第9章 振幅调制及解调

1、第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调第第9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 9.1 概述概述9.2 调幅波的性质调幅波的性质9.3 非线性调幅方法非线性调幅方法9.4 单边带信号的产生单边带信号的产生9.5 高电平调幅高电平调幅9.6 包络检波与同步检波包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.1 概述概述振幅调制简述振幅调制简述所谓所谓“调制调制”，就是在传送信号的一方（发送端）将所，就是在传送信号的一方（发送端）将所要传送的信号（它的频率一般是比较低的）要传送的信号（它的频率一般是比较低的）“附加附加”在高频振荡上，再由天线发射出去。在高频振荡上，再由天线

2、发射出去。这里的高频振荡波就是携带信号的这里的高频振荡波就是携带信号的“运载工具运载工具” ，所以，所以称为称为载波载波。第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调在接收信号的一方（接收端）经过解调（反调制）的过在接收信号的一方（接收端）经过解调（反调制）的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息。程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息。反调制过程也叫反调制过程也叫检波检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。能完成。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调为什么一定要经过调制的过

3、程：为什么一定要经过调制的过程：关键是要传送的信号频率或者太低（例如语音和音乐信关键是要传送的信号频率或者太低（例如语音和音乐信号），或者频带很宽（例如电视信号从号），或者频带很宽（例如电视信号从06.5MHz）。）。这些都对直接采用电磁波的形式传送信号十分不利。这些都对直接采用电磁波的形式传送信号十分不利。原因是：原因是：1）天线要将低频信号有效辐射出去，尺寸就必须很大。）天线要将低频信号有效辐射出去，尺寸就必须很大。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调2）为了使发射与接收）为了使发射与接收效率效率高，在发射机与接收机方面都高，在发射机与接收机方面都必须采

4、用天线和谐振回路。必须采用天线和谐振回路。语音、音乐和图像信号的频率变化范围很大。语音、音乐和图像信号的频率变化范围很大。3）如果直接发射音频信号，发射机将工作于同一频率范）如果直接发射音频信号，发射机将工作于同一频率范围。这样接收机将同时收到许多不同电台的节目，无围。这样接收机将同时收到许多不同电台的节目，无法加以选择。法加以选择。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调为了克服以上困难，必须利用高频振荡，将低频信号为了克服以上困难，必须利用高频振荡，将低频信号“附加附加”在高频振荡上，这样就使天线的辐射效率提在高频振荡上，这样就使天线的辐射效率提高，尺寸减小

5、；高，尺寸减小；同时每个电台都工作于不同的载波频率，接收机可以调同时每个电台都工作于不同的载波频率，接收机可以调谐选择不同的电台。谐选择不同的电台。调制方式：调制方式：连续波调制连续波调制与与脉冲调制脉冲调制调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调连续波调制连续波调制：连续波调制是用信号来控制载波的振幅、频率或者相位，连续波调制是用信号来控制载波的振幅、频率或者相位，因而分为调幅、调频和调相三种方法。因而分为调幅、调频和调相三种方法。脉冲调制脉冲调制：脉冲调制是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、位置脉冲调制是先用信号来控制脉冲波的振幅、宽度、位置等，然后再用这个

6、已调脉冲对载波进行调制。等，然后再用这个已调脉冲对载波进行调制。脉冲调制（数字调制）有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲脉冲调制（数字调制）有脉冲振幅、脉宽、脉位、脉冲编码调制等多种形式。编码调制等多种形式。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调实现调幅的方法：实现调幅的方法：1）低电平调幅）低电平调幅调制过程是在低电平级进行的，因而需调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率小。属于这种类型的调制方法包括要的调制功率小。属于这种类型的调制方法包括（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利用电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

7、。部分的非线性作用进行调幅。（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来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器，取出调幅成分。器，取出调幅成分。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调2）高电平调幅）高电平调幅调制过程在高电平级进行，通常是在丙调制过程在高电平级进行，通常是在丙类放大器中进行调制。属于这一类的调制方法包括类放大器中进行调制。属于这一类的调制方法包括（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）调幅调制与检

8、波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调检波简述检波简述检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反。检波检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反。检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。还原所得的信号，与高频调幅信号的包络变化信号。还原所得的信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器。规律一致，故又称为包络检波器。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调检波器输入信号和输出信号的波形关系，如下图所示。检波器输入信号和输出信号的波形关系，如下图所示。Wt(d)(

9、c)tiit(a)调制与检波概述调制与检波概述ot(b)第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调检波前后的频谱关系：检波前后的频谱关系：一个检波器需由三个部分组成：一个检波器需由三个部分组成：1）高频输入信号电路）高频输入信号电路2）非线性器件）非线性器件3）低通滤波器）低通滤波器0fFf 0Ff 0f相相对对振振幅幅高频调幅波高频调幅波调制与检波概述调制与检波概述f相相对对振振幅幅F第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调根据所用元件不同，检波器可以分为：根据所用元件不同，检波器可以分为：二极管检波器二极管检波器（包括串联式和并联式）、（包括串联式和并联式）、三极管检波器三极管检波器

