通信电子线路讲义6-1

1、通信系统的基本概念和模型通信系统的基本概念和模型信息源信息源输入输入变换器变换器发送发送设备设备信道信道受信者受信者输出输出变换器变换器接收接收设备设备噪声源噪声源模拟通信系统框图模拟通信系统框图 1 1 信息源：信息源：需传送的原始信息需传送的原始信息 2 2 输入变换器：输入变换器：将发信者提供的非电量消息变换为电信号将发信者提供的非电量消息变换为电信号 3 3 发送设备：发送设备：主要有两大任务：主要有两大任务：调制调制、放大、放大 4 4 信道：信道：是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。 5 5 接收设备：接收设备：是从已调信号中恢复出发

2、送端是从已调信号中恢复出发送端相一致的基带信号相一致的基带信号 6 6 输出变换器：输出变换器：将输出的基带信号变换成原将输出的基带信号变换成原来形式的消息来形式的消息 1.3 通信信号传输模型 6.1 数学模型及性能指标概述数学模型及性能指标概述6.2 低电平和高电平调幅电路低电平和高电平调幅电路6.3 数字信号调幅数字信号调幅6.4 集成电路芯片系统设计集成电路芯片系统设计第第6章章 振幅调制及检波振幅调制及检波学习要求学习要求 n掌握掌握调制的作用。调制的作用。掌握掌握调幅信号的定义、表调幅信号的定义、表示式、波形、频谱等基本特征。示式、波形、频谱等基本特征。n掌握掌握典型的幅度调制电路

3、的结构、工作原理、典型的幅度调制电路的结构、工作原理、分析方法和性能特点。分析方法和性能特点。n掌握掌握采用集成幅度调制芯片完成通信系统调采用集成幅度调制芯片完成通信系统调制模块设计、分析、测试的方法。制模块设计、分析、测试的方法。n了解了解数字调幅的基本概念、典型方法和实现数字调幅的基本概念、典型方法和实现电路。电路。 (1) 调制：调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 定义：定义：信号信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号载波信号：（等幅）高频振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )cos( tUuccc锯齿波锯齿波调制信号：

4、调制信号：需要传输的信号需要传输的信号（原始信号）（原始信号） 语言语言图像图像 tUu cos密码密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号射频信号）(2) 解调：解调：调制的逆过程调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。，即从已调波中恢复原调制信号的过程。6.1 数学模型概述及性能指标数学模型概述及性能指标（7）振幅调制分三种方式：）振幅调制分三种方式： （5）相位调制：由调制信号）相位调制：由调制信号控制控制载波相位载波相位，使，使已调波的相位已调波的相位随调随调 制信号线性变化。制信号线性变化。 （6）解调方式：）解调方式：

5、（4）频率调制：由调制信号）频率调制：由调制信号控制控制载波频率载波频率，使，使已调波的频率随调已调波的频率随调 制信号线性变化。制信号线性变化。（3）振幅调制：由调制信号去）振幅调制：由调制信号去控制控制载波振幅载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅随调制信号线性变化。幅随调制信号线性变化。振幅检波振幅检波 振幅调制的逆过程振幅调制的逆过程鉴鉴 频频 频率调制的逆过程频率调制的逆过程鉴鉴 相相 相位调制的逆过程相位调制的逆过程普通调幅（普通调幅（AM）抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB）单边带调幅（单边带调幅（SSB）设：设：载波信号载波信号：uc(t)=Ucmcosc

6、t则：则：调幅信号调幅信号(已调波已调波)为：为：uAM(t)=Um(t)cosct由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，即有： tUkUtUacmmcos)(ka：比例常数：比例常数即：即： )cos1 ()cos1 ()(tmUtUUkUtUamccmacmmma为调制度，为调制度，cmaaUUkm常用百分比数表示。常用百分比数表示。ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(1. AM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 一般实际传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续一般实际传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的带

7、限信号频谱的带限信号 f(t) 。则：则：ttfkUtucacmAMcos)(1 )(调制信号调制信号： u(t) =Ucost若将若将 )(tf分解为：分解为： 1)cos()(nnnntUtf则有则有 ttmUtucnnnncmAMcos)cos(1)(1cmnanUUkm/2. 调幅信号波形调幅信号波形 波形特点：波形特点： (1) 调幅波的振幅（包络）变化规律与调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致调制信号波形一致; (2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度。 可以看出：可以看出： cmaUUUmminmax21一般一般ma值越大调幅越深：值越大调幅越深

