通信電子線路電子教案 第7章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻

1、第7章 振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻7.1概述n7.1.1調(diào)制的基本概念n調(diào)制：n頻譜的搬移調(diào)幅n頻譜的變換調(diào)角n調(diào)幅通常又分為四種方式：n普通的調(diào)幅方式(AM)；n抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)；n抑制載波的單邊帶調(diào)制(SSB-SC)；n殘留邊帶(VSB)調(diào)制。調(diào)制器調(diào)制器載波載波調(diào)制信號調(diào)制信號已調(diào)信號已調(diào)信號7.1.2振幅調(diào)制信號分析n一、普通調(diào)幅波n1.表達式及波形 設(shè)載波電壓為 coscosccmcmutUtutUt調(diào)制電壓為7.1.2振幅調(diào)制信號分析 通常滿足c。根據(jù)振幅調(diào)制信號的定義,已調(diào)信號的振幅隨調(diào)制信號u(t)線性變化,由此可得振幅調(diào)制信號振幅Um（t）為 Ucm(t)=Uc

2、m+Uc（t）=Ucm+kaUcost =Ucm(1+macost) 式中,Uc（t）與調(diào)制電壓u成正比,其振幅Uc=kaU與載波振幅之比稱為調(diào)幅度（調(diào)制度） caacmcmUk UmUU7.1.2振幅調(diào)制信號分析 式中,ka為比例系數(shù),一般由調(diào)制電路確定,故又稱為調(diào)制靈敏度。由此可得調(diào)幅信號的表達式 uAM(t)=Ucm(t)cosct=Ucm(1+macost)cosct ut0(a )(b )(c)(d )(e)uCttttm 1uAM(t)UcmUc000uAM(t)m 1m 1uAM(t)07.1.2振幅調(diào)制信號分析n2. 調(diào)幅波的頻譜 由圖7-2（b）可知,調(diào)幅波不是一個簡單的正弦

3、波形。在單一頻率的正弦信號的調(diào)制情況下,調(diào)幅波如前式所描述。將前式用三角公式展開,可得 uAM(t)=Ucm(t)cosct=Ucm(1+macost)cosctcoscoscoscoscos()cos()22cmcacmcaacmccmccmcUtm UttmmUtUtUt 11coscoscos()cos()22因為2.AM波的頻譜UAMCUCU下 邊下 邊頻頻上 邊上 邊頻頻C- C C+C-n C C+n1 1 2 2UAMUCUC單頻調(diào)制頻譜單頻調(diào)制頻譜復(fù)雜信號調(diào)制頻譜復(fù)雜信號調(diào)制頻譜2.AM波的頻譜nAM波的帶寬n單頻調(diào)制：或n復(fù)雜信號調(diào)制：或2)()()(ccAMBW單頻調(diào)制FF

4、fFfBWccAM2)()()(單頻調(diào)制maxmaxmax)(2)()(FFfFfBWccAM復(fù)雜信號調(diào)制maxmaxmax)(2)()(ccAMBW復(fù)雜信號調(diào)制注：兩個式子的區(qū)別：單位不同注：兩個式子的區(qū)別：單位不同2.AM波的功率RUPcmc221上邊頻（或下邊頻）功率上邊頻（或下邊頻）功率 RUmPcmaSSB21)2(2總邊頻功率總邊頻功率 CaSSBDSBPmPP2212調(diào)幅波輸出的總平均功率為調(diào)幅波輸出的總平均功率為caDSBCAMPmPPP)211 (2載波功率：載波功率：2.實現(xiàn)AM調(diào)制的電路模型xyKmxyu(t)uc(t)uAM(t)xKmxyu(t)uc(t)uAM(t)

5、直流直流y模型一模型一模型二模型二n二、雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波n三、殘留邊帶調(diào)幅波二、雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅二、雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波波n單頻調(diào)制時，單頻調(diào)制時，DSB波的數(shù)學(xué)表達式：波的數(shù)學(xué)表達式：nDSB電路模型：電路模型：DSB信號的帶寬nBWDSB=2（與AM波一樣）c+c-DSB波的頻譜波的頻譜c+maxc+minc-minc-maxSSB調(diào)制n單頻調(diào)制時，單頻調(diào)制時，SSB波的數(shù)學(xué)表達式：波的數(shù)學(xué)表達式：SSB電路模型三、殘留邊帶調(diào)制先進行先進行AM調(diào)制調(diào)制讓讓AM波通過波通過斜切濾波器斜切濾波器得到得到VSB波波電路模型7.2 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路n7.2.1 AM

6、調(diào)制電路調(diào)制電路n7.2.2 DSB調(diào)制電路調(diào)制電路7.2.1 AM調(diào)制電路調(diào)制電路nAM調(diào)制常用高電平調(diào)制電路調(diào)制常用高電平調(diào)制電路n高電平調(diào)制：將諧振功率放大器與調(diào)制電路合在高電平調(diào)制：將諧振功率放大器與調(diào)制電路合在一起，在較大功率電平的基礎(chǔ)上進行調(diào)制。一起，在較大功率電平的基礎(chǔ)上進行調(diào)制。n常用電路：基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅常用電路：基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅一、基極調(diào)幅一、基極調(diào)幅uBB(t)=UBB+Umcost工作在欠壓狀態(tài)工作在欠壓狀態(tài)n優(yōu)點：對調(diào)制信號源所能提供的功率要求不高優(yōu)點：對調(diào)制信號源所能提供的功率要求不高n缺點：線性度不好，效率較低缺點：線性度不好，效率較低二、集電極調(diào)幅二、集