10、根据信号大小的不同，检波器可以分为：根据信号大小的不同，检波器可以分为：小信号检波器小信号检波器和和大信号检波器大信号检波器根据信号特点的不同，检波器可以分为：根据信号特点的不同，检波器可以分为：连续波检波器连续波检波器和和脉冲检波器脉冲检波器根据工作特点的不同，检波器可以分为：根据工作特点的不同，检波器可以分为：包络检波器包络检波器和和同步检波器同步检波器调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.1.1 连续波模拟调制连续波模拟调制 连续波模拟调制的载波是连续的等幅高频正弦波，连续波模拟调制的载波是连续的等幅高频正弦波，用用C表示表示 C=VCmcos(Ct

11、+) 将调制信号将调制信号寄载在载波上的方法有三种。一种寄载在载波上的方法有三种。一种是把调制信号寄载在载波的幅度上，叫做振幅调制，是把调制信号寄载在载波的幅度上，叫做振幅调制，简称调幅简称调幅(AM)。已调波用。已调波用AM表示，如图表示，如图9.1所示。所示。 调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.1 载波、调制信号和已调波的波形载波、调制信号和已调波的波形 (a)载波；(b)调制信号；(c)已调波 CtWt(b)(c)tAM(a)调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 9.1.2 脉冲调制脉冲调制 脉冲调制的载波

12、是脉冲序列信号。它又分成两种，脉冲调制的载波是脉冲序列信号。它又分成两种，一种是脉冲模拟调制，另一种是脉冲数字调制。一种是脉冲模拟调制，另一种是脉冲数字调制。 脉冲模拟调制是利用脉冲序列信号对调制信号进脉冲模拟调制是利用脉冲序列信号对调制信号进行采样，得到一个时间上离散的调制信号；之后用各行采样，得到一个时间上离散的调制信号；之后用各离散时刻调制信号的采样值去控制脉冲序列信号的参离散时刻调制信号的采样值去控制脉冲序列信号的参量。量。 调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 由于描述一个脉冲序列信号的基本参量有脉冲幅由于描述一个脉冲序列信号的基本参量有脉冲幅度、

13、脉冲宽度和相邻脉冲的间隔，因此，脉冲模拟调度、脉冲宽度和相邻脉冲的间隔，因此，脉冲模拟调制又可分成为脉冲幅度调制制又可分成为脉冲幅度调制(PAM)、脉冲宽度调制、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲相位调制、脉冲相位调制(PPM)、脉冲频率调制、脉冲频率调制(PFM)。它们分别如图它们分别如图9.29.3所示。所示。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调调制与检波概述调制与检波概述图图9.2 各种脉冲模拟调制波形各种脉冲模拟调制波形 uWtuCuPAMPAM W W C 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.3 各种脉冲模拟调制波形各种脉冲模拟调制波形

14、PWMPPMPFM调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 脉冲数字调制简称脉冲数字调制简称PCM调制。这种调制方式的系调制。这种调制方式的系统框图如图统框图如图9.4所示。由图可见，这种调制方式是将时所示。由图可见，这种调制方式是将时间上和取值上都是连续的模拟信号经过采样变成时间间上和取值上都是连续的模拟信号经过采样变成时间上离散的信号；再通过量化变成取值上离散的数字信上离散的信号；再通过量化变成取值上离散的数字信号。对这种数字信号进行编码处理就变成脉冲数字调号。对这种数字信号进行编码处理就变成脉冲数字调制信号，把这种脉冲数字序列信号简称为制信号，把这种脉冲数

15、字序列信号简称为PCM信号。信号。通过信道传输，在接收端通过解码和重现滤波器，恢通过信道传输，在接收端通过解码和重现滤波器，恢复形成原来的模拟调制信号。复形成原来的模拟调制信号。调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.4 脉冲数字调制系统框图脉冲数字调制系统框图采样量化编码信道解码滤波同步定时W(t)s(t)Ts发射接收o(t)调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 脉冲调制信号的传输方式有两种。一种是直接将脉冲调制信号的传输方式有两种。一种是直接将脉冲调制信号送入信道进行传输，这种方式叫基带传脉冲调制信号送入信道进行传

16、输，这种方式叫基带传输。这种传输方式适用于短距离通信。另一种是载波输。这种传输方式适用于短距离通信。另一种是载波传输。载波传输是两次调制方式。传输。载波传输是两次调制方式。 调制与检波概述调制与检波概述第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.2 调幅波的性质调幅波的性质 调幅就是使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。调幅就是使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。图图9.2.1就是当调制信号为正弦波形时，调幅波的形成就是当调制信号为正弦波形时，调幅波的形成过程。过程。调幅波式载波振幅按照调制信号的大小成线性变化的高调幅波式载波振幅按照调制信号的大小成线性变化的高频振荡，其载波频率维持

