通電-通信電路

1.信號(hào)的放大：

高頻小信號(hào)放大高頻功率放大2.信號(hào)的產(chǎn)生：振蕩器3.信號(hào)的變換：倍頻器，變（混）頻器調(diào)制器：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相解調(diào)器：檢波、鑒頻、鑒相通信電子電路的主要內(nèi)容5.1概述5.2

調(diào)幅信號(hào)的分析5.3調(diào)幅波產(chǎn)生原理的理論分析5.4

普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路5.5

普通調(diào)幅波的解調(diào)電路5.6抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路

第5章振幅調(diào)制與解調(diào)（1）調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的某一個(gè)參量的過程。

定義：信號(hào)

載波信號(hào)：（等幅）高頻振蕩信號(hào)

正弦波

方波

三角波

鋸齒波調(diào)制信號(hào)：需要傳輸?shù)男盘?hào)（原始信號(hào)）語言圖像

密碼已調(diào)信號(hào)（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號(hào)（射頻信號(hào)）（2）解調(diào)：調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波中恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的過程。5.2調(diào)幅信號(hào)的分析5.2.1普通調(diào)幅波（AM）1.普通調(diào)幅波的表達(dá)式、波形

普通調(diào)幅方式是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦波（載波）的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)波形的變化而呈線性變化。ma：調(diào)幅度（1）表達(dá)式（2）調(diào)幅信號(hào)波形波形特點(diǎn)：a.調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致。b.調(diào)幅度ma反映了調(diào)制的強(qiáng)弱程度。調(diào)幅波并不是一個(gè)簡單的正弦波，包含有三個(gè)頻率分量：

2.調(diào)幅波的頻譜和帶寬

Ω調(diào)制信號(hào)ωc載波調(diào)幅波ωc

+Ω上邊頻ωc

-Ω下邊頻占有的帶寬BW=(ωc+Ω)_(ωc-Ω)=2ΩΩmaxωcω限帶信號(hào)ω

c載波ω調(diào)幅波ωc-Ωmax下邊頻帶ωc+Ωmax上邊頻帶ΩmaxΩmaxΩmaxBW=2Ωmax3.調(diào)幅波的功率載波和上、下邊頻的平均功率分別為：

調(diào)幅信號(hào)總平均功率為:例：一調(diào)幅發(fā)射機(jī)的平均輸出功率P0=100W，平均調(diào)制系數(shù)Ma=0.3，其載波功率和邊帶功率各為多少？例：P0=100W，Ma=0.3，其載波、邊帶的功率各是？有用信息只攜帶在邊頻中，不攜帶信息的載波占了整個(gè)調(diào)幅波功率的絕大部分。因而調(diào)幅波的功率浪費(fèi)大，效率低。但AM波調(diào)制方便，解調(diào)方便，便于接收。4.普通調(diào)幅波的特點(diǎn)

（1）在時(shí)域中，若ma≤1，普通調(diào)幅波的包絡(luò)將不失真的反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。f(t)1-1f(t)1-1（2）在頻域中，普通振幅調(diào)制是不失真的將調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到載波的兩端，邊帶和調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶與上邊帶關(guān)于載波頻率鏡像對(duì)稱，已調(diào)波的頻帶寬度是調(diào)制信號(hào)最高頻率的兩倍。（3）調(diào)幅波的平均功率P=Pc+2P1，功率利用率低。

在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制掉，就形成抑制載波的雙邊帶信號(hào)，簡稱雙邊帶信號(hào)，它可以用載波和調(diào)制信號(hào)直接相乘得到。若調(diào)制信號(hào)為單一頻率信號(hào)，則5.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅（doublesidebandDSB）１.數(shù)學(xué)表達(dá)式2.波形、頻譜及特點(diǎn)（1）

DSB信號(hào)的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號(hào)的形狀。調(diào)制信號(hào)載波上邊頻下邊頻（2）

DSB信號(hào)的相位反映了調(diào)制信號(hào)的極性，即在調(diào)制信號(hào)負(fù)半周時(shí)，已調(diào)波與原載波反相。（4）DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。（3）占用頻帶單邊帶（SSB）信號(hào)是由雙邊帶調(diào)幅信號(hào)中取出其中的任一個(gè)邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號(hào)。5.2.3抑制載波單邊帶調(diào)幅（singlesidebandSSB）1.SSB信號(hào)的性質(zhì)

