第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻1

第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻6.1振幅調(diào)制(重點(diǎn))6.2調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)(重點(diǎn))6.3混頻(重點(diǎn))6.4混頻器的干擾

調(diào)制的基本概念：調(diào)制電路調(diào)制信號(hào)uΩ載波信號(hào)uC已調(diào)波信號(hào)高頻振蕩信號(hào)（正弦波、非正弦波）低頻信號(hào)（聲音、圖像等轉(zhuǎn)化而成）振幅調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)控制載波振幅，使之按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化（線性）三種方式：普通調(diào)幅方式——調(diào)幅波（AM波）抑制載波的雙邊帶調(diào)制——雙邊帶信號(hào)（DSB波）抑制載波的單邊帶調(diào)制——單邊帶信號(hào)（SSB波）高頻（uAM，uFM，uPM）6.1振幅調(diào)制載波電壓：調(diào)制電壓為單一頻率余弦信號(hào)：6.1.1振幅調(diào)制信號(hào)分析1.調(diào)幅波的分析1)AM信號(hào)表示式ωc>>Ω已調(diào)波信號(hào)振幅：Um(t)=UC+ΔUC(t)=UC+kaUΩcosΩt=UC(1+mcosΩt)——調(diào)幅度（調(diào)制度）ka

——調(diào)制靈敏度調(diào)幅波信號(hào)：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

2）調(diào)幅波信號(hào)波形調(diào)幅波信號(hào)：調(diào)制信號(hào)為一連續(xù)頻譜信號(hào)：f（t）——均值為零的歸一化信號(hào)實(shí)際調(diào)制信號(hào)的調(diào)幅波形：3)調(diào)幅波的頻譜調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波時(shí)：調(diào)制信號(hào)頻譜：載波信號(hào)頻譜：AM信號(hào)頻譜：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

語(yǔ)音頻譜：多頻調(diào)制情況下：已調(diào)信號(hào)頻譜：——以語(yǔ)音信號(hào)為例AM信號(hào)的產(chǎn)生原理圖：uAM(t)=UM(t)cosωct=UC(1+mcosΩt)cosωct

uAM(t)=

mcosΩt

UCcosωct+UCcosωct負(fù)載電阻RL上消耗的載波功率：負(fù)載電阻RL上,一個(gè)載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗的功率：4）調(diào)幅波的功率每個(gè)邊頻（上、下邊頻）平均功率：調(diào)幅波的最大功率和最小功率：兩個(gè)邊頻總功率載波功率邊頻功率、載波功率、AM波平均功率的關(guān)系：AM調(diào)制方式中：載波功率（不含調(diào)制信號(hào)）占總功率的2/3以上；邊頻總功率（含調(diào)制信號(hào)）小于總功率的1/3

功率浪費(fèi)大，效率低AM信號(hào)的平均功率：?jiǎn)我徽倚盘?hào)uΩ=UΩcosΩt調(diào)制時(shí)：2.雙邊帶信號(hào)(DSB)雙邊帶信號(hào)——在AM調(diào)制過(guò)程中，將載波抑制就形成抑制載波雙邊帶信號(hào)調(diào)制信號(hào)為一連續(xù)頻譜信號(hào)：f（t）雙邊帶調(diào)制時(shí)的頻譜：調(diào)制信號(hào)頻譜：載波信號(hào)頻譜：DSB信號(hào)頻譜：?jiǎn)晤l調(diào)制時(shí)，uDSB（t）=kuuΩuC取下邊帶時(shí)：3.單邊帶信號(hào)(SSB)單邊帶信號(hào)——由DSB信號(hào)經(jīng)邊帶濾波器濾除一個(gè)邊帶，在調(diào)制過(guò)程中，直接將一個(gè)邊帶抵消而成。取上邊帶時(shí)：?jiǎn)我粽{(diào)制的SSB信號(hào)波形：設(shè)雙音頻振幅相等Ω2＞Ω1時(shí)，受uΩ調(diào)制的雙邊帶信號(hào)：雙音調(diào)制時(shí)產(chǎn)生的SSB信號(hào)取上邊帶：取下邊帶：等幅雙音信號(hào)頻譜：SSB信號(hào)頻譜：等幅雙音信號(hào)波形：SSB信號(hào)波形：語(yǔ)音調(diào)制的SSB信號(hào)頻譜DSB頻譜：上邊帶頻譜：下邊帶頻譜：語(yǔ)音信號(hào)頻譜：uΩ(t)=f(t)，即一般情況下的SSB信號(hào)表達(dá)式：