17、不变。频振荡，其载波频率维持不变。无失真调幅时，已调波的包络线波形应当与调制信号的无失真调幅时，已调波的包络线波形应当与调制信号的波形完全相似。波形完全相似。 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调正弦波调幅波的形成过程：正弦波调幅波的形成过程：调幅波的性质调幅波的性质(a)WttVW W W WW Wcos (b)tCtV00 cos (c)t)(t01VmVa)(max )cos1 (0tmVaW W 包包络络01VmVa)(min AttmVa00cos)cos1 ( W W 已已调调波波0Vma第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调非正弦波调制波形：非正弦波调制波形：调幅波

18、的性质调幅波的性质调调制制信信号号(a)Wt(b)0VmaxVminV已已调调波波形形第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱为了便于分析，首先假设调制信号是简谐振荡，其表示为了便于分析，首先假设调制信号是简谐振荡，其表示式为：式为：如果用它对载波如果用它对载波 进行调幅，那么在理想的情进行调幅，那么在理想的情况下，已调波的振幅为况下，已调波的振幅为调幅波的性质调幅波的性质tVW W W WW Wcos tV00cos tVkVtVaW WW Wcos)(0 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调因此，已调波表示为：因此，已

19、调波表示为：其中其中根据图也可以得到根据图也可以得到调幅波的性质调幅波的性质ttmVttVkVttVtaa00000cos)cos1 (cos)cos(cos)()( W W W W W W 调调幅幅度度称称为为调调制制指指数数，也也称称作作0VVkmaaW W 0min000max0minmax)(21VVVVVVVVVma 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调ma的数值范围可自的数值范围可自0（未调幅）至（未调幅）至1（百分百调幅），它（百分百调幅），它的值绝对不应超过的值绝对不应超过1。如果如果ma1，将得到包络严重失真的已调波形。，将得到包络严重失真的已调波形。调幅波的性质调幅

20、波的性质t0V)1 (0amV 未未调调波波已已调调波波过过量量调调幅幅的的波波形形第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调由图可知，包络波形有一段时间振幅为零，这时的已调由图可知，包络波形有一段时间振幅为零，这时的已调波的包络产生严重的失真。这种情形叫波的包络产生严重的失真。这种情形叫过量调幅过量调幅。这样的已调波经过检波后，不能恢复原来调制信号的波这样的已调波经过检波后，不能恢复原来调制信号的波形，而且它所占据的频带较宽，将会对其他电台产生形，而且它所占据的频带较宽，将会对其他电台产生干扰。干扰。过量调幅过量调幅必须尽量避免。必须尽量避免。调幅波的性质调幅波的性质第第9 9章章 振幅调

21、制及解调振幅调制及解调根据调幅波方程，展开得，根据调幅波方程，展开得，此式说明：调幅波是由三个不同频率的正弦波组成，其此式说明：调幅波是由三个不同频率的正弦波组成，其中第一项为未调制的载波；第二项的频率等于载波频中第一项为未调制的载波；第二项的频率等于载波频率与调制频率之和，叫率与调制频率之和，叫上边频上边频；第三项的频率等于载；第三项的频率等于载波频率与调制频率之差，叫波频率与调制频率之差，叫下边频下边频。调幅波的性质调幅波的性质tVmtVmtVttVmtVttmVtaaaa)cos(21)cos(21coscoscoscoscos)cos1 ()(000000000000W W W W W

22、 W W W 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调调制后的组合频率中，后两个频率显然是由于调制产生调制后的组合频率中，后两个频率显然是由于调制产生的新频率。的新频率。对于对于ma的最大值只能等于的最大值只能等于1，因此边频振幅的最大值不能因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。超过载波振幅的二分之一。以上为单音频信号对载波进行以上为单音频信号对载波进行调幅的简单形式。调幅的简单形式。调幅波的性质调幅波的性质0 W W 0 相相对对振振幅幅载波载波下下边边带带上上边边带带W W 0 12amO第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调当调制信号是包含多个频率的复杂信号时，调幅波

23、中的当调制信号是包含多个频率的复杂信号时，调幅波中的上边频和下边频就不再是一个，而是组成了所谓的上上边频和下边频就不再是一个，而是组成了所谓的上边带和下边带。边带和下边带。设调制信号为：设调制信号为：因此调幅波方程为因此调幅波方程为调幅波的性质调幅波的性质 W W W W W W W WtVtVtVtmmm332211coscoscos)( 0332211000cos)coscoscos1 ()(cos)cos1 ()( W W W W W W W W tmtmtmVtttmVta)()(W WW Wgt 的的频频谱谱为为 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调将调幅波方程展开后：将调幅