8、： (1cos)cosAMcmacuUmtt ( )(1cos)mcmaUtUmt tUuccmccostUu cos)1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1)(10aaammm1ma 1ma （1 1）由单一频率信号调幅）由单一频率信号调幅 (1cos)cos11coscos()cos()22AMcmaccmcacacuUmttUtmtmt 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，包含有三个频率分量

9、： 3. 调幅波的频谱调幅波的频谱 调制信号调制信号c c载波载波调幅波调幅波c +上边频上边频cmaUm21c - 下边频下边频cmaUm21cmU载载 波波 分分 量量 (c) ：不含传输信息：不含传输信息上变频分量上变频分量 (c+) ：含传输信息：含传输信息上变频分量上变频分量 (c-) ：含传输信息：含传输信息同样有三部同样有三部分频率成份分频率成份1coscos11coscos()cos()2211coscos()cos()22AMcmnncncmcncnncnncmcncnncnnnuUmttUtmtmtUtmtmt (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波max max c c

10、限带限带信号信号 c c载波载波调幅波调幅波c c- -max max 下边频带下边频带c c+ +maxmax上边频带上边频带max max max max max max 载载 波波 分分 量量 (c) ：不含传输信息：不含传输信息上变频分量上变频分量 (c+n) ：含传输信息：含传输信息上变频分量上变频分量 (c-n) ：含传输信息：含传输信息 由于：由于：(1cos)coscoscoscosAMcmaccmcaccuUmttUtmt Ut 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu4. AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图So: 要完

11、成要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。212cmcUPR 22m1224acacm UmPPPR 上上边边下下边边 212accAMmPPPPP下下边边上上边边22am 载载波波功功率率双双边边带带功功率率22222212aaaammmm 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率(2) 上、下边带的平均功率：上、下边带的平均功率： (3) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率：在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率： (4) 边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： (1) R上消耗

12、的载波功率：上消耗的载波功率： 5. 调制波的功率调制波的功率 设调幅波传输信号至负载电阻设调幅波传输信号至负载电阻R上，那么调幅波各分量功率为：上，那么调幅波各分量功率为： 分析：分析：有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。费大，效率低。如当如当100%调制时调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的，双边带功率为载波功率的1/2，只占用了调幅波功率的，只占用了调幅波功率的1/3。 但但AM波调制

13、方便，解调方便，便于接收。波调制方便，解调方便，便于接收。 在在AM调制过程中，如果调制过程中，如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制载波抑制载波的双边带信号的双边带信号，简称双边带信号，它可以，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号用载波和调制信号直接相乘得到直接相乘得到，即：，即：coscos1cos()cos()2DSBmcmcmcmccukUUttkUUtt coscos1cos()cos()2DSBcmnncncmncnncnnnukUUttkUUtUt 若调制信号为单一频率信号：若调制信号为单一频率信号： 若调制信号为限带信号：若调制信号为限带信号： )()(tutkuu

14、cDSB 6. 抑制载波双边带（抑制载波双边带（double side band，DSB）调幅信号）调幅信号 （1） 数学表达式数学表达式（2）波形与频谱）波形与频谱tU cos(1) DSB信号的包络随调制信号信号的包络随调制信号 变化变化 ，但不完全准确。，但不完全准确。(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相波高频与原载波反相。因此严格地说，因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号既调幅又调相的信号。高频振荡的相

15、位在。高频振荡的相位在f(t)=0瞬间有瞬间有180o突变。突变。(3) DSB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，功率利用率高于于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 调制信号调制信号 载波载波c 上边频上边频下边频下边频1( )cos()cos()2DSBmcmccutkUUtt 1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 1( )cos()2cos()SSBLmcmccutkUUtUt 单边带单边带(SSB)信号：信号：由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带由双边带调幅

16、信号中取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时表示式为：其单频调制时表示式为：上边带信号：上边带信号：下边带信号：下边带信号：7. 单边带单边带( single side band，SSB)信号信号 为节约频带，提高系统功率和带宽效率，常采用单边带调制系统为节约频带，提高系统功率和带宽效率，常采用单边带调制系统 。max max 限带限带信号信号c c载波载波c c- -max max 下边频带信号下边频带信号 c c+ +maxmax上边频带信号上边频带信号c c+ +maxmaxc c- -max max 单音调制的单音调制的SSB信号波

17、形信号波形 uSSB(t)0tfc FU 调调频频调调幅幅信信号号调调相相调调幅幅信信号号纯纯调调幅幅信信号号,)sinsincos(cos:,coscos:cos)cos1 (:ttttUuSSBttUkUuDSBttmUuAMccSSBccDSBccAM 8. 振幅调制电路的功能振幅调制电路的功能分析：三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制分析：三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以电路的实现是以乘法器乘法器为核心的为核心的线性频谱搬移电路线性频谱搬移电路。输入：调制信号和载波信号输入：调制信号和载波信号输出：调幅信号输出：调幅信号例例1 1 已知

