七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件

1、第七章 振幅調(diào)制與解調(diào)第七章 振幅調(diào)制與解調(diào) 無線電通信發(fā)射機(jī)的組成框圖振蕩器 高頻放大器調(diào)制倍頻話筒調(diào)制信號 放大器載波uc調(diào)制信號 u已調(diào)波uAM7.1 概述 無線電通信發(fā)射機(jī)的組成框圖振蕩器 高頻調(diào)制倍頻話筒調(diào)制信在無線電通信系統(tǒng)中，將信號從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，信號的原始形式一般不適合傳輸，必須進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，所謂調(diào)制是將需要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩信號（載波）上去的過程。 在接收端收到了已調(diào)波信號后，需要將載波去掉，還原成原有的信息，即調(diào)制信號，這個過程是與調(diào)制相反的過程，稱為解調(diào)。調(diào)制可分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制，簡稱為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，分別對應(yīng)的解調(diào)有檢波、鑒頻和鑒相。

2、 在無線電通信系統(tǒng)中，將信號從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，信號的原始 只有天線實(shí)際長度與電信號的波長相比擬時(shí)，這時(shí)電信號才能以電磁波形式有效地輻射。 若信號頻率為1kHz，其相應(yīng)波長300km，若采用波1/4波長的天線，就需要75km，制造這樣的天線是很困難的。 這就要求原始電信號必須有足夠高的頻率。2.為什么要調(diào)制？調(diào)幅1 .含意-振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號成正比地變化。 只有天線實(shí)際長度與電信號的波長相比擬2.為什么要調(diào)制 對于有線通信雖然可以傳輸語音之類的低頻信號。但一條信道只傳輸一路信號太不經(jīng)濟(jì)，利用率太低。 所以有線通信也需要將各路語音信號搬

3、移到不同的頻段，以實(shí)現(xiàn)多路信號一線傳輸而又不互相干擾。 采用調(diào)幅 1）由于頻率高，可以無線傳輸； 2）可以實(shí)現(xiàn)多路信號一線傳輸而又不互相干擾。 對于有線通信雖然可以傳輸語音之類的低頻信預(yù)備知識：符號 高頻 低頻預(yù)備知識：符號 預(yù)備知識：三角函數(shù)復(fù)習(xí)預(yù)備知識：三角函數(shù)復(fù)習(xí)預(yù)備知識：數(shù)學(xué)分析方法 1）冪級數(shù)分析法（小信號） 2）折線近似分析法（大信號）預(yù)備知識：數(shù)學(xué)分析方法 1）冪級數(shù)分析法（小信號）正弦波一般可表示為：1.AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)：單音調(diào)制信號載波調(diào)幅信號（已調(diào)波）包絡(luò)函數(shù)7.2 調(diào)幅波的性質(zhì)7.2.1 普通調(diào)幅波（普通AM波）正弦波一般可表示為：1.AM調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)：單

4、音調(diào)制信包絡(luò)函數(shù)稱為調(diào)幅度、調(diào)幅指數(shù)或調(diào)制系數(shù)。k 為比例系數(shù)，稱為調(diào)制靈敏度。包絡(luò)函數(shù)稱為調(diào)幅度、調(diào)幅指數(shù)或調(diào)制系數(shù)。k 為比例系數(shù)，稱 2. 調(diào)幅信號的波形 2. 調(diào)幅信號的波形包絡(luò)函數(shù)： 是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度過調(diào)幅失真包絡(luò)函數(shù)： 是調(diào)幅波的主要參(a) 調(diào)制信號(b)已調(diào)波形包絡(luò)振幅載波振幅波峰值-波谷值波峰值+波谷值=(a) 調(diào)制信號(b)已調(diào)波形包絡(luò)振幅載波振幅波峰值-波谷值載波分量上邊帶分量下邊帶分量電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖 3. AM調(diào)幅波的頻譜及帶寬載波分量上邊帶分量下邊帶分量電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖 單音調(diào)幅波頻譜寬度等于調(diào)制信號頻

5、率 的二倍即2) 多音調(diào)幅波的頻譜頻譜寬度是最高頻率 的二倍即： 單音調(diào)幅波頻譜寬度等于調(diào)制信號頻率 的二電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖 將單音調(diào)幅波電壓加到電阻R兩端，得調(diào)幅波各頻率分量在R上消耗的功率分別是：7.2.2 AM調(diào)幅波的功率分配電壓振幅調(diào)幅波的頻譜圖 將單音調(diào)幅波電壓加到電阻R兩端 載波功率當(dāng)Ma最大為1時(shí)，邊帶功率只占整個調(diào)幅波功率的1/3。上邊頻功率：在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM 信號的平均輸出功率：下邊頻功率： 載波功率當(dāng)Ma最大為1時(shí)，邊帶功率只占整個調(diào)幅波功率 在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制掉，就可形成雙邊帶信號。DSB波數(shù)學(xué)表達(dá)式：7.2.3 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號（D

