CH6-1.2振幅调制信号及解调

1、高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉1第5章 振幅调制、 解调及混频 5.1概述概述5.2 振幅调制振幅调制 一、振幅调制信号分析一、振幅调制信号分析二、振幅调制电路二、振幅调制电路5.3 调幅信号的解调调幅信号的解调高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉2 (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：调制信号：需要

2、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）振幅调制振幅调制解调（检波解调（检波)混频（变频）混频（变频）属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 (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。51概述概述休息1休息2高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉3 调调相相的的逆逆过过程程鉴鉴相相调调频频的的逆逆过过程程鉴鉴频频振振幅幅调调制制的的逆逆过过程程振

3、振幅幅检检波波(7)振幅调制分三种方式：振幅调制分三种方式： )()()(SSBDSBAM单单过过带带调调制制抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调幅幅普普通通调调幅幅 （5）相位调制：）相位调制：调制信号控制载波相位调制信号控制载波相位，使，使已调波的相位随调已调波的相位随调 制信号线变化。制信号线变化。 （ 6）解调方式：）解调方式：（4）频率调制：）频率调制：调制信号控制载波频率调制信号控制载波频率，使，使已调波的频率随调制已调波的频率随调制 信号线性变化。信号线性变化。（3）振幅调制：由）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅幅 随调

4、制信号线性变化。随调制信号线性变化。休息1休息2高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉4一：振幅调制信号的分析一：振幅调制信号的分析1：振幅调制的基本概念：振幅调制的基本概念(1)定义定义(2)应用应用(3)特性特性2、AM调制调制(1)数学表达式数学表达式(2)波形与频谱波形与频谱(3)功率关系功率关系(4)实现模型实现模型(5)优点优点3、DSB调制调制(1)数学表达式数学表达式(2)波形与频谱波形与频谱(3)功率关系功率关系(4)实现模型实现模型(5)优点优点4、SSB调制调制(1)数学表达式数学表达式(2)波形与频谱波形与频谱(3)功率关系功率关系(4)实现模型

5、实现模型(5)优点优点高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉51：振幅调制的基本概念：振幅调制的基本概念 定义：让要传送的定义：让要传送的低频信号低频信号去控制去控制高频载波高频载波信号的信号的振幅振幅，使之按调制信号的规律变化而变化的过程。，使之按调制信号的规律变化而变化的过程。设调制电压为：载波电压信号为：则已调波信号为：ttUtuccmcos)()(tUtuccmccos)( tUtumcos)(满足c。振幅受调制信号控制高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉6定义：已调信号的振幅随调制信号定义：已调信号的振幅随调制信号u线性变化线性变化时

6、的调制，称时的调制，称为普通调幅，记为为普通调幅，记为AM调制。调制。2、AM调制ttUtuccmcos)()(tUtuccmccos)( tUtumcos)(1) AM波的数学表达式波的数学表达式)()(0tuKUtUaccm已调波的振幅中调制信号的线性函数。ttmUttUUKUtucacccmacAMcos)cos1 (cos)cos1 ()(0000cmaaUUKm调幅指数调幅系数高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉7上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进上面的分析是在单一正弦信号作为调制信号的情况下进行的，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，例行的

7、，而一般传送的信号并非为单一频率的信号，例如是一连续频谱信号如是一连续频谱信号f(tf(t) )，这时，可用下式来描述调，这时，可用下式来描述调幅波幅波: :( )1( )cosAMCcutUmf tt 上式中，上式中，f f（t t）是均值为零的归一化调制信号，）是均值为零的归一化调制信号， | |f f（t t）| |maxmax=1=1。若将调制信号分解为。若将调制信号分解为11( )cos()( )1cos()cosnnnnAMCnnncnf tUtutUUtt则调幅波表示式为高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉8 (2) AM调幅波的波形频谱与带宽ut0(a

8、 )(b )(c )(d )(e )uCttttm 1uAM(t )UcmUc000uAM(t )m 1m 1uAM(t )0调制信号调制信号载波信号载波信号AM波信号，且波信号，且ma1图61 AM调制过程中的信号波形高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉9AM频谱与带宽因调幅波不是一个简单因调幅波不是一个简单的正弦波形。在单一频的正弦波形。在单一频率的正弦信号的调制情率的正弦信号的调制情况下，调幅波如式用三况下，调幅波如式用三角公式展开角公式展开( )coscos()cos()22AMCcCcCcmmutUtUtUt U0F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffc

