高频电子线路ppt讲义7振幅调制及解调

1、7 7 振幅调制与解调振幅调制与解调7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质 7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅7.4 7.4 斩波调幅斩波调幅 7.5 7.5 模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅7.6 7.6 单边带信号的产生单边带信号的产生 7.7 7.7 残留边带调幅残留边带调幅7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅7.7 7.7 包络检波包络检波 7.10 7.10 同步检波同步检波 7.11 7.11 单边带信号的接收单边带信号的接收 7.1 7.1 概述概述7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述7.1.2 检波简述检波简述7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制

2、简述将要传送的信息装载到某一高频将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。载频信号上去的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大1.定义定义2. 调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号: 20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度: 3.75 3750km4便于不同电台同时接收相同频段的基带信号便于不同电台同时接收相同频段

3、的基带信号频谱搬移频谱搬移1c2c4可实现的回路带宽可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。QfBW0高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）: 20Hz20kHz1000minmaxff高频（射频）高频（射频）:3minmaxffAM广播信号广播信号: 535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k3. 调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调

4、制编码调制调频调频脉位调制脉位调制7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述End4. 调幅的方法调幅的方法平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述从振幅受调制的高频信号中从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。还原出原调制的信号。1.定义定义 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 7.1.2 7.1.2 检波简述检

5、波简述7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述2. 组成组成End3. 检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱7.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系7.2.1 7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱1. 普通调幅波的数学表

6、示式普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号： tV000cosv调制信号：调制信号： tVcosv调幅信号（已调波）：调幅信号（已调波）： ttV0mAMcos)(v由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成幅信号的振幅与调制信号成线性关系线性关系，即有：，即有： tVkVtVcos)(a0m，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即： )cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV式中式中ma为调制度为调制度， 0aaVVkm常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmV0a0AMcos)cos1(v 波形特点：波形特点： (1)

7、 调调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度 )1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos1()(a0mtmVtV0min000max0minmaxa)(21VVVVVVVVVmtV000cosvtV cosv0am1am10a m1am00maxVVVm上0min0VVVm下2. 普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅tmtmtVttmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(0a0a000a0AMv 调制信

8、号0载波调幅波0+上边频0-下边频nnnnntmtmtVtmtmtVttmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信号带宽信号带宽max2B 0 (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带End7.2.2 7.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将分别上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：得出如下的功率：00002Vma02V

9、ma00VttmVtooacos)cos1 ()(v载波功率载波功率:RVP20oT21上边频或下边频上边频或下边频: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211 (2当当ma1时，时，PoT(2/3)Po ；当当ma0.5时，时，PoT(8/7)Po ； 载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波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率的绝大部分。的绝大部分。 从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地从调幅波的频谱图可知，唯有

10、它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。不反映调制信号的变化规律。oT2aDSBoTAMPmPPP)211 ( End00002Vma02Vma00V电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波ttmV0a0cos)cos1 (载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波ttVm00acoscos单边带信号单边带信号tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形图波形图频谱图频谱图 0- 0+ 0a21Vm 0- 0+ 0a21Vm 信号信号带宽带宽)2( 2)

11、2( 22 0- 0+ 三种振幅调制信号三种振幅调制信号7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅7.8.1 集电极调幅集电极调幅7.8.2 基极调幅基极调幅7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅 高电平调幅电路能高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大同时实现调制和功率放大，即用调制，即用调制信号信号v v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度V Vcmcm来实现调来实现调幅的。幅的。临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t) vb(t) + + VCC + VBB + VC(t) + vCE vBE + L C vc v + 集电极调

12、幅电路7.8.1 7.8.1 集电极调幅集电极调幅iCiC1)(tvCCV临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）7.8.2 7.8.2 基极调幅基极调幅 C vb(t) VCC + L + VBB vb + + + VB(t) VCC vc(t) 基极调幅电路End)(tv)(tVCCiCvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅7.3.1 工作原理工作原理7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器7.3.1 7.3.1 工作原理工作原理 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要就是说都

13、需要用用非线性器件非线性器件来完成频率变换来完成频率变换。 这里将调制信号这里将调制信号v v与载波信号与载波信号v v0 0相加后，同时加入非线性相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为器件，然后通过中心频率为0 0的带通滤波器取出输出电压的带通滤波器取出输出电压v vo o中中的调幅波成分。的调幅波成分。0300320020010)coscos()coscos()coscos(tVtVtVtVtVtVaaaai)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343V

