合工大高频课件5.3振幅调制电路

1、EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路5.3 振幅调制电路振幅调制电路在在低功率电平时低功率电平时进行调制，因此它产进行调制，因此它产生小功率的调幅波，然后通过高频功生小功率的调幅波，然后通过高频功率放大器放大，得到所要求功率的调率放大器放大，得到所要求功率的调幅波，一般用于发射机的前级。幅波，一般用于发射机的前级。按输出信号功率的高低分：按输出信号功率的高低分：高电平调幅电路：高电平调幅电路：低电平调幅电路：低电平调幅电路：优点：优点：整机效率高。整机效率高。设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是设计时输出功率和效率不是主要指标。

2、重点是提高调制的提高调制的线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。在在所需的功率电平上所需的功率电平上进行调制，调制与进行调制，调制与功放合一，一般用于发射机的末级。功放合一，一般用于发射机的末级。一般只能产生一般只能产生AM。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路5.3.1 低电平调幅电路低电平调幅电路主要电路：主要电路：主要用途：主要用途：可产生可产生AM、 DSB 、 SSB二极管调幅电路二

3、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 单二极管开关状态调幅电路单二极管开关状态调幅电路 二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路 二极管环型调幅电路二极管环型调幅电路 EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路+- -udidid一、单二极管开关状态调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 (1)(1)什么是开关状态什么是开关状态 当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受大振幅电二极管的导通和

4、截止将完全受大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。(2)(2)调幅原理调幅原理+- -udEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路.5cos523cos32cos221)( ttttKcccc uc)( tKc 0001)(cccuutK 设开关函数为设开关函数为dcLddutKRri)(1 0001)(cccuutK 开关函数开关函数.5cos523cos32cos221)( ttttKcccc )(tKc 为周期性的函数，可用傅立叶级数展开为周期性的函数，可用傅立叶级数展

5、开 1)( tKtKcc引入引入开关函数开关函数表示二极管的开关作用表示二极管的开关作用EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路)coscos(.3cos32cos2211tUtUttRrccmmccLd 可可见见流流过过二二极极管管的的电电流流di中中的的频频率率成成分分有有：,) 12,.(5 ,3 ,) 1 (ccccndcLddutKRri)(1 ccccn2,.4 ,2,)2(直流分量， c 2c c c c 3 c 3B=2经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出cc,可得到可得到AM信号信号EXITEXIT 通信电子线路通信电

6、子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路+D1、D2都是在都是在 的正半周导通，的正半周导通，负半周截止，故其开关函数都是负半周截止，故其开关函数都是二、二极管平衡调幅电路二、二极管平衡调幅电路)(tKc cu)()()(211tututKRriccLd mcmccmcmUUtUtutUtu 且且 cos)(cos)( )()()()(21tutuututuucdcdLLLLRiuRiu22112;2 ud1)(22121iiRuuuLLLL ud2i1i2+uL1_uLuL2+1:11:22:1)()()(212tututKRriccLd EXITEXIT 通信电子线路

7、通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路二、二极管平衡电路二、二极管平衡电路)(22121iiRuuuLLLL cu)()(2221tutKRriiicLd 1:11:22:1LiR2 .5cos523cos32cos221cos22 ttttURrcccmLd c+c-3c+3c-能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出 c i1i2iEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路D1D32C2LRLT2D4D2T3T1 在平衡电路的基础上，再增加两个二在平衡电路的

8、基础上，再增加两个二极管极管D3,D4。电路中四个二极管首尾相接。电路中四个二极管首尾相接。1. 电路结构电路结构3241DDDD构成环形构成环形 mcmccmcmcoscosUUtUutUu且且 设：设：三、二极管环形调幅电路三、二极管环形调幅电路IIDDDDuc组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通, 02143 则有则有 IDDDDuc组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通, 04321 D1D2D3D4D1D3C2LRLT2D4D2T3T1+ - -uc+ - -uc+uL- -u+- -u+- -u+- -IIIEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5

9、.3 振幅调制电路振幅调制电路2. 工作原理分析工作原理分析)(tKc )( tKc)()()(21),()()(2121tututKRritututKRriccLddccLdd D3、D4的开关函数是的开关函数是D1、D2的开关函数是的开关函数是)()(24tutKRrRcLdL )()()(21),()()(2143tututKRritututKRriccLddccLdd )()(24tutKRrRcLdL )(221211ddLLLLiiRuuu )(243432ddLLLLiiRuuu EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路2

10、. 工作原理分析工作原理分析 )()()(24tutKtKRrRccLdL 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上产生的电压为：上产生的电压为：21LLLuuu tUttRrRmccLdL cos.3cos34cos424 3c- 3+c- +能实现能实现DSB调幅信号的调幅。调幅信号的调幅。 经带通滤波后可取出经带通滤波后可取出 c IIIEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路四四 、模拟乘法器调幅电路、模拟乘法器调幅电路( (一一) )模拟乘法器的传输特性模拟乘法器的传输特性)()()(0tut

