高頻電子線路線性頻譜搬移電路

1、12 振幅調(diào)制、解調(diào)和混頻電路均屬頻譜線性搬移電路 振幅調(diào)制：用代表消息的低頻信號(hào)去改變高頻載波的振幅 解調(diào)：從高頻已調(diào)信號(hào)中還原調(diào)制信號(hào) 混頻：將已調(diào)信號(hào)的載頻變成另一個(gè)載頻提示3本章主要內(nèi)容5.1 頻譜搬移及調(diào)幅基本原理5.2 幅度調(diào)制電路5.3 調(diào)幅波的解調(diào)5.4 混頻電路本章小結(jié)45.1 頻譜搬移及調(diào)幅基本原理5 -頻譜搬移?。▽⒋硐⒌牡皖l基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻信道的工作頻帶內(nèi)） 調(diào)制目的？ 調(diào)制？ 分類？-見下頁-以低頻基帶信號(hào)（稱調(diào)制信號(hào)），去改變高頻載波的振幅（或頻率或相位），使其受調(diào)而間接寄載基帶信息，便信道傳輸！一、概述6脈沖調(diào)制脈寬調(diào)制脈位調(diào)制脈幅調(diào)制數(shù)字調(diào)制移頻鍵控

2、(FSK)移相鍵控(PSK)振幅鍵控(ASK)調(diào)制AMDSBSSBVSB合稱角度調(diào)制連續(xù)波調(diào)制振幅調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制模擬調(diào)制7表5.1 線性頻譜搬移電路分類根據(jù)功能分類振幅調(diào)制電路AM調(diào)幅電路根據(jù)關(guān)鍵元器件分類 二極管電路二極管平衡環(huán)形調(diào)幅電路DSB調(diào)幅電路峰值包絡(luò)檢波電路SSB調(diào)幅電路平衡、環(huán)形混頻電路振幅檢波電路包絡(luò)檢波電路三極管電路高電平調(diào)幅電路同步檢波器三極管混頻電路混頻電路(變頻電路)上變頻電路模擬集成電路濾波法調(diào)幅電路下變頻電路乘積型同步檢波電路81.1.普通調(diào)幅普通調(diào)幅 (AM)1）表達(dá)式載波信號(hào)tUtuccmccos)( tfUccm 2cos )(tu調(diào)制信號(hào))()(cmm

3、tukUtUa 普通調(diào)幅波幅值)cos()()cos()()(cacmcAMttukUttUtum普通調(diào)幅波信號(hào)二、調(diào)幅的基本類型和特點(diǎn)9cmmaaUUkm 2）單音AM調(diào)幅通常 F1時(shí)時(shí) 產(chǎn)生過調(diào)幅失真12 單音AM調(diào)幅波的頻譜 已調(diào)信號(hào)頻譜由上、下邊頻分量+載頻分量組成 帶寬：BW = 2F)cos()cos()cos(ccma21ccma21ccmtUmtUmtU tmUtuAMcacmcostcos1)(（ )cos( )cos()cos(ccma21ccma21ccmt Umt Umt U 13例例5.1 已知調(diào)制信號(hào) (V)，AM波的振幅峰值 =1.9V，振幅谷值 =0.6V，比例

4、常數(shù) =0.9 (1/V)，求已調(diào)波載頻分量的振幅 ，原調(diào)制信號(hào)的振幅 以及調(diào)幅系數(shù) 。( )cosmu tUtmax( )AMUtmin( )AMUtaKcmUmUam0.72mUV解：解：由教材式（由教材式（5.1.3a）和（）和（5.1.3b）得：）得： =1.9V， =0.6V 聯(lián)立兩式并解方程可得：聯(lián)立兩式并解方程可得： 又又 將將代入代入可解得：可解得： 再將再將 =1.9V； =0.6V代入代入(5.1.3c)式可式可 得：得： 最后由最后由 解得：解得： (1)cmaUm(1)cmaUm0.65acmm U0.9ammacmcmk UUmUU0.9acmmm UUmax( )A

