

18、器简化电路第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.2101 12 12201 222100 coscos ibbvb vibbvb vvvvVtVt由于两个二极管是相同的，可以假定它们的特性能用同一个平方律公式来表示：式中，2001212120 coscos () 2 (2) 2 cos2cosovvvVtVtvii RR bvb vvR bVtbV V 代入电流的表示式中得输出电压为：0200() cos() tbV Vt此为载波被抑制的双边带，以此为载波被抑制的双边带，以DSB-SC表示。表示。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 利用晶体三极管（或场效应管、电子管

19、）也可以构成平衡调幅器。其利用晶体三极管（或场效应管、电子管）也可以构成平衡调幅器。其工作原理与二极管平衡调幅器的相似，不过应将三极管的工作原理与二极管平衡调幅器的相似，不过应将三极管的集电极电流用基集电极电流用基极电压的幂级数表示极电压的幂级数表示而已。而已。 三极管电路的优点是具有一定的功率增益；但线路比二极管电路复杂。三极管电路的优点是具有一定的功率增益；但线路比二极管电路复杂。晶体三极管平衡调幅器晶体三极管平衡调幅器第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 应该指出，在以上这些电路中，无形中都已假定所有的应该指出，在以上这些电路中，无形中都已假定所有的二极管（或三极管）的特性

20、都相同，二极管（或三极管）的特性都相同，电路完全对称电路完全对称。这样，输。这样，输出中才能将载波完全抑制。事实上，电子器件的特性不可能完出中才能将载波完全抑制。事实上，电子器件的特性不可能完全对称，所用的变压器也难于做到完全对称。因此，电路中往全对称，所用的变压器也难于做到完全对称。因此，电路中往往要加平衡装置，以使载漏减至最小。往要加平衡装置，以使载漏减至最小。 从平衡调幅器获得载波被抑止的双边带后，再设法滤除一从平衡调幅器获得载波被抑止的双边带后，再设法滤除一条边带，即可获得单边带输出。因此，平衡调幅器是单边带技条边带，即可获得单边带输出。因此，平衡调幅器是单边带技术中的基本电路。术中的

21、基本电路。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.4斩波调幅斩波调幅7.4-1 工作原理工作原理( )vt002 所谓斩波调幅就是将所要传送的信号所谓斩波调幅就是将所要传送的信号 通过一个受载波频率通过一个受载波频率 控制控制的开关电路的开关电路(斩波电路斩波电路)，以使它的输出波形被，以使它的输出波形被“斩斩”成周期为成周期为 的脉冲，的脉冲，因因而包含而包含 及各种谐波分量。再通过中心频率为及各种谐波分量。再通过中心频率为 的的BPF，取出所需，取出所需要的调幅波输出要的调幅波输出 ，即实现了调幅。，即实现了调幅。00( )ov t斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图第第7章章

22、振幅调制与解调振幅调制与解调2013.斩波电路按照开关函数斩波电路按照开关函数 对音频信号对音频信号 进行斩波。进行斩波。1( )S t( )vt0101 cos0( )0 cos0tS tt斩波后的电压为：斩波后的电压为：1000000( )( )( )1222 ( )coscos3cos52351222 ( )( )cos( )cos3cos5235v tvt S tvttttvtvttvttt双边带信号双边带信号DSB-SC第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解1( )( )vt S t第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.平衡

23、斩波调幅器及其图解平衡斩波调幅器及其图解第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.0200000001 cos0( ) 1 cos0444 coscos3cos535444( )( )cos( )cos3( )cos535tS tttttv tvttvttvttDSB-SC1000000( )( )( )1222 ( )coscos3cos52351222 ( )( )cos( )cos3cos5235v tvt S tvttttvtvttvttt双边带信号双边带信号DSB-SC与开关函数与开关函数S1(t)比较：比较：第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.4-2 实现

24、斩波调幅的两种电路实现斩波调幅的两种电路11( )0( )0( )0( )( )ababvvv tv tvvv tv tvt时，即时，四个二极管导通，使时，即时，四个二极管截止，使1、二极管电桥斩波调幅电路、二极管电桥斩波调幅电路1( )( )vt S t第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 环形平衡调制器电路及波形环形平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i12、环形平衡调制器电路、环形平衡调制器电路10cmmVV2第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.5 模拟乘法器调幅