14、Va2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa20333123430)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343End 如果如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器，非线性器件工作在件工作在满足平方律满足平方律的区段。的区段。20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai4.3 4.3 非线性

15、电路分析方法非线性电路分析方法幂级数分析法幂级数分析法QQUunnnUuQnnQduidnadudiaUfauuauuauuauuaauuUfi!1,),()()()()()(102132132212211021-解析法解析法0)(222020VVaa022022Va02VVa2034302VVa20343033034Va0203303012343VVaVaVa00VVa02VVa022020343VVa2020343VVa2222Va33341VaVVaVaVa2033312343平衡调幅电路平衡调幅电路7.3.2 7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器如果要获得如果要获得抑制载波的双边带信号抑制

16、载波的双边带信号，观察输出电流表示，观察输出电流表示式式20020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai120020010)coscos()coscos(tVtVtVtVaaai2总的输出电流总的输出电流总的输出电压总的输出电压21iiiRo21iivEnd二极管平衡混频器二极管平衡混频器7.4 7.4 斩波调幅斩波调幅7.4.1 工作原理工作原理7.4.2 实现斩波调幅的两种电路实现斩波调幅的两种电路7.4.1 7.4.1 工作原理工作原理0100)(1tttS00cos cos 0100)(1tttS00cos cos 7.4.2 7.4.2 实现斩波调幅的两种电路

17、实现斩波调幅的两种电路0 , 01vvvvv , 010100)(1tttS00cos cos 0cos 10cos 1200)(tttS7.4.1 7.4.1 工作原理工作原理End7.4.2 7.4.2 实现斩波调幅的两种电路实现斩波调幅的两种电路0cos 10cos 1200)(tttS二极管环形混频器二极管环形混频器电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波ttmV0a0cos)cos1 (载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波ttVm00acoscos单边带信号单边带信号tVm)cos(200a)cos(2(00tVma或波形图波形图频谱图频谱图 0- 0+ 0a21Vm 0-

18、0+ 0a21Vm 信号信号带宽带宽)2( 2)2( 22 0- 0+ 三种振幅调制信号三种振幅调制信号7.6 7.6 单边带信号的产生单边带信号的产生7.6.1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法7.6.1 7.6.1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点u使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。用率。u单边带制能获得更好的通信效果。单边带制能获得更好的通信效果。u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。u要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要要

19、求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。求高。调幅波0+上边频0-下边频7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法1. 滤波器法滤波器法上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率F Fminmin的的2 2倍，故滤波时倍，故滤波时相对带宽相对带宽2 Fmin / f2 Fmin / fc c要很小，要很小，这样的滤波器制作很困难。这样的滤波器制作很困难。 必须强调指出，必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。方法。因为倍频后，音频频率因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，

20、使原来的也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。2. 相移法相移法7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法)cos()cos(21coscossin2cos)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin如何得到如何得到单一频率分量单一频率分量2. 相移法相移法)cos(sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos()cos(21coscos)cos()cos(21sinsintt00sin2costt11si

21、n2costtnnsin2cos电压f/Hztnsint1sint1costn)cos(1tn)sin(1t2sint2costn)cos(1tn)sin(1n.,321tn)sin(12tn)sin(123. 第三种方法第三种方法修正的移相滤波法修正的移相滤波法End7.7 7.7 残留边带调幅残留边带调幅7.7 7.7 包络检波包络检波7.7.1 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理7.7.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标7.7.1 7.7.1 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理非线性非线性 电路电路低通低通滤滤 波器波器从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，

22、只适用于，只适用于AMAM信号信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息EndVDCC+vRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器7.7.2 7.7.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。（检波效率）、输入电阻和失真。1) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)0d mVVK输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅定义：定义：imVimaVmV1) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)vDi D

23、-vCVim 用分析高频功放的折线用分析高频功放的折线近似分析法可以证明近似分析法可以证明cosdK其中，其中，是二极管电流通是二极管电流通角，角，为检波器负载电阻，为检波器负载电阻，d为检波器内阻。为检波器内阻。 d33RR1cos, 0,dRR2) 等效输入电阻等效输入电阻 考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻），下面分析其等效电阻imimidIVR 其中，其中，Vim是输入高频电压振幅，是输入高频电压振幅， Iim是输入高频电流基是输入高频电流基波振幅。波振幅。1.2.

