调幅波的数学表达式ppt课件

1、 调幅波的数学表达式、波形图、频谱图、频带宽度和实施方法。 用模拟乘法器实现振幅调制、振幅解调和混频电路的接法和任务原理。 二极管峰值包络检波电路的组成、二种失真的分析计算。8.0 Introduction信源接纳信息输入变换器发送设备信道接纳设备输出变换器)tcos(U) t (u0ccmc 载波信号tcosU) t (um 调制信号) t ( v 调幅调幅 载波振幅随调制信号而变载波振幅随调制信号而变 v 调频调频 载波频率随调制信号而变载波频率随调制信号而变 v 调相调相 载波相位随调制信号而变载波相位随调制信号而变 调角调角输入回路中频放大器检波器低频放大器混频器本地振荡器接纳天线声音

2、扬声器变频高频放大器调制器倍频器高频振荡器话筒低频放大器声音发射天线 几个根本概念 1、调制：调制是指利用调制信号去控制载波的某个参数的过程。 2、调制信号：是指由原始音讯如声音、数据、图象等转变成的低频或视频信号。可以是模拟信号，也可是数字信号。通常用u或f(t)表示。 3、载波信号：是指未受调制的高频振荡信号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。 4、已调波信号：是指受调制后的高频信号，、已调波信号：是指受调制后的高频信号，即曾经把调制信号加载到载波中的信号。即曾经把调制信号加载到载波中的信号。 5、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调制信号的

3、过程。中提取原调制信号的过程。 6、振幅调制：是指利用调制信号去控制载波、振幅调制：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规律变化。律变化。对频谱进展不对频谱进展不 失真的搬移。失真的搬移。规范振幅调制 AM单边带振幅调制 SSB双边带振幅调制 DSB8.1 Amplitude Modulator 振幅调制 电路调制信号载波信号已调信号调制方式规范振幅调制 AM8.1.1 Amplitude- Modulated Signal载波信号载波信号tcosU)t (uccmc 调制信号调制信号tcosU) t (um 1. AMcmmaa

4、UUkm调幅系数调制度时域上实现 和 相乘 ) t (u ) t (uC已调信号已调信号ttUtucmAMcos)()(tcos) tcosUkU(cmacm tcos) tcosm1(Ucacm WAVEFORM过调过调1ma 不失真地搬移到高频振荡的振幅上不失真地搬移到高频振荡的振幅上 ucmaminU)m1 (U 调幅信号的最小值cmamaxU)m1(U 调幅信号的最大值 WAVEFORM FREQUENCY SPECTRUMccmaU2mcmUcccmaU2mF2BW u 的频谱不失真地搬移到的频谱不失真地搬移到 的两边的两边C F2 tcos) tcosm1(U) t (ucacmA

5、M 多音频调制多音频调制fmaxF)f (u maxF2BW )f (ufcfmaxcFf maxcFf 下边带上边带 Realization Model tcos1 ) t (uAMtcosC tcos tcosC ) t (uAM 2、调幅波的功率、调幅波的功率 由于调幅波的振幅是变化的，因此存在几种由于调幅波的振幅是变化的，因此存在几种功率，如载波功率、边频功率、平均功率等。功率，如载波功率、边频功率、平均功率等。 根据前面的有关公式，在负载电阻根据前面的有关公式，在负载电阻RL上耗上耗费的载波功率为：费的载波功率为：2222( )11(1cos)22(1cos)AMcCLLcutPdt

6、UmtRRPmt在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内调幅波耗费的功率为上，一个载波周期内调幅波耗费的功率为22122CCccLLuUPdtRR21(1)22avcmPPdtP AM信号的平均功率信号的平均功率 由上式可以看出，由上式可以看出，AM波的平均功率等于载波功率与两波的平均功率等于载波功率与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为：个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为：边频功率 载波功率 22m221()224CcLmUmPPR边 频8.1.2. Double Sideband Modulation (DSB)tcos(Um21)tcos(Um21tcost