25、模拟乘法器调幅 现将常用的现将常用的Motorola公司公司MC1496/1596(国内同类型号是国内同类型号是XFC-1596), MC1495/1595(国内同类型号是国内同类型号是BG314)和和MC1494/1594单片模拟乘法器的单片模拟乘法器的参数指标简介如下。参数指标简介如下。 MC14系列与系列与MC15系列的主要区别在于工作温度系列的主要区别在于工作温度, 前者为前者为070, 后者为后者为-55125。 其余指标大部分相同其余指标大部分相同, 个别后者稍好一些。表给出了个别后者稍好一些。表给出了MC15系列三种系列三种型号模拟乘法器的参数典型值。型号模拟乘法器的参数典型值。

26、 模拟乘法器的输出为两输入信号的乘积，故能实现调幅。单片集成模拟乘法器的输出为两输入信号的乘积，故能实现调幅。单片集成模拟乘法器种类较多模拟乘法器种类较多, 由于内部电路结构不同由于内部电路结构不同, 各项参数指标也不同。在各项参数指标也不同。在选择时选择时, 应注意以下主要参数：工作频率范围、电源电压、输入电压动态应注意以下主要参数：工作频率范围、电源电压、输入电压动态范围、线性度等。范围、线性度等。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. MC1596是以双差分电路为基础是以双差分电路为基础, 在在Y输入通道加入了反输入通道加入

27、了反馈电阻馈电阻, 故故Y通道输入电压动态范围较大通道输入电压动态范围较大, X通道输入电压动态通道输入电压动态范围很小。范围很小。MC1595是在是在MC1596中增加了中增加了X通道线性补偿网络通道线性补偿网络, 使使X通道输入动态范围增大。通道输入动态范围增大。 MC1594是以是以MC1595为基础为基础, 增增加了电压调整器和输出电流放大器。加了电压调整器和输出电流放大器。 MC1595和和MC1594分别作为第一代和第二代模拟乘法器分别作为第一代和第二代模拟乘法器的典型产品的典型产品, 线性度很好线性度很好, 既可用于乘、除等模拟运算既可用于乘、除等模拟运算, 也可用也可用于调制、

28、于调制、 解调等频率变换解调等频率变换, 缺点是工作频率不高。缺点是工作频率不高。 MC1596工作频率高工作频率高, 常用作调制、常用作调制、 解调和混频解调和混频, 通常通常X通通道作为载波或本振的输入端道作为载波或本振的输入端, 而调制信号或已调波信号从而调制信号或已调波信号从Y通通道输入。当道输入。当X通道输入是小信号通道输入是小信号(小于小于26 mV)时时, 输出信号是输出信号是X、 Y通道输入信号的线性乘积。通道输入信号的线性乘积。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路由图可知由图

29、可知, X通道两输入端通道两输入端、10脚直流电位均为脚直流电位均为6.V, 可作为载波输入通道；可作为载波输入通道； 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. Y通道两输入端通道两输入端、脚之间外接有调零电路脚之间外接有调零电路, 可通过调节可通过调节50k电位器电位器使使脚电位比脚电位比脚高脚高UY, 调制信号调制信号u(t)与直流电压与直流电压UY迭加后输入迭加后输入Y通道。通道。调节电位器可改变调制指数调节电位器可改变调制指数Ma。输出端。输出端、12脚外应接调谐于载频的带脚外应接调谐于载频的带通滤波器。通滤波器。、脚之间外接脚之间外接Y通道负反馈电阻。通道负反馈电阻。 采用

30、图中电路也可以组成双边带调幅电路采用图中电路也可以组成双边带调幅电路, 区别在于调节电位器的目区别在于调节电位器的目的是为了使的是为了使Y通道通道、 脚之间的直流电位差为零脚之间的直流电位差为零, 即即Y通道输入信号仅为通道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的电流交流调制信号。为了减小流经电位器的电流, 便于调零准确便于调零准确, 可加大两个可加大两个750 电阻的阻值电阻的阻值, 比如各增大比如各增大10k。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.6 单边带信号的产生单边带信号的产生 单边带发送单边带发送：将载波抑止

