第7章调幅与解调

7.1概述7.2调幅波的性质7.3平方律调幅7.4斩波调幅7.5模拟乘法器调幅7.6单边带信号的产生7振幅调制与解调7.7残留边带调幅7.7高电平调幅7.7包络检波7.10同步检波7.11单边带信号的接收7振幅调制与解调7.1.1振幅调制简述7.1.2检波简述7.1概述调幅是将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。1.定义7.1振幅调制简述2.调制的原因从切实可行的天线出发

为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。音频信号:20Hz～20kHz波长：15～15000km天线长度:3.75～3750km2.调制的原因便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移2.调制的原因可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。高频窄带信号频谱搬移低频（音频）:20Hz～20kHz高频（射频）:AM广播信号:535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k3.调制的方式和分类调幅调相调制连续波调制脉冲波调制脉宽调制振幅调制编码调制调频脉位调制End4.调幅的方法平方律调幅斩波调幅调幅方法低电平调幅高电平调幅集电极调幅基极调幅模拟乘法器调幅从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。1.定义7.1检波简述图7.1.1检波器的输入输出波形图7.1.2检波器检波前后的频谱图7.1.3检波器的组成部分2.组成End3.检波的分类二极管检波器三极管检波器检波器件信号大小小信号检波器大信号检波器工作特点包络检波器同步检波器7.2.1调幅波的数学表示式与频谱7.2.2调幅波中的功率关系7.2调幅波的性质1.普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：调制信号：调幅信号（已调波）：由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，式中为比例常数即：

式中ma为调制度，常用百分比数表示。7.2.1调幅波的数学表达式与频谱调幅信号的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致调幅度反映了调幅的强弱度图7.2.2由非正弦波调制所得到的调幅波2.普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调幅

Ω调制信号ω0载波调幅波ω0+Ω上边频ω0-Ω下边频信号带宽ω0(2)限带信号的调幅波Ωmax调幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax调制信号载波ω0+Ωmax上边带ω0-Ωmax下边带

如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：ω0载波功率:上边频或下边频:在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是7.2.2调幅波中的功率关系

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。当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po；当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po；

从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。Endω0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

三种振幅调制信号双边带调制7.3.1工作原理7.3.2平衡调幅器7.3平方律调幅

调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。

这里将调制信号vΩ与载波信号vω0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。图7.3.1非线性调幅方框图7.3.1工作原理ω0ω0End

如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。End

如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式

总的输出电流

总的输出电压载波抑制的双边带7.3.2平衡调幅器End图7.3.2串联双二极管平衡调幅器简化电路二极管的伏安特性曲线7.4.1工作原理7.4.2实现斩波调幅的两种电路7.4斩波调幅图7.4.1斩波调幅器方框图7.4.1工作原理图7.4.2斩波调幅器工作图解图7.4.3平衡斩波调幅及其图解End图7.4.4二极管电桥斩波调幅电路7.4.2实现斩波调幅的电路End图7.4.5环形调幅器电路调制信号（音频）被调信号（射频）已调信号7.5模拟乘法器调幅图

差分对模拟乘法器原理模拟乘法器电路图7.5.1模拟乘法器电路End图7.5.3XFC1596的内部电路（虚线框内）及由它构成的双边带调制电路7.6.1单边带通信的优缺点7.6.2产生单边带信号的方法7.6单边带信号的产生End使所容纳的频道数目增加倍，大大提高波段利用率。单边带调制能获得更好的通信效果。单边带调制的选择性衰落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。7.6.1单边带通信的优缺点1.滤波器法图7.6.1滤波器法原理方框图7.6.2产生单边带信号的方法1.滤波器法图7.6.2滤波器法单边带发射机方框图

必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率Ｆ也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。图7.6.3单边带发射机方框图举例2.相移法图7.6.4相移法单边带调制器方框图表示什么种类的调幅信号？2.相移法相移法单边带调制器优点：？缺点：？相移法单边带调制器优点：不需要多次重复调制和复杂的滤波器缺点：要求准确移相900边带抑制度=End3.第三种方法——修正的移相滤波法图7.6.5产生单边带信号的第三种方法（修正相移滤波法）

在单边带调幅与双边带调幅之间，有一种折衷方式，即残留边带调幅。它传送被抑制边带的一部分，同时又将被传送边带也抑制掉一部分。为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制部分和抑制边带中的被传送部分应满足互补对称关系。