7、 cosUm(t)uccmaccmaccmaDSB WAVEFORM调制信号过零时，调制信号过零时，载波信号相位出载波信号相位出现现180180突变。突变。 DSB信号波形信号波形 u0(a )uCtuDSB(t)0t(b )(c)t001800U (t)U costF2BWDSB FREQUENCY SPECTRUMcmaU2mcccmaU2m Realization Model tcos ) t (uDSBtcosC 8.1.3 Single Sideband Modulation (SSB)FBWSSB t )cos(U2muccmaSSB cmaU2mc下边带下边带t )cos(U2m

8、uccmaSSB cmaU2mc上边带上边带 c c或) t (u ) t (uc带通滤波器带通滤波器) t (uSSB Realization Model SSB调制的特点：占调制的特点：占用频带窄，功率利用频带窄，功率利用率高。用率高。Example：知调制信号为 ,载波信号为 、 ，如以下图所示 , ,分别画出ma= 0.5及 ma=1两种情况下的AM波形以及DSB波形。tcosU) t (u ) t (f1) t (f2 T1fct) t (f111 t) t (f211Ma=0.5Ma=1.0 AM WAVE DSB AM ( Ma=1) DSB and AM WAVE8.2 Amp

9、litude Modulator电路高电平调幅电路低电平调幅电路二极管平衡调幅电路模拟乘法器调幅电路1. Analog Multiplier 模拟乘法器是对两个互不相关的模拟信号实现相乘功能的电子器件。) t (ux) t (uy) t (u) t (Ku) t (uyxo Basic CircuitCCU 1uNoImageBI1IAI3I4I2I6I5I1T2T3T4T5T6ToIcRcR2u 实践调制信号的调幅波形(b )uAM(t )f (t )tt(a )包络未调制00 基极调幅电路 RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB1 基极调幅的波形 t0EbIc1Ebmin欠

10、压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr 集电极调幅电路 ucT1EcT2Ec0uuAMT3 集电极调幅的波形 (a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区单二极管调制电路及频谱 uuo(t)H(j)VDucuDiDi(a)0(b)fFfc2fc3fc 二极管平衡调制电路 带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t) 二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uu利用模拟乘法器产生AM信号 MC

11、1596G23610591 k 1 k 3.9 k 3.9 k 12 V0.1 FAM信号输出6.8 k 5150 k 750750ma值调节510.1 F60 mV载波调制信号uC(t )u(t )1 k 0.1 F51(b )4187300 mV(max)BG314 15 V3.3 k 3.3 k 3 k 8.3 k 8.3 k Yos微调Xos微调u(t )uC(t )10 k (调节ma值 )549812610111214uo(t )调幅信号输出6.8 k 0.1 F1 FVcc(a )3137MC1596G23610591 k 1 k 3.9 k 3.9 k 12 V0.1 FAM信

12、号输出6.8 k 5150 k 750750ma值调节510.1 F60 mV载波调制信号uC(t )u(t )1 k 0.1 F51(b )4187300 mV(max)BG314 15 V3.3 k 3.3 k 3 k 8.3 k 8.3 k Yos微调Xos微调u(t )uC(t )10 k (调节ma值 )549812610111214uo(t )调幅信号输出6.8 k 0.1 F1 FVcc(a )3137利用模拟乘法器产生AM信号 8.3 Detector - DeModulation解调AM波解调AM、DSB、SSB波 从已调波中提取，恢复调制信号，这一过程称为解调或检波。完成检

13、波作用的电路称为检波器。器件二极管三极管模拟乘法器任务特点包络检波同步检波峰值平均值信号小信号大信号幅度波形延续波脉冲波模拟乘法器二极管大信号延续波峰值包络检波同步检波 检波效率Kd 失真小 输入阻抗要高 Specification of DetectorimodUUK imamdUmUK 等幅波调幅波一一. Peak Envelope Detectortcos) tcosm1(Uucaims V 5 . 0 )m1(Uaim v对信号，C 相当开路v对c信号，C 相当短路 RC1L LcRC1 +us-+uo-VD C RLtVousuouoCRD导通 充电时间常数LDRRCRL截止 放电时