31、，并进一步再抑止一个边带，只让另一：将载波抑止，并进一步再抑止一个边带，只让另一个边带发送出去。这样，仍具有传递信息的功能。个边带发送出去。这样，仍具有传递信息的功能。 单边带制在载波电话和短波通信中占有重要的地位，获得了广泛单边带制在载波电话和短波通信中占有重要的地位，获得了广泛的应用。的应用。 7.6-1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点优点：优点：1、频带节约一半，大大提高了短波波段的利用率。这是单边带制的主要优点。、频带节约一半，大大提高了短波波段的利用率。这是单边带制的主要优点。2、单边带制能大大节省发送的功率，单边带制能获得更好的通信效果。、单边带制能大大节省发送的功率，单边带

32、制能获得更好的通信效果。3、单边带制的选择性衰落现象要轻得多。、单边带制的选择性衰落现象要轻得多。缺点：缺点： 主要是接收端必须先恢复原来失去的载波，才能检出原来的信号。因而要主要是接收端必须先恢复原来失去的载波，才能检出原来的信号。因而要求收、发设备的频率稳定度高，使整个设备复杂，技术要求高。求收、发设备的频率稳定度高，使整个设备复杂，技术要求高。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.6-2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法 SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同，信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同，SSB信号产生方法有好

33、几种，主要有信号产生方法有好几种，主要有滤波器法滤波器法和和移相法移相法两种。两种。1) 滤波器法滤波器法 这种方法对滤波器的要求很高，而且由于载波频率不能太高，要这种方法对滤波器的要求很高，而且由于载波频率不能太高，要将载频逐步提高到所需要的工作频率上，就需要经过多次的平衡调幅将载频逐步提高到所需要的工作频率上，就需要经过多次的平衡调幅与滤波。因此整个设备复杂昂贵。但性能稳定可靠，所以仍然是目前与滤波。因此整个设备复杂昂贵。但性能稳定可靠，所以仍然是目前干线通信所采用的标准形式。干线通信所采用的标准形式。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边

34、带发射机方框图第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 2) 移相法移相法 移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的移相法是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。信号。 移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全移相法的优点是省去了边带滤波器，但要把无用边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件抑制掉，必须满足下列两个条件: (1)两个调制器输出的振幅应完全相同两个调制器输出的振幅应完全相同 (2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的移相网络必须对载频及调制信号

35、均保证精确的/2相移。相移。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.移相法移相法SSB信号调制器方框图信号调制器方框图 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.1000200031201sinsincos()cos() 21coscoscos()cos() 2 cos()vVttVttvVttVttvK vvKVt因此，输出电压为（）第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.3）修正的移相滤波器）修正的移相滤波器56215621sin() sin() vvtvvt第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.8 高电平调幅高电平调幅 AM信号的产生可以采用

36、高电平调制和低电平调制两种方信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前，式完成。目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。电平调制方式。 高电平调制主要用于高电平调制主要用于AM调制，这种调制是在高频功率放调制，这种调制是在高频功率放大器中进行的。丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性大器中进行的。丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调制特性两种和集电极调制特性两种, 据此可以分别组成据此可以分别组成集电极调幅电路集电极调幅电路和和基极调幅电路基极调幅电路。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.7-

37、1 集电极调幅集电极调幅 集电极调幅：就是利用调制信号去改变高频功率放大器集电极调幅：就是利用调制信号去改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。的集电极直流电源电压，以实现调幅。 在在过压状态过压状态下，集电极电流的基波分量下，集电极电流的基波分量 随集电极电随集电极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，得到调幅波的输出。随调制信号的波形而变化，得到调幅波的输出。1cmI第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.集电极调幅电路集电极调幅电路 ucT1EcT2Ec0uuAMT3第第7章章

38、振幅调制与解调振幅调制与解调2013.集电极调幅的波形集电极调幅的波形 (a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.7-2 基极调幅基极调幅 基极调幅：就是用调制信号电压来控制高频功率放大器的基极基极调幅：就是用调制信号电压来控制高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。偏压，以实现调幅。 在欠压状态下，集电极电流的基波分量在欠压状态下，集电极电流的基波分量 随基极电压成正比变随基极电压成正比变化。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而化。因此，集电极的回路输出高频