24、波方程展开后：调幅波的性质调幅波的性质 tVmtVmtVmtVmtVmtVmtVttmtmtmVt)cos(2)cos(2)cos(2)cos(2)cos(2)cos(2coscos)coscoscos1 ()(3003300320022002100110010003322110W WW WW WW WW WW WW WW WW W 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调由于每个单频谱线都对称分布在载波的两边，因此有各由于每个单频谱线都对称分布在载波的两边，因此有各单频谱组成的单频谱组成的g(W W)对称分布在载波的两边，可分别表对称分布在载波的两边，可分别表示为示为所以，调幅过程实际上

25、是一种频率搬移过程。经过调制所以，调幅过程实际上是一种频率搬移过程。经过调制后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带与下边带。与下边带。调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的2倍倍。调幅波的性质调幅波的性质)(21)(2100W W W W gg与与第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调例如，假设最高调制频率为例如，假设最高调制频率为5000Hz，则调幅波的带宽即，则调幅波的带宽即为为10000Hz。为了避免电台之间互相干扰，对不同频。为了避免电台之间互相干扰，对不同频段与不同用途的电台所占

26、频带宽度都有严格的规定。段与不同用途的电台所占频带宽度都有严格的规定。例如，过去广播电台允许占用的频带宽度为例如，过去广播电台允许占用的频带宽度为10kHz。自。自1978年年11月月23日起，我国广播电台所允许占用的带宽日起，我国广播电台所允许占用的带宽改为改为9kHz，亦即最高调制频率限制在，亦即最高调制频率限制在4500Hz以内。以内。调幅波的性质调幅波的性质第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调为什么广播电台允许占用频带宽度为为什么广播电台允许占用频带宽度为10kHz：如语音信号的频率主要集中在如语音信号的频率主要集中在3003400Hz范围，所以广范围，所以广播电台播送这样的语

27、音信号，已调波的带宽等于播电台播送这样的语音信号，已调波的带宽等于6800Hz，相邻两个电台载波频率的间隔必须大于，相邻两个电台载波频率的间隔必须大于6800Hz，通常取为，通常取为10kHz。调幅波的性质调幅波的性质第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.2.5所示为非正弦调幅波的频谱所示为非正弦调幅波的频谱对于非正弦调制，调幅峰值与谷值对于载波值可能是不对于非正弦调制，调幅峰值与谷值对于载波值可能是不对称的。对称的。调幅波的性质调幅波的性质1W W5W W)(W Wg)(210W W g)(210W W g0 50W W 10W W 10W W 50W W 下下边边带带上上边边

28、带带调调制制信信号号频频谱谱幅幅振振对对相相波波载载 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调对应调幅峰值与谷值的调幅度定义为：对应调幅峰值与谷值的调幅度定义为：例例9.2.1设调制信号设调制信号 W W(t)为下图所示的矩形脉冲串，脉冲为下图所示的矩形脉冲串，脉冲宽度为宽度为 ，周期为，周期为T。试求由它产生的调幅波频谱。试求由它产生的调幅波频谱。调幅波的性质调幅波的性质00maxVVVm 上上峰峰值值调调幅幅度度0min0VVVm 下下谷谷值值调调幅幅度度第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调矩形脉冲调制信号波形及频谱波形矩形脉冲调制信号波形及频谱波形解解首先求出矩形脉冲的频谱。

29、首先求出矩形脉冲的频谱。适当选取时间坐标原点，使傅立叶级数只包含余弦项，适当选取时间坐标原点，使傅立叶级数只包含余弦项，调幅波的性质调幅波的性质 TW WV)(tW W O时时间间OT1 1频频率率第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调则傅立叶级数的系数为：则傅立叶级数的系数为：由于矩形脉冲值在由于矩形脉冲值在 的区间内为零，因此的区间内为零，因此分子和分母同时乘分子和分母同时乘 ，则系数表示为：则系数表示为：调幅波的性质调幅波的性质 W W W W20222cos42cos2TTTndttTnVTdttTnVTA 22Tt W WW W TnTnTVdttTnVTAn sin22cos

30、420TnTnTVAn sin2W W 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调因此矩形脉冲可展开成如下的无穷级数：因此矩形脉冲可展开成如下的无穷级数：其中，其中， 。由此可见，各谐波分量振幅是辛格。由此可见，各谐波分量振幅是辛格函数的形式，即函数的形式，即(sinx)/x形式。形式。用用 W W(t)对载波对载波 =V0cos 0t进行振幅调制，所产生的已调波进行振幅调制，所产生的已调波包括包括 0、 0 W W、 0 2W W 等频率分量，它们的相对等频率分量，它们的相对振幅分别与振幅分别与 成正比。成正比。调幅波的性质调幅波的性质 W W W W W WW WtTTtTTTVt2co

31、s/2)/2sin(cos/)/sin(212)( FT 22 W W TTTT/2)/2sin(/)/sin(21 、第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调因此已调波的频谱如图因此已调波的频谱如图9.2.7所示。所示。调幅波的性质调幅波的性质O 时间时间已已调调波波0 频频率率 20 20 脉脉冲冲调调幅幅波波的的波波形形)(a脉脉冲冲调调幅幅波波的的频频谱谱)(b第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调频谱分量出现零点的条件为：频谱分量出现零点的条件为：因此出现第一个零点的条件是：因此出现第一个零点的条件是：由脉冲调幅波频谱可知，从理论上来说，脉冲调幅波频由脉冲调幅波频谱可知，从