特点: 所占频带比单边带略宽一些;它在ω０附近的一定范围内具有两个边带，因此在调制信号（例如电视信号）含有直流分量时，这种调制方式可以适用;残留边带滤波器比单边带滤波器易于实现。7.7残留边带调幅End图7.7.1各种调幅制式的频谱示意图7.7.1集电极调幅7.7.2基极调幅7.7高电平调幅

高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号vΩ去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。集电极调幅电路7.7.1集电极调幅End基极调幅电路7.7.1基极调幅End补充：频率变换混频（变频）：将高频信号变为某一固定频率晶体管、二极管、差分对模拟乘法器（频谱搬移）第5.6，5.7，5.8节频率倍频：将高频信号的频率变为原来的整数倍

晶体管：1、丙类放大器电流脉冲的谐波分量2、晶体管结电容的非线性第6.10节习题7.1、为什么调制必须利用电子器件的非线性特性才能实现？它和放大器在本质上有什么区别？解：1、电子器件的线性特性只能使信号在幅度上增大或者减小，而调制产生了新的频率，即令原来的频率产生了频谱位移，所以，必须利用电子器件的非线性特性才能实现调制。2、放弃器仅是对信号不失真地放大，不产生新频率，因此不但不需要电子器件的非线性特性，而且应尽量避免，保证信号不失真。7.2、怎样用被调放大器电路内的仪表（）来判断调幅是否对称？解：调幅如果对称，则在未调制与调制两种状态时，表的读数字应该无变化。7.3有一正弦调制的调幅波方程式为试求这电流的有效值，以及表示之。解：上式展开为假设该电流流经电阻R，7.4有一调幅波方程式为1）、试求它所包含的各个分量的频率与振幅；2）、绘出这个调幅波包络的形状，并求出峰值与谷值调幅度。解：7.47.12某发射机发射9kW的未调制载波功率。当载波被频率调幅时，发射功率为10.125kW，试计算调制度。如果再加上另一个频率为的正弦波对它进行40%调幅后再发射，试求这两个正弦波同时调幅时的总发射功率。解：7.7.1包络检波器的工作原理7.7.2包络检波器的质量指标7.7包络检波非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号输入AM信号检出包络信息7.7.1包络检波器的工作原理电容充放电设，V0为电容上的初始电压值；

V1为电容最终可充到或放到的电压值；

Vt为t时刻电容上的电压值。则，

EndC++RL++充电放电iDvi–––EndVDCC++vWRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器

下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。1)电压传输系数(检波效率)定义：7.7.2包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)vDiD-vCVimθ

用分析高频功放的折线近似分析法可以证明其中，θ是二极管电流通角，Ｒ为检波器负载电阻，Ｒd为检波器内阻。2)等效输入电阻

考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻

其中，Vim是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。2)等效输入电阻

如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）即有，而Vo3)失真

产生的失真主要有：①惰性失真；②负峰切割失真；③非线性失真；④频率失真。

如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。

①惰性失真(对角线切割失真)①惰性失真(对角线切割失真）调幅波包络

如图所示，在某一点，如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度，就可能发生惰性失真。包络变化率电容放电放电速率假定此时为避免失真包络变化率①惰性失真(对角线切割失真)

实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即Ω=Ωmin～Ωmax。为了保证不产生失真，必须满足

或考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路②负峰切割失真

(底边切割失真)

隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率Ω交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VC≈Vim。

失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VC≈Vim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为VDC考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路②负峰切割失真(底边切割失真)

要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足

交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路③非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。非线性

实现原理：

iD

vΩ，

vi不变vD

如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。iD

←考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路④频率失真

所谓频率失真（线性失真）是指由阻抗随频率变化的线性电抗元件电容、电感引起的失真。

如左图所示，检波器中存在检波电容C和隔直电容Cc两个电容。检波电容C用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容Cc用于去除载波分量对应的直流输出。对调制频率Ω=Ωmin～Ωmax，要求检波电容C对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。End例：在右图所示的大信号二极管检波电路中，已知输入调制信号的载频，调制频率二极管内阻

，

1）、若R增大到原来的10倍，C减小到原来的1/10，试问检波器的电压传输系数变化多少？此时检波器的等效输入电阻Rid变化多少？

2）、若检波器与下级电路连接，如图中虚线所示，耦合电容CC

足够大，ri2=50k。为了不使检波器产生失真，在R和C改变前后，输入调幅信号的最大允许调制系数各为多少？