39、电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波。变化，于是得到调幅波。 基极调幅的平均集电极效率不高，这是它的缺点。它的主要优基极调幅的平均集电极效率不高，这是它的缺点。它的主要优点是所需调制功率很小，对整机的小型化有利。点是所需调制功率很小，对整机的小型化有利。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.基极调幅电路基极调幅电路 RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.基极调幅的波形基极调幅的波形 t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解

40、调2013. 高电平调幅电路的高电平调幅电路的优点优点是调幅、是调幅、 功放合一功放合一, 整机效率高整机效率高, 可直接产生很大功率输出的调幅信号可直接产生很大功率输出的调幅信号, 但也有一些但也有一些缺点和局限性缺点和局限性： 一是只能产生普通调一是只能产生普通调幅信号；二是调制线性度差幅信号；二是调制线性度差, 例如集电极调制特性例如集电极调制特性中中Vcm与与VCC并非完全成线性关系。并非完全成线性关系。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.7.9 包络检波包络检波 7.9-1 包络检波电路的工作原理包络检波电路的工作原理 包络检波原理如图。其中的非线性器件可以是二极管包络

41、检波原理如图。其中的非线性器件可以是二极管, 也也可以是三极管或场效应管可以是三极管或场效应管, 电路种类也较多。电路种类也较多。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.现以二极管峰值包络检波器为例进行讨论现以二极管峰值包络检波器为例进行讨论, 其中其中RC元件组成了低通滤波器元件组成了低通滤波器第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. vi正半周时，二极管导通，即输入电压正半周时，二极管导通，即输入电压vi对对C充电。由于充电。由于二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很快充到输入电压二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很快充到输入电压峰值，充电电压相对二极管是附加了

42、反向偏置峰值，充电电压相对二极管是附加了反向偏置uo ，当，当ui下降下降到小于充电电压到小于充电电压uo时，二极管截止，时，二极管截止， C向向RL放电，由于放电，由于RL很很大，放电时间常数大，故大，放电时间常数大，故C上电压还没下降多少，输入信号上电压还没下降多少，输入信号ui下一个周期又来到，充电、放电下一个周期又来到，充电、放电 如此循环，直到电容上如此循环，直到电容上的充放电达到平衡。的充放电达到平衡。 结论：利用二极管的单向导电性和检波负载电阻、电容的结论：利用二极管的单向导电性和检波负载电阻、电容的充放电过程来完成检波任务。充放电过程来完成检波任务。第第7章章 振幅调制与解调振

43、幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 7.9-2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 二极管峰值包络检波器的性能指标主要有检波效率、输入电阻、二极管峰值包络检波器的性能指标主要有检波效率、输入电阻、 惰性惰性失真和底部切割失真几项。失真和底部切割失真几项。 1) 检波效率检波效率Kd。 如果考虑到二极管的实际导通电压不为零如果考虑到二极管的实际导通电压不为零, 以及充电电流在二极管微以及充电电流在二极管微变等效电阻上的电压降等因素变等效电阻上的电压降等因素, 实际检波效率比以上公式计算值要小。实际检波效率比以上公式计算值要小。 3cos30cos11d

44、aimddddVKm VRRRRRRK检波器的音频输出电压幅度输入调幅波包络振幅为检波器负载电阻；为检波器内阻当时， ，第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 检波器的前级通常是一个调谐在载频的高检波器的前级通常是一个调谐在载频的高Q值谐振回路值谐振回路, 检波器相当检波器相当于此谐振回路的负载。于此谐振回路的负载。 为了研究检波器对前级谐振回路的影响为了研究检波器对前级谐振回路的影响, 故定义故定义检波器等效输入电阻检波器等效输入电阻 其中其中Uim是输入等幅高频载波的振幅。是输入等幅高频载波的振幅。 I1m即为输入高频电流的基波即为输入高频电流的基波分量的振幅。显然分量的振幅。

45、显然, 检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个阻值为阻值为Ri的电阻。的电阻。 mimiIUR12) 等效输入电阻等效输入电阻Ri。 由于二极管在大部分时间处于截止状态由于二极管在大部分时间处于截止状态, 仅在输入高频信号仅在输入高频信号的峰值附近才导通的峰值附近才导通, 所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 按照第按照第5章尖顶余弦脉冲序列的分析方法章尖顶余弦脉冲序列的分析方法, 可以求得可以求得I1m与与Uim的关系式的关系式, 从而可得到从而可得到:

46、上式也可以利用功率守恒的原理求出。上式也可以利用功率守恒的原理求出。 因检波器输入功因检波器输入功率为率为, 输出功率为输出功率为 , 若忽略二极管上的若忽略二极管上的功率损耗功率损耗, 则输入功率应与输出功率相等则输入功率应与输出功率相等, 考虑到考虑到Kd1, 由此由此也可得到上式。也可得到上式。12iRRiimRU221220()dimUK URR第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 3) 惰性失真惰性失真 在调幅波包络线下降部分在调幅波包络线下降部分, 若电容放电速度过慢若电容放电速度过慢, 导致导致uo的下降速率比包络线的下降速率慢的下降速率比包络线的下降速率慢, 则在

47、紧接其后的一个或几则在紧接其后的一个或几个高频周期内二极管上为负电压个高频周期内二极管上为负电压, 二极管不能导通二极管不能导通, 造成造成uo波波形与包络线的失真。由于这种失真来源于电容来不及放电的形与包络线的失真。由于这种失真来源于电容来不及放电的惰性惰性, 故称为惰性失真。故称为惰性失真。 要避免惰性失真要避免惰性失真, 就要保证电容电压的减小速率在任何一就要保证电容电压的减小速率在任何一个高频周期内都要大于或等于包络线的下降速率。个高频周期内都要大于或等于包络线的下降速率。 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 单频调幅波

48、的包络线表达式为：单频调幅波的包络线表达式为： us(t)=Uim(1+Macost) 其下降速率为：其下降速率为： 因为电容通过因为电容通过R放电时放电时, 电容电流与电阻电流相同电容电流与电阻电流相同, 即即: 所以电容电压的减小速率所以电容电压的减小速率( )sinsimadu tU mtdt1cCcduiCudtR1ccduudtRC第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 在开始放电时刻在开始放电时刻, 电容电压电容电压uc可近似视为包络电压可近似视为包络电压us, 故避故避免惰性失真的不等式可写为免惰性失真的不等式可写为: 1cscduduudtRCdt 即即tMUtMU

49、RCaimaimsin)cos1 (1上式又可写成上式又可写成:sin11cosaamtARCmt避免惰性失真应该满足的条件避免惰性失真应该满足的条件可见，调幅指数越大，调制信号的频率越高，时间常数可见，调幅指数越大，调制信号的频率越高，时间常数RC的允许值越小。的允许值越小。第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.max22maxmaxmax 0111 1.5 aaaaaadAdtmARCmmRCmmRCmRCRC令得到 越大，则时间常数应选择得愈小，这是因为越大，高频信号的包络变化愈快。同样，当最高调制角频率加大时，高频信号的包络变化愈快，所以则时间常数应选择得愈小。 第第7章章

50、 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 4) 底部切割失真。检波器输出底部切割失真。检波器输出uo是在一个直流电压上迭加了一个交流是在一个直流电压上迭加了一个交流调制信号调制信号, 故需要用隔直流电容将解调后的交流调制信号耦合到下一级进故需要用隔直流电容将解调后的交流调制信号耦合到下一级进行放大或其它处理。下一级电路的输入电阻即作为检波器的实际负载行放大或其它处理。下一级电路的输入电阻即作为检波器的实际负载RL。 为了有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路为了有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路, 要求耦合电容要求耦合电容Cc的容抗远远小于的容抗远远小于RL, 所以所以Cc的值很大。这

51、样的值很大。这样, uo中的直流分量几乎都落在中的直流分量几乎都落在Cc上上, 这个直流分量的大小近似为输入载波的振幅这个直流分量的大小近似为输入载波的振幅Uim。所以。所以Cc可等效为一个可等效为一个电压为电压为Uim的直流电压源。的直流电压源。 此电压源在此电压源在R上的分压为：上的分压为：第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 这意味着检波器处于稳定工作时这意味着检波器处于稳定工作时, 其输出端其输出端R上将存在一上将存在一个固定电压个固定电压UR。当输入调幅波。当输入调幅波ui(t)的值小于的值小于UR时时, 二极管将会二极管将会截止。截止。 也就是说也就是说, 电平小于电