32、理论上来说，脉冲调幅波频宽为无限大。宽为无限大。调幅波的性质调幅波的性质0/)/sin(2 W WTnTnTVAn TnTn 或或者者第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调实际上，由于高次边频分量迅速下降，一般只考虑第一实际上，由于高次边频分量迅速下降，一般只考虑第一次零点之前的各分量就够了。次零点之前的各分量就够了。其中每一频率分量的间隔为其中每一频率分量的间隔为1/T。如此脉冲调幅波频宽度可以近似写为：如此脉冲调幅波频宽度可以近似写为：可见，脉宽可见，脉宽 越小，则所占频带越宽。越小，则所占频带越宽。调幅波的性质调幅波的性质 21212TTTnBW第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调

33、制及解调调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系普通调幅波中各个频率成分所占有的能量大小可根据帕普通调幅波中各个频率成分所占有的能量大小可根据帕塞瓦尔公式求得。已调波在电阻塞瓦尔公式求得。已调波在电阻R上消耗的平均输出总上消耗的平均输出总功率应当等于各个频率成分所消耗的平均功率之和，功率应当等于各个频率成分所消耗的平均功率之和，即等于载波功率即等于载波功率P0T 和边频功率和边频功率 之和。之和。载波功率载波功率调幅波的性质调幅波的性质)(0W W PRVPT20021第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调上下边频的功率：上下边频的功率：于是，一个周期内调幅波的平均输出总功率为：于是，一个周

34、期内调幅波的平均输出总功率为：调幅波的性质调幅波的性质TaaPmRVmP0220)(412120W W TaaPmRVmP0220)(412120W W 2141412002020)()(000aTTaTaTTomPPmPmPPPPPW WW W 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调对于单周期内调幅波，在未调幅时，对于单周期内调幅波，在未调幅时，在在100%调幅时，调幅时，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，它所的增大而增加，它所增加的部分是两个边频所产生的功率增加的部分是两个边频所产生的功率 。由于信号包含在边频带内，因此在调幅制中应尽可能提由

35、于信号包含在边频带内，因此在调幅制中应尽可能提高高ma 的值，以增强边带功率，提高传输信号的能力。的值，以增强边带功率，提高传输信号的能力。调幅波的性质调幅波的性质TaPPm000，TaPPm005 .11，TaPm02)2/(第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调在实际传送语言或者音乐时，平均调幅度往往是很小的。在实际传送语言或者音乐时，平均调幅度往往是很小的。假如声音最强时，能使假如声音最强时，能使ma 达到达到100%，那么声音最弱时，那么声音最弱时， ma 就可能比就可能比10%还要小。还要小。因此，平均调幅度大约只有因此，平均调幅度大约只有2030%。这样，发射机的实。这样，发

36、射机的实际有用信号功率很小，因而整机效率很低。际有用信号功率很小，因而整机效率很低。这可以说是调幅制本身固有的缺点。这可以说是调幅制本身固有的缺点。调幅波的性质调幅波的性质第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调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。率的绝大部分。例如，当例如，当 ； 当当 。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率是没有用的。从信息传递的观点来看，这一部分载波功率是没有用的。为了传递信息，只要有一个包含信号的边带就够了。为了传递信息，只要有一个包含信号的边带就够了。这样可以把载波功率和另一个边带的功率都

37、节省下来，这样可以把载波功率和另一个边带的功率都节省下来，同时还能节省同时还能节省50%的频带功率。的频带功率。调幅波的性质调幅波的性质oTaPPm)3/2(%1000，时时oTaPPm)9/8(%500，时时第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.3 非线性调幅方法非线性调幅方法 平方律调幅平方律调幅 工作原理：工作原理：要进行调制，必须利用电子器件的要进行调制，必须利用电子器件的非线性特性非线性特性。非线性器件非线性器件半导体器件、模拟集成电路与电子管半导体器件、模拟集成电路与电子管图图9.3.1表示非线性调制的方框图。表示非线性调制的方框图。非线性器件带通滤波器+W W 1 o

38、)(t 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调将调制信号将调制信号 W W 与载波与载波 相加后，同时加入非线性器件，相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为然后通过中心频率为 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 W W中的调幅波成分中的调幅波成分 (t)。把。把图图9.3.1表示二极管器件。表示二极管器件。非线性调幅方法非线性调幅方法 带通滤波器+W W 1 o )(t 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调二极管的输出特性可以表示为：二极管的输出特性可以表示为：输入电压为输入电压为将输入电压代入二极管输出特性方程，得到将输入电压代入二极管输出特性方程，得到