5、MUtmin( )AMUt0.65acmmU1.25cmUV143）多音信號(hào)的AM調(diào)幅代表消息的調(diào)制信號(hào)往往并非單頻信號(hào)，而是由許多頻率成分組成。譬如，電話（話音）信號(hào)的頻率變化范圍為300 3400Hz，廣播信號(hào)的頻率變化范圍為10KHz左右，而普通電視信號(hào)的頻帶寬達(dá)6.5MHz152.2.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSBDSB）( )( ) cosDSBacutk utt ka由調(diào)制電路和載波幅值決定1）表達(dá)式單頻調(diào)制時(shí) 含上下邊頻分量，但無載頻分量！ “相乘”實(shí)現(xiàn)！( )coscoscos()cos() 2DSBaccacccutm Uttm Utt 162）單音DSB的

6、波形和頻譜17183.單邊帶調(diào)幅波（ SSB波）1）表達(dá)式2）波形及頻譜( )cos()cos() 2acmSSBHcSSBcm UuttUt上邊帶（頻）：acmSSBLcSSBcm U(t)cos()tUcos()t2u下邊帶（頻）：194.殘留邊帶調(diào)幅（ VSB）與AM和DSB相比，SSB無疑最能節(jié)約能量和頻帶。但是，SSB的調(diào)制和解調(diào)設(shè)備都比較復(fù)雜，且不適于傳送含有直流成分的基帶信號(hào)。欲解決單/雙邊帶調(diào)幅的不足，可選擇折衷的調(diào)幅方式：VSB調(diào)幅。VSB調(diào)幅，是傳送雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶和另一邊帶的殘留部分VSB調(diào)幅的典型應(yīng)用是電視圖象信號(hào)的殘留邊帶調(diào)幅。205.調(diào)幅波的故載波分量功率邊頻

7、分量功率：AM波在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)的平均功率：2201(cos)12TcmccmcLLUtdtUTPRR2021cos() 124TacmcSSBacLm UtdtTPm PR2122DSBSSBacPPmP21(1)2AMcDSBacPPPmP21例例5.25.2 已知兩個(gè)信號(hào)電壓的頻譜如圖5. 8所示，要求：(1) 寫出兩個(gè)信號(hào)電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并指出已調(diào)波的性質(zhì)。(2) 計(jì)算在單位電阻（1 ）上消耗的邊帶功率和總功率、以及已調(diào)波的帶寬。解(1) 圖(a)為普通雙邊帶調(diào)幅波 且：10.32acmm UV2cmUV調(diào)幅系數(shù)0.3am 信號(hào)時(shí)域表達(dá)式：36( )1coscos21 0.3cos

8、(210cos(210AMcmacutUmtttt（）22圖(b)為DSB調(diào)幅波：6( )0.6cos200cos210( )DSButtt V解(2) 先求圖（a）所示AM信號(hào)功率： 其中載波功率： 221122()22cmcUPWR又邊帶功率：22110.320.045()44SSBacPm PWAM調(diào)幅波總功率：22.09()AMCSSBPPPW再求圖（b）所示DSB信號(hào)功率：20120.3cos(2999 )0.09()TDSBPtdtWT 上下邊頻分量相同情況下，DSB信號(hào)發(fā)射功率比AM信號(hào)要小得多 因它們均為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，因此它們的帶寬相等。23三、調(diào)幅電路的組成模型三、調(diào)幅電路