52、平小于UR 的包络线不能被提取出来的包络线不能被提取出来, 出现出现了失真所示。由于这种失真出现在调制信号的底部了失真所示。由于这种失真出现在调制信号的底部, 故称为底故称为底部切割失真。部切割失真。 调幅信号的最小振幅或包络线的最小电平为调幅信号的最小振幅或包络线的最小电平为Uim(1-Ma), 所所以以, 要避免底部切割失真要避免底部切割失真, 必须使包络线的最小电平大于或等必须使包络线的最小电平大于或等于于UR, 即即:RimLRuURR第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.()(1) imaimRimLaLLaLRVm VVVRRRmRRRRormRRR第第7章章 振幅调制

53、与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 交流负载交流负载R与直流负载与直流负载R越接近越接近, 可允许的调幅指数越大。可允许的调幅指数越大。 在实际电路中在实际电路中, 有两种措施可减小交直流负载之间的差别。有两种措施可减小交直流负载之间的差别。 一是在检波器与下一级电路之间插入一级射随器一是在检波器与下一级电路之间插入一级射随器, 即增大即增大RL的的值。二是采用改进电路值。二是采用改进电路, 将检波器直流负载将检波器直流负载R分成分成R1和和R2两部两部分。显然，在直流负载不变的情况下分。显然，在直流负载不变的情况下, 改进电路的交流负载改进电路的

54、交流负载 比原电路增大。通常比原电路增大。通常以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。 212LLR RRRR, 2 . 01 . 021RR第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013.第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 3 参数设计参数设计 为了使二极管峰值包络检波器能正常工作为了使二极管峰值包络检波器能正常工作, 避免失真避免失真, 必须必须根据输入调幅信号的工作频率与调幅指数以及实际负载根据输入调幅信号的工作频率与调幅指数以及实际负载RL, 正正确选择二极管和确选择二极管和R、C、 Cc的值。的值。 例例 已知普通调幅信号载频

55、已知普通调幅信号载频fc=465kHz, 调制信号频率范围为调制信号频率范围为300 Hz3400 Hz, Ma=0.3, RL=10 k, 如何确定图所示二极管峰值如何确定图所示二极管峰值包络检波器有关元器件参数包络检波器有关元器件参数? 解：解： 一般可按以下步骤进行一般可按以下步骤进行: 第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 1) 检波二极管通常选正向电阻小检波二极管通常选正向电阻小(500以下以下)、 反向电阻反向电阻大大(500k以上以上)、结电容小的点接触型锗二极管、结电容小的点接触型锗二极管, 注意最高工注意最高工作频率应满足要求。作频率应满足要求。 2) RC时间

56、常数应同时满足以下两个条件时间常数应同时满足以下两个条件: 电容电容C对载频信号应近似短路对载频信号应近似短路, 故有故有 , 通常取通常取 ; 为避免惰性失真，应有为避免惰性失真，应有RC 。代入已知条件。代入已知条件, 可可得得(1734)10-6RC0.1510-3 11 ,ccRRCC5 10cRCmax21aaMM第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 3) 设设 =0.2, 则则R1= , R2= 。 为避免底为避免底部切割失真部切割失真, 应有应有Ma , 其中其中R=R1+ 。 代入已知代入已知条件条件, 可得可得R63 k。因为检波器的输入电阻。因为检波器的输入电

57、阻Ri不应太小不应太小, 而而Ri= , 所以所以R不能太小。不能太小。 取取R=6k, 另取另取C=0.01 F, 这样这样, RC=0.0610-3, 满足上一步对时间常数的要求。满足上一步对时间常数的要求。 因此因此, R1=1k, R2=5k。 4) Cc的取值应使低频调制信号能有效地耦合到的取值应使低频调制信号能有效地耦合到RL上上, 即即满足满足:21RR6R65RRRLLRRRR22R21LCRCmin1或min1CLCR第第7章章 振幅调制与解调振幅调制与解调2013. 取取 Cc=47F 在集成电路里常采用由三极管包络检波器组成的差分在集成电路里常采用由三极管包络检波器组成的差分电路电路, 如图所示。其工作原理与二极管峰值包络检波器相如图所示。其工作原理与二极管峰值包络检波器相似似, 读者可自行分析读者可自行分析, 注意它的输入