7、電極調(diào)幅uCC(t)=UCC+Umcost工作在過壓狀態(tài)工作在過壓狀態(tài)n優(yōu)點：效率高優(yōu)點：效率高n缺點：所需要的調(diào)制信號的功率較大缺點：所需要的調(diào)制信號的功率較大7.2.2 DSB調(diào)制電路調(diào)制電路n二極管平衡調(diào)制器二極管平衡調(diào)制器n二極管環(huán)形調(diào)制器二極管環(huán)形調(diào)制器n模擬乘法器調(diào)制器模擬乘法器調(diào)制器一、二極管平衡調(diào)制器一、二極管平衡調(diào)制器0)(2tuuL二極管平衡調(diào)制器二極管平衡調(diào)制器uc(t)正半周正半周uc(t)負半周負半周帶通濾波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)假設(shè)T1的N1:N2=1:1， T2的N1:N2=1:2等效電路等效電路二、

8、二極管環(huán)形調(diào)制器二、二極管環(huán)形調(diào)制器模擬乘法器實現(xiàn)AM、DSB調(diào)制 調(diào)制信號從管腳調(diào)制信號從管腳1輸入，載波從管輸入，載波從管腳腳7輸入；輸入；RW為為載波分量調(diào)零電載波分量調(diào)零電位器，它的作用位器，它的作用是調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)1和和4的直的直流電位差為零，流電位差為零，保證輸出為保證輸出為DSB調(diào)幅波。若調(diào)幅波。若1和和4的直流電位差不的直流電位差不為零，則有載波為零，則有載波分量輸出，就成分量輸出，就成為普通調(diào)幅了。為普通調(diào)幅了。7.3調(diào)幅信號的解調(diào)n解調(diào)：已調(diào)信號還原成調(diào)制信號的過程。也稱檢波n振幅調(diào)制的解調(diào)方法：n包絡(luò)檢波：峰值、 平均值、平方律n同步檢波n衡量檢波器的質(zhì)量指標：n檢波效率Kd

9、n輸入電阻Rin非線性失真n對高頻分量的濾波特性imamdUmUKimimiIUR 7.3.1二極管峰值包絡(luò)檢波n一、工作原理它由一個二極管它由一個二極管與一個電阻、電與一個電阻、電容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。電路中電阻、電電路中電阻、電容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為低容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為低通濾波器。電路通濾波器。電路的輸入電壓較大，的輸入電壓較大，一般在一般在500mV以以上。上。二、性能分析（1）二極管的通角理論上講，越小，輸出電壓越接近調(diào)幅波的包絡(luò)，失真越小。通角的分析方法類似于丙類功率放大器的折線分析法。為只有在大信號時，二極管的伏安特性才能用折線近似，故包絡(luò)檢波適宜大信號?？梢奟L越大越小。 33LDRg

10、二、性能分析（2）檢波效率Kd 定義：輸出低頻電壓振幅與輸入高頻電壓包絡(luò)的振幅之比（3）輸入電阻Ri當(dāng)gDRL=50時cosimoimaoaimamdUUUmUmUmUKcossin1DimimigIUR2LiRR 三、檢波器的失真1.惰性失真n又稱對角切割失真，是由于檢波器輸出端時間常數(shù)RLC太大而引起的。n也可以說是由于電容的較大的惰性造成的，故稱為惰性失真。峰值包絡(luò)檢波器存在兩種典型的失真：峰值包絡(luò)檢波器存在兩種典型的失真：惰性失真惰性失真與與負峰切割失真負峰切割失真。三、檢波器的失真n避免出現(xiàn)惰性失真：在任何一個高頻信號的周期內(nèi)，使用電容器C放電速度大于或等于包絡(luò)下降速度，即n計算得n

11、實際電路設(shè)計中，要用最大調(diào)制度和最高調(diào)制頻率計算tUttUimo)(aaLmmCR21maxmax2max1aaLmMCRn2.負峰切割失真n檢波器輸出一般要通過隔直電容C與下級放大器耦合，如右圖。n如果RL和RL取直不當(dāng)就有可能出現(xiàn)負峰切割失真CRL+u(t)-RLn要防止負峰切割失真：n該式表明：交、直流負載電阻越接近，不產(chǎn)生負峰切割失真所允許的ma值越接近1。反之，當(dāng)ma一定時，要求不出現(xiàn)負峰切割失真，就必須限制交、直流負載電阻的差別LLLLLLaRRRRRRm/交流負載直流負載四、峰值包絡(luò)檢波器的實際應(yīng)用電路與元四、峰值包絡(luò)檢波器的實際應(yīng)用電路與元件選擇件選擇n峰值包絡(luò)檢波器的改進電路圖峰值包絡(luò)檢波器的改進電路圖n峰值包絡(luò)檢波的實際應(yīng)用電路圖峰值包絡(luò)檢波的實際應(yīng)用電路圖檢波元器件選擇檢波元器件選擇n檢波二極管的選擇檢波二極管的選擇n正向?qū)娮枵驅(qū)?/p>