振幅调制解调与混频

振幅调制解调与混频第1页，共72页，2023年，2月20日，星期五第一节AM、DSB、SSB信号分析第二节振幅调制及解调电路第三节混频原理与电路第四节混频器中的干扰

第五章调幅、检波与混频

南昌航空大学第2页，共72页，2023年，2月20日，星期五调制：就是用调制信号（或）去控制载波（和）某个参数的过程。载波：未受调制的高频振荡信号。振幅调制：由调制信号去控制载波的振幅，使其幅度的变化量随调制信号成正比的变化。振幅调制分为三种方式：普通的调幅方式（AM）抑制载波的双边带调制（DSB－SC）抑制载波的单边带调制（SSB-SC）第一节AM、DSB、SSB信号分析第3页，共72页，2023年，2月20日，星期五

载波电压

调制电压

振幅调制信号振幅为

为调制灵敏度，一般由调制电路确定。为调幅度（调制度）1、振幅调制信号第4页，共72页，2023年，2月20日，星期五2、调幅波的频谱

单频调制时，调幅波占用的带宽第5页，共72页，2023年，2月20日，星期五语音信号及已调信号频谱调制信号为一连续谱信号或多频信号，其最高频率为则AM信号占用的带宽第6页，共72页，2023年，2月20日，星期五3、调幅波的功率

载波功率

上、下边频的平均功率

AM信号的平均功率两个边频功率与载波功率的比值调幅波的最大功率和最小功率

第7页，共72页，2023年，2月20日，星期五例5.1

有一调幅波，幅度最大值为16V，最小值为4V，载波频率为2MHz，调制信号频率为400Hz，求：①调幅系数；②写出数学表示式；③画出调幅波的频谱图；④各频率分量的功率（负载电阻为10欧姆）。第8页，共72页，2023年，2月20日，星期五4、双边带信号

在调制过程中，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。

双边带信号的带宽：第9页，共72页，2023年，2月20日，星期五DSB信号的特点为：●DSB信号的包络正比于调制信号的绝对值●DSB信号的相位在调制信号过零处要突变倒相180度。●它只含有上、下边频分量，载波分量被抑制掉了。带宽和AM信号一样。第10页，共72页，2023年，2月20日，星期五

单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。单频调制时,

当取上边带时当取下边带时5、单边带信号

第11页，共72页，2023年，2月20日，星期五(a)DSB频谱(b)上边带频谱(c)下边带频谱

第12页，共72页，2023年，2月20日，星期五SSB信号的特点：●SSB信号包络与调制信号的包络相同。●带宽只是AM和DSB信号带宽的一半。●SSB信号的频率已不是载波频率，而随调制信号频率的变化而变化。振幅与调制信号的振幅成线性关系单音调制时SSB信号的波形第13页，共72页，2023年，2月20日，星期五6、实现模型

（1）AM信号实现模型：第14页，共72页，2023年，2月20日，星期五（2）DSB信号实现模型：（3）SSB信号实现模型：①滤波法：第15页，共72页，2023年，2月20日，星期五②相移法：

f(t)中含多种频率分量，要实现所有f分量都相移90o很难。第16页，共72页，2023年，2月20日，星期五

（1）在频域，振幅调制是将调制信号的频谱不失真地从低频搬移到载波频率的两侧（DSB）或一侧（SSB）。（2）从功率上讲，AM的功率利用是不充分的；DSB载波分量被抑制，功率利用较充分；SSB不但功率利用率高且它所占用频带比AM、DSB减小了一半。频带利用充分。小结：第17页，共72页，2023年，2月20日，星期五

第二节振幅调制及解调电路

调制可分为高电平调制和低电平调制：

低电平调制：将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后达到一定的发射功率再发送出去。DSB、SSB以及调频（FM）信号均采用这种方式。

●调制效率高●调制线性范围大●失真要小

高电平调制：将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。这种调制主要用于形成AM信号。对调制器的主要要求：第18页，共72页，2023年，2月20日，星期五1.高电平调制电路