18、调幅信号的频谱如图所示，试写出其数学表达式。已知调幅信号的频谱如图所示，试写出其数学表达式。高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，一般在大信号下工作，要兼：功放和调制同时进行，一般在大信号下工作，要兼顾顾输出功率、效率和调制线性的输出功率、效率和调制线性的要求。要求。主要用于主要用于AM信号。信号。低电平调制低电平调制：先调制后功放，调制低功率在下进行，输出功率、：先调制后功放，调制低功率在下进行，输出功率、效率不是主要技术指标；提高效率不是主要技术指标；提高调制线性，减小不需要的分量的产调制线性，减小不需要的分量的产生和提高滤波性能生和提高滤波性能。主要用于主要用于DSB、SSB以及以及

19、FM信号信号。9. 振幅调制电路的分类振幅调制电路的分类10. 振幅调制电路的基本组成原理振幅调制电路的基本组成原理一般，振幅调制电路由一般，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。三部分组成。具有平方率特性的二极管调幅电路具有平方率特性的二极管调幅电路 集成模拟乘法器调幅电路集成模拟乘法器调幅电路 输入回路输入回路：将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接：将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接加到非线性器件上。加到非线性器件上。非线性器件（二极管、三极管、乘法器）：非线性器件（二极管、三极管、乘法器）：产生新的频率。产生新的频率。带通滤波

20、器：带通滤波器：取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率成分。成分。u2K(t)ttu2正半周：正半周：D导通导通u2负半周：负半周：D截止截止121( )( )ddLiu tu trR 0di 22221211222()coscos 3cos 5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 周期方波周期方波开关函数开关函数221( )0()0( )0utKtut 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu16.2 低电平调幅电路低电平调幅电路 0. 开关函数开关函数22221211222()cosco

21、s3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu1222112211222coscos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt id 的频谱成份的频谱成份： 12212121.,2.3.214.2nn 5 5. .直直流流设设: :tUum costUuccmc cos mcmUU ()ddcdig Kt u ()LdLdLcdui Zg Z Kt u 10()00cccuKtu tUtUuccmmd coscos 且且: :回路电流回路电流: : LddZrg

22、1而而: : 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt id 的频谱成份：的频谱成份： ,221cccnn c 2 c 3 c c c B=2Duuc+- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZL1. 单二极管开关状态调幅电路（产生单二极管开关状态调幅电路（产生AM信号）信号）如果选频回路工作在如果选频回路工作在c 处，且带宽为处，且带宽为B = 2。 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压为，则输出电压为uL(t)。 011( )coscoscos2141coscos21coscosLdocmLcdomLccmdocmLccmc

23、utg URtg URttUg URttUUmtt 为一个为一个AM信号信号LddoRrg 1上半部分与下半部分电路对称上半部分与下半部分电路对称(1) 电路结构：电路结构：2. 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路(2) 工作原理分析：工作原理分析：设：设： mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR 而而 10()00cccuKtu 122( )()22cos122coscos3.223cdLmccdLutiiiKtrRUtttrR i 的频谱成份：的频谱成份： ,.)2 , 1

24、, 0()12(nnc c+ c-3c+3c-二极管平衡调制器波形二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uuVD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1在平衡电路的基础上，增加两个二极在平衡电路的基础上，增加两个二极管管D3、D4使电路中四个二极管首尾相使电路中四个二极管首尾相接。接。T1的初次级匝数比为的初次级匝数比为1:2，T2为为2:1，T3为为1:1。 3241VDVDVDVD构成环形，构成环形， mccmccmmcoscosuUtuUtUU 设：设：3. 二极管环形调幅电路（实现二极管环形调幅电路（实现DS

25、B信号）信号） IIVDVDVDVDtuIVDVDVDVDtucc组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通,0)(,0)(21434321则有则有 VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1+uL- -u+- -u+- -u+- -+ - -uc+ - -uc当当0)( tuc122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 0)( tuc当当而其中：而其中：1( )0()0( )0cccu tKtu t 0( )0()1( )0cccu tKtu t 2221222()coscos3cos5.235cKttt

26、t 122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 那么在一个周期内平衡电路那么在一个周期内平衡电路I，II在负载在负载RL上产生的电流为：上产生的电流为：2( )()()22cos44coscos3.23ccdLmccdLutiiiKtKtrRUtttrR i 的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率 cn 12性能更接近理想乘法器。性能更接近理想乘法器。3c- 3c+c- c+双平衡调制器电路及波形双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1iL2总结