11、Kutuyx 模拟乘法器具有两个输入端（常称模拟乘法器具有两个输入端（常称X输入和输入和Y输入）和一个输入）和一个输出端，输出端， 是一个三端口网络，电路符号如图所示：是一个三端口网络，电路符号如图所示： 理想的传输特性：理想的传输特性： 式中：式中：k为为增益系数增益系数或标度因子，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 EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路( (二二) )模拟乘法器的振幅调制原理模拟乘法器的振幅调制原理)()()(0tutKutuyx由 tUtu

12、tUtuymycxmxcos)(cos)()1( 当当tUtKUtuymcxmocoscos)(-实现双边带调幅实现双边带调幅 tUVtutUtuymABycxmxcos)(cos)()2( 当当ttmKttVUUKVtUtUVKtucamcABymxmABcxmymABo cos)cos1(cos)cos1(cos)cos()( 且改变且改变V VABAB可改变可改变m ma a -实现普通调幅波调幅实现普通调幅波调幅用于实现调幅的模拟乘法器有国产芯片用于实现调幅的模拟乘法器有国产芯片BG314、XCC，国外芯片国外芯片MC1496（1596）、AD630等。等。EXITEXIT 通信电子线

13、路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路i1i2i3i4i5i6ii( (三三) )模拟乘法器的工作原理模拟乘法器的工作原理i i5 5为为T T1 1 、T T2 2差分放大电路的恒流源差分放大电路的恒流源. .总电路有两个单差分对管电路总电路有两个单差分对管电路T T1 1 T T2 2 T T5 5和和T T3 3 T T4 4 T T6 6组合而成。组合而成。i i6 6为为T T3 3 、T T4 4差分放大电路的恒流源差分放大电路的恒流源. .I Io o为为T T5 5 、T T6 6差分对管差分对管的恒流源的恒流源. .1、双差分对管模拟乘法器的原

14、理电路、双差分对管模拟乘法器的原理电路输入信号输入信号ux加在两个单差分对管的加在两个单差分对管的输入端，输入端，uy加在加在T5和和T6的输入端。的输入端。EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路i1i2i3i4i5i6ii6565,BEBEuKTqsuKTqseIieIi )1()/1(5565650yuKTqeiiiiiiI )1/(05yuKTqeIi )21(20KTquthIy )11:(22 xxeethxthx有有为双曲正切函数为双曲正切函数)21(206KTquthIiy 同理有同理有式中，式中，q为电子电荷；为电子电

15、荷；k为波耳兹曼常数；为波耳兹曼常数；T为绝对温度为绝对温度.2 、T5和和T6组成差分对管的电流电压关系组成差分对管的电流电压关系EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路i1i2i3i4i5i6ii)21(251KTquthiix )21(252KTquthiix )21(263KTquthiix )21(264KTquthiix KTquthIiiKTquthiiiKTquthiiiyoxx222656345213、T1、T2和和T3、T4组成的差分对管的电流电压关系组成的差分对管的电流电压关系EXITEXIT 通信电子线路通信电子

16、线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路当输入为小信号并满足：当输入为小信号并满足：kTqukTquthkTqukTquthmVUmVUyyxxyx22222626yxyxcoouKuuuTKRIqu2224只有当输入信号较小时，具只有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用。有较理想的相乘作用。cIIIoRiiu)( 4、输出电压、输出电压KTquthKTquthRIyxco22cRiiii)()(4231 KTquthRiiRiiiixcc2)()()(653421i1i2i3i4i5i6iiEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调

17、制电路振幅调制电路Io/2Io/2RcRcVccT1T2T3T4T5T6Ry+ux-+uy-Ry取值应远大于晶体管取值应远大于晶体管T5 ,T6 的发射极电阻，即有的发射极电阻，即有65;eyeyrRrR 静态时，静态时，i5=i6=Io/2 ,YyeeYyYRurrRui 65iIiII-uo+iY有有 YoYoiIiiIi2/2/65YyYRuiii2265 KTquthRiiRiiuxccIIIo2)()(65i5i6KTquthuRRxyyc22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。当加入信号当加入信号uy时，流过时，流过Ry的电的电流为：流

18、为： 5、扩大、扩大uy的线性动态范围的措施的线性动态范围的措施 EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路经输出端中心频率为经输出端中心频率为 ，带宽为，带宽为 的带通滤波器，则取的带通滤波器，则取出的为出的为DSB信号。信号。c223212212thttkTqucccqKTUtUutucmccmcx2,cos)(设为为大信号输入大信号输入根据双曲线正切函数的特性，大信号条件下具有开关函数的特性根据双曲线正切函数的特性，大信号条件下具有开关函数的特性.5cos543cos34cos42tttkTquthcccc.5cos543cos34

19、cos4cos22ttttURRkTquthuRRucccmyccycoKTquthuRRuxyyc220tUutumycos)(设EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路MC1596调幅电路R1、R2、R3和和Rc为管为管子提供静态偏压，子提供静态偏压，8端为交流地电位；端为交流地电位；(四）四） 模拟乘法器模拟乘法器MC1596MC1596调幅电路调幅电路T7、T8和和D构成镜像构成镜像电流源。电流源。mARVVIB15007 . 0820扩展扩展u的线性的线性动态范围动态范围载波调零电位器，载波调零电位器，可通过调节可通过调节Rw