9、的組成模型1、相乘器（調(diào)幅關(guān)鍵電路之一）實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)相乘 AM增益系數(shù)（乘積系數(shù)）1/V MAXYX Y0u t（ ）xuyu圖5.9 模擬乘法器電路符號(hào) 調(diào)幅電路可實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的線性搬移！按卷積定理，如果兩信號(hào)在時(shí)域作相乘運(yùn)算的話，頻域則進(jìn)行兩信號(hào)頻譜的卷積運(yùn)算，即頻域就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的線性搬移。前面從時(shí)間和頻率兩個(gè)領(lǐng)域?qū)M和DSB等調(diào)幅信號(hào)的分析也充分說明了這些?？梢?，乘法器乃線性頻譜搬移電路的關(guān)鍵部件。24MAXYXYQUucu+MAXYXYucu(a) AM調(diào)幅(b) DSB調(diào)幅圖5.1.7 調(diào)幅電路模型AMut（）D SBut（ ）BPFBPF00( )( ) ( )cos( )co

10、scos( )cos( )cosAMMQcMQcmcMcmcmcacmacutA Uut u tA U UtA U uttUtk uttUk utt2、AM調(diào)幅電路組成模型帶通作用？25MAXYXYQUucu+MAXYXYucu(a) AM 調(diào) 幅(b) DSB調(diào) 幅圖 5.1.7 調(diào) 幅 電 路 模 型A Mut（ ）D S Bu t（ ）BPFBPF3、DSB調(diào)幅電路組成模型( )( )( )( )cos( )cosDSBMcMcmcacutA ut u tA U uttk utt帶通作用？264、SSB調(diào)幅電路大致模型（濾波法）思路 DSB除去一個(gè)邊帶SSB濾波法、移相法 過渡帶寬：f

11、= 2Fmin 當(dāng)濾波器邊帶相對(duì) f / fc較小時(shí)，直接濾波很困難27小 結(jié) 調(diào)幅電路由具有頻率變換作用的乘法器以及濾波器等部件組成 乘法器電路既可以是二極管、三極管等分立元件組成的工作頻帶較窄的非線性時(shí)變參量電路，也可以是模擬IC芯片加外圍元件構(gòu)成的性能更加優(yōu)越乘法器電路。 濾波器的任務(wù)是取出有用的雙邊帶或單邊帶分量，濾除無用的邊帶分量以及非線性電路可能產(chǎn)生的其它無用頻率分量。285.2 幅度調(diào)制電路291. 非線性器件的相乘作用2012aa ua u22012220212012coscos11coscos 222coscos 2mmmmmmmaa Uta Utaa Ua Uta UtII

12、tIt（）qukTsiI e230123aaua ua u-式5.11一、相乘器電路30 當(dāng)兩個(gè)不同頻幅的交流信號(hào)電壓作用于非線性元件時(shí)，流過該元件的電流中含有：直流、基波和二次諧波以及兩輸入信號(hào)間的和頻、差頻（即上、下邊頻）等組合頻率分量。 說明非線性器件具備相乘器功能由這種器件構(gòu)成的非線性電路與選頻電路（如濾波器或LC諧振回路）相結(jié)合，就可以組成實(shí)現(xiàn)線性頻譜搬移的調(diào)幅電路以及振幅檢波電路等。201222220c12222ccc(coscos)(coscos)acoscos)22(cos2cos2)2cos()tcos()tmcmcmcmcmmmcmcmcmcmmiaa UtUta UtUt

13、aaaUUUtUtaUtUta UU =（）+ (312. 集成模擬乘法器集成模擬乘法器coscos1cos()() 2MCMmcmcMmcmccA uuA UUttA UUtt 集成模擬乘法器也是一種性能理想的電路。隨著半導(dǎo)體集成工藝的發(fā)展和技術(shù)性能的提高，模擬乘法器芯片如MC1496/1596、BG314加外圍元件所構(gòu)成的完整線性頻譜搬移電路已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 模擬乘法器芯片是在加有恒流源電路的差分對(duì)管放大電路基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的?。?.13）式321）單差分對(duì)放大器的乘積功能33當(dāng)所有管子的電流放大系數(shù)1時(shí)，流過RE的電流為：E EoEVIR122oC QC QCQIIII21211(1