（1）高电平调制的集电极调制第19页，共72页，2023年，2月20日，星期五集电极调幅的波形

第20页，共72页，2023年，2月20日，星期五（2）高电平调制的基极调制欠压区过压区第21页，共72页，2023年，2月20日，星期五基极调幅的波形

第22页，共72页，2023年，2月20日，星期五分类：二极管调制、模拟乘法器调制，产生DSB、SSB信号（1）二极管调制电路（AM）：①电路结构：2.低电平调制电路

②工作原理：第23页，共72页，2023年，2月20日，星期五U2>>U1,而uD＝u1+u2,二极管的通断主要由u2控制,可得第24页，共72页，2023年，2月20日，星期五

Vp较小,有U2>>Vp,可令Vp=0(也可在电路中加一固定偏置电压Eo,用以抵消Vp,）,进一步写为第25页，共72页，2023年，2月20日，星期五第26页，共72页，2023年，2月20日，星期五第27页，共72页，2023年，2月20日，星期五若u1＝U1cosω1t,为单一频率信号，代入上式有第28页，共72页，2023年，2月20日，星期五

由上式可以看出，流过二极管的电流iD中的频率分量有:（1）输入信号u1和控制信号u2的频率分量ω1和ω2;（2）控制信号u2的频率ω2的偶次谐波分量;（3）由输入信号u1的频率ω1与控制信号u2的奇次谐波分量的组合频率分量（2n+1）ω2±ω1,n=0,1,2,…。单二极管调制电路频谱第29页，共72页，2023年，2月20日，星期五（2）二极管平衡调制电路(DSB):

它是由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器T1、T2接成平衡电路的。

第30页，共72页，2023年，2月20日，星期五

与单二极管电路的条件相同，。U2>>U1,二极管开关主要受u2控制。若忽略输出电压的反作用，则加到两个二极管的电压uD1、uD2

uD1=u2+u1

uD2=u2-u1工作原理第31页，共72页，2023年，2月20日，星期五考虑u1＝U1cosω1t,代入上式可得第32页，共72页，2023年，2月20日，星期五

第33页，共72页，2023年，2月20日，星期五（3）二极管双平衡调制电路（环形调制器）第34页，共72页，2023年，2月20日，星期五第35页，共72页，2023年，2月20日，星期五

当u1=U1cosω1t第36页，共72页，2023年，2月20日，星期五（4）集成模拟乘法器电路调整调制度补偿失调电压调整静态电流扩展线性范围可单端或双端输出第37页，共72页，2023年，2月20日，星期五扩展线性范围改为10K时，可实现DSB调整调制度第38页，共72页，2023年，2月20日，星期五3.调幅信号的解调

从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，又称为检波。振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。第39页，共72页，2023年，2月20日，星期五通断通断（1）二极管峰值包络检波器原理电路与工作分析原理电路二极管导通二极管截止检波器稳态时的电流电压波形加入等幅波时检波器的工作过程第40页，共72页，2023年，2月20日，星期五二极管包络检波器输入AM信号时检波器的输出波形第41页，共72页，2023年，2月20日，星期五包络检波器的输出电路

第42页，共72页，2023年，2月20日，星期五传输系数

：输入载波电压振幅为，输出直流电压为，则（2）二极管峰值包络检波器性能分析

定义：输入电阻

：第43页，共72页，2023年，2月20日，星期五（3）检波器的失真

①惰性失真

不失真条件：

第44页，共72页，2023年，2月20日，星期五②底部切削失真

不失真条件：

第45页，共72页，2023年，2月20日，星期五减小底部切削失真的电路

第46页，共72页，2023年，2月20日，星期五检波器音量调节自动增益控制AGC（4）设计中应该考虑的问题第47页，共72页，2023年，2月20日，星期五二极管的选择要选择导通电阻和结电容比较小的二极管，可以提高效率。电阻R1、R2选择为了不损失效率，R1/R2一般选择在0.1~0.2，而R1+R2几千Ω，它不能太大，否则容易产生底边切割失真或惰性失真。电容的选择

C太大容易产生惰性失真，太小又会使纹波加大，效率降低。因此应使2πFmax<1/RC<2πfc.Cg一般选的很大。第48页，共72页，2023年，2月20日，星期五例：检波电路如图所示，其中