24、3 1.2.3 无线电信号的接收无线电信号的接收sfsf0fifs0ifffifff2) 等效输入电阻等效输入电阻 ，则由能量守恒的，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）阻上消耗的功率（注意为直流）LiimRVRV20220VVimLiRR21即有即有，而，而imimidIVR3) 失真失真 产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非线性失真；频率失真。线性失真；频率失真。 如果检波电路的时间常如果检波电路的时间常数数RC太大太大，当调

25、幅波包络朝，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作所造成的失真称作惰性失真惰性失真。 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) ) 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )ttmVt0aomocoscos1)(vtmVtVcos1)(aom调幅波包络调幅波包络 如图所示，在某一点，如图所示，在某一点，如如果电容两端电压的放电速度小果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度于包络的下降速度，就可能发，就可能发生惰性失真。生惰性失真。tmVttVsin)(aomdd包络变化率包络

26、变化率ttCiddCC)(v电容放电电容放电RitCC)(v 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )放电速率放电速率RCtCitt)()(CCCddvv调幅波包络调幅波包络tmVtVcos1)(aomtmVttVsin)(aomdd包络变化率包络变化率ttCiddCC)(v电容放电电容放电RitCC)(v为避免失真为避免失真1)()(dttdvdttdVAC假定此时假定此时tmVtcos1)(aomCv 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) ) 实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即=minmax。为了保证不产生失

27、真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足112aamaxmmRC5 . 1maxRC3 . 0am2max1aammRCA + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容考虑了耦合电容C Cc c和低放和低放输入电阻输入电阻R RL L后的检波电路后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) ) 隔直电容隔直电容Cc数值很大，可认数值很大，可认为它对调制频率为它对调制频率交流短路，交流短路，电电路 达 到 稳 态 时 ， 其 两 端 电 压路 达 到 稳 态 时 ， 其 两 端 电 压VCVim。imLRVRRRV 失真最可能在包络的负半周发生。失

28、真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止假定二极管截止，Cc将将通过通过R和和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VCVim将在将在R和和RL上分压。上分压。直流负载电阻直流负载电阻R上的电压为上的电压为 + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) )V i m（1-m）V i mttmVoimicos)cos1 (vV R)cos1 (tmVimttmVoimicos)cos1 (vttmVoimicos)cos1 ( v)c

29、os1 (tmVim)cos1 (tmVimV RV RV RV RV RimLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) )要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足RimVtmVacos1RaimVmV1RRRRRRRRmLLLa/交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。imLRVRRRV + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc

30、和低放输入电阻RL后的检波电路 非线性失真非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性非线性所引起的。所引起的。 如果负载电阻如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。 + + v C + R RL VC Cc vi D 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 频率失真频率失真 如左图所示，检波器中存在如左图所示，检波器中存在检波电容检波电容C和隔直电容和隔直电容Cc两个电容。两个电容。检波电容检波电容C用于跟踪调幅波包络变用

31、于跟踪调幅波包络变化，隔直电容化，隔直电容Cc用于去除载波分量用于去除载波分量对应的直流输出。对应的直流输出。对调制频率对调制频率=minmax，要求检波电容，要求检波电容C对高频载波短路，对高频载波短路，但不能对低频调制波短路，隔直电容但不能对低频调制波短路，隔直电容Cc对低频调制波短路。对低频调制波短路。RCmax1LCminR1CEnd7.10 7.10 同步检波同步检波 同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。解调。它的特点是必须外加一个它的特点是必须外加一个频率和相位频率和相位都与被抑止的载波都与被抑止的载波相同的电压

32、。同步检波的名称即由此而来。相同的电压。同步检波的名称即由此而来。 载波信号相位对检波结果的影响载波信号相位对检波结果的影响ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()coscos()()(00m11m1tVttVtt0vv)cos(coscos010m1mtttVVcos)2cos(21cos10m1ttVVmtVVtcoscos21)(0m1mv1.1. 乘积检波器乘积检波器乘积检波电路低通滤波器 v1V0iv0乘积检波器p 本地载波与输入信号载波本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同相位相同而频率不同对检波结对检波结 果的影响果的影响ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()(00mtVt0v10p 本地载波与输入信号载波本地载波与输入信号载波频率相同而相位不同频率相同而相位不同对检波结对检波结 果的影响果的影响tVVtcoscos21)(0m1mvttVVtcoscos21)(0m1mv00)(tttd)()(tvtvSSBDSB或