第5章++線性頻譜搬移電路gyx

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去改變高頻載波的振幅 解調(diào)：從高頻已調(diào)信號中還原調(diào)制信號 混頻：將已調(diào)信號的載頻變成另一個(gè)載頻提示3本章主要內(nèi)容本章主要內(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！（將代表消息的低頻基帶信號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（稱調(diào)制信號），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，便于信道傳輸！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)

2、字調(diào)制移頻鍵控(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.普通調(diào)幅 (AM)1）表達(dá)式載波信號tUtuccmccos)( tfUccm 2cos )(tu調(diào)制信號)()(cm

3、mtukUtUa 普通調(diào)幅波幅值A(chǔ)Mccmac( )( ) cos()( )cos()mutU ttUk u tt普通調(diào)幅波信號二、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)幅失真產(chǎn)生過調(diào)幅失真14 單音AM調(diào)幅波的頻譜 已調(diào)信號頻譜由上、下邊頻分量+載頻分量組成 帶寬：BW = 2F)cos()cos()cos(ccma21ccma21ccmtUmtUmtU tmUtuAMcacmcostcos1)(（)cos()cos()cos(ccma21ccma21ccmtUmtUmtU 15例例5.1 已知調(diào)制信號 (V)，AM波的振幅峰值 =1.9V，振幅谷

4、值 =0.6V，比例常數(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

5、 UUmax( )AMUtmin( )AMUt0.65acmmU1.25cmUV163）多音信號的AM調(diào)幅代表消息的調(diào)制信號往往并非單頻信號，而是由許多頻率成分組成。譬如，電話（話音）信號的頻率變化范圍為300 3400Hz，廣播信號的頻率變化范圍為10KHz左右，而普通電視信號的頻帶寬達(dá)6.5MHz172.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）( )( ) 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 182）單音DSB的波形和頻譜

6、19203.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(t)cos()tcos()t2UuU下邊帶（頻）：214.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。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)用是電視圖象信號的殘留邊帶調(diào)幅。225.調(diào)幅波的故載波分量功率邊頻分量功率：A

7、M波在調(diào)制信號一周期內(nèi)的平均功率：2201(cos)12TcmccmcLLUtdtUTPRR2021cos() 124TacmcSSBacLm UtdtTPm PR2122DSBSSBacPPmP21(1)2AMcDSBacPPPmP23例例5.25.2 已知兩個(gè)信號電壓的頻譜如圖5. 8所示，要求：(1) 寫出兩個(gè)信號電壓的數(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 信號時(shí)域表達(dá)式：36( )1coscos21 0.3cos(210co

8、s(210AMcmacutUmtttt（）24圖(b)為DSB調(diào)幅波：6( )cos200cos0260.1( )DSButtt V解(2) 先求圖（a）所示AM信號功率： 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信號功率：20120.3cos(2999 )0.09()TDSBPtdtWT 上下邊頻分量相同情況下，DSB信號發(fā)射功率比AM信號要小得多 因它們均為雙邊帶調(diào)幅信號，因此它們的帶寬相等。25三、調(diào)幅電路的組成模型1、相乘器（調(diào)幅關(guān)鍵電路

9、之一）實(shí)現(xiàn)兩信號相乘 AM增益系數(shù)（乘積系數(shù)）1/V MAXYXY0u t（ ）xuyu圖5.9 模擬乘法器電路符號 調(diào)幅電路可實(shí)現(xiàn)信號頻譜的線性搬移！按卷積定理，如果兩信號在時(shí)域作相乘運(yùn)算的話，頻域則進(jìn)行兩信號頻譜的卷積運(yùn)算，即頻域就能實(shí)現(xiàn)信號頻譜的線性搬移。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。26MAXYXYQUucu+MAXYXYucu(a) AM調(diào)幅(b) DSB調(diào)幅圖5.1.7 調(diào)幅電路模型AMut（）DSBut（）BPFBPF00( )( ) ( )cos( )coscos( )cos( )cosAMMQ

10、cMQcmcMcmcmcacmacutA Uut u tA U UtA U uttUtk uttUk utt2、AM調(diào)幅電路組成模型帶通作用？27MAXYXYQUucu+MAXYXYucu(a) AM調(diào)幅(b) DSB調(diào)幅圖5.1.7 調(diào)幅電路模型AMut（）DSBut（）BPFBPF3、DSB調(diào)幅電路組成模型( )( )( )( )cos( )cosDSBMcMcmcacutA ut u tA U uttk utt帶通作用？284、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 = 2Fmin 當(dāng)濾波器邊帶相對 f/fc較小時(shí)，直接濾波很困難295

11、.2 幅度調(diào)制電路301. 非線性器件的相乘作用2012aa ua u22012220212012coscos11coscos 222coscos 2mmmmmmmaa Uta Utaa Ua Uta UtIItIt（）qukTsiI e230123aaua ua u-式5.11一、相乘器電路1.1單個(gè)小信號作用于非線性元件單個(gè)小信號作用于非線性元件31 當(dāng)兩個(gè)不同頻幅的交流信號電壓作用于非線性元件時(shí)，流過當(dāng)兩個(gè)不同頻幅的交流信號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間的和頻、差頻（即上、下邊頻）