，要求：1.画出A,B,C三点波形（定性）；2.检波器的电压传输系数；3.输入电阻；4.是否产生惰性失真；5.是否产生底部切割失真。第49页，共72页，2023年，2月20日，星期五（5）同步检波

乘积型

恢复载波与发射载波同频同相时：

恢复载波与发射载频有一定的频差：

恢复载波与发射载频有一定的相差：第50页，共72页，2023年，2月20日，星期五叠加型

包检第51页，共72页，2023年，2月20日，星期五混频器1.定义：将输入已调波的载频变换成另外一个频率，而保持其调制规律不变。2.混频器的功能：频谱线性搬移，为一六端网络。为输入已调波信号为本振信号为中频信号输出常用的中频数值：465kHz，500kHz，1MHz，1.5MHz，4.3MHz，5MHz，10.7MHz，21.4MHz，38MHz，70MHz，140MHz第三节混频原理与电路第52页，共72页，2023年，2月20日，星期五三种频谱线性搬移功能(a)调制(b)解调(c)混频第53页，共72页，2023年，2月20日，星期五输入已调信号本振电压

经带通滤波器取出中频电压为

混频器的组成框图非线性器件BPFBPF3.混频器的工作原理

由混频器要完成的功能知，要实现频谱的线性搬移，关键是乘法器。第54页，共72页，2023年，2月20日，星期五1）变频增益

变频电压增益变频功率增益

用分贝数表示变频增益

2）噪声系数

4.混频器的主要性能指标

第55页，共72页，2023年，2月20日，星期五3）失真与干扰

4）变频压缩（抑制）

失真有频率失真和非线性失真。各种非线性干扰包括组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等。

输入信号增加到一定程度时，中频输出信号的幅度与输入不再成线性关系

混频器输入、输出电平的关系曲线5）选择性

混频器的中频输出应该只有所要接收的有用信号，就要求中频输出回路有良好的选择性。3dB3dB压缩电平输入电平/dB输出电平/dB第56页，共72页，2023年，2月20日，星期五5.混频电路（1）晶体三极管混频器

集电极电流

中频电流

变频跨导

第57页，共72页，2023年，2月20日，星期五三极管电路中的时变电流第58页，共72页，2023年，2月20日，星期五三极管电路中的时变跨导

第59页，共72页，2023年，2月20日，星期五gC～UL的关系

第60页，共72页，2023年，2月20日，星期五gC～Eb的关系

第61页，共72页，2023年，2月20日，星期五混频器本振注入方式：

要求：本振电压有效加到三极管上的同时，不影响信号加到三极管上；本振回路与输入信号回路之间的耦合应尽可能小，避免它们之间在调谐过程中相互牵制。第62页，共72页，2023年，2月20日，星期五中波AM收音机的变频电路第63页，共72页，2023年，2月20日，星期五输入信号us为已调信号；本振电压为uL,有UL>>Us，大信号工作，可得输出电流io为

输出端接中频滤波器，则输出中频电压uI为（2）二极管混频电路第64页，共72页，2023年，2月20日，星期五经中频滤波后，得输出中频电压:第65页，共72页，2023年，2月20日，星期五干扰：除了有用信号外的所有信号统称为干扰。混频器存在下列干扰：●信号与本振的自身组合干扰（也叫干扰哨声）●外来干扰与本振的组合干扰（也叫副波道干扰、寄生通道干扰）●外来干扰互相作用形成的互调干扰●外来干扰与信号形成的交叉调制干扰（交调干扰）●阻塞、倒易混频干扰等等第四节混频器中的干扰

第66页，共72页，2023年，2月20日，星期五1.信号与本振的自身组合干扰（干扰哨声）

输入信号

和本振电压

，则混频器产生的组合频率分量为：

当有用中频为差频时，即

或称为变频比。

特点：一部接收机，当中频频率确定后，则在其工作频率范围内，由信号及本振产生的上述组合干扰点是确定的。

可能会形成干扰，则可得到：

USUL幅度取小些，谐波小，产生干扰的可能性小；采用平衡、环形混频器，抵消一些组合分量；采用高中频。抑制方法：第67页，共72页，2023年，2月20日，星期五2.外来干扰与本振的组合干