9、fc Ffc F2Fm/2m/2信号的带宽为调制信信号的带宽为调制信号最高频率的两倍。号最高频率的两倍。图64 单音调制时已调波的频谱（a）调制信号频谱（b）载波信号频谱(c）AM信号频谱高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉10图62 实际调制信号的调幅波形(b)uAM(t)f (t)tt(a)包络未调制00振幅0(a)f / Hz3003 400振幅0(b)f / Hzfc 3 400fc 3 400fc调制信号 与AM信号的频谱。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉11AM信号在负载电阻信号在负载电阻RL上消耗的载波功率为上消耗的载波功率

10、为2222221221( )1(1cos)22(1cos)CCccLLAMcCLLcuUPdtRRutPdtUmtRRPmt在负载电阻在负载电阻R RL L上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为上，一个载波周期内调幅波消耗的功率为 (3) AM调幅波的功率 由此可见由此可见,P,P是调制信号的函数，是随时间变化的。是调制信号的函数，是随时间变化的。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉12上、下边频的平均功率均为上、下边频的平均功率均为2221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP AMAM信号的平均功率信号的平均功率 边频 由上式可以看出，由上式可以

11、看出，AMAM波的平均功率为载波功率与两个边波的平均功率为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 22m高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉13 同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率，它们同时可以得到调幅波的最大功率和最小功率，它们分别对应调制信号的最大值和最小值为分别对应调制信号的最大值和最小值为2max2min(1)(1)ccPPmPPm两边频占AM信号的平均率比值为222222142aaaammmm例：当ma=1，33.3% 当ma=0.3, 4%故AM调制的有用信号的功率利用

12、率太低。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉14(4)、AM波的实现模型图63 AM信号的产生原理图 uAMucu常数(a)uAMucu(b)高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉15(5) AM调制的特点优点：调制与解调实现简单方便，特别是解调简单，适合于点对多点的通信。缺点：功率利用率低，信号的频谱带宽较大。改进方法：取消占大多数功率而不含信号的载波分量高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉16在AM调制过程中，将载波抑制就形成了抑制载波双边带信号，简称双边带信号。它可用载波与调制信号相乘得到，其表示式为( )( )

13、( )( )cos( )cosDSBCDSBCccutkf t kf t uutkU U ttg tt在单一正弦信号u=Ucost调制时, 2、 双边带(DSB)信号高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉17图66 DSB信号波形 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高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉18DSB信号的特点信号的特点tU cos(1) DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号 (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，即在调制即在调制信号负半周时，已调波

14、高频与原载波反相。信号负半周时，已调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，而是既调幅又调相的信信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号号。(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于占有，功率利用率高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉19 ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtuccc

15、SSBL)cos()cos(21)( 单单边带边带(SSB)信号是由双边带调幅信号中取出其中的任一个信号是由双边带调幅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。其单频调制时的表示式边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为：为：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号3 单边带单边带( single sideband SSB)信号信号 （1）. SSB信号的信号的性质性质 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统）调制系统 max

16、限带限带信号信号c c载波载波c c- -max 下边频带信号下边频带信号 c c+max上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉20 ttUkUtucccDSB)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBU)cos()cos(21)( tUtUkUtucccSSBL)cos()cos(21)( 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，如：如：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号（2）. 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

17、滤波器SSBUu下边带滤波器下边带滤波器SSBLu乘法乘法 器器 ucuDSBu： 滤波法滤波法 有三种基本的电路实现方法：滤波法、相移法和移相滤波法有三种基本的电路实现方法：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上边频带信号上边频带信号c c+maxc c- -max 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉21另外由三角公式：另外由三角公式： ： 相移法相移法 ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( ttUttUtuccSSBL sinsincoscos)( 利用上三角公式的实现电路如

18、下图所示：利用上三角公式的实现电路如下图所示：tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器00相移相移00相移相移加法加法 器器减法减法 器器tUcc sintU sin高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉22 移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对移相滤波法是将移相和滤波两种方法相结合，并且只需对某一固定的单频率信号移相某一固定的单频率信号移相900，从而回避了难以在宽带内准，从而回避了难以在宽带内准确移相确移相900的缺点。的缺点。 ： 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

19、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- -)tu4 = 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