12、等組合頻率分量。間的和頻、差頻（即上、下邊頻）等組合頻率分量。 說明說明非線性器件具備相乘器功能非線性器件具備相乘器功能由這種器件構(gòu)成的非線由這種器件構(gòu)成的非線性電路與選頻電路（如濾波器或性電路與選頻電路（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。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 UtUtaaaUUUtUtaUtUta

13、 UU =（）+ (1.2 兩個(gè)不同頻幅的交流小信號作用于非線性元件兩個(gè)不同頻幅的交流小信號作用于非線性元件322. 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)用移電路已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用（5.13）式33 先先在發(fā)射機(jī)的

14、末前級產(chǎn)生高頻調(diào)幅信號，在發(fā)射機(jī)的末前級產(chǎn)生高頻調(diào)幅信號，再再經(jīng)過線性高經(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。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 341.二極管低電平調(diào)幅電路1）二極管的開關(guān)工作狀態(tài)(大信號)i=gDu35 工作條件- uc信號足夠大器件工作于開關(guān)狀態(tài) u信號應(yīng)足夠小 二極管開關(guān)工作狀態(tài)分析ucu+uiuc = Ucmcos ctu =Um costUcm U m ，uc控制V開關(guān)工作ucu+-K1(uc )irD=1/gD單向開關(guān)函數(shù)表達(dá)式：K1(ct)=1 cos(ct) 00 cos(ct1) 00 uc

15、0.5V，RC1/wc , RrD 時(shí)，可認(rèn)為 UomUim69要求：Uim0.5V， RC1/wc , RrD2） ui為AM調(diào)幅波時(shí)0mU0mdcmUU702、電路詳細(xì)分析：RLCCui+CR+uo+uW713、檢波效率與輸入電阻1） 檢波效率d d Usm2sm2smrmm sin costUtUUU tUtUtUUUU sin cos cos222sm22smsmrm2rmm cos21rmsmrmmtUUUU 則 ) cos1 (rmsmrmtUUU 由此可見：兩不同頻率信號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。合成

16、電壓振幅按兩輸入信號的頻差規(guī)律變化的現(xiàn)象稱差拍現(xiàn)象。88檢波效率（又稱電壓傳輸系數(shù)）kd要高。檢波效率是指檢波器輸出的低頻電壓振幅與輸入的高頻已調(diào)信號ui（含有調(diào)制分量）包絡(luò)振幅之比。即： 通常:檢波電路的輸入電阻Ri要大。這樣對前級電路的影響就越小。檢波失真要小。輸出波形的失真程度和失真的產(chǎn)生原因，將隨輸入信號的大小和檢波器工作狀態(tài)的不同而有所不同，應(yīng)當(dāng)盡量避免或減少檢波失真。 1omdaimUkm U1dku 檢波器技術(shù)指標(biāo)及要求：89總 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

17、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信號包絡(luò)能直接反映調(diào)制信號變化規(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信號中不含載波，須采用同步檢波器解調(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！905.4 混頻電路91一、混頻基本原理1、混頻電路的作用變頻！將已調(diào)信號的載頻變成另一載頻。LcIfff cLILcIffffff 或或或兩輸入信號頻率間的和頻與差頻分量922、混頻電路的組成模型與基本原理( )(1cos)cossAMsmasuutUmtt假設(shè)：( )(1cos)cos()iimaLsu tUm

18、tt( )(1cos)cos()iimaLsu tUmtt則相乘器輸出( )1coscoscososmasLmLutUmtt Ut1coscos()cos() LmsmaLsLs2UUmttt設(shè)帶通通帶增益為1若調(diào)諧在中頻fI =fl- fs上，則混頻器輸出為若調(diào)諧在中頻fI =fl+ fs上，則混頻器輸出為93可見，混頻器能實(shí)現(xiàn)信號頻譜的線性搬移，將其由fs端搬到fI端差頻分量和頻分量941、二極管環(huán)形混頻器 要求本振信號功率足夠大，而輸入信號為小信號 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95 中頻濾波器(b) uL0時(shí)的等效電路 （c） uL0時(shí)的等效電路圖5.

19、48 二極管環(huán)形混頻器96011()()LsLuuukt021()()LsLuuukt0010212()sLuuuu kt032()()LsLuuukt042()()LsLuuukt0030422()sLuuuu kt0002()sLuuuukt由（b）圖：由（c）圖：1244()coscos33LLLktkktt0442(coscos3)34cos()cos() 4cos(3)cos(3) 3sLLsmLsLssmLsLsuuttUttaUtt97三、晶體三極管混頻電路 1. 基本電路982. 三極管混頻電路的工作原理 ( )( )BE UtBBcuBEig tu990123( )( )( )( )g tgg tg tg t1111( )( )coscos1cos()cos() 2csLsmssmLsLsigt utgt Utg Utti11cos()2smLsigUt下變頻所對應(yīng)的中頻電流應(yīng)為： 112ismIgU該中頻電流的振幅： 1003. 具體的三極管混頻電路1)自激式1012)他激式102四、 乘積型混