頻譜搬移電路的基本工作原理ppt課件

1、1第四章 頻譜搬移電路-4.2 4.3 非線性電路概念和頻率變換本質(zhì)非線性電路概念和頻率變換本質(zhì)4.5 本章小結(jié)本章小結(jié) (振幅調(diào)制電路、振幅解振幅調(diào)制電路、振幅解調(diào)電路、混頻電路調(diào)電路、混頻電路 4.4 頻譜搬移電路的典型電路分析頻譜搬移電路的典型電路分析4.2 頻譜搬移電路的根本任務(wù)原理頻譜搬移電路的根本任務(wù)原理2 24.2.1 振幅調(diào)制簡述振幅調(diào)制簡述4.2.2調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形與頻譜調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形與頻譜4.2.3普通調(diào)幅波的功率普通調(diào)幅波的功率-引出雙邊帶與單引出雙邊帶與單邊帶邊帶4.2頻譜搬移電路的根本任務(wù)原理 (振幅調(diào)制電路、振幅解調(diào)電路、混頻電路4.2.4 典型的

2、振幅調(diào)制電路框圖典型的振幅調(diào)制電路框圖4.2.7 本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)2021-10-144.2.5振幅解調(diào)概念、波形與頻譜表示圖振幅解調(diào)概念、波形與頻譜表示圖4.2.6混頻概念、波形與頻譜表示圖混頻概念、波形與頻譜表示圖3 3將要傳送的基帶信號裝載到某一高頻載頻信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。將要傳送的基帶信號裝載到某一高頻載頻信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射 天線倍頻調(diào)制音頻放大2.定義定義4.2.1 振幅調(diào)制簡述1.框圖框圖2021-10-144 41. 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式對普通的調(diào)幅波,通常滿足c。根據(jù)振幅調(diào)制信號的定義,已調(diào)信號的振幅

3、隨調(diào)制信號u線性變化。載波信號：載波信號： tV000cosv調(diào)制信號：調(diào)制信號： tVcosv按調(diào)幅信號已調(diào)波定義：按調(diào)幅信號已調(diào)波定義： ttV0mAMcos)(v由于調(diào)由于調(diào) 幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有：幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有： tVkVtVcos)(a0m，式中，式中ak為比例常數(shù)為比例常數(shù),與兩信號在電路接入端有關(guān)，見下頁圖示與兩信號在電路接入端有關(guān)，見下頁圖示即：即： )cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV2021-10-145典型的振幅調(diào)制電路典型的振幅調(diào)制電路5 vb(t) + + VCC + VBB + VC(t) + vCE

4、 vBE + L C vc v + 集電極調(diào)幅電路2021-10-14晶體三極管基極調(diào)幅電路ak為比例常數(shù)為比例常數(shù),與兩個信號在電路中接入端能否一樣有關(guān)與兩個信號在電路中接入端能否一樣有關(guān)同一個端輸入兩個信號在, 1ak1ak6 61. 普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式載波信號：載波信號： tV000cosv調(diào)制信號：調(diào)制信號： tVcosv知：知： )cos1()cos1()(a00a0mtmVtVVkVtV式中式中ma設(shè)為調(diào)制度，設(shè)為調(diào)制度， 0aaVVkm假設(shè)：常用百分比數(shù)表示。常用百分比數(shù)表示。ttmV0a0AMcos)cos1(v2021-10-14上式為普通調(diào)幅波的數(shù)

5、學(xué)表示式上式為普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式7 7普通AM波的三種情況AM的三種情況(見以下圖)：M1：過調(diào)制，波形已失真包絡(luò)不能照實反映基帶信號幅度，不用M1：臨界調(diào)制與失真僅一線之隔，參數(shù)略有變化就失真，也不用；M1：正常調(diào)幅，最常用實驗時普通M：20%40% 假設(shè):ttMttMV0a0a0AMcos)cos1 ( 2cos)cos1 (v2021-10-148 8波形表示圖tV000cosvtV cosv0am10am1am1am正常波形的M為：0.20.520%50%M1：正常調(diào)制，M1：過調(diào)制，M1：臨界調(diào)制ut0(a)(b)(c)(d)(e)uCttttm 1uAM(t)UcmUc000u