14、间常数二极管v 输入阻抗 )RURU21(L2oi2im LiR21R 1UUKimod v 检波效率v 失真V 5 .0)m1(Vaim maxF低通滤波器的带宽应大于 Specification惰性失真负峰切割失真UimUim(t)uo(t) Failure-Follow Distortiona2aLmm1CR )0(Z)(ZmLLa Negative Peak Cut Distortion +us-+ui2-VD C RL Cc Rg+uO-tuotuomu AVULAVLAVAVRU)0(ZUI gLmLmmR/RU)(ZUI tcosIIimAVav 0iav 不产生负峰切割失真gL

15、gRRR tVsVtV musui2交、直流负载 趋于相等RL与与Rg之间加跟随器之间加跟随器RL分成分成RL1、 RL2Practical Circuitsu1CCC2C1LR2gR2LR 2iu 2g2L1LLR/RR)(Z 2L1LLRR)0(Z 2CCC21 +us-+uo-VD C0.01uFR4.7K Cc20uF RL2K不产生惰性失真aammCRmax2132. 0ma 解：不产生负峰切割失真RRRmLLa3 . 0ma 3 . 0ma Example1 二极管峰值包络检波电路如以下图所示，二极管峰值包络检波电路如以下图所示，us为调幅为调幅信号，其调制信号频率信号，其调制信号

16、频率 F=10010000HZ，试求不产，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。不产生惰性失真maxamaxL2maxamRm1C FC0048. 0解：不产生负峰切割失真)0(Z)(ZmLLa K12RgExample2 在二极管峰值包络检波电路中，己知载波频在二极管峰值包络检波电路中，己知载波频率率fc为为4.7MHZ，调制信号频率，调制信号频率 F=(1005000)HZ，mamax=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的真的C和和Rg。 Cc+us-+uo-VD C RL24K30uF Rg1K RL

17、1二二. Synchronous Detector1. Multiplication Model 低通滤波器suou utcosU) t (ucrmr 同步信号同步信号tcostcosUucims ) t2cos1( tcosUKU21tcostcosUKUuKuucrmimc2rmimrso Synchronous Signal t2cos2121tcosKUtcostcoskU) tcostcosU(Kuc22imc222im2cim1c2 平方器二分频suru1u2u带通带通c 2. Summation Model包络检波包络检波suru非线性器件低通ouVDi+u-RL+uo o(t)

18、-usurCtcostcosUucims tcos) tcosUU1(Uuuucrmimrmrs 1 UUmrmima tcosUucrmr DSB的解调的解调平衡式的同步检波平衡式的同步检波sr2Duuu 抵消 及其以上各偶次谐波分量2sr1Duuu Example 以下图是斩波式放大器的实现方框图，试画以下图是斩波式放大器的实现方框图，试画出出A、B、C、D各点的波形。各点的波形。)(A2 2A0 1A)(A1 c c c) t(Sc1 tcosU) t (um ) t (u 带通滤波器低通滤波器ABCD) t (uotcosU) t (uccmc ) t (uct0 0) t(Sc1 t

19、0 0其中频率成分是 cc3 ，)t3cos32tcos221( tcosu) t(Stcosu) t(S) t (u) t (uccmcmc1A WAVE Atcostcos2vA) t (ucm1B WAVE B)tcos221( tcostcosUA2) t(S) t (u) t (uccm1c1BC 其中频率成分是 cccn2 , 2 ，WAVE C8.4 Frequency Mixer Circuits 变频电路是实现信号频谱线性变换的一种变频电路是实现信号频谱线性变换的一种电路，它完成频谱在频率轴上的搬移。电路，它完成频谱在频率轴上的搬移。混频电路变频电路输出中频 信号fI本振信号