27、：总结：u(t)u(t) 这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：AM信号大都用于无线电广播，因此多用高电平调制。信号大都用于无线电广播，因此多用高电平调制。6.3 高电平调幅电路高电平调幅电路 基极调幅基极调幅(Base AM) 集电极调幅电路集电极调幅电路(Collector AM)RbCbVTCCcT1T2T3LiboCb为高频旁路电容；为高频旁路电容；Cc对高频对高频旁路，对低频调制信号呈高阻旁路，对低频调制信号呈高阻抗；抗；Rb为基极自给偏压电阻。为基极自给偏压电阻。放大器工作在丙类状态放大器工作在丙类状态，集电集电极电路中除直流电压

28、极电路中除直流电压VCT外，还外，还串有调制信号：串有调制信号：( )cosmutUt cosCCCTVVUt 集电极有效动态电源为集电极有效动态电源为： +uc- -+u- -+uo- -+VCTVCC1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 临界临界过压过压欠压欠压VCTu(t)VCCiC1m(t)icicuCEVcTu(t)ic tiC1(t) tVcc tuBEmax* * 波形分析波形分析1. 综合供电电压越低，饱和越深，综合供电电压越低，饱和越深，过压越严重，过压越严重，uces也越小；也越小；2. ic的波形：的波形：ic波形下凹，过压越深，下凹越严重；波形下凹，过压越深，下凹越严重；

29、当当 达到最高点时，达到临界。达到最高点时，达到临界。cosCCCTVVUt cosCCCTVVUt * 问题：问题：VcT 时，进入严重过压，时，进入严重过压，Ic1m VcT 时，进入欠压，时，进入欠压， Ic1m 变化缓慢。变化缓慢。调制特性不理想调制特性不理想00(1cos)cc TaIImt11(1cos)c mc TaIImt( )(1cos)cccTcTaVVutVmt macTUmV 载波状态时载波状态时( )0u t 0011cccTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)cccTaVVmt 调

30、幅波峰时调幅波峰时cos1t 0011(1)(1)(1)cccTacc Tac mc TaVVmIImIIm00(1cos)cc TaIImt11(1cos)c mc TaIImt(1cos)cccTaVVmt调制信号一个周期内：调制信号一个周期内：0av00011()(1cos) ()22ccc Tac TII dtImt dtIC1、 C3 为高频旁路电容为高频旁路电容C2 为低频旁路电容为低频旁路电容( )(1cos)bbBTbTaVVutVmt 特点：基极调幅电路的调幅效率较低，特点：基极调幅电路的调幅效率较低，输出波形较差，但所要求基极输入调输出波形较差，但所要求基极输入调制信号的功

31、率较小。制信号的功率较小。2. 基极调幅电路基极调幅电路 icuCEuBEmax临界临界过压过压欠压欠压UBou(t)UB(t)ic1m(t)uCE tic1 tic tu(t)00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt mabTUmV 载波状态时载波状态时:( )0u t 0011bbbTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt11(1cos)c mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt00(1cos)cc TaIImt11(1cos)c mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt调幅波峰时调幅波峰时:cos1t 00

32、11(1)(1)(1)bbbTacc Tac mc TaVVmIImIIm 调制信号一个周期内：调制信号一个周期内：00(1cos)cc TaIImt11(1cos)c mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt基极调幅优点：基极调幅优点：对调制信号只要求很小的功率，电对调制信号只要求很小的功率，电路简单，有利于整机的小型化。路简单，有利于整机的小型化。基极调幅缺点：基极调幅缺点：因工作在欠压状态，电压利用系数因工作在欠压状态，电压利用系数和集电极效率较低，管耗很大。和集电极效率较低，管耗很大。ttUkUtucccmDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccmSSBU)co

33、s()cos(21)(tUtUkUtucccmSSBL)cos()cos(21)(若：若：上边带信号上边带信号6.4 单边带调幅信号的实现单边带调幅信号的实现 上边带滤波器上边带滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法器器 ucuDSBu(1) 滤波法滤波法 由由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成。信号经过边带滤波器滤除了一个边带而形成。 三种基本的电路实现：滤波法、相移法和移相滤波法三种基本的电路实现：滤波法、相移法和移相滤波法。下边频带信号下边频带信号DSB信号信号c c- -max c c+max上边带信号上边带信号c c+maxc c- -max 下边带信号