6、AM(t)m 1m 1uAM(t)0實際波形圖實踐波形圖2021-10-149 9)1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos1 ()(a0mtMVtV調(diào)幅波通式： 波形特點： (1)調(diào)幅波的振幅包絡(luò)變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致 (2) 調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱度 這里：這里：Ma設(shè)為調(diào)制度，設(shè)為調(diào)制度， 且且M1為正常調(diào)制為正常調(diào)制2021-10-1410101由單一頻率基帶信號調(diào)由單一頻率基帶信號調(diào) 幅幅tmtmtVttmVt)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(0a0a000a0AMv 調(diào)制信號0載波調(diào)幅波0+上邊頻0-下邊頻頻率：0， 0 載波幅度：

7、V0邊頻幅度：0a21VMMa普通為0.20.5，邊頻幅度小2021-10-14111100maxVVVm上0min0VVVm下(b)uAM(t)f (t)tt(a)包絡(luò)未調(diào)制002021-10-14了解1212nnnnntmtmtVtmtmtVttmVt)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1)(0000000000nnnnnnnnnAMv信號帶寬信號帶寬max2B 0 o 調(diào)幅波調(diào)制信號載波多音調(diào)幅波信號的公式、頻譜多音調(diào)幅波信號的公式、頻譜max0+max上邊帶0-max下邊帶2021-10-141313 假設(shè)將普通調(diào)幅波保送功率至電阻假設(shè)將普通

8、調(diào)幅波保送功率至電阻R上，那么載波與兩個邊頻將分別得出上，那么載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v載波功率載波功率:RVP20oT21上邊頻或下邊頻上邊頻或下邊頻: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AMAM信號的平均輸出功率是信號的平均輸出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211 (24.2.3 調(diào)幅波中的功率關(guān)系調(diào)幅波中的功率關(guān)系-引出雙邊帶與單邊帶引出雙邊帶與單邊帶載波幅度： V0，0a21VM調(diào)幅波普通表達式：調(diào)幅波普通表達式：邊頻幅度：

9、2021-10-141414 由于由于Ma實踐為實踐為0.2到到0.5，所以載波本身雖不包含信號，但，所以載波本身雖不包含信號，但它的功率它的功率PoT卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。當(dāng)當(dāng)ma1時，時，PoT(2/3)Po ；當(dāng)當(dāng)ma0.5時，時，PoT(8/9)Po ； 從調(diào)幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實踐地從調(diào)幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實踐地包含調(diào)制信號的頻譜構(gòu)造，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，包含調(diào)制信號的頻譜構(gòu)造，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。不反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。oT2aDSBoTAMPm

10、PPP)211 ( 00002Vma02Vma00V1、調(diào)幅波中的功率關(guān)系當(dāng)當(dāng)ma0.2時，時，PoT(50/51)Po ；2021-10-1415152221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP AM信號的平均功率 邊頻 由上式可以看出,AM波的總平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而攜帶有用信號的功率只存在在兩個邊頻功率上。P單邊頻 P總 2021-10-14效率為有用功與無用功相比，即P邊頻/P總=M2aP上邊頻 +P下邊頻 +P載波P單邊頻4=效率上、下邊頻的平均功率均為普通：普通：Ma小于小于1， aM例如：=0.3：這時平均功率：這時平均功率 ，闡明，闡明o

11、avPP05. 1邊頻功率只占總功率的邊頻功率只占總功率的 5%，可見發(fā)射效率極低。，可見發(fā)射效率極低。 處理的方法處理的方法 雙邊帶雙邊帶, 抑制載波，即只發(fā)送兩個邊帶。抑制載波，即只發(fā)送兩個邊帶。 單邊帶單邊帶, 不但抑制載波，還抑制一個邊帶，即只不但抑制載波，還抑制一個邊帶，即只發(fā)送一個邊帶。發(fā)送一個邊帶。 殘留邊帶，發(fā)送一個邊帶和另一邊帶一部分。殘留邊帶，發(fā)送一個邊帶和另一邊帶一部分。2021-10-14161717ttmVtooacoscos)(v在調(diào)制過程中, 將輸出信號的載波抑制就構(gòu)成了抑制載波的雙邊帶信號,簡稱雙邊帶信號。它可用載波與調(diào)制信號相乘得到,其表示式為2、雙邊帶信號定