20、器输出电压输出电压：u SSBU = u 5- u 6= sin (c- 1)+t= sin c2+t 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉23 为了看清SSB信号波形的特点，下面分析双音调制时产生的SSB信号波形。为分析方便。设双音频振幅相等，即12212121212121( )coscos112cos()cos()2211cos()cos() cos2211cos()cos()222DSBcSSBcutUtUtuUttuUtttUutt 且21,则可以写成下式:受u调制的双边带信号为高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉24121cos (

21、)cos()424SSBccUUuttu0(a )t12(21)12(12)12(12)c12(21)t0uSSB(t)(b )SSB信号频谱(c )等幅双音调制信号频谱ff00F1F2fcF1fcF2进一步展开图 双音调制时SSB信号的波形和频谱高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉25 由式（617）和式（618），利用三角公式，可得 uSSB(t)=Ucostcosct-Usintsinct uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct 这是SSB信号的另一种表达式,由此可以推出u(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式 ( )cos( )s

22、inSSBccuf ttf tt高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉26211( )( )( )1sgn( )( )sgn( ) ( )( )sgn( )jff tf tttjtFjFFe 由于 sgn()是符号函数，可得f(t)的傅里叶变换 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉27图610 希尔伯特变换网络及其传递函数 f (t)H(j)f (t)100()H(j)22高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉28 图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱 (b)上边带频谱 (c)下边带频谱 0(a)cFDSB(

23、)cmcmF(c)2F(c)2ccmcm0(b)FSSBU()cm0(c)FSSBL()cmcmcm高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉29 二、 振幅调制电路 振幅调制电路实现振幅调制电路实现1、振幅调制电路的基本组成要求、振幅调制电路的基本组成要求2、高电平调制、高电平调制-高电平调制主要高电平调制主要用于用于AM调制调制3、二极管低电平调幅、二极管低电平调幅4、模拟乘法器调幅、模拟乘法器调幅AM调制电路调制电路1、调制电路的实现模型、调制电路的实现模型2、集电极调幅、集电极调幅3、基极调幅基极调幅4、 二极管低电平调幅二极管低电平调幅5、模拟乘法器调幅、模拟乘法

24、器调幅DSB调制电路调制电路1、DSB调调的实现模型的实现模型2、二、二管平衡调幅管平衡调幅3、二极管环形调幅、二极管环形调幅4、模拟乘法器调幅、模拟乘法器调幅SSB调制电路调制电路1、SSB的实现模型的实现模型高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉30振幅调制电路实现振幅调制电路实现1、振幅调制电路的基本组成要求、振幅调制电路的基本组成要求调制、载波信号的频谱已调波信号的频谱非线性器件产生新的频谱分量。选频网络选 出所需的频谱分量。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉311、AM调制电路的实现模型调制电路的实现模型uAMucu常数(a)uAM

25、ucu(b)高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉32图612 集电极调幅电路 ucT1EcT2Ec0uuAMT32、集电极调幅电路组成：电路组成：A：主电路是一个高频放大器B：高频功放的输入信号是载波。C：高功放的集电极电源是Ec0+调制信号。D：调制信号的频率比载波信号的频率低得多。E：在载波信号一周内，集电极电源电压基本不变。F：工作在过压状态。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉33图613 集电极调幅的波形 (a)t(b)ttttuCEc0 uEc000ic0ic10Ic10Ecu0t0Ic1Ec0临界欠压区过压区高频电子线路高频电子

26、线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉34图614 基极调幅电路 RLuC1C2ucC3C4C6C5EcR1LBCBLB13、基极调幅电路 电路组成及要求：A：主电路是一个高频放大器B：高频功放的输入信号是载波。C：高功放的集电极电源是Ec。D：高功放的基极偏置电压是调制信号与自偏压的综合。E：调制信号的频率比载波信号的频率低得多。F：调幅时高功放工作欠压状态。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉35t0EbIc1Ebmin欠压区过压区Ic1ic1ub00ttEb0EbmaxEbcr 图615 基极调幅的波形 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学

27、院余琼蓉364、 二极管低电平调制 (1)、单二极管电路。可以完成AM信号的产生。当UCU时，流过二极管的电流iD为 coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉37coscos22()()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt 包含有AM信号的频谱成份。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉385、 模拟乘法器产生普通调幅波MC1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k 12 V0.1 FAM信号输出6.8 k5150 k750750ma值调

28、节510.1F60 mV载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1F51(b)4187300 mV(max)BG314 15 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10 k(调节ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉390(1)tanh()2bAoeTuuiIEV将uC加至uA，非线性通道将u加到uB，是线性通道00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5oceTcccUUiI