6、SB）結(jié)論：能量傳送時(shí)，由AM傳送改為邊帶傳送可節(jié)約能量。是否能抑制掉載波，只保留兩個邊帶呢？ 在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制掉，就可DSB波DSB波的波形與頻譜：DSB波的波形與頻譜：DSB 的特點(diǎn) 1）DSB 信號的幅值仍隨調(diào)制信號而變化，但與普通調(diào)幅波不同， DSB 的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號的形狀，仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。 2）在調(diào)制信號的正負(fù)半周，載波的相位反相，即高頻振蕩的相位在 U (t)=0 瞬間有1800 的突變。 3）信號仍集中在載頻 附近，所占頻帶為 BWDSB=2FmaxDSB 的特點(diǎn) 1）DSB 信號的幅值仍隨調(diào)制信號而 雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號的變

7、化規(guī)律。 由于調(diào)制抑制了載波，輸出功率是有用信號，它比普通調(diào)幅經(jīng)濟(jì)。但在頻帶利用率上沒有什么改進(jìn)。為進(jìn)一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊傳輸方式。 雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號的 雙邊帶調(diào)制波的上下邊帶包含的信息相同，兩個邊帶發(fā)射是多余的，為節(jié)省頻帶，提高系統(tǒng)的功率和頻帶的利用率，常采用單邊帶調(diào)制系統(tǒng)。SSB的數(shù)學(xué)表達(dá)式上邊帶下邊帶7.2.4. 抑制載波的單邊帶調(diào)幅信號（SSB）或 雙邊帶調(diào)制波的上下邊帶包含的信息相同，兩個邊帶發(fā)射是SSB的波形圖與頻譜圖SSB的波形圖與頻譜圖殘留邊帶(VSB)調(diào)制方式VSB發(fā)射一個完整邊帶和載頻及另一邊帶低頻部分電視圖像傳送

8、中常用。殘留邊帶(VSB)調(diào)制方式VSB發(fā)射一個完整邊帶和載頻及另一三種振幅調(diào)制信號三種振幅調(diào)制信號【例】某調(diào)幅廣播電臺的發(fā)射機(jī)，輸出載波功率為1000W。試求它可能輸出的的最大邊帶功率和最大輸出總功率，以及平均調(diào)幅系數(shù)為0.3時(shí)的輸出總功率?！纠磕痴{(diào)幅廣播電臺的發(fā)射機(jī)，輸出載波功率為1000W。試求【例】 已知兩個信號電壓的頻譜如圖所示，要求：(1) 寫出兩個信號電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并指出已調(diào)波的性質(zhì)。(2) 計(jì)算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率、以及已調(diào)波的帶寬【例】 已知兩個信號電壓的頻譜如圖所示，要求：【例】己知調(diào)幅波 (v)若將 加在1的電阻上。求：1）調(diào)幅指數(shù)2）載波功率、上下邊

9、頻功率和總功率3）畫出該調(diào)幅波的電壓頻譜圖【例】己知調(diào)幅波 (v)若將 加在1的電阻上。非線性調(diào)幅原理框圖如下：7.3 平方律調(diào)幅小信號調(diào)幅 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，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。 這里將調(diào)制信號v與載波信號v0相加后，同時(shí)加入非線性器件，然后通過中心頻率為0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。非線性調(diào)幅原理框圖如下：7.3 平方律調(diào)幅小信號調(diào)幅 7.3.1 簡單的二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路當(dāng)vi很小時(shí)，級數(shù)可只取前四項(xiàng)若：為L、C回路諧振于的等效電阻為二極管的動態(tài)電阻7.3.1 簡單的二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路當(dāng)vi很小時(shí)，

10、經(jīng)分類整理可知：0是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是02 項(xiàng)。 由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。 經(jīng)分類整理可知：0是我們所需要的上、下邊頻。這圖 7.3.2 串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡化電路7.3.2 平衡調(diào)幅器而圖 7.3.2 串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡化電路7.3如果兩個二極管參數(shù)完全一樣，則：等頻率分量被抵消了。混頻效率有所提高！無載波分量，輸出為DSB波如果兩個二極管參數(shù)完全一樣，則：等頻率分量被抵消了?；祛l效率開關(guān)函數(shù)調(diào)幅的數(shù)學(xué)分析不考慮調(diào)制信號載波正半周載波負(fù)半周7.4

