高頻第5章振幅調(diào)制電路

1、第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)第第5章章 振幅調(diào)制電路振幅調(diào)制電路 5.1 概述概述5.2 低電平振幅調(diào)制電路低電平振幅調(diào)制電路5.3 高電平振幅調(diào)制電路高電平振幅調(diào)制電路5.4 單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)5.1 概述概述 調(diào)制：將需傳送的基帶信號(hào)加載到高頻信號(hào)上去的過程稱為調(diào)制。 基帶信號(hào)：所需傳送的信息通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此電信號(hào)是占有一定頻譜寬度的低頻信號(hào)，通常稱為基帶信號(hào)。 調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩大類。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 一、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式及其頻譜 調(diào)幅：用需傳送的信息(調(diào)制

2、信號(hào))u(t)去控制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)u(t)線性關(guān)系變化。 設(shè)載波信號(hào)uc(t)=Ucmcosct，調(diào)制信號(hào)u(t)=Umcost，則普通調(diào)幅波的數(shù)字表示式為 uAM(t)=Ucm+kaUmcostcosct=Ucm(1+macost)cosct 其中ka比例系數(shù)， ma調(diào)幅指數(shù)(調(diào)幅度) ma=kaUm/Ucm。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) u(t) t uc(t) t uAM(t) umax Ucm Umin t 調(diào)制調(diào)制信號(hào)信號(hào)載波載波信號(hào)信號(hào)高頻已高頻已調(diào)波調(diào)波信號(hào)信號(hào)u(t), u c(t)和和uAM(t)的波形圖的波形圖第第5 5章章 振幅調(diào)

3、制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 從圖中可以看到，已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號(hào)一樣，稱之為不失真調(diào)制。從調(diào)幅波的波形上看出包絡(luò)的最大值Ummax和最小值Ummin， Ummax=Ucm(1+ma) Ummin=Ucm(1-ma)minmaxminmaxmmmmaUUUUm第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)tUmtUmtUtuccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(其頻譜圖為：其頻譜圖為： U() Um U C() c U Cm UAM() c c+ c Ucm 1/2maUcm 1/2maUcm 帶寬：帶寬：2第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 二、普通調(diào)幅波的功率

4、關(guān)系 將調(diào)幅波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對(duì)應(yīng)的功率可表示為 (1)載波功率 (2)每個(gè)邊頻功率 (3)調(diào)制一周內(nèi)的平均總功率RUPcmoT221RUmPPcmacc12212oTaoToavPmPPPPcc212第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 三、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)和單邊帶調(diào)幅信號(hào) 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)：因?yàn)檩d波本身并不包含信息，而且還占有較大的功率，為了減小不必要的功率浪費(fèi)，可以只發(fā)射上、下邊頻，而不發(fā)射載波，用DSB表示。 (t) =(t)c(t)=UmcostUcmcosct =UmUcmcos(c+)t+cos(c-)t 因?yàn)殡p邊帶信號(hào)不包含載

5、波，它的全部功率都為邊帶占有，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高于AM制。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)波形與頻譜圖波形與頻譜圖 (a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 單邊帶調(diào)幅波，把雙邊帶調(diào)幅波中的一個(gè)邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個(gè)邊帶，用SSB表示。其數(shù)學(xué)表示式為 u(t)=UmUcmcos(c+)t 或 u(t)=UmUcmcos(c-)t 單邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度只有兩邊帶的一半，其頻帶利用率高，在通信系統(tǒng)中是一種常用的調(diào)制方式。對(duì)于單頻調(diào)制的單邊帶信號(hào)，它仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同

6、的，它含有傳送信息的特征。第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 四、振幅調(diào)制電路的功能 功能：將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過電路變換成高頻調(diào)幅信號(hào)輸出。 三種調(diào)幅電路的輸入、輸出信號(hào)的頻譜關(guān)系。第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)五、振幅調(diào)制電路的分類及要求 按實(shí)現(xiàn)調(diào)幅級(jí)電平的高低分為低電平調(diào)幅電路和高電平調(diào)幅電路。 低電平調(diào)幅是先在低功率電平級(jí)進(jìn)行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。 高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)5.2低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路 因?yàn)檎{(diào)制過程是把調(diào)制信號(hào)的頻譜從低頻搬