39、非线性调幅方法非线性调幅方法 2210iioaaa tVtViW WW WW Wcoscos00 （调调制制信信号号）（载载波波）tVatVattVVatVtVaVVatVtVatVtVaaoW WW WW WW WW WW WW WW WW WW WW W2cos212cos21coscos2)coscos()(21)coscos()coscos(220202002001202020020010 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调其中，各项的物理意义为：其中，各项的物理意义为：非线性调幅方法非线性调幅方法 调调制制信信号号二二次次谐谐波波载载频频二二次次谐谐波波上上、下下边边频频调

40、调制制信信号号载载波波频频率率直直流流项项 tVatVattVVatVatVaVVaW WW WW WW WW WW WW W2cos212cos21coscos2coscos)(2122020200210012020 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调其中产生调幅作用的其中产生调幅作用的 项，故称为平方律调幅。项，故称为平方律调幅。滤波后输出电压为：滤波后输出电压为：于是，平方律调幅的调幅度为：于是，平方律调幅的调幅度为：非线性调幅方法非线性调幅方法 22ia ttVaaVattVVatVao01201002001coscos21coscos2cos W WW WW WW WW W

41、Vaama122注意调幅注意调幅度的求解度的求解过程过程第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调例题例题 计算调幅度的方法。已知一已调波的电压表达式计算调幅度的方法。已知一已调波的电压表达式为为计算该调制信号的调幅度。计算该调制信号的调幅度。解解根据调幅定义根据调幅定义非线性调幅方法非线性调幅方法 tttto 1800cos2200cos2000cos8)(tVmtVmtVttVmtVttmVtaaaao)cos(21)cos(21coscoscoscoscos)cos1 ()(000000000000W WW WW WW W tttto 1800cos2200cos2000cos8)(第

42、第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调对比给定的已调波电压表达式，得：对比给定的已调波电压表达式，得：因此，得：因此，得：关键关键要记住调幅的表达式以及其展开式。要记住调幅的表达式以及其展开式。非线性调幅方法非线性调幅方法 25. 0418220Vma 2002000220022000W W80V1210Vma 22000W W 20000第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调平方律调幅总结平方律调幅总结：1）ma 的大小由调制信号电压振幅的大小由调制信号电压振幅VW W 及调制器的特性曲及调制器的特性曲线所决定，亦即由线所决定，亦即由a1、a2 所决定。所决定。2）通常）通常a2

43、b时，四个二极管导通，使输出电压时，四个二极管导通，使输出电压 (t)=0；当当 aPcav的晶体管。的晶体管。最大点（调幅峰）的功率与效率为：最大点（调幅峰）的功率与效率为：高电平调幅高电平调幅WmPPaT80420)1(2maxWmPPaoTo60415)1(2maxWmPPacTc2045)1(2maxTavocPP %758060maxmaxmax第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调基极调幅基极调幅：所谓基极（栅极）调幅，就是用调制信号电压来改变高所谓基极（栅极）调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极（栅极）偏压，以实现调幅。频功率放大器的基极（栅极）偏压，以实现调

44、幅。高电平调幅高电平调幅tVbm0cos CCVBBVLC tVW WW Wcos输输出出调调幅幅波波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调低频调制信号电压低频调制信号电压VW WcosW Wt与直流偏压与直流偏压VBB相串联，放大相串联，放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随调制信号波器的有效偏压等于这两个电压之和，它随调制信号波形而变化，即形而变化，即VB(t)= VBB + VW WcosW Wt 。因为因为VB(t)随调制信号随调制信号VW WcosW Wt变化，如果要求放大器的输变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号，则应使输出电压随出电压也随调制信号，则应使输出电压随V

45、B(t)变化。变化。根据第六章图根据第六章图6.3.9可知，可知，在欠压状态下在欠压状态下，集电极电流的，集电极电流的基波分量基波分量Icm1随基极电压呈正比变化。随基极电压呈正比变化。高电平调幅高电平调幅第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调因此集电极回路输出高频电压振幅将随信号的波形而变因此集电极回路输出高频电压振幅将随信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。化，于是得到调幅波输出。由此可知，为了获得有效的由此可知，为了获得有效的调幅，基极调幅电路必须总调幅，基极调幅电路必须总是工作于欠压状态。是工作于欠压状态。基极调幅优点：需要的调制功率小，对整机小型化有利。基极调幅优点：需要的调制

46、功率小，对整机小型化有利。基极调幅缺点：基极调幅的平均功率不高。基极调幅缺点：基极调幅的平均功率不高。注意：注意：高电平调幅高电平调幅电路只能用来产生普通调制信号电路只能用来产生普通调制信号。高电平调幅高电平调幅第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调9.6 包络检波与同步检波包络检波与同步检波解调是从解调是从已调波已调波中提取出中提取出调制信号调制信号的过程，是调制的逆的过程，是调制的逆过程。解调又叫检波。振幅调制的解调叫振幅检波。过程。解调又叫检波。振幅调制的解调叫振幅检波。振幅检波像振幅调制一样也是频谱搬移过程，它是把位振幅检波像振幅调制一样也是频谱搬移过程，它是把位于载频于载频 f