12、義和公式調(diào)制時,為了降低無用功率、提高效率，需將載波抑制，引出概念-雙邊帶信號DSB。2021-10-141818雙邊帶調(diào)制時的頻譜圖0 F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f 0- 0+ 0a21Vm 虛線表示無載波2021-10-141919圖 DSB信號波形 u0(a)uCtuDSB(t)0t(b)(c)t001800U(t)U cost由以上公式可以畫出DSB信號波形和頻譜圖ttmVtooacoscos)(v2021-10-14留意DSB與AM波的不同，在90處的躍變2020( )cos()( )cos()SSBcSSBcutUtutUt 3 單邊帶SSB信號公式單邊帶SSB信號是

13、由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調(diào)制過程中,直接將一個邊帶抵消而成。為了進一步提高效率，只需保管一個邊帶，引出概念-單邊帶信號。2021-10-142121圖 單邊帶調(diào)制時的頻譜搬移 0F(a)f0(b)ffcfc F0(c)f2021-10-142222圖 單音調(diào)制的SSB信號波形 uSSB(t)0tfc FU2021-10-1423三種振幅調(diào)制信號比較三種振幅調(diào)制信號比較電壓電壓表達式表達式普通調(diào)幅波普通調(diào)幅波ttmV0a0cos)cos1 (載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波ttVm00acoscos單邊帶信號單邊帶信號tVm)cos(200a)cos(2(00tVma

14、或波形圖波形圖頻譜圖頻譜圖 0- 0+ 0a21Vm 0- 0+ 0a21Vm 信號信號帶寬帶寬)2( 2)2( 22 0- 0+ 理想效率理想效率 小于小于10% 5 0% 100%2424 調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說都需求用非線性器件就是說都需求用非線性器件( (電路電路) )來完成頻率變換。來完成頻率變換。 這里將調(diào)制信號這里將調(diào)制信號vv與載波信號與載波信號v0v0參與非線性器件，然參與非線性器件，然后經(jīng)過中心頻率為后經(jīng)過中心頻率為00的帶通濾波器取出輸出電壓的帶通濾波器取出輸出電壓vovo中的調(diào)幅中的

15、調(diào)幅波成分。波成分。4.2.4 AM信號的實現(xiàn)模型-任務(wù)原理2021-10-14圖4.1.4 AM信號的實現(xiàn)方框圖 詳細(xì)原理與電路在第三節(jié)講述2525從振幅受調(diào)制的高頻信號中復(fù)原出原調(diào)制的信號。從振幅受調(diào)制的高頻信號中復(fù)原出原調(diào)制的信號。 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fo fs = fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 2021-10-14檢波簡述 1.定義4.2.5振幅解調(diào)概念、波形與頻譜表示圖振幅解調(diào)概念、波形與頻譜表示圖2626二極管檢波器二極管檢波器三極管檢波器三極管檢波器檢波檢波器件器件信號大小信號大小小信號檢波器小信號檢波器大信號檢波器大信號檢波器任務(wù)原理任

16、務(wù)原理包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器同步檢波器同步檢波器2. 檢波的分類檢波的分類2021-10-1427272021-10-1428282021-10-142929非線性非線性 電路電路低通低通濾濾 波器波器從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于AM信號信號 輸入輸入 AM信號信號檢出包絡(luò)信息檢出包絡(luò)信息2021-10-145 典型的典型的AM振幅解調(diào)框圖振幅解調(diào)框圖-包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波30 在堅持一樣調(diào)制規(guī)律的條件下，將輸入已調(diào)信號的載波頻率從fs變換為固定fi的過程稱為變頻或混頻。 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大

17、F F 以調(diào)幅為例以調(diào)幅為例 在接納機中，在接納機中， fi稱為中頻。普通其值為稱為中頻。普通其值為其中其中fo是本地振蕩頻率。是本地振蕩頻率。soifff 定義定義: :其中，其中，fi大于大于fs的混頻稱為上混頻，的混頻稱為上混頻， fi小于小于fs的混頻稱為下混頻。的混頻稱為下混頻。4.2.6混頻概念、波形與頻譜表示圖混頻概念、波形與頻譜表示圖31波形波形 經(jīng)過混頻器變頻后，輸出頻率為經(jīng)過混頻器變頻后，輸出頻率為soifffMHz)67 . 1 (MHz)465. 6165. 2(MHz465. 0 混頻的結(jié)果：較高的不同的載波頻率變?yōu)楣潭ǖ妮^低的載混頻的結(jié)果：較高的不同的載波頻率變?yōu)楣?/p>