11、 斬波調(diào)幅開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)調(diào)幅的數(shù)學(xué)分析不考慮調(diào)制信號7.4 斬波調(diào)幅開關(guān)7.4.1 工作原理圖 9.4.1 斬波調(diào)幅器方框圖7.4.1 工作原理圖 9.4.1 斬波調(diào)幅器方圖 9.4.2 斬波調(diào)幅器工作圖解7.4.1 工作原理圖 9.4.2 斬波調(diào)幅器工作圖解7.4.1 關(guān)注：和頻，差頻。 有無載波分量？普通AM？DSB？7.4.1 工作原理關(guān)注：和頻，差頻。 7.4.1 工作原理7.4.2 實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路圖 9.4.4 二極管電橋斬波調(diào)幅電路7.4.2 實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路圖 9.4.4 圖5-33 二極管環(huán)形調(diào)制器1.二極管環(huán)形調(diào)制器電路圖圖5-33 二極管環(huán)形調(diào)制器1.二極管環(huán)形調(diào)制

12、器電路圖 它是由四個二極管環(huán)接構(gòu)成。載波 從變壓器的原邊接入，調(diào)制信號 則接到變壓器T1 的副邊中點(diǎn)和T2 的原邊中點(diǎn)之間，變壓器的副邊T2 輸出已調(diào)信號。 設(shè)調(diào)制信號為單頻余弦信號，即 載波信號為 它是由四個二極管環(huán)接構(gòu)成。載波 從變壓器的原 一般情況下，載波信號幅值很強(qiáng)，控制二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。 為了分析二極管電流，分別畫出其相應(yīng)的電路。 2. 工作原理 2. 工作原理圖5-34 環(huán)形調(diào)制器各二極管工作情況圖5-34 環(huán)形調(diào)制器各二極管工作情況第七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件 用節(jié)點(diǎn)電流定律，可得到第七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件 電流 在輸出變壓器副邊引起的感應(yīng)電勢就是輸出電壓 u,它的波形也與

13、同。 可見，環(huán)形調(diào)制器輸入電流是輸入信號 和 的乘積，頻譜是載頻的上、下邊頻，沒有載波分量，所以稱其為抑制載波調(diào)幅電路。 電流 在輸出變壓器副邊引起的感應(yīng)電勢就是輸出 變壓器T1和T2的中心抽頭必須嚴(yán)格對稱，四個二極管的特性也應(yīng)一致，否則就不能把載波抑制掉，從而造成不希望有的“載漏”輸出。 （載漏是環(huán)形調(diào)制器輸出電流成分中含有載波成分的簡稱）。 變壓器T1和T2的中心抽頭必須嚴(yán)格對稱，四個二極第七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件7.5 模擬乘法器調(diào)幅電路7.5 模擬乘法器調(diào)幅電路普通振幅調(diào)制電路普通振幅調(diào)制電路載波電壓加在4端輸入壓調(diào)零電路接在8端調(diào)制電壓加在9端外加可調(diào)直流電壓加在12端載波電壓加在4

14、端輸入壓調(diào)零電路接在8端調(diào)制電壓加在9端外加可雙邊帶調(diào)幅（DSB）電路雙邊帶調(diào)幅（DSB）電路【例】【例】第七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件7.6 單邊帶調(diào)幅電路(一)可在左圖所示電路后面使用適當(dāng)?shù)臑V波器以得到單邊帶調(diào)幅信號，即濾波法濾波法要求帶通濾波器具有極為陡峭的、接近于矩形的衰減特性解決方法之一為采用移相法7.6 單邊帶調(diào)幅電路(一)可在左圖所示電路后面使用適單邊帶調(diào)幅電路(二)單音調(diào)制的上邊帶信號可以表示為：移相法不再需要制作衰減特性極其陡峭的濾波器移相法的缺點(diǎn)：要求移相網(wǎng)絡(luò)在整個頻帶范圍內(nèi)都要準(zhǔn)確地移相90單邊帶調(diào)幅電路(二)單音調(diào)制的上邊帶信號可以表示為：移相法不7.8 高電平調(diào)幅集電極調(diào)