14、)CoCCCCiIiiii111BETuUECsiiI e222BETuUECsiiI e21111211(1)(1)(1)xBEBETTuuuUUCCoooCiiIIeIei由圖5.15（b）可見： 而匯入恒流源的電流為： 工作在正向?qū)▍^(qū)的兩管發(fā)射極電流可如下表示：341(1)22oxCTIuithU2(1)22oxCTIuithUEEyoEVuIR11(1)22EEyxCCQCCQCETVuuithIiIiRU22(1)22EEyxCCQCCQCETVuuithIiIiRU1222EEyxCCCETVuuiiithRU 用雙曲正切函數(shù)表示：同理：如圖5.15(b)，若恒流源電路是受uy控

15、制的受控恒流源，則有：其中：35單差分對(duì)管電路的局部交流通路如圖5.16示，其雙端輸出電壓：211212()()22occcccccEEyxCCCCCCETui Ri RiiRVuuiiRi RR thRU 1252mTUUm V則當(dāng)：22xxTTuuthUU1222EECCoxxyMxMxyETETVRRuuuuAuAuuR UR U 362）雙差分對(duì)放大器的乘積功能22cxoyMxyETRuuuA uuRU 電路及輸出電壓表達(dá)式注：UT26mV(常溫下的電壓當(dāng)量值)37設(shè)小信號(hào)工作狀態(tài)：T2T1,UuUu即：004y2TcxI RuuuU 0022yxcuuuI R ththUUTT輸出電

16、壓 的解析 TT22UuUuth這時(shí) 故5 . 02TUu（雙曲正切函數(shù)的性質(zhì)）-說明實(shí)現(xiàn)了ux與uy理想相乘注：UT=26mV381124()CxCoyxyMxyEkEEEkRuRuu th arcthu uA u uRI RR R I只有滿足 52xmUmV才能使輸出電壓 0cxyMxyyTRuu uA u uR U這類模擬乘法器的線性動(dòng)態(tài)范圍受限。為此， BG314等模擬乘法器芯片內(nèi)部加入了如圖5.18示意的反雙曲正切函數(shù)電路（修正電路）。這樣，輸出電壓表達(dá)式可修正為下式：393）MC1496/1596 集成模擬相乘器外圍引腳排列圖集電極外接負(fù)載電阻40 先在發(fā)射機(jī)的末前級(jí)產(chǎn)生高頻調(diào)幅信

17、號(hào)，再經(jīng)過線性高頻功率放大器放大后達(dá)到所需要的發(fā)射功率。 圖5.19 低電平調(diào)幅系統(tǒng)框圖二、低電平調(diào)幅電路 411.二極管低電平調(diào)幅電路 工作條件- uc信號(hào)足夠大器件工作于開關(guān)狀態(tài) u信號(hào)應(yīng)足夠小 二極管開關(guān)工作狀態(tài)分析ucu+u+iuc = Ucmcos ctu = U m cos tUcm U m ，uc控制V開關(guān)工作ucu+K1(u1 )irD=1/gD單向開關(guān)函數(shù)表達(dá)式：K1(ct)=1 cos(ct) 00 cos(ct1)0.5V，RC1/wc , RrD 時(shí)，可認(rèn)為 Uom Usm71要求：Uim0.5V， RC1/wc , RrD2） ui為AM調(diào)幅波時(shí)0mU00mdmUU7

18、22、電路詳細(xì)分析：RLCCui+CR+uo+uW0123coscos2cos3DmcmcmciIItItIt733、檢波效率與輸入電阻1） 檢波效率d d Usm2sm2smrmm sin costUtUUU tUtUtUUUU sin cos cos222sm22smsmrm2rmm 接下頁 cos21rmsmrmmtUUUU 則 ) cos1 (rmsmrmtUUU 由此可見：兩不同頻率信號(hào)疊加后的合成電壓乃調(diào)幅調(diào)相波。當(dāng)兩者幅度相差較大時(shí)，合成電壓近似為AM波送至包絡(luò)檢波器可重建低頻調(diào)制信號(hào)。合成電壓振幅按兩輸入信號(hào)的頻差規(guī)律變化的現(xiàn)象稱差拍現(xiàn)象。92疊加型平衡同步檢波電路（可減少失真

