Chapter7振幅调制与解调

无线电发射机方框图Chapter7

振幅调制与解调调制：将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按调制信号的形式分模拟调制数字调制按载波的不同连续波调制脉冲波调制调幅(AM)调频(FM)调相(PM)脉冲振幅调制(PAM)脉宽调制(PWM)脉位调制(PPM)脉冲编码调制(PCM)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.3解调：将接收到的信号经过反调制的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原来的信号的过程。检波器的作用：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。检波调幅波的解调：振幅检波，简称检波调频波的解调：频率检波，简称鉴频调相波的解调：相位检波，简称鉴相实现调幅的方法低电平调幅高电平调幅平方律调幅斩波调幅集电极(阳极)调幅基极(控制栅极)调幅2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.4Chapter7

振幅调制与解调§7.1频谱搬移电路的特性§7.2振幅调制原理§7.3振幅调制方法与电路§7.4振幅解调（检波）原理与电路2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.5当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。§7.1频谱搬移电路的特性(a)混频原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.6(b)调幅原理(c)检波原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.7§7.2

振幅调制原理一、调幅波的性质设简谐调制信号载波信号1.调幅波的数学表达式则调幅信号振幅为：是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度调幅指数(调幅度)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.82.普通调幅波的波形图(a)调制信号(b)已调波形2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.9若ma>1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。过调制波形图2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.103.调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到未调幅的载波上边频下边频正弦调制的调幅波频谱单频调制时，其调幅波的频谱宽度为调制信号的两倍，2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.11非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频。调制信号频谱下边带上边带2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.124.普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上载波功率：上边频功率：在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率：边频功率之和占总输出功率是很小的，整机效率很低，但其调制设备简单，解调更简单，便于接收。通常无线电广播就是采用这种方法。下边频功率：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.13二、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.抑制载波的双边带调幅波为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅(DSB)其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即进入其数学表达式为2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.14单频调制双边带调幅波及其频谱返回2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.152.单边带调幅波单边带调幅：既抑制载波，又只传送一个边带的调制方式，用SSB表示。其表达式为：

其频带宽度为：或2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.16电压表达式普通调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号波形图频谱图信号带宽表7-1三种振幅调制信号★2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.173.残留边带调幅残留边带调幅(记为VSB)：在发射端发送一个完整的边带信号，但载波信号和边带信号部分被抑制的调制方式。这样它保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号采用残留边带调幅。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.18例7.1已知两个信号电压的频谱如图所示，要求：①写出两个信号电压的数学表达式，并指出已调波的性质；②计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及调幅波的频带宽度。解：①(a)为普通调幅波，(b)为抑制载波的双边带调幅波。(a)(b)2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.19②载波功率：双边带信号功率：故普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的频谱宽度相等，即

作业：

7-57-82023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.21非线性调幅原理框图如下：§7.3振幅调制方法与电路按调制电路输出功率的高低可分为：一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调信号，得到所要求功率的调幅波。一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。高电平调幅电路：低电平调幅电路：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.22一、低电平调幅电路1.简单的二极管调幅电路二极管调幅电路平方律调幅——信号较小时的工作状态当vD很小时，级数可只取前四项经分类整理可知：ω0±Ω是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是ω0±2Ω项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.23(2)斩波调幅由两个二极管组成的平衡斩波调幅器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.24平衡调制器输出的电压波形输出调幅波有用电流分量2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.252.环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频分量，因而获得了广泛应用。环形调制器输出电流的有用分量3.模拟相乘器调幅电路（自学）2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.264.产生单边带信号的方法(1)滤波器法滤波器法实现单边带调制实际滤波器法单边带发射机方框图为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？★2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.27(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。相移法单边带调制器方框图故输出电压为2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.28(3)修正的移相滤波法2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.29二、高电平调幅电路●集电极调幅电路集电极调幅电路为了获得有效的调幅，集电极调幅电路必须总是工作在过压状态。放大器的有效集电极电源电压等于(Vcc+vΩ)，它随调制信号的波形变化而变化。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.30集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率：⑤集电极平均耗散功率①直流输入功率：②总输入功率：③总输出功率：④调幅器供给的调制功率：⑥集电极效率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.31故：②总输入功率分别由VCC与v所供给，VCC供给用以产生载波功率的直流功率P=T，v则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB。①平均功率均为载波点各功率的()倍④输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。③集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCM≥Pcav。2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.32例7.2有一载波输出功率等于15W的集电极被调放大器，它在载波点(未调制时)的集电极效率ηT=75%。试求各项功率(包括未调幅与100％调幅时的功率)。解：直流输入功率未调幅时的集电极耗散功率100％调幅时调幅器供给的调制功率为：边带功率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.33总输出功率：总输入功率：集电极平均耗散功率集电极效率2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.34直流输入功率直流输出功率集电极耗散功率效率结论：不管调制与否，集电极的效率保持不变！2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.35一、概述检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。§7.4振幅解调(检波)原理与电路载波被抑制的已调波解调原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.36检波器的分类方法有很多种:根据所用器件的不同，分为三极管检波器二极管检波器并联式串联式根据信号大小的不同，分为大信号检波器小信号检波器根据信号特点的不同，分为脉冲波检波器连续波检波器根据工作特点的不同，分为同步检波器包络检波器平方律检波峰值包络检波平均包络检波包络检波器2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.37二、包络检波器——连续波串联式二极管大信号包络检波器串联型二极管包络检波器图中：R—负载电阻，值很大C—负载电容，低频时:Zc>>R高频时:Zc<<RRC电路：②作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号。①起高频滤波作用。二极管包络检波器波形图1.工作原理2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.382.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)Kd可以证明：当R>>Rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1，这是包络检波的主要优点。电流通角2)等效输入电阻Rid2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.39由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。3)失真①惰性失真(对角线切割失真)惰性失真为了防止惰性失真，必须减小RC的数值，加快电容器的放电速度，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化。也就是要求或写成在工程上可按RCmax≤1.5计算。不产生惰性失真的条件2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.40②负峰切割失真(底边切割失真)由于交、直流负载电阻不同所产生的失真。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻ri2后的检波电路检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和ri2分压，在R上得到的直流电压为：负峰切割失真波形为了避免这种失真，必须满足不产生负峰切割失真的条件2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.41③非线性失真④频率失真由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率min。为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：2023/2/2Copyrightsyaoping.Allrightsreserved.42乘积型检波电路三、同步检波器乘积型同步检波叠加型同步检波1.乘积型同步检波器叠加型检波电路经过低通滤波后2023/2/