29、ttEVImtxtttAM信号的频谱m=U/Eex=UCVT若集电极滤波回路的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则经滤波后的输出电压。01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉40图617 差分对AM调制器的输出波形 UU0 U00uut(a)(b)iot0未加调制电 压I0 II0 I高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉41DSB调制电路调制电路1、DSB调制的实现模型调制的实现模型BPF)(tu)(tucmK)(ti已调波输出高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼

30、蓉422、二极管平衡调幅实现、二极管平衡调幅实现(DSB)电路组成：电路组成：A：两只对称的二极管作为：两只对称的二极管作为非线性元件非线性元件 。B：输入输出变压器，中心：输入输出变压器，中心抽头。抽头。C：带通滤波器输出：带通滤波器输出DSB信信号频谱。号频谱。注意：注意：只能产生只能产生AM信号，信号，不能产生不能产生DSB信号。二极管信号。二极管平衡电路和二极管环形电路平衡电路和二极管环形电路可以产生可以产生DSB信号。信号。带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)图619 二极管平衡调制电路 高频电子线路高频电子线路2022-7-

31、4湖北大学物电学院余琼蓉43带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)2()22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDcDDcDcDcDcig Kt ug Utg Utg Utg Utg Ut 对电流进行频谱分析知，信号中包含中载波与调制信号的和频与差频，但是没有纯载频分量。故只能实现DSB调制，不能实现AM调制。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉44 iL中包含分量和(2n+1)c(n=0,1,2,)分量，若输出滤波器的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则输出电压为 22cos(

32、)cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt典型的双边带调制信号的数学表达示。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉45图620 二极管平衡调制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uu高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉46图621 平衡调制器的一种实际线路 RLucVD12/5 pF0.01C1C2VD2C34.7 pFR34747R2R22 kuT高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉473、二极管环形调幅、二极管环形调

33、幅T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1电路组成：电路组成：A：四只对称的二极：四只对称的二极管产生新的频谱分量。管产生新的频谱分量。B：输入输出为两个：输入输出为两个变压器，中心抽头变压器，中心抽头C：输出回路的负载：输出回路的负载RL就、为选频网络，就、为选频网络，RL是中心频率处的是中心频率处的阻抗值。阻抗值。 注意：注意：环形电路的频谱分量比平环形电路的频谱分量比平衡电路的频谱分量少了一个直流衡电路的频谱分量少了一个直流 分量，但其余频谱幅度加倍。分量，但其余频谱幅度加倍。高频电子线路高频电子线路2022-7-4

34、湖北大学物电学院余琼蓉48在在u1=u，u2=uC的情的情况下，况下， 调制电压反向加于两桥的另一对角线上。T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1442()2 coscos3cos38cosLDcDccoLDcig Kt ugttUtuR g U tt经滤波后经滤波后,有有 ttUgRtucdLcoscos8)(高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉49如果忽略晶体管输入阻抗的影响，输出电压为1111( )()4( )coscosacdLocedRu tu KtRrRRu tUttR Rr 高频电

35、子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉50图622 双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉51图623 双桥构成的环形调制器 BR2R2AABL2L2uL2uCL3R1ua(t)Re EeRLLCf0 fcEcuo(t)高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉525、双平衡模拟乘法器实现DSBMC 1596G23610591 k1 k3.9 k3.9 k12 V0.1 FAM信号输出6.8 k51

36、50 k750750ma值调节510.1 F60 mV 载波调制信号uC(t)u(t)1 k0.1 F51(b)4187300 mV(max)BG31415 V3.3 k3.3 k3 k8.3 k8.3 kYos微调Xos微调u(t)uC(t)10 k (调节 ma值)5498126 10111214uo(t)调幅信号输出6.8 k0.1 F1 F Vcc(a)3137电路组成：电路组成：A、双平衡的模、双平衡的模拟乘法器拟乘法器B：调制信号从：调制信号从线性通道加入。线性通道加入。载波信号从非载波信号从非线性通道加入。线性通道加入。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼

37、蓉5313( )(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )cos( )cos3oocTocUi tImttVImtxtxt 式中,I0=Ee/Re,m=UC/Ee,x=U/VT。经滤波后的输出电压uo(t)为 01( )( )coscoscoscosoLcocu tI R mxttUtt高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉54图624 差分对DSB调制器的波形 UCUC0 UC0uioioU0utuDSB(t)(a)(b)(c)tt00002()tanh()tanh()221()4ABoTToCTuui tIVVIi tuuV 双差分对电路的差动输出电流为 若