19、）)(21OmmdUUutUuuucmcos 1rsi1ui1tUuuucmcos 2rsi2ui2 cos- tcosrmsmrmrmrmsmrmrmtUUUUUUUUd tcos2rmsmrmUUUdus+CRurV1+uous+ CRV2+-+-93總總 結(jié)結(jié)v 調(diào)幅電路有兩類：v 低電平調(diào)幅電路：實(shí)現(xiàn)單/雙邊帶調(diào)幅；廣泛采用二極管環(huán)型相乘器和雙差分對(duì)集成模擬乘法器v 高電平調(diào)幅電路：常用丙類諧振功放產(chǎn)生大功率的AM波v 檢波電路有兩類：v 二極管峰值包絡(luò)檢波電路：AM信號(hào)包絡(luò)能直接反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律可用簡單的二極管包絡(luò)檢波器解調(diào)v 同步檢波電路： SSB和DSB信號(hào)中不含載波，須采用

20、同步檢波器解調(diào)，為獲得良好的檢波效果，要求本地載波嚴(yán)格與發(fā)載波同步（同頻同相） 同步檢波電路較復(fù)雜！945.4 混頻電路95一、混頻基本原理一、混頻基本原理1、混頻電路的作用變頻！將已調(diào)信號(hào)的載頻變成另一載頻。LcIfff cLILcIffffff 或或或兩輸入間的和頻與差頻分量962、混頻電路的組成模型與基本原理( )(1cos)cossAMsmasuutUmtt假設(shè)：( )(1cos)cos()(1cos)cosiimaLsimaiu tUmttUmtt( )(1cos)cos()(1cos)cosiimaLsimaiu tUmttUmtt則相乘器輸出( )1coscoscososmasL

21、mLutUmtt Ut1coscos()cos() LmsmaLsLs2UUmttt設(shè)帶通通帶增益為1，且調(diào)諧在中頻fI =fl- fs上，則混頻器輸出為設(shè)帶通通帶增益為1，且調(diào)諧在中頻fI =fl+ fs上，則混頻器輸出為97可見，混頻器能實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的線性搬移，將其由fs端搬到fI端差頻分量和頻分量981、二極管環(huán)形混頻器 要求本振信號(hào)功率足夠大，而輸入信號(hào)為小信號(hào) 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸入輸出端口均接濾波50匹配網(wǎng)絡(luò)二、 二極管混頻電路99 中頻濾波器(b) uL0時(shí)的等效電路 （c） u0時(shí)的等效電路圖5.48 二極管環(huán)形混頻器100011()()LsLuuukt021()()LsLuuukt

22、0010212()sLuuuu kt032()()LsLuuukt042()()LsLuuukt0030422()sLuuuu kt0002()sLuuuukt由（b）圖：由（c）圖：1244()coscos33LLLktkktt0442(coscos3)34cos()cos() 4cos(3)cos(3) 3sLLsmLsLssmLsLsuuttUttaUtt101三、晶體三極管混頻電路 1. 基本電路1022. 三極管混頻電路的工作原理 ( )( )BE UtBBcuBEig tu1030123( )( )( )( )g tgg tg tg t1111( )( )coscos1cos()cos() 2csLsmssmLsLsigt utgt Utg Utti11cos()2smLsigUt下變頻所對(duì)應(yīng)的中頻電流應(yīng)為： 112ismIgU該中頻電流的振幅： 1043. 具體的三極管混頻電路1)自激式105