34、下边带信号由三角公式：由三角公式： (2) 相移法相移法 ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( ttUttUtuccSSBL sinsincoscos)( 将三角公式实现的电路如下图：将三角公式实现的电路如下图：tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器900相移相移900相移相移加法加法 器器减法减法 器器tUcc sintU sin优点：省去了边带滤波器，但要把无用边带完全抑制掉，必须满足优点：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

35、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均保证精确的/2相移。相移。 移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，且只需对某一固定移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，且只需对某一固定的单频率信号移相的单频率信号移相900，回避了难以在宽带内准确移相，回避了难以在宽带内准确移相900的缺点。的缺点。 (3) 移相滤波法移相滤波法 移相滤波法实现单边带调幅的电路框图移相滤波法实现单边带调幅的电路框图 u=sintu =sin1t单频信号单频信号uc =sinct载波载波u1 = sint sin 1tu2 = sint cos 1tu3 = cos(1-)t

36、u4 = sin (1-)tu5 = cos(1-)t sin ctu 6 = sin (1-)t cos ct+乘法器乘法器900移相移相低通滤波低通滤波乘法器乘法器低通滤波低通滤波乘法器乘法器900移相移相乘法器乘法器相加器相加器相减器相减器-u5 + u 6u5 - u 6相加器相加器输出电压：输出电压：u SSBL = u 5+ u 6= sin (c+ 1)-t = sin c1-t 相减器相减器输出电压输出电压：u SSBU = u 5- u 6= sin (c- 1)+t= sin c2+t 一、什么是数字信号调幅？一、什么是数字信号调幅？na101naP概 率 为 P 概 率

37、为na( )()nsns ta g tnTsT二、数字信号调幅的基本原理二、数字信号调幅的基本原理将将通过基带信号形成器转换成单极性基带矩形序列通过基带信号形成器转换成单极性基带矩形序列s(t)式中，式中，g(t)为持续时间为为持续时间为的矩形脉冲。的矩形脉冲。调制信号为数字信号，对载波信号进行振幅调制称为数字信号调制信号为数字信号，对载波信号进行振幅调制称为数字信号调幅，也称为幅度键控（调幅，也称为幅度键控（ASK）。）。二进制数字振幅键控通常称为二进制数字振幅键控通常称为2ASK。设二进制数字设二进制数字 为数字序列为数字序列1、数字基带信号、数字基带信号s(t)6.5 数字信号调幅数字信

38、号调幅S( t )uASK( t )tt1001Ts图5-22 2ASK波形图图图5-21 数字线性调幅原理数字线性调幅原理设模拟乘法器输出电压设模拟乘法器输出电压 u=KMu1u2，将数字基带信号，将数字基带信号s(t) 和载波信和载波信号号uc(t)=Ucmcosct t作为输入，经相乘得作为输入，经相乘得: ( )()cosMnscmcnu tKa g tnT Utu(t)是数字信号。是数字信号。2、基本原理、基本原理三、实现电路三、实现电路图图5-23 乘法器实现法乘法器实现法特点：特点：数字基带信号数字基带信号s(t)加在加在5、6端。端。 载波信号加在载波信号加在1、2端（注意与模

39、拟信号调幅不同）。端（注意与模拟信号调幅不同）。工作原理：工作原理：当当s(t)为为“1”时，时，D1、D2导通，导通，D3、D4截止，截止，3、4端有载端有载波信号输出。当波信号输出。当s(t)为为“0”时，时，D1、D2截止，截止，D3、D4也截止，也截止，3、4端端输出为零。此电路相当于输出为零。此电路相当于s(t)与载波信号相乘的作用。与载波信号相乘的作用。s(t)为二进制基带为二进制基带信号时，输出为信号时，输出为2ASK信号。信号。 1、乘法器实现法、乘法器实现法可以利用模拟乘法器和环形调制器来现数字信号调幅。可以利用模拟乘法器和环形调制器来现数字信号调幅。载波振荡ASKu图图5-

40、24 键控法键控法用一个电键控载波振荡器的输出可以获得用一个电键控载波振荡器的输出可以获得2ASK信号。图信号。图5-24所示是这种方法的原理框图。所示是这种方法的原理框图。2、键控法、键控法6.6 模拟相乘器及基本单元电路模拟相乘器及基本单元电路等各种技术领域。等各种技术领域。模拟乘法器可应用于：模拟乘法器可应用于： 测测量量设设备备自自动动控控制制通通信信工工程程模模拟拟运运算算模拟相乘器的基本概念：模拟相乘器的基本概念：具有两个输入端（常称具有两个输入端（常称X输入和输入和Y输入）和一个输出端（常称输入）和一个输出端（常称Z输出），输出）， 是一个三端口网络，电路符号如图所示。是一个三端