38、U、UC均很小,上式可近似为高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉55图625 双差分调制器实际线路 12 V0.477501002.7 kW1100副载波12 V0.1250I5I6I1I2I3I4V4V3V2V1W21003 kV5aV5bV6bV6a1 kW33.9 kW415 k300300I012 V300300V7V8色差信号3 k2 k高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉56SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同，SSB信号产生方法有好几种。主要有滤波法和移相法两种。(1)、滤波法、滤波法先获得DSB信号，

39、然后利用滤波器选 出一个边带。这种方法的难点是不容易获得一个相对理想的单边带滤波器。(2)、移相法、移相法-利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。4、 SSB调制电路调制电路高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉57图626 滤波法产生SSB信号的框图 音 放F1第路话调制器上边带滤波器音 放F2第路话调制器上边带滤波器单边带信号产生器fc F1fc F2频率合成器第 一混频器第 二混频器线性放大功放f1f2fc500 kHz(1) 滤波法实现SSB高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼

40、蓉58图627 理想边带滤波器的衰减特性 阻带40通带阻带过滤带b/dB0fcfc Fminfc Fminfc Fmaxf高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉59移相法移相法-是利用移相网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。( )( )cos( )cosSSBccutf ttf tt (2) 移相法实现SSB在SSB信号分析中，我们已经得到了下高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉60图628 移相法SSB信号调制器 平 衡调制器 A /2平 衡调制器 B /2f (t)f (t)cos c

41、tcosctsinctf (t)sin ctuSSB 上 边 带 下 边 带0F ()0cc0F ()j0cc 移相法的优点移相法的优点:省去了边带滤波器.要求：要求：要把无用边带完全抑制掉，必须满足下列两个条件:(1)两个调制器输出的振幅应完全相同。(2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的2相移。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉61图629 移相法的另一种SSB调制器4545低 通高频功放SSB信号输出2224f0DECBA(a)tAtBtCtDtE(b)00000高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉62第3节、调幅信号的解调解调

42、从解调从振幅已调波中将调制信号还原出来振幅已调波中将调制信号还原出来的过程称为解调。的过程称为解调。分类分类 振幅解调方法可分为振幅解调方法可分为包络检波包络检波和和同步同步检波检波两大类。两大类。包络检波包络检波是指解调器输出电压与输入已调波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成的包络成正比正比的检波方法。由于的检波方法。由于AM信号的包信号的包络与调制信号成线性关系络与调制信号成线性关系,因此包络检波只适因此包络检波只适用用于于AM波。波。同步检波同步检波利用与载波信号同频同相位的同步利用与载波信号同频同相位的同步信号进行解调的方法。可以解调信号进行解调的方法。可以解调AM，DSB，SSB

43、信号。信号。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉63一一 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器1、 包络检波原理框图包络检波原理框图2原理电路组成原理电路组成3、工作原理、工作原理4、性能指标、性能指标5、非线性失真、非线性失真6、实际电路及元件选择、实际电路及元件选择7、二极管并联检波器、二极管并联检波器8、小信号检波器、小信号检波器 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉64包络检波的原理框包络检波的原理框图图 ui非线性电路(器件)低 通滤波器u00fttf00F(a)(b)fc Ffcfc F非线性器件产生新的频谱分量。低通滤波器选

44、 出所 需的频谱分量。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉65uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo11cRRCC其中：其中：由三部分组成由三部分组成-A：由输入回路：由输入回路B：非线性器件二极管：非线性器件二极管VDC：选频网络：选频网络RC低通滤低通滤波器波器2原理电路组成原理电路组成CA式中，式中，c为输入信号的载频，为输入信号的载频，在超外差接收机中则为中频在超外差接收机中则为中频I，为调制频率。为调制频率。输入回路用信号源表示uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉

45、66()0( )cZZR uiCRVDuo(a)CRuoui(b)CR(c)uo11cRRCC3 工作原理工作原理在理想情况下，在理想情况下，RC网网络的阻抗络的阻抗Z应为应为二极管加正向电压时导通，信号信号源对RC中的C充电。二极管加反向电压时截止，RC中的C对R放电。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉67uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav加入等幅波时检波器的工作过程加入等幅波时检波器的工作过程 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉680iDgDuDuDUottiD0iDmax