7、移到載頻的兩側(cè)，即產(chǎn)生了新的頻譜分量，所以必須采用非線性器件才能實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，上、下邊頻分量的產(chǎn)生是利用調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘而得來的。這樣選用的非線性器件必須能完成相乘的作用。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 一、單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路 開關(guān)狀態(tài)：指二極管在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)行頻率變換時(shí)，其中一個(gè)電壓振幅足夠大，另一電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通或截止將完全受大振幅電壓的控制，可近似認(rèn)為二極管處于一種理想的開關(guān)狀態(tài)。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 設(shè)u1(t)=U1mcos1t u2(t)=U2mcos2t 在u2(t)的正半周，二極管導(dǎo)通，通過負(fù)載RL的電

8、流為 其中，rd為二極管的導(dǎo)通電阻。在u2(t)的負(fù)半周，二極管截止，通過負(fù)載的電流為零。因此，電流i可用下式表示： )()(121tutuRriLd 0)(0 0)()()(12221tutututuRriLd第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 引入開關(guān)函數(shù) 電流可表示成 K(t)的傅里葉級(jí)數(shù)展開，用K(2t)表示0)(00)(1)(222tututwK)()()(121tututKRriLdttttK22225cos523cos32cos221)(121) 12cos() 12() 1(221nntnn第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)電流i中包含以下頻譜成分1. u1

9、和u2的頻率成分1和2；2. u1和u2的和頻和差頻2+1、2-1；3. u1的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻，即(2n-1)21；4. u2的偶次諧波頻率；5. 直流成分。 )coscos( 5cos523cos32cos22112211222tUtUttRrimmLd第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)二、二極管平衡調(diào)幅電路帶通濾波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)二極管平衡調(diào)幅電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 設(shè)在B2初級(jí)輸入調(diào)制電壓u(t)=Umcost。在B1輸入載波電壓uc(t)=Ucmcosct

10、。 設(shè)流過二極管D1的電流為i1，流過二極管D2的電流為i2，它們的流向如圖所示。在開關(guān)工作狀態(tài)，uc(t)為大信號(hào)，對(duì)D1來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。對(duì)D2來說，uc(t)的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。它們的開關(guān)函數(shù)都是K(ct)。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)i1=K(ct)uc(t)+u(t)i2=K(ct)uc(t)-u(t)電流i為 ttttRrUttRrtUtKRrtuiiiccccLdmccLdmcLd)3cos(32)3cos(32 )cos(2)cos(2cos2 3cos32cos2212cos2 )(2)(221i中包含、c、3c，等頻率分量。

11、第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 三、二極管環(huán)形調(diào)幅電路 流過輸出負(fù)載電阻RL的電流為 i=i1-i2=2u(t)/（RL+rd)K(ct) )(2)(234tKrRtuiiicdL流過RL的總電流為 )()(2)(211tKtKrRtuiiiccdLIttrRtUccdLm3cos34cos42cos2第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 四、模擬乘法器調(diào)幅電路 模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)(電壓或電流)相乘作用的電子器件。它具有兩個(gè)輸入端對(duì)(即X和Y輸入端對(duì))和一個(gè)輸出端對(duì)，其傳輸特性方程為 u0(t)=Kux(t)uy(t) 式中，K乘法器的增益系數(shù)，單位為1/V

12、。第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)雙差分對(duì)管電路 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 對(duì)于T1、T2和T3、T4組成的差分對(duì)， 根據(jù)雙曲線正切函數(shù)的性質(zhì)，當(dāng)u1和u2都小于26mV時(shí)，kTquii2th12151kTquii2th12152kTquii2th12163kTquii2th121642121022uuKkTqukTquIiM第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)5.3高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路 丙類諧振功放的調(diào)制特性分為基極調(diào)制特性和集電極調(diào)制特性兩種, 據(jù)此可以分別組成基極調(diào)幅電路和集電極調(diào)幅電路。 現(xiàn)以集電極調(diào)幅電路為例，說明高電平調(diào)幅的原理。 第