18、定的較低的載波頻率，而振幅包絡(luò)外形不變。波頻率，而振幅包絡(luò)外形不變。4.2.6. 混頻器的波形頻率舉例：頻率舉例：32調(diào)幅是線性頻率變換調(diào)幅是線性頻率變換 ( (普通是高本振普通是高本振) ) 頻譜搬移頻譜搬移 4.2.6混頻器的頻譜soifff其中，其中，fi大于大于fs的混頻稱為上混頻，的混頻稱為上混頻， fi小于小于fs的混頻稱為下混頻。的混頻稱為下混頻。公式推公式推導(dǎo)見調(diào)導(dǎo)見調(diào)制章節(jié)制章節(jié)33A.A.變頻變頻( (混頻混頻) )增益：增益：混頻器輸出中頻電壓混頻器輸出中頻電壓VimVim與輸入信號電壓與輸入信號電壓VsmVsm的幅值之比。的幅值之比。D.D.噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：高頻輸入

19、端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。C.C.選擇性：選擇性：抑制中頻以外的信號的干擾的才干。抑制中頻以外的信號的干擾的才干。B.B.非線性干擾：非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的才干。抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的才干。重點是中頻干擾和鏡像干擾重點是中頻干擾和鏡像干擾4.2.6.混頻器的性能目的344.2.7 本節(jié)小結(jié)4.2.1 調(diào)幅調(diào)幅 概述概述342021-10-14調(diào)制：將基帶信號不失真地裝載到高頻信號上。調(diào)制：將基帶信號不失真地裝載到高頻信號上。調(diào)制的緣由：能量問題，真實可行的天線，頻道調(diào)制的緣由：能量問題，真實可行的

20、天線，頻道復(fù)用、窄帶傳輸易于實現(xiàn)等。復(fù)用、窄帶傳輸易于實現(xiàn)等。調(diào)幅是將要傳送的基帶信號裝載到某一高頻載頻調(diào)幅是將要傳送的基帶信號裝載到某一高頻載頻信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。信號上，使其振幅受調(diào)制的過程。調(diào)幅的三種方法：調(diào)幅的三種方法：AM、DSB、SSB3535)1 (aomaxmVVoV)1 (aominmVV)cos1()(a0mtmVtV調(diào)幅波通式： 波形特點： (1)調(diào)幅波的振幅包絡(luò)變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致 (2) 調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱度 2021-10-140aaVVkm4.2.2調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式、波形364.2.2 調(diào)幅波的波形調(diào)幅波的波形36

21、ut0(a )(b )(c )(d )(e )uCttttm 1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m 1m 1uAM(t)0U0 F(a)fUc0(b)ffc10(c)ffcfc Ffc F2Fm/2m/2三種Ma的值對應(yīng)的波形2021-10-14Ma普通為0.2-0.53737 假設(shè)將普通調(diào)幅波保送功率至電阻假設(shè)將普通調(diào)幅波保送功率至電阻R上，那么載波與兩個邊頻將分別得出上，那么載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：如下的功率：00002Vma02Vma00VttmVtooacos)cos1 ()(v載波功率載波功率:RVP20oT21上邊頻或下邊頻上邊頻或下邊頻: :oT2a20aSB2SB1412121PmRVmPP在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AMAM信號的平均輸出功率是信號的平均輸出功率是oTaDSBoTAMPmPPP)211 (24.2.3 調(diào)幅波的功率關(guān)系-引出雙邊帶與單邊帶 載波幅度：V0， 邊頻幅度：0a21VMMa小有用邊頻功率小2021-10-143838 上、下邊頻的平均功率均為2221()2241(1)22CcLavcmUmPPRmPPdtP AM信號的平均功率 邊頻 由上式可以看出,AM波的總平均功率為載波功率與兩個邊帶功率之和。而攜帶有用