在現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng)。

上邊帶信號(hào)下邊帶信號(hào)Ωmaxω限帶信號(hào)下邊頻帶信號(hào)ωωc+Ωmaxωc-Ωmaxωc載波ωc-Ωmax上邊頻帶信號(hào)ωωc+Ωmax（1）在時(shí)域中，單音調(diào)制時(shí)的單邊帶調(diào)幅波的波形為一等幅波，其振幅包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號(hào)的變換規(guī)律。2.單邊帶調(diào)制的特點(diǎn)：（2）在頻域中，單邊帶已調(diào)波的頻譜只是一個(gè)邊帶，頻譜寬度比普通調(diào)幅波和雙邊帶調(diào)幅波的頻譜寬度降低一半。（3）使用得最廣泛，但調(diào)制與解調(diào)設(shè)備較復(fù)雜。調(diào)幅實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)信號(hào)的相乘，產(chǎn)生了輸入信號(hào)頻譜中沒有的頻率分量，是一個(gè)頻率變換電路。

頻率變換功能必須由非線性元器件實(shí)現(xiàn)，非線性元器件在產(chǎn)生所需要的頻率分量時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一些不需要的頻率分量，如何使其最少化？對(duì)非線性器件該采用哪些分析方法？5.3調(diào)幅波產(chǎn)生原理的理論分析QUdmuDiDOiduS非線性元件的特點(diǎn)

二極管：正向工作特性按指數(shù)規(guī)律變化，反向工作特性與橫軸非常接近。

電壓和電流波形不相同，用傅里葉級(jí)數(shù)將電流展開，頻譜中除基波外，將包含諧波及直流成分。

例：設(shè)非線性電阻的伏安特性是：

u=u1+u2=Um1cosω1t+Um2cosω2t具有頻率變換能力，不滿足疊加原理。特點(diǎn)：元件特性（伏安特性、庫伏特性等）不是直線。

非線性元件的分析方法（2）指數(shù)函數(shù)分析法（1）折線函數(shù)分析法（3）冪級(jí)數(shù)分析法（4）線性時(shí)變參量分析法

工程上有兩種近似分析法：圖解法和解析法。

在解析法中，要找到非線性元器件特性曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式（或用函數(shù)來逼近）。以晶體二極管為例介紹這幾種分析方法

當(dāng)輸入電壓較大時(shí),晶體二極管的伏安特性可用兩段折線來逼近。與前面分析晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性（ic與uBE)類似。（1）折線函數(shù)分析法（大信號(hào)）以晶體二極管（PN結(jié)）伏安特性為例進(jìn)行討論電流i的分段表達(dá)式：若u=UQ+Uscosωst:i=I0+I1mcosωst+I2mcos2ωst+…+Inmcosnωst+…用傅里葉級(jí)數(shù)將i展開:輸出電流的頻率分量可表示為：ωo=nωs

n=0,1,2,…晶體二極管的正向伏安特性可用指數(shù)函數(shù)描述為:（2）指數(shù)函數(shù)分析法（小信號(hào)）

利用指數(shù)函數(shù)的冪級(jí)數(shù)展開式：若u=UQ+Uscosωst,則:輸出電流的頻率分量仍可表示為：ωo=nωs

n=0,1,2,…

假設(shè)晶體二極管的非線性伏安特性可用某一個(gè)函數(shù)i=f(u)表示。此函數(shù)表示的是一條連續(xù)曲線。如果在自變量u的某一點(diǎn)處（例如靜態(tài)工作點(diǎn)UQ）存在各階導(dǎo)數(shù),則電流i可以在該點(diǎn)附近展開:（3）冪級(jí)數(shù)分析法（函數(shù)連續(xù)，各階導(dǎo)數(shù)存在）輸出電流的頻率分量仍可表示為：ωo=nωs

n=0,1,2,…當(dāng)u=UQ+u1+u2,u1=Um1cosω1t,u2=Um2cosω2t時(shí)：

i中的頻率分量ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2…輸入信號(hào)各次諧波的各種不同組合,包含有直流分量。如果Um2<<Um1,則可以認(rèn)為工作狀態(tài)主要由UQ與u1決定,若在交變工作點(diǎn)(UQ+u1)處將輸出電流i展開,可以得到：因?yàn)閡2很小,可忽略u(píng)2的二次及以上各次諧波分量,簡化為:i≈f(UQ+u1)+f′(UQ+u1)u2=I0(t)+g(t)u2其中I0(t)=f(UQ+u1),g(t)=f′(UQ+u1)（4）線性時(shí)變參量分析法若將I0(t)和g(t)的傅里葉級(jí)數(shù)代入i表達(dá)式，