13、第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)uc(t)UBB UCC0uUCC(t)LCuo(t)cosctUCC0+u(t)kUCC0+u(t)cosct一、集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)制特性集電極調(diào)制特性第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 設(shè)基極激勵(lì)信號(hào)電壓為ub=Ubmcosct，則基極瞬時(shí)電壓為ube=Vbb+Ubmcosct，又設(shè)集電極調(diào)制信號(hào)電壓為u(t)=Umcost，則集電極有效電源電壓為 Vcc=VcT+Umcost=VcT(1+macost) 式中，調(diào)幅指數(shù)ma=Um/VcT。 第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 當(dāng)Vcc=VcT+Umcost=VcT(1+ma

14、cost)時(shí)，則 Ic0=Ic0T(1+macost) Ic1m=Ic1T(1+macost) 在載波狀態(tài)時(shí)，u(t)=0。此時(shí)Vcc=VcT、Ic0=Ic0T、Ic1m=Ic1T，其對(duì)應(yīng)的功率和效率為： 直流電源VcT輸入功率P=VcTIc0T 載波輸出功率 集電極損耗功率PcT=P=T-PoT 集電極效率cT=PoT/P=T pTcOTRIP2121第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)當(dāng)處于調(diào)幅波峰(最大點(diǎn))時(shí)，電流和電壓都達(dá)到最大值：Vccmax=VcT(1+ma)Ic0max=IcoT(1+ma)Ic1max=Ic1T(1+ma)有效電源輸入功率P=max=VccmaxIc0m

15、ax=VcT(1+ma)Ic0T(1+ma)=P=T(1+ma)2高頻輸出功率Pomax=(1+ma)2Rp=PoT(1+ma)2集電極損耗功率Pcmax=P=max-Pomax=(P=T-PoT)(1+ma)2=PcT(1+ma)2集電極效率 =(常數(shù))cTToTocPPPPmaxmaxmax第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 由集電極有效電源電壓Vcc供給被調(diào)放大器的總平均功率為 由調(diào)制信號(hào)源u(t)所供給的平均功率為 在調(diào)制一周期內(nèi)的平均輸出功率為 00)(d)cos1 ()cos1 (21)(d21-aTcacTcccavttmItmVtIVP21222aTcoTcTacoT

16、cTmPIVmIVTacoTcTaauPmIVmPPP2222212121)(d2121222121aoTapTcpmcoavmPmRItRIP第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)在調(diào)制信號(hào)一周期內(nèi)平均集電極損耗功率為在調(diào)制一周內(nèi)的平均集電極效率則為2121)P-(PP-PP22oTToavavcavacTamPm常數(shù)cTaTaoTavoavcavmPmPPP212122第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 結(jié)論： 1.在調(diào)制信號(hào)一周內(nèi)的平均功率都是載波狀態(tài)對(duì)應(yīng)功率的 倍。 2.總輸入功率分別由VcT和u(t)所供給，VcT供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，u(t)則供給用

17、以產(chǎn)生邊帶功率的平均輸入功率P。 3.集電極平均損耗功率等于載波點(diǎn)的損耗功率的倍。應(yīng)根據(jù)這一平均損耗功率來選擇晶體管，以使PcMPcav。212am第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)4.在調(diào)制過程中，效率不變，這樣可保證集電極調(diào)幅電路處于高效率下工作。5.因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)源u(t)需提供輸入功率，故調(diào)制信號(hào)源u(t)一定要是功率源。大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號(hào)源，這是集電極調(diào)幅的主要缺點(diǎn)。第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)5.4單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生 單邊帶發(fā)送：將載波抑制，并進(jìn)一步再抑制一個(gè)邊帶，只讓另一個(gè)邊帶發(fā)送出去。 一、單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn) 1.優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省帶寬；功率利用率高；傳輸失真小。 2.缺點(diǎn)：接收端解調(diào)困難。 產(chǎn)生單邊帶調(diào)幅信號(hào)的方法主要有濾波法、移相法。第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào)v濾波法從頻域方面 這種方法是根據(jù)單邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜特點(diǎn), 先產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號(hào), 再利用邊帶濾波器取出其中一個(gè)邊帶信號(hào)。二、單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法第第5 5章章 振幅調(diào)制及解調(diào)振幅調(diào)制及解調(diào) 設(shè)調(diào)制信號(hào)u(t)=Umcost時(shí)， 則單邊帶調(diào)幅信號(hào)為 u=K