射频模拟电路电子教案：4-12 调幅波表达式

1、上节内容回顾与扩展,优点：石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度。 从电路特性方面讲：,(1)具有极高的空载品质因数，可达百万数量级。 (2)具有极小的接入系数，有载品质因数也很高。 （3）在串并联谐振频率之间很窄的频段内，呈感性且具有很陡峭的电抗特性曲线，具有灵敏的频率补偿能力。,缺点：一个石英晶体振荡几乎只有一个频率点， 即单频性。,石英谐振器的理想电抗曲线,石英谐振器串联支路的谐振频率,并联谐振频率,晶体振荡器的电路形式主要分为两类：,石英晶体在电路中作为等效电感元件使用 并联型晶体振荡器；,石英晶体作为串联谐振元件使用，工作在串联谐振频率上 -称为串联型晶体振荡器 。,并联型晶体振荡器电路

2、举例1,交流等效电路？,串联型晶体振荡器；（晶体工作在串联谐振频率上）,石英晶体不仅只有基频串联谐振频率，还存在其它与基频成奇数倍的串联谐振频率，我们称之为泛音。奇数倍的关系不是严格的奇数倍，是近似的奇数倍关系 。 泛音晶体振荡器用于振荡频率较高的场合。这是因为由于制造工艺的限制，基频太高时晶片的厚度太薄，很容易破损。有时在同等条件下，泛音晶体振荡器的频率稳定度比基频振荡器更好。,3.5.3 石英晶体振荡器电路,3、泛音晶体振荡器,如何让振荡器振荡在泛音频率上？,串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率上！再接上晶体即成泛音振荡器。,串联型泛音晶体振荡器,3.5.3 石英晶体振荡器

3、电路,3、泛音晶体振荡器,如何让振荡器振荡在泛音频率上？,在泛音晶振电路中 ，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上 ， 不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡 而且必须正确地调节 电路的环路增益 ，使其在工作泛音频率上略大于 1 ，满足起振条件 ， 而在更高的泛音频率上都小于 1 ，不满 足起振条件。,3.5.3 石英晶体振荡器电路,3、泛音晶体振荡器,如何让振荡器振荡在泛音频率上？,假设泛音晶振为五次泛音 ，标称频率为MHz ，基频为MHz ， 则 回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。 这样 ，在MHz 频率上， 回路呈容性 ， 振荡电路满足组成法则 。对于基频和三次泛音

4、频率来说 ， 回路呈感性 ， 电路不符合组成法则 ，不能起振。 而在七次及其以上泛音频率 ， 回路虽呈现容性 ， 但等效容抗减小 ，等效C1电容 量太大，负载阻抗过小，从而使电路的电压放大倍数减小 ，环路增益小于 1 ， 不满足振幅起振条件。,例 ：某一晶体振荡器如图所示。,解：交流等效电路如图所示。,(1)说明 和390pF组成的回路的作用。,(2)若把晶体换成8MHz和2.5MHz能否振荡?,(1) 和390pF的并联谐振频率为：,（2）4.14MHz=f02.5MHz，回路对于2.5MHz呈现感性，不满足三点法则，所以把晶体换为2.5MHz，该电路不能起振。 4.14MHz=f08MHz

5、，回路对于8MHz呈现容性，满足三点法则，但等效的容抗太小，该电路不能起振。,3.5.3 石英晶体振荡器电路,振荡器知识拓展,放大器产生的寄生振荡 间歇振荡 集成振荡器,放大器工作不稳定 被传输的信号产生失真 引起晶体管的PN结被击穿或瞬时损坏,1. 寄生振荡的危害,放大器中，即使没有输入信号，也有交流输出。这叫做产生了寄生振荡。,寄生振荡现象,）反馈型寄生振荡,2. 寄生振荡的类型及产生原因,由放大器的输出与输入间各种寄生反馈引起的。,A. 外部反馈: 主要是通过多级放大器的公共电源内阻、馈线或元件的寄生耦合以及输入端与输出端的空间电磁场的耦合引起的。,B. 内部反馈: 晶体管的极间电容产生

6、的。,晶体管高频功率放大器由内反馈产生寄生振荡的等效电路,2）负阻型寄生振荡,2. 寄生振荡的类型及产生原因,直接由器件的负阻现象产生的寄生振荡，主要有雪崩负阻振荡和过压负阻振荡两种。,A. 雪崩负阻振荡：晶体管工作进入雪崩击穿区，这种寄生振荡一般只在信号的负半周才出现。,B. 过压负阻振荡: 晶体管工作于过压状态，它一般在信号的正半周出现。,3. 寄生振荡的排除和防止措施,晶体管高频功率放大器的各种稳定措施,1. 间歇振荡,指振荡器工作时，时而振荡，时而停振的一种现象。这一现象产生的原因来自振荡器的自偏压电路参数选择不当。,间歇振荡时的振荡电压波形,2. 自偏压的建立过程,图 电容三端振荡

7、器的自偏置电路,由于Re上的直流压降是由发射极电流IE建立的，而且随 IE变化而变化，故称为自偏压。,3. 频率占据（或牵引）,指外加电动势频率与振荡器自激频率接近到一定程度时，可以使振荡频率随外电动势频率的改变而改变。,4. 频率拖曳现象,发生于振荡器电路采用耦合回路时，如耦合系数过大，次级又是谐振回路，则调节次级回路时，振荡回路频率也随之改变，甚至产生频率跳变。,1648构成的高频振荡电路,集成振荡器,第四章 调制与解调,4-1 概述 4-3 振幅调制与解调（1，2，3，4） 4-4 角度调制与解调 4-5 角度调制波的基本特性（1，2，3） 4-6 直接调频回路（1） 4-7间接调频回路