15、幅要求：普通調(diào)幅7.8 高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅要求：普通調(diào)幅 高頻載波信號 從基極加入，而調(diào)制信號 加在集電極。調(diào)制信號與Vcc串接在一起，故可將二者合在一起看作一個緩慢變化的綜合電源Vcc。 所以，集電極調(diào)制電路就是一個具有緩慢變化電源的調(diào)諧放大器。1.電路特點(diǎn) 高頻載波信號 從基極加入，而調(diào)制信2.基本工作原理放大器需工作在過壓狀態(tài)2.基本工作原理放大器需工作在過壓狀態(tài)基極調(diào)幅要求：普通調(diào)幅基極調(diào)幅要求：普通調(diào)幅調(diào)制信號和Vbb串聯(lián)在一起，故可將二者合在一起看作一個緩慢變化的綜合基極偏壓Vbb 所以，基極調(diào)制電路就是一個具有緩慢變化基極偏壓的調(diào)諧放大器。思路1.電路特點(diǎn)調(diào)制信號和Vbb串聯(lián)在

16、一起，故可將二者合在一起看作一個緩慢變 放大器應(yīng)工作于欠壓狀態(tài)2.基本工作原理 放大器應(yīng)工作于欠壓狀態(tài)2.基本工作原理7.9 普通調(diào)幅波的解調(diào)電路調(diào)幅波的解調(diào)又稱作振幅檢波，把高頻已調(diào)波還原為低頻信號的裝置叫做幅度檢波器，簡稱為檢波器檢波器必須利用非線性元件來完成檢波器的技術(shù)指標(biāo)：檢波效率 要高檢波器的輸入電阻 要大檢波失真要小7.9 普通調(diào)幅波的解調(diào)電路調(diào)幅波的解調(diào)又稱作振幅檢波，把高7.9.1 大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理大信號檢波的工作原理:快充慢放大信號二極管檢波的物理過程7.9.1 大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理大信號檢波的工作原理大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理由于電容上的波動電壓略小于

17、載波電壓的峰值，只要設(shè)法把波動的高頻部分濾除掉，就可以得到有用的檢波輸出信號電壓，如選擇較大的時(shí)間常數(shù)輸出電壓既包含低頻分量、直流分量，也包含鋸齒型電壓大信號峰值包絡(luò)檢波的工作原理由于電容上的波動電壓略小于載波電7.9.2 大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標(biāo)電壓傳輸系數(shù)峰值包絡(luò)檢波時(shí)，輸出電壓的大小接近于輸入電壓的振幅。一般地說，這種檢波方式電壓傳輸系數(shù)較大，可達(dá)0.9以上輸入電阻對于串聯(lián)檢波電路來說，在大信號檢波時(shí)，當(dāng)負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于二極管正向?qū)〞r(shí)的等效電阻時(shí)，檢波器的輸入電阻大約等于負(fù)載電阻的一半。因此負(fù)載電阻越大，則檢波器的輸入電阻也越大，它對前級的影響也越小決定電壓傳輸系數(shù)的因素為 和7.9

18、.2 大信號峰值包絡(luò)檢波的性能指標(biāo)電壓傳輸系數(shù)峰值包絡(luò)大信號峰值包絡(luò)檢波的失真惰性失真(對角切割失真)產(chǎn)生原因防止方法：必須在任何一個高頻信號周期內(nèi)輸入信號包絡(luò)下降最快的時(shí)刻，保證電容器 通過負(fù)載 的放電速度大于包絡(luò)下降速度大信號峰值包絡(luò)檢波的失真惰性失真(對角切割失真)產(chǎn)生原因防止大信號峰值包絡(luò)檢波的失真負(fù)峰切割失真（割底失真）電路結(jié)構(gòu)說明大信號峰值包絡(luò)檢波的失真負(fù)峰切割失真電路結(jié)構(gòu)說明第七章-振幅調(diào)制與解調(diào)課件7.10 乘積型同步檢波器其特點(diǎn)為在接收端提供一個與載波同步的本地振蕩信號，又稱相干信號可使用由模擬乘法器構(gòu)成的乘積檢波電路7.10 乘積型同步檢波器其特點(diǎn)為在接收端提供一個與載波同7.10 乘積型同步檢波器普通AM波 時(shí)：7.10 乘積型同步檢波器普通AM波 時(shí)：乘積型同步檢波器普通AM波為保證同步信號和高頻載波 頻率相等 相位差為零可使用限幅器，從普通AM信號中提取同步信號乘積型同步檢波器普通AM波為保證同步信號和高