41、口网络，电路符号如图所示。 uxuyuzXYZ理想乘法器：理想乘法器： uz(t)=kux(t)uy(t) 式中：式中：k为为增益系数或标度因子增益系数或标度因子， 单位：单位： ，k的数值与乘法器的电路参数有关。的数值与乘法器的电路参数有关。 V1V1或或 或或 Z=kXY一、乘法器的工作象限一、乘法器的工作象限 乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。 XYXmax-Xmax Ymax-Ymax 输入电压可能有四种极性组合：输入电压可能有四种极性组合： X Y Z （+） （-） = （-） 第第象限象限 （-） （-）

42、= （+） 第第象限象限 （-） （+） = （-） 第第象限象限 （+） （+） = （+） 第第象限象限两个输入信号只能为单极性信号的乘法器为两个输入信号只能为单极性信号的乘法器为“单象限乘法器单象限乘法器”；一个；一个输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为“二象二象限乘法器限乘法器”；两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为；两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为“四四象限乘法器象限乘法器”。 二、理想乘法器的基本性质二、理想乘法器的基本性质 1、乘法器的静态特性、乘法器的静态特性（1） 0000ZYXZYX

43、时，为任意值，为任意值时，当（3）当）当X=Y或或X=-Y，Z=KX2或或Z=-KX2， 输出与输入是平方律特性（非线性）。输出与输入是平方律特性（非线性）。XYX=YX=-Y 2、乘法器的线性和非线性、乘法器的线性和非线性理想乘法器属于非线性器件还是理想乘法器属于非线性器件还是线性器件线性器件取决于取决于两个输入电压的两个输入电压的性质。性质。当当X或或Y为一恒定直流电压时，为一恒定直流电压时，Z=KCY=KY，乘法器为一，乘法器为一个线性交流放大器。个线性交流放大器。 当当X和和Y均不定时，乘法器属于非线性器件。均不定时，乘法器属于非线性器件。 （2）当）当X=C（常数），（常数），Z=K

44、CY=KY，Z与与Y成正比（线性关系）成正比（线性关系）XYC0C0 基本电路结构基本电路结构是一个恒流源差分放大电路，不同之处是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于恒流源管在于恒流源管VT3的基极输入了信号的基极输入了信号uy(t)，即恒流源电流即恒流源电流Io受受uy(t)控制。控制。 三、模拟相乘器的基本单元电路三、模拟相乘器的基本单元电路 1、二象限变跨导模拟相乘器、二象限变跨导模拟相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由图可知：由图可知： ux = ube1 - ube2 根据晶体三极管特性，根据晶体三极管特性，VT1、VT2集集电极

45、电流为：电极电流为： TBE1Se1c1UuIii/e TBE2Se2c2UuIii/e VT3的集电极电流可表示为：的集电极电流可表示为：)e1 ()1 (/Txe1e1e2e1e2e1oUuiiiiiiI 可得：可得：)11/Txooe12th(2TUu IeIiUux同理可得：同理可得： )1 1/Txooe22th(2TUu IeIiUux式中，式中， 为双曲正切函数。为双曲正切函数。 )2(TxthUu差分输出电流差分输出电流io为为:)Txoc2c1od2th(UuIiii TxUu2oIic1、ic2ic1ic2Io 0-3321-1-2可以看出，当可以看出，当ux 0） E3y

46、oRuuIbe 输出电压输出电压uo为为 : ybe3ETCyxETCxCmodo22uuRURuuRURuRgRiuC 由于由于uy控制了差分电路的跨导控制了差分电路的跨导gm，使输出，使输出uo中含有中含有uxuy相乘项，故称为相乘项，故称为变跨导乘法器。变跨导乘法器。 变跨导乘法器输出电压变跨导乘法器输出电压uo中存在非相乘项，中存在非相乘项，而且要求而且要求uyube3，只能实现二象限相乘。，只能实现二象限相乘。 差分放大电路的跨导差分放大电路的跨导gm为为: Toxodm2UIuigRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io基本电路结构基本电路结构 VT1，VT2，VT3，

47、VT4为双平衡的差分对，为双平衡的差分对，VT5，VT6差分对分别作为差分对分别作为VT1，VT2和和VT3，VT4双差分对双差分对的射极恒流源的射极恒流源。 四、四、 吉尔伯特（吉尔伯特（Gilbert）乘法器）乘法器1、Gilbert乘法单元电路乘法单元电路是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io 工作原理分析工作原理分析 根据差分电路的工作原理：根据差分电路的工作原理： TyoTxTxUuthIiiUuthiiiUuthiii22265