20、，使，使 ，相当于在，相当于在1、4脚脚之间加了一个直流电压之间加了一个直流电压Uo，以产生，以产生AM波波 。41UU EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路5.3.2 高电平调幅电路高电平调幅电路主要要求：主要要求：兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好兼顾输出功率大、效率高、调制线性度好用途：用途：产生普通调幅波产生普通调幅波主要电路：主要电路：利用利用丙类谐振功放丙类谐振功放实现实现基极调幅基极调幅集电极调幅集电极调幅调制信号控制基极电源电压，工作于欠压调制信号控制基极电源电压，工作于欠压区，效率较低，适用于小功率发射机。区，效

21、率较低，适用于小功率发射机。 调制信号控制集电极电源电压，调制信号控制集电极电源电压，工作于过压区，效率高。工作于过压区，效率高。 根据调制信号接入方式的不同分为：根据调制信号接入方式的不同分为：EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路一一 、集电极调幅电路、集电极调幅电路1.1.电路构成电路构成 分析时分析时, ,将此电路看成高频功将此电路看成高频功率放大电路率放大电路: : 集电极有效电源电压为：集电极有效电源电压为：)(tuVVCTCC为载波信号为载波信号设设tUtucbmb cos)( tRItUtucpmcccmcoscos)

22、(1则C:高频旁路电容，对高频相当于高频旁路电容，对高频相当于短路，而对调制信号应相当于开短路，而对调制信号应相当于开路，这样高频电流不能通过路，这样高频电流不能通过B3的的次级线圈以及次级线圈以及VcT电源。电源。EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路2.2.调幅原理调幅原理由图可知由图可知, ,在过压区在过压区, , I IC0 C0 、I Ic1mc1m随随V VCCCC变变化而变化，假设化而变化，假设I IC0C0 、I Ic1mc1m与与V VCCCC成线性成线性关系关系: :tUVtuVVmCTCTCC cos)()cos

23、1()cos1(000tmItmVkIaTCaCTc ttmRItRItucapTCcpmccos)cos1 (cos)(11 可见此电路可可见此电路可产生普通调幅波。产生普通调幅波。CCcoVkI0 CCmcVkI11 TcI0TcI1cTV)cos1(tmVaCT )(CTmaVUm )cos1()cos1(111tmItmVkIaTCaCTmc ttmUcaOT cos)cos1( )(10PTcTRIU )cos1 (tVUVCTmCT要得到要得到100调幅，即调幅，即CTmVUEXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路0)( t

24、uTCmCTCCCTCCIIIIVV1100, 3.3.各功率和效率各功率和效率1)在载波状态即未调制时在载波状态即未调制时TcI0TcI1cTV集电极效率：集电极效率：集电极损耗：集电极损耗：载波输出功率载波输出功率: :直流电源输入功率直流电源输入功率: :COTCTCOCCTIVIVPPTcPmcoTRIRIP21212121 oTTcTPPP ToTcTPP EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路时，时，1cos t)1(maxaCTCCmVV 3.3.各功率和效率各功率和效率2）在调制最高点，即）在调制最高点，即TcI0Tc

25、I1cTV集电极效率：集电极效率：集电极损耗：集电极损耗：输出功率输出功率: :有效电源输入功率有效电源输入功率: :2maxmaxmax)1 (aCOTCTCOCCTmIVIVP2212max1max)1(2121aPTcPmcoTmRIRIP maxmaxmaxoTTcTPPP cTToTcTPP maxmaxmax)1 (1max1aTCmCmII)1(0max0aTCCmII 2)1(aTmP 20)1(aTmP 2)1(acTmP EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路)cos1 (),cos1 (),cos1 (1100t

26、mIItmIItmVVaTCmcaTCcaCTCC3 3）在调制信号一周内）在调制信号一周内, ,各平均功率和效率各平均功率和效率: :)(210tdIVPCCCav VCT提供提供的功率的功率 提供的提供的功率功率uP平均直流输入功率平均直流输入功率: :)()cos1()cos1(210tdtmItmVaTCaCT TaTaTPmPmP 2)21(22调制信号提供的功率：调制信号提供的功率：TaPmP 22EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路)(212121tdRIPpmcoav oavavcavPPP cTaTaoTavoav

27、cavmPmPPP )21()21(22:平均输出功率平均输出功率)21()21(212221aoTapTCmPmRI )21(2acTmP 边频功率：边频功率：oTaPmPc22 集电极平均损耗：集电极平均损耗：平均集电极效率：平均集电极效率：由调制信号提供，调制信由调制信号提供，调制信号为功率源。号为功率源。EXITEXIT 通信电子线路通信电子线路合合肥肥工工业业大大学学5.3 振幅调制电路振幅调制电路（1 1）必须工作在）必须工作在过压区过压区。（2）在调制一周内的各平均功率都是载波状态对应功率的）在调制一周内的各平均功率都是载波状态对应功率的 倍。倍。)21(2am （4）调制过程中效率不变。）