8、（1，2） 4-8 调频波的解调（1，2，3）,调制，就是让高频振荡信号的某个参数，例如振幅、 频率、相位，随调制信号的大小而线性变化的过程。 调制信号可以是数字的，也可以是模拟的，通常用 f（t）或v表示。 未受调制的高频振荡信号称为载波。 已调制后的高频振荡波称为已调信号，它带有调制信号的特征信息。 解调是调制的逆过程，其作用是从已调信号中取出调制信号。,第四章 调制与解调,第四章 调制与解调,4-1 概述 重点讨论模拟信号的调制与解调，即振幅调制(AM)、频率调制(FM)及相位调制(PM)。其中振幅调制属于频谱的线性变换，而频率调制及相位调制则属于频谱的非线性变换。 什么是频谱的线性变换

9、？,第四章 调制与解调,4-2 频谱的线性变换 线性的特点：信号频谱不失真的搬移。 非线性的特点：对信号频谱进行特定的非线性变换，产生新的频谱结构。,频域中的频谱搬移对应于时域中的两信号相乘，可以实现相乘的器件有二极管、三极管、场效应管、模拟乘法器等，是利用器件的非线性来完成的。 例1,其他见教材P262-263,4-3 振幅调制与解调,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,振幅应正比于信息,高频载波,调幅波,比例系数,调制信号为单音余弦波,调幅指数,已调载波的振幅,振幅最大值,振幅最小值,调幅波,振幅,单音调幅波由三个频率分量组成 ：,载频,振幅,上边频,下边频,4-3-1普通振

10、幅调制波的基本特性及其数学表达式,普通调幅波的波形、频谱,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,普通调幅波 的矢量合成,载波 为静止矢量OC，,长度,边频,CB”矢量长度为,以角速度 顺时针方向旋转,边频CB矢量长度为,以角速度 逆时针方向旋转,两个矢量的合成矢量的方向或与OC矢量方向一致，或者反相。总的合成矢量方向不变，仅长短变化，形成调幅波。,普通调幅波 的矢量合成,角频率与角速度的概念？ 角频率用单位r/s(转每秒） 因此它表示的物理量是频率。 角速度用单位rad/s(弧度每秒） 因此它是一个速度量。 另外：角频率可理解为圆周

11、上一点每秒转过的圈数 。采用参考圆法,那么参考点以角速度旋转时,它的投影就代表了给定的简谐振动的位移规律.这时参考点的角速度跟振动的角频率相对应。,调幅波的振幅的最小值,为使调幅波的包络不失真， 总是小于等于1，否则会产生过调幅失真（调幅指数大于1时）。,峰值调幅指数,谷值调幅指数,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,调幅波的波形,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,调幅波的功率,载波作用在单位电阻上的功率,时变振幅,作用在 电阻上的功率为？,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,最大状态功率,最小状态功率,调制信号的一个周期内的平均功率,作用在 电阻上

12、的功率为,上下频分量的功率之和,上下边频分量的振幅相等，功率也相等。,调幅波所占的频带宽度为：,调制信号的最高频率,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,当为复杂信号时，例如,调幅波,4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式,例某一调幅波，其载波功率， (I)若调幅系数 0.3，求边频功率。 (2)若调幅系数 1，求边频功率及最大状态功率。 解：(1) 0.3 (2) 1时， 最大状态功率：,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),抑制载波的双边带调制(DSB),带宽=？,抑制载波的单边带调制(SSB) 对D

13、SB再将一个边带抑制掉，仅传输一个边带，这种调制方式称为单边带调制(SSB) SSB占据频带宽度为？,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),SSB信号的波形图？,例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。 解： （1）DSB的波形,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。 解： （2）SSB的波形,4.

14、3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。 解： （3）AM的波形,1ms,用模拟乘法器实现调幅。 AM:,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),BPF,用模拟乘法器实现调幅。 DSB:,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),BPF,4.3.2 双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB),用模拟乘法器实现调幅。 SSB?,2、移相法,缺点： Fmax/Fmin很大，则在很宽的频率范围内移相90也极困难。,4.3.2 双边带调制

15、(DSB)和单边带调制(SSB),用模拟乘法器实现调幅。 SSB?,3、修正移相法,f(t),V1COSw1t,COS(w1- )t,Sin(w1- )t,优点：避免了对f(t)的90移相，仅对单频率1，2移相(1，2是固定频点)。,高电平调制 （集电极调幅、基极调幅） 低电平调制 1、模拟乘法器调幅 MC1496 MC1596 AD834 AD835,4.3.3 振幅调制电路,低电平调制 2、平方律调幅,4.3.3 振幅调制电路,场效应管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。,平衡调幅电路,低电平调制 3、斩波调幅,4.3.3 振幅调制电路,斩波调幅：,开关函数：当载波处于正半周时， 它的幅度为1，负半周时幅度为0。,用载波频率的变化来通断 ，把信号 “斩”成周期为 的间断信号，再通过中心频率 为的带通滤