46、(a)(b)输入等幅高频振荡信号后输入等幅高频振荡信号后检波器稳态时二极管的电流电压检波器稳态时二极管的电流电压波形波形大信号工作时，二极管和特性可折线表示，其中一段为过原点且斜率为gd的一条射线。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉690iDuDUo(t)uDiDt0t0(a)(b)t0uC(t)Uo(t)输入为输入为AM信号信号时检波器的输出时检波器的输出波形。波形。输入为输入为AM信号信号时二极管上的电时二极管上的电流电压波形。流电压波形。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉70 图638 包络检波器的输出电路 CRu(a)RgCgCR

47、Udc(b)CR高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉71过程小结过程小结(1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻容对电阻R放电的交替重复过程。放电的交替重复过程。 (2)由于由于RC时常数远大于输入电压载波周期时常数远大于输入电压载波周期,放电慢，放电慢，使得二极管负极永远处于正的较高的电位使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输因为输出电压接近于高频正弦波的峰值，即出电压接近于高频正弦波的峰值，即UoUm)。 (3)二极管电流二极管电流iD包含平均分量包含平均分量(此种情况为直流分此种情况为直流分量量)I

48、av及高频分量。及高频分量。 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉724性能指标分析性能指标分析性能性能指标指标传输传输效率效率输入输入电阻电阻高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉73性能指标性能指标传输系数传输系数Kd-或称为检波系数、检波效率，是用或称为检波系数、检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。率的一个物理量。输入电阻输入电阻-检波器的输入阻抗包括输入电阻检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输及输入电容入电容Ci。输入电阻是输入载波电压的振幅。输入电阻是输入载波电

49、压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅与检波器电流的基频分量振幅I1之比值。之比值。非线性失真非线性失真-由于非线性元件二极管的非线性引真由于非线性元件二极管的非线性引真的输出信号对输入信号包络的失真。的输出信号对输入信号包络的失真。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉74传输系数传输系数KdKd 的定义若输的定义若输入载波电压振幅入载波电压振幅为为Um，输出直流，输出直流电压为电压为Uo，则，则Kd定义为定义为odmdCUKUUKmUodmdCUKUUKmU若输入已调波包络振若输入已调波包络振幅为幅为mUc，输出交流，输出交流电压为电压为U，则，则Kd定义定义为为高

50、频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉75Kd的求解的求解求解步骤：求解步骤：A：二极管的特性折线近似：二极管的特性折线近似B：二极管电流的数学表示：二极管电流的数学表示C：求输出电压：求输出电压D：求：求KdE：影响的：影响的Kd因素因素高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉76A：二极管的特性折线近似：二极管的特性折线近似0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)000DDDDDg uuiu 式中，式中，uD=ui-uo，gD=1/rD，为电流通角，为电流通角，iD是是周期性余弦脉冲。周期性余弦脉冲。m ax()(1 cos )DD

51、moD mig UUgU高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉770iDgDuDuDUottiD0iDm ax(a)(b)iD是周期性余弦脉冲。是周期性余弦脉冲。按付立叶级数分解，按付立叶级数分解，其直流分量其直流分量I0为为0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIia基频分量为基频分量为 0max01max1( )(sincos )( )(sinsin )DmDDmDg UIiag UIiaB：二极管电流的数：二极管电流的数学表示学表示C：求输出电压：求输出电压)cos(sin0cmDoRUgRIu高频电子线

52、路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉78coscoscmcmcmodUUUUK关键求导通角0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)coscmucmucoscmoUU 按传输系数的定义有按传输系数的定义有cmodUUKD：求传输系数：求传输系数Kd高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉79求导通角求导通角coscoscmcmcmodUUUUK)cos(sin0cDoRugRIu)cos(sinRgUUKDcmodcos)cos(sinRgDRgDtan 当gDR很大时,如gDR50时，tan-3/3RgD3333Dg R高频电子线路高频电子线

53、路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉80 图639 KdgDR关系曲线图 图640 滤波电路对Kd的影响 33coscosRgKDd020406080100gDRKd0.20.40.60.81.00Kd0.20.40.60.81.0101001000gDRRC 0RC 5RC 影响影响Kd的因素的因素高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉81输入电阻输入电阻Ri定义：输入电阻定义：输入电阻Ri输入电阻是输入电阻是输入载波电压的振幅输入载波电压的振幅Um与检波与检波器电流的基频分量振幅器电流的基频分量振幅I1之比值，之比值，1miURI 作用：作用：输入电阻是前级的负