48、634521 又因输出电压：又因输出电压：TyTxcoTxccccBAoUuthUuthRIUuthRiiRiiiiRiiiiRiiu222)()()()()()(6534214231+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6当输入为小信号并满足：当输入为小信号并满足： TyTyTxTxTyTxUuUuthUuUuthmVUUmVUU2222522522yxyxTcoouKuuuURIu24 而标度因子而标度因子24TcoURIK 分析：分析：只有当输入信号较小时，只有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用，具有较理想的相乘作用，ux，uy 均可取正、负两极性，故为四象均可取正、

49、负两极性，故为四象限乘法器电路，但因其线性范围限乘法器电路，但因其线性范围小，不能满足实际应用的需要。小，不能满足实际应用的需要。 VT5VT6RyIoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6RyVT5VT6Ry2、具有射极负反馈电阻的、具有射极负反馈电阻的Gilbert乘法器乘法器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，Ry取值应远大于晶体取值应远大于晶体管管T5 ,T6 的发射极电阻，即有的发射极电阻，即有oyeyoyeyIrRIrRmV26;mV2665 当加入信号当加入信号uy时，流过时，流过Ry的电流的电流为：为： Yyee

50、YyYRurrRui 65iAiB+ux-+uo-iY有有 Yoy6Yoy5iIiiIiYyYRuiii2265 TxyycTxccBAoUuthuRRUuthRiiRiiu222)()(65 +uy-iY如果如果ux2UT =52mV时，时，yxyTcouuRURu i5i6+uy-RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIox3、线性化、线性化Gilbert乘法器电路乘法器电路具有射极负反馈电阻的双平衡具有射极负反馈电阻的双平衡Gilbert乘法器，尽管扩大了对输入信号乘法器，尽管扩大了对输入信号uy的线性动态范围，的线性动态

51、范围，但对输入信号但对输入信号ux的线性动态范围仍较小的线性动态范围仍较小，在此基础上，在此基础上需作进一步改进，下图为改进后的线性双平衡模拟乘法器的原理电路，需作进一步改进，下图为改进后的线性双平衡模拟乘法器的原理电路，其中其中VD1，VD2，VT7，VT8 构成一个反双曲线正切函数电路。构成一个反双曲线正切函数电路。 uxuxuyuoVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIoxRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIoxuxuyux工作原理分析：工作原理分析： i7ixi8iyiAiBVT7，VT8，Rx，Iox构成线性电压

52、构成线性电压电电流变换器。流变换器。 xxoxxxoxRuIiRuIi87 有有 uo 而而 为二极管为二极管D1与与D2上的电压差，上的电压差，即即:xu 21DDxUUu snTsDnTDsnTsDnTDIiUIiUUIiUIiUU822711)11()(8787xoxxxoxxnTxxoxxxoxnTnTsnsnTxRIuRIuURuIRuIUiiUIiIiUu 利用数学关系利用数学关系： ， 则上式可写成：则上式可写成：arcthxx1x121n )1(2xoxxTxRIuarcthUu )2(22TxyycoUuthuRRu（1）代入（）代入（2）可得：）可得：yxyxyxoxcou

53、KuuuRRIRu 2其中标度因子：其中标度因子：yxoxcRRIR2K 可见大大扩展了电路对可见大大扩展了电路对ux和和uy的线性动态范围，改变电的线性动态范围，改变电阻阻Rx或或Iox可很方便地改变相乘器的增益。可很方便地改变相乘器的增益。 +UD1-+UD2-iD1iD2VT5VT6RyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6VT7VT8VDRyR5-EEVT7VT8VD五、单片集成模拟乘法器及其典型应用五、单片集成模拟乘法器及其典型应用1. MC1496/MC1596及其应用及其应用uxuy1、 内部电路结构内部电路结构 与具有射极负反馈的双平与具有射极负反馈的双平衡衡Gil

54、bert 相乘器单元电路比相乘器单元电路比较，电路基本相同，较，电路基本相同，仅恒流源仅恒流源用晶体管用晶体管VT7，VT8代替，二极代替，二极 管管VD与与500 电阻构成电阻构成VT7，VT8的偏置电路。的偏置电路。 反偏电阻反偏电阻Ry外接在引脚、外接在引脚、两端，可展宽两端，可展宽uy输入信号的输入信号的动态范围，并可调整标度因子动态范围，并可调整标度因子K。2、外接元件参数的计算、外接元件参数的计算iy+uy- 负反馈电阻负反馈电阻RyyyyRui 且应满足且应满足|iy|Ioy若选择若选择Ioy=1mA，Uym=1V（峰值）（峰值） kIURRUIoyymyyymoy110113I