可求得i中含有直流分量，

ω1的各次諧波分量以及|±nω1±ω2|分量(n=0,1,2,…)。與ωo=|±pω1±qω2|p、q=0,1,2…比較，減少了許多組合頻率分量。

5.4

普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路三種信號(hào)都有一個(gè)調(diào)制信號(hào)和載波的乘積項(xiàng)，所以振幅調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)是以乘法器為核心的頻譜線性搬移電路。高電平調(diào)制：功放和調(diào)制同時(shí)進(jìn)行。低電平調(diào)制：只調(diào)制。uo(t)=k(U直+uΩ)cosωctIN1：載波IN2:調(diào)制信號(hào)5.4.1低電平調(diào)幅電路5.4.2高電平調(diào)幅電路輸入信號(hào)uc(t)=Uimcosωct輸出LC回路調(diào)諧在ωc上=k[EC+uΩ(t)]cosωct只能工作在過壓區(qū)，產(chǎn)生普通調(diào)幅波。則輸出信號(hào)uo(t)=Ucmcosωct

固定丙類諧振功放的UBB、Uim和RΣ，在過壓狀態(tài)時(shí),Ucm隨UCC(t)近似線性變化。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過程。振幅調(diào)制的解調(diào)又稱為檢波。5.5

普通調(diào)幅波AM的解調(diào)電路

t調(diào)幅波檢波輸出t調(diào)幅波頻譜ωc+Ωωc-Ωωcω輸出信號(hào)頻譜ΩωAM有兩種解調(diào)方法：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。非相干解調(diào)：利用某些元件的非線性特性對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行非線性變換，實(shí)現(xiàn)解調(diào)。不需要本地載波作為相干信號(hào)，稱為非相干解調(diào)。方法有小信號(hào)平方律檢波和大信號(hào)包絡(luò)檢波。1.基本工作原理加在二極管上的正向電壓為u=ui-uo。假定二極管導(dǎo)通電壓Uj為零,且伏安特性為:②二極管導(dǎo)通時(shí)，電容充電，充電時(shí)間常數(shù)為rdC（rd為二極管導(dǎo)通電阻）；二極管截止時(shí)，電容放電，放電時(shí)間常數(shù)為RC。由于rd很小，因此一般有rdC<<RC。此電路有三個(gè)特點(diǎn)：①二極管導(dǎo)通與否，不僅與輸入電壓ui有關(guān)，還取決于輸出電壓uo。③電容C上的電壓就是輸出電壓u0。5.5.2大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器+

uD-+-uouD=ui-uo+-ui+-uiVDRC因?yàn)閞dC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快，輸出電壓uo(t)很快增長。

ui(t)達(dá)到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當(dāng)ui(t)=uo(t)，即uD=ui-uo=0時(shí)，二極管截止。C把導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的電荷通過R放電。因放電常數(shù)RC較大，放電較緩慢。

ui(t)uo(t)ui(t)與uo(t)ti充i放+-RC低通濾波電路的作用：

對(duì)uΩ開路，對(duì)uc短路。UDCuΩ(t)Δuctuo(t)檢波器的實(shí)際輸出電壓為：uo(t)=uΩ(t)+UDC+Δuc當(dāng)電路元件選擇正確時(shí)，高頻紋波電壓Δuc很小，可以忽略，輸出電壓為：uo(t)=uΩ(t)+UDC包含了直流及低頻調(diào)制分量。

+uD-ui+-CVDR+-uo2.檢波效率ηdui(t)tUo在ηd=1時(shí)，uo=Uim。輸出ui(t)與uo(t)tui(t)uo(t)UDCuΩ(t)Δuctuo(t)

包絡(luò)檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級(jí)的負(fù)載，故其輸入阻抗對(duì)前級(jí)的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是包絡(luò)檢波器的主要缺點(diǎn)。+-uo中放末級(jí)RsVDRCsCLsisRi+-ui