47、0 位置的调制信号频谱搬回到零频位置的过程。位置的调制信号频谱搬回到零频位置的过程。调幅波的解调（检波）方法有调幅波的解调（检波）方法有包络检波包络检波、同步检波同步检波等。等。第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.9.0中振幅检波器输入信号中振幅检波器输入信号 s为一个单一频率调制的为一个单一频率调制的AM调幅波，它的时域和频域的波形如图调幅波，它的时域和频域的波形如图9.9.0(a)所示。所示。检波器的输出电压检波器的输出电压 o是直流和频率为是直流和频率为F的低频信号，它的低频信号，它的时域和频域的波形如图的时域和频域的波形如图9.9.0(b)所示。所示。包络检波与同步检波

48、包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调 图图9.9.0 振幅检波振幅检波(a)AM调幅波及其频谱；调幅波及其频谱；(b)检波输出波形及其频谱检波输出波形及其频谱振幅检波器o0tkdVm0(直流)kdmaVm0 cosWt(调制信号)o kdVm0(1 ma cosWt )s0tW0s Vm0(1 ma cosWt)cos0t0Vo( )kdVm0kdmaVm0W(b)包络检波与同步检波包络检波与同步检波0Vs( )Vm0maVm002maVm020W0W(a)第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调包络检波工作原理包络检波工作原理：要从要从AM调幅波中提取振幅变化的

49、信息，可以首先将调幅波中提取振幅变化的信息，可以首先将AM调幅波变成单极性信号，之后再从单极性信号中取出调幅波变成单极性信号，之后再从单极性信号中取出它的平均值或峰值。它的平均值或峰值。例如已调波信号为：例如已调波信号为：包络检波与同步检波包络检波与同步检波ttmVtams00cos)cos1()( W W 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调把把 s(t) 乘以单向开关函数乘以单向开关函数 S1(t) 得到的就是单极性信号得到的就是单极性信号包络检波与同步检波包络检波与同步检波 ttVttVttmVtmVttmVttttmVtStmmamamamams000000000000014c

50、os)cos1(32cos)cos1(32cos)cos1()cos1(cos)cos1(23cos32cos221cos)cos1()()( W W W W W W W W W W W W LPFsoMS1(t)第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调图图9.9.1 平均包络检波器框图与各点信号波形平均包络检波器框图与各点信号波形000(b)40200W低通滤波器幅频特性低通滤波器幅频特性VM( )S1()Vs( )0W0W003050(a)s0S1(t)10MtttW00包络检波与同步检波包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调另外一种包络检波方法另外一种包络检波

51、方法是将单极性信号通过电阻和电容是将单极性信号通过电阻和电容组成的惰性网络，取出单极性信号的峰值信息，这种组成的惰性网络，取出单极性信号的峰值信息，这种包络检波器叫峰值包络检波器。最常用的是二极管峰包络检波器叫峰值包络检波器。最常用的是二极管峰值包络检波器，如图值包络检波器，如图9.9.2(a)所示。所示。包络检波与同步检波包络检波与同步检波c RDDiC电电充充电电放放二二极极管管峰峰值值包包络络检检波波器器图图)(2.9.9a第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调电路中，电路中，R为负载电阻，其数值较大；为负载电阻，其数值较大；C为负载电容，它为负载电容，它的数值应选取得在高频时，其

52、阻抗远小于的数值应选取得在高频时，其阻抗远小于R，可视为短，可视为短路；而在调制频率（低频）时，其阻抗远大于路；而在调制频率（低频）时，其阻抗远大于R，可视，可视为开路。为开路。此时输入的高频信号电压此时输入的高频信号电压 i较大较大。由于负载电容由于负载电容C的高频阻抗很小，因此高频电压大部分加的高频阻抗很小，因此高频电压大部分加到二极管到二极管D上。上。包络检波与同步检波包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调0to(b)i0充放电波形充放电波形t0W图图9.9.2 峰值包络检波器工作原理峰值包络检波器工作原理包络检波与同步检波包络检波与同步检波1t2t第第9 9章章

53、 振幅调制及解调振幅调制及解调图中输入信号图中输入信号 i为为AM调幅波，调幅波，RC并联网络两端的电压为并联网络两端的电压为输出电压输出电压 c，二极管二极管VD两端电压两端电压 d= i c。当。当 d0时，时，二极管导通，信源二极管导通，信源 s通过二极管对电容通过二极管对电容C充电，充电的充电，充电的时间常数时间常数约等于约等于RdC。由于二极管导通电阻。由于二极管导通电阻Rd很小，因很小，因此电容上的电压迅速达到信源电压此电容上的电压迅速达到信源电压 i的幅值。当的幅值。当 d0时，二极管又导通，电容又被充电时，二极管又导通，电容又被充电到到 s的幅值；当再次现出的幅值；当再次现出