55、oyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6VT7VT8VDRyR5-EEDoyEURIE )500(5当当 时，时，VEE8 KIUERoyDE8 .65001017 .0850035负载电阻负载电阻Rc引脚、端的静态电压：引脚、端的静态电压：U6=U9=Ec- IoyRc，若选若选U6=U9=8V，Ec=12V， 则有：则有： ， KIUERoyRcc41018123标称值为标称值为3.9 。K 偏置电阻偏置电阻R10U6U9Ioy 2. MC1495/MC1595（BG314）及其应用）及其应用（*） 1、内部电路结构、内部电路结构 vx+vy 内部电路如图内部电路如图所

56、示，由线性化双平所示，由线性化双平衡衡Gilbert乘法器单元乘法器单元电路组成。电路组成。 输入差分对由输入差分对由T5，T6，T7，T8和和T11，T12，T13，T14的达林顿复的达林顿复合管构成，以提高放合管构成，以提高放大管增益及输入阻抗。大管增益及输入阻抗。 负反馈电阻负反馈电阻RY，Rx，负载电阻负载电阻Rc，恒，恒流偏置电阻流偏置电阻R3及及RW5，R13及及R1均采用外接均采用外接元件。元件。vovx+-vy+- MC1595 （BG314）1214489125610117133R1RcRcR13RxRyVCCVEER3Rw52、外围元件设计计算、外围元件设计计算如果设计一个

57、上图所示的乘法器电路，并要求：如果设计一个上图所示的乘法器电路，并要求：输入信号范围为：输入信号范围为： V10vV10V10vV10yx 输出电压范围为：输出电压范围为：V10vV10o 由以上的要求可知，乘法器的增益系数由以上的要求可知，乘法器的增益系数)V( 1 . 0)V(101K11 负电源的负电源的-VEE的选取的选取 负电源应能确保输入信号负电源应能确保输入信号Vx，Vy为最大负值时，电路为最大负值时，电路仍能正常工作，以仍能正常工作，以Vy输入端为例：输入端为例：当当|Vy|=|Vym|=10V时，时，由右图的等效电路可以看出：由右图的等效电路可以看出：ymVVBE5VBE6V

58、CE9VRe99RE9CE6BE5BEymEEVVVV|V|V| 若若T5，T6，T9正常工作，正常工作，且设且设VBE5=VBE6=0.7V，VCE9+VRE92V（以保持（以保持T9工作于线性区）工作于线性区） 则则)V(4 .1327 . 0210|V|EE 故可取故可取-VEE=-15VymV偏置电阻偏置电阻R3，R13的计算的计算 恒流源偏置电阻恒流源偏置电阻R3，R13应保证能提供合适的恒流电流，应保证能提供合适的恒流电流，使三极管工作在特性曲线良好的指数律部分，恒流源电流一使三极管工作在特性曲线良好的指数律部分，恒流源电流一般取般取0.52mA之间的电流值，现若取之间的电流值，现

59、若取Iox=Ioy=1mA， 以引脚为例，设以引脚为例，设VD3=VD4=0.7V，如右图的等效电路可，如右图的等效电路可IoxmA1RRV|V|IIe3DEEox3R IR3 k8 .135001017 . 015RIV|V|R3e3RDEE3 同理可求出同理可求出R13=13.8 ，一般，一般R3采用采用10 固定电阻固定电阻和和6.8 电位器的串联，以便通过调电位器的串联，以便通过调Iox来控制增益参数来控制增益参数K。 KKK+vx -负反馈电阻负反馈电阻Rx和和Ry的计算的计算如右图所示电路可得：如右图所示电路可得：3Roxxmaxx2i1ixmaxxmaxxIIRVrrRVi K1

60、010110IVR3oxmaxxx 同理可得：同理可得： K10IVRoYmaxyY 负载电阻负载电阻Rc 由于增益系数：由于增益系数：101RRIR2KYxoxc K5)1010)(10)(101(21RRKI21R233yxoxc ixmaxixmaxixmaxixmaxixmax 电阻电阻R1取引脚的电压为取引脚的电压为+9V，则，则 K3102915I2VVR3ox1cc1 V13、失调误差电压及其调整、失调误差电压及其调整 实际乘法器电路由于工艺技术、元器件特性的不对称，实际乘法器电路由于工艺技术、元器件特性的不对称，不可能实现理想相乘，会引入乘积误差，若设乘法器工作在不可能实现理想