20、fL输入高频 信号fSSLIfff 上混频SIff 下混频SIff SLIfff LSIfff 混频器的任务原理 设输入到 混频器中的输入已调信号us和本振电压uL分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 这两个信号的乘积为111coscos1coscos()cos() 2coscossLsLLsLLcLcu uU UttU UtttuUttcosct 混频器的组成框图混频器的组成框图 带通滤波器usuouLuI(a)带通滤波器非线性器件uIuouL(b)ui 混频过程中的频谱变换混频过程中的频谱变换(a)本振频谱本振频谱 (b)信号频谱信号频谱 (c)输出频谱输出频谱 (L

21、c)I (Lc)0ILcLc|Fo()|cc0(b)(c)LL0(a)|Fs()|FL()| AM=1 uOt uSt 带通滤波器 uIt uLt例题：例题： 在以下图所示的混频电路框图中，在以下图所示的混频电路框图中，知知uSt=51+0.6cos2103tcos2106t V，uLt=5cos21.465106 t V。1写出写出uOt的表达式；的表达式；2为了保证中频信号差频的传输，求带通滤波器的中心为了保证中频信号差频的传输，求带通滤波器的中心频率和带宽。频率和带宽。uOt= 51+0.6cos2103tcos2106t 5cos21.465106 t=251+0.6cos2103t(

22、 )cos20.465106 t+ cos22.465106 tF=1000HzB=2F=2000Hz二极管混频器二极管混频器晶体管混频器模拟乘法器混频器BJTFET主要的性能目的v 混频增益v 噪声系数v 选择性v 非线性干扰SmImUU常用混频电路 MCI596构成的集成混频电路一一. Mixer with Analog Multiplier9480pF1k W0.01uF51 W调零uS2 23 38 810101 14 414145 512126 6MCI596MCI5961k W51 W0.01uF-8V6.8K W0.01uFuL47KW10KW51 W0.01uF100uH+12

23、V0.01uF4.5uHuI580pFfi+vsvL(b)fI+usuL(a)二二. Transistor MixerfI+usuL(c)fi+usuL(d)B输入B注入B输入E注入E输入E注入E输入B注入 二极管平衡混频器原理电路usUIfsfIuL三、三、 Diode Mixer(a) 中波AM收音机的典型变频电路 (b)FM收音机典型变频电路收音机典型变频电路 四 混频器的干扰 1 信号与本振的本身组合干扰信号与本振的本身组合干扰 对混频器而言对混频器而言,作用于非线性器件作用于非线性器件的两个信号为输入信号的两个信号为输入信号us(fc)和本振电压和本振电压uL(fL),那么非线性器件

24、产生的组合频率那么非线性器件产生的组合频率分量为分量为 f=pfLqfc 式中式中,p、q为正整数或零。当有用中频为正整数或零。当有用中频为差频时为差频时,即即fI=fL-fc或或fI=fc-fL,只存在只存在pfL-qfc=fI或或qfc-pfL=fI两种情况能够会构成干扰两种情况能够会构成干扰,即即 pfL-qfcfi 这样这样,能产生中频组合分量的信号频率、能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之间存在着以下关系本振频率与中频频率之间存在着以下关系 11cLpfffqq当取当取fL-fc=fI时时,上式变为上式变为11cfpfqp fcfI称为变频比。假设取称为变频比。假设取f

25、c-fL=fI,可得可得11cfpfpq 2 外来干扰与本振的组合干扰外来干扰与本振的组合干扰 这种干扰是指外来干扰电压与本振这种干扰是指外来干扰电压与本振电压由于混频器的非线性而构成的假中频。电压由于混频器的非线性而构成的假中频。设干扰电压为设干扰电压为uJ(t)=UJcosJt,频率为频率为fJ。接纳机在接纳有用信号时接纳机在接纳有用信号时,某些无关电台也某些无关电台也能够被同时收到能够被同时收到,表现为串台表现为串台,还能够夹杂着还能够夹杂着哨叫声哨叫声,在这种情况下在这种情况下,混频器的输入、输出混频器的输入、输出和本振的表示图见以下图。和本振的表示图见以下图。 外来干扰的表示图外来干扰的表示图 混 频 器fIf0uc( fc )uJ( fJ)f0 fcfLfI fL fc fL f0 假设干扰频率假设干扰频率fJ满足