為了減小檢波器對(duì)中放末級(jí)的影響，希望檢波器有較大的輸入電阻。若ui=Uimcosωct，uo為直流。根據(jù)功率不變?cè)恚ê雎訴D和C的損耗）Ls、Cs并聯(lián)諧振回路的諧振頻率fo=106HzRs=20k，R=10k，C=0.01u，設(shè)檢波效率為1求：等效輸入電阻Ri？Ui=?U0=?3.輸入電阻4.檢波失真（1）對(duì)角線失真：來源于電容來不及放電調(diào)幅指數(shù)越大，調(diào)制信號(hào)的頻率越高，時(shí)間常數(shù)RC的允許值越小。避免對(duì)角線失真的條件：為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，加隔直電容。（2）割底失真

通常Cc取值較大(一般為5～10μF)ui=Uim(1+macosΩt)cosωctηd=1時(shí)，uo=Uim(1+macosΩt)避免底部切割失真的條件：割底失真ui=Uim(1+macosΩt)cosωctηd=1時(shí)，uo=Uim(1+macosΩt)減小交直流負(fù)載之間的差別，能減小割底失真的產(chǎn)生。一是在檢波器與下一級(jí)電路之間插入一級(jí)射隨器（輸入阻抗高）：

二是采用下圖所示的改進(jìn)電路,將檢波器直流負(fù)載R分成R1和R2兩部分：在實(shí)際電路中,有兩種措施可減小交直流負(fù)載之間的差別。

通常R1/R2=0.1---0.2，以免輸出到后級(jí)的信號(hào)減小太多。5.5.3普通調(diào)幅波同步解調(diào)（相干解調(diào)）電路同步解調(diào)（相干解調(diào)）：將調(diào)幅信號(hào)與一本地載波信號(hào)相乘，以得到調(diào)制信號(hào)分量。這個(gè)本地載波信號(hào)是在接收設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的，并且與調(diào)幅信號(hào)中的載波相干，或者說是同步的，即本地載波和調(diào)幅信號(hào)中載波的頻率相同，二者的相位也應(yīng)相同或有很小的相位差。若同頻同相：產(chǎn)生本地同步信號(hào)是相干解調(diào)的關(guān)鍵。普通調(diào)幅波中含有足夠大的載波信號(hào)，因此本地信號(hào)可用一個(gè)中心頻率為ωc的窄帶濾波器直接從調(diào)幅信號(hào)中得到。

同步檢波電路比包絡(luò)檢波電路復(fù)雜，而且需要一個(gè)同步信號(hào)，但檢波的線性度好，

不存在對(duì)角線失真和割底失真問題。uo(t)=k(U直+uΩ)cosωctIN1：載波；IN2:調(diào)制信號(hào)5.6抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路1.DSB的產(chǎn)生由DSB信號(hào)經(jīng)過邊帶濾波器濾除了一個(gè)邊帶而形成，如：2.

SSB的產(chǎn)生

(1)濾波法

有三種基本的電路實(shí)現(xiàn)方法：濾波法、相移法和移相濾波法：上邊帶濾波器下邊帶濾波器乘法器

如Ωmin很小,則上、下兩個(gè)邊帶相隔很近，用濾波器完全取出一個(gè)邊帶而濾除另一個(gè)邊帶是很困難的。（2）相移法

乘法器乘法器９00相移９00相移加法器減法器????不需要復(fù)雜的濾波器，但在一個(gè)頻帶內(nèi)都要得到90°相移不容易。（3）相移濾波法抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)電路

由于雙邊帶和單邊帶調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)并不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，不能采用包絡(luò)檢波器，只能使用同步解調(diào)方法。若同頻同相：DSB中不含固定的載波分量，為了在接收端恢復(fù)載波，可以采用非線性變換方法。將DSB信號(hào)進(jìn)行倍頻、濾波、再分頻，可得到所需要的載頻。3.DSB的同步解調(diào)若同頻同相：在AM和DSB中，若同頻不同相，相位差只影響解調(diào)幅度，不會(huì)導(dǎo)致失真。而在SSB中，會(huì)導(dǎo)致失真。所以在SSB中，對(duì)載波恢復(fù)的要求更嚴(yán)格。本地載波信號(hào)的恢復(fù)：（1）在發(fā)射SSB時(shí)加入導(dǎo)頻信號(hào)；（2）在本地產(chǎn)生頻率為ωc的振蕩，當(dāng)然不可能同頻同相，實(shí)際上不屬于相干解調(diào)，但只要頻