54、载，它直接并入输输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，影响着回路的有效入回路，影响着回路的有效Q值及回路阻抗。值及回路阻抗。CRisR0LC1ZiRiCi高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉82CRisR0LC1ZiRiCi 当当gDR50，很小时，很小时，sin-3/6, cos1-2/2,代入上式，可得：代入上式，可得：2222mCiiUURRRR 输 入 电 阻输 入 电 阻的求解：的求解：0max 01max 1( )(sincos )( )(sin sin )DmDDmDg UIiag UIia (sin cos )iDRg33DgR高频电子线路高频电子

55、线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉835非线性失真非线性失真-惰性失真与负峰惰性失真与负峰切割失真。切割失真。(1)惰性失真惰性失真现象现象-在在Ui包络下降的一包络下降的一段时间，输出电压按电段时间，输出电压按电容容C放电规律变化，而放电规律变化，而不随输入信号的包络变不随输入信号的包络变化，形成的失真。化，形成的失真。0uCtui原因原因-RC过大，过大，C放电太慢，跟不上输入信号放电太慢，跟不上输入信号的包络变化，形成的失真。的包络变化，形成的失真。高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉84消除惰性失真的条件 为了避免产生惰性失真，必须在为了避免产生惰性失

56、真，必须在任何一个高频周期内，使电容任何一个高频周期内，使电容C通通过过R放电的速度大于或等于包络的放电的速度大于或等于包络的下降速度，即下降速度，即( )ouU ttt 设：设： 如果输入信号为单音如果输入信号为单音调制的调制的AM波，在波，在t1时刻其时刻其包包络的变化速度络的变化速度为为11( )sint tmU tmUtt A1|)(|)(|ttuttUA高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉85 二极管停止导通的瞬间二极管停止导通的瞬间,电容两端电压电容两端电压uC近似近似为输入电压包络值，为输入电压包络值，1111111(1cos)sin11cost tt

57、tRCRCCmu eUmt etRCRCmtAmtuC=Um(1+mcost)从从t1时刻开始时刻开始C通过通过R放电的速度为放电的速度为1111111(1cos)sin11cost tt tRCRCCmu eUmt etRCRCmtAmt则有：则有：高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉86不同的不同的t1，U(t)和和Cu的下降速度不同，为避免产生惰性的下降速度不同，为避免产生惰性失真，必须保证失真，必须保证A值最大时，仍有值最大时，仍有Amax1。故令故令dadt1=0，得，得122maxmaxmaxcos11tmmRCmmRCm 得出不失真条件如下得出不失真条件

58、如下:122maxmaxmaxcos11tmmRCmmRCm 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉87usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC现象现象-底部切削失真底部切削失真又称为负峰切削失真。又称为负峰切削失真。原因原因-这种失真是因这种失真是因检波器的交流负载检波器的交流负载R RLL与直流负载与直流负载R RLDCLDC不同引不同引起的。起的。 (2) (2) 底部切削失真底部切削失真RRLDCgggLRRRRRRR/高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉88RCgRUURR因为因为Cg较大，在音频较大，在音频一周内

59、，其两端的直一周内，其两端的直流电压基本不变，其流电压基本不变，其大小约为载波振幅值大小约为载波振幅值UC，可以把它看作，可以把它看作一直流电源。一直流电源。它在电阻它在电阻R和和Rg上产生上产生分压。在电阻分压。在电阻R上的上的压降为压降为usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUCggLDCLRRRRR高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉89usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC不产生负峰切割失真的条件 调幅波的最小幅度为调幅波的最小幅度为(1)CCggRUmURRRRmRRR要避免底部切削失要避免底部切削失真真,应满足应满足

60、UC(1-ma)RCgRUURRLDCLggRRRRRm高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉90C1(a)C2R2RgCgR1(b)射随器RRg减小底部切削失真的电路减小底部切削失真的电路出发点：减小交流负载出发点：减小交流负载R RLL与直流负载与直流负载R RLDCLDC的差别。的差别。 高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖北大学物电学院余琼蓉916实际电路及元件选择实际电路及元件选择C3放 大20R382 k6 V10 kR4 Ec2AP9C1R1680RgR24.7 k5 100 pF5 100 pFCg10C2高频电子线路高频电子线路2022-7-4湖