54、d0时，二极管再截止，电容时，二极管再截止，电容再通过电阻放电。再通过电阻放电。如此充电、放电反复进行如此充电、放电反复进行，在电容两，在电容两端就可得到一个接近输入信号峰值的低频信号，再经过端就可得到一个接近输入信号峰值的低频信号，再经过滤波平滑，去掉叠加在上面的高频纹波，得到的就是调滤波平滑，去掉叠加在上面的高频纹波，得到的就是调制信号。充放电过程如图制信号。充放电过程如图9.9.2(b)所示。所示。包络检波与同步检波包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调只要适当选择只要适当选择RC和二极管和二极管D，以使充电时间常数，以使充电时间常数RdC足够足够小，小，充电很快

55、充电很快；而放电时间常数；而放电时间常数RC足够大，足够大，放电很慢放电很慢（RdCRd时，时， 0，cos 1，即检波效率，即检波效率Kd接近于接近于1。这是包络检波的主要优点。这是包络检波的主要优点。包络检波与同步检波包络检波与同步检波0002 t BBV b bmVBZVB CimaxCit c c c c cmI cosCi折线法二极管电路输出状态折线法二极管电路输出状态第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调证明证明Kd cos 由由折线法二极管电路输出状态图可得到：折线法二极管电路输出状态图可得到：包络检波与同步检波包络检波与同步检波imaBZimaBZbmBBBZVmVVVV

56、mVVVVVW WW WW W )(cos第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调2.等效输入电阻等效输入电阻Rid检波器的输入阻抗检波器的输入阻抗Zin=Rin+jXin。由于检波器前级是中频。由于检波器前级是中频放大器放大器(如图如图9.9.3所示所示)，检波器输入阻抗就是中频放大，检波器输入阻抗就是中频放大器的负载，其大小直接影响中频放大器的性能。检波器的负载，其大小直接影响中频放大器的性能。检波器输入阻抗越大，检波器对中频放大器的影响越小。器输入阻抗越大，检波器对中频放大器的影响越小。包络检波与同步检波包络检波与同步检波中频放大器iZin振幅检波器o中频调谐回路fsfiW 图图9.

57、9.3 检波器与中频放大器的级联检波器与中频放大器的级联 第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调检波器输入阻抗中的电抗分量可以归入中频放大器的中检波器输入阻抗中的电抗分量可以归入中频放大器的中频谐振回路，作为回路的一部分考虑；输入电阻分量频谐振回路，作为回路的一部分考虑；输入电阻分量直接影响中频谐振回路的质量因数和放大器负载的轻直接影响中频谐振回路的质量因数和放大器负载的轻重。输入电阻越大，谐振回路质量因数越大，带宽越重。输入电阻越大，谐振回路质量因数越大，带宽越窄，放大器负载越轻；输入电阻越小，谐振回路质量窄，放大器负载越轻；输入电阻越小，谐振回路质量因数越小，带宽越宽，放大器的负载越

58、重。因数越小，带宽越宽，放大器的负载越重。包络检波与同步检波包络检波与同步检波第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调检波器的输入电阻检波器的输入电阻Rid等于输入高频电压振幅等于输入高频电压振幅Vim与二极管与二极管高频电流高频电流id中的基波分量幅度中的基波分量幅度Iim之比，即之比，即由于二极管电流由于二极管电流id只在高频信号电压为正峰值的一小段时只在高频信号电压为正峰值的一小段时间通过，电流通角间通过，电流通角 很小，因此它的基频电流振幅为：很小，因此它的基频电流振幅为：式中式中I0为平均直流电流。为平均直流电流。包络检波与同步检波包络检波与同步检波imimidIVR 02)(1

59、)(cos1ItdittdiIddim第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调另一方面，负载另一方面，负载R两端的平均电压为两端的平均电压为KdVim，因此平均电，因此平均电流：流：因此，得等效输入电阻为：因此，得等效输入电阻为：由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q降低，降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。包络检波与同步检波包络检波与同步检波RVKIimd0)1(222ddimdimimimidKRKRRVKVIVR通通常常第第9 9章章 振幅调制及解调振幅调制及解调3.检波失真

60、检波失真是指检波器输出电压与输入调幅波的调制信号相似程度。是指检波器输出电压与输入调幅波的调制信号相似程度。检波失真包括检波失真包括线性失真线性失真和和非线性失真非线性失真。线性失真又叫。线性失真又叫频率失真，它是由于检波器带宽不够或带内增益的起频率失真，它是由于检波器带宽不够或带内增益的起伏而引起的失真。这种失真会使调制信号中各频率分伏而引起的失真。这种失真会使调制信号中各频率分量的比例关系发生变化。非线性失真是由于检波特性量的比例关系发生变化。非线性失真是由于检波特性的非线性而引起的失真，这种失真会产生调制信号的的非线性而引起的失真，这种失真会产生调制信号的谐波分量和各调制频率间的组合频率