單音調(diào)制SSB信號(hào)的另一種表達(dá)式：上邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

-UsinΩtsinωct下邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct

+UsinΩtsinωct——希爾伯特變換的傅里葉變換：希爾伯特變換網(wǎng)絡(luò)及其傳遞函數(shù)：6.1.2振幅調(diào)制電路1.AM調(diào)制電路高電平調(diào)制——功放和調(diào)制合二為一，調(diào)制后不需再放大主要用于形成AM信號(hào)低電平調(diào)制——功放和調(diào)制分開(kāi)，調(diào)制后需放大主要用于形成

AM

、DSB、SSB信號(hào)1)高電平調(diào)制高頻功放的調(diào)制特性基極調(diào)幅、集電極調(diào)幅、集電極-基極(或發(fā)射極)組合調(diào)幅?；舅枷耄和ㄟ^(guò)改變功放晶體管的某一電極的直流電壓以控制集電極高頻電流的振幅集電極調(diào)幅功放工作在過(guò)壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅Ic1與集電極偏置電壓Ec成線性關(guān)系——集電極調(diào)制特性集電極調(diào)幅電路：基極調(diào)幅——基極調(diào)制特性功放工作在欠壓狀態(tài)，集電極電流的基波分量振幅Ic1與集電極偏置電壓Eb成線性關(guān)系當(dāng)UC>>UΩ時(shí)：2)低電平調(diào)制（1）二極管電路——單二極管電路、平衡二極管電路單二極管電路：集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為2Ω當(dāng)UC>>UΩ時(shí)：二極管平衡電路：集電極濾波回路：中心頻率為wc，帶寬為2Ω濾波后的輸出電壓：（2）差分對(duì)電路若將uC加至uA，uΩ加到uB：m=UΩ/Ee，x=UC／VT集電極濾波回路：中心頻率為fc，帶寬為2F，諧振阻抗為RL,濾波后的輸出電壓：?jiǎn)尾罘謱?duì)：差分對(duì)AM調(diào)制器的輸出波形：0tuΩ載波信號(hào)雙差分對(duì)電路：利用模擬乘法器產(chǎn)生AM信號(hào)UA，UB<26mV二極管平衡電路、二極管環(huán)形電路2.DSB調(diào)制電路——

一般采用低電平調(diào)制（1）二極管調(diào)制電路二極管平衡電路：

iL中包含頻率分量：F、fc±F

，(2n+1)fc±F(n=1,2,…)輸出電壓：輸出濾波器：中心頻率為fc，帶寬為2F，諧振阻抗為RL二極管平衡調(diào)制器波形：平衡調(diào)制器的一種實(shí)際線路：u1=uΩ，u2=uC經(jīng)濾波后：二極管雙平衡調(diào)制器（環(huán)形調(diào)制器）：雙平衡調(diào)制器波形：

雙橋構(gòu)成的環(huán)形調(diào)制器：線性通道：uC，非線性通道：uΩ經(jīng)濾波后的輸出電壓uo(t)：（2）差分對(duì)調(diào)制器雙端輸出電流io(t)：差分對(duì)調(diào)制器：差分對(duì)DSB調(diào)制器的波形：調(diào)制信號(hào)若UΩ、UC均很?。弘p差分對(duì)電路：差動(dòng)輸出電流：3.SSB調(diào)制電路——濾波法、移相法1）濾波法工作原理：取下邊帶時(shí)：取上邊帶時(shí)：對(duì)邊帶濾波器要求高：(1)通帶、阻帶間有陡峭的過(guò)渡衰減特性

(2)通帶內(nèi)衰減小、衰減變化小衰減40dB濾波法產(chǎn)生SSB的發(fā)射機(jī)框圖：在低于工作頻率上調(diào)制上變頻搬移到工作頻率2）移相法——省去邊帶濾波器——依據(jù)單邊帶調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式uΩ(t)=f(t)上邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct-UsinΩtsinωct下邊帶：uSSB(t)=UcosΩtcosωct+UsinΩtsinωct下邊帶：上邊帶：uΩ(t)=UΩcosΩt移相法框圖：基本思想：利用移相網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)?/p>

相移，在相加時(shí)抵消一個(gè)邊帶而獲得SSB信號(hào)需滿足下列兩個(gè)條件：(1)兩個(gè)調(diào)制器輸出的振幅完全相同(2)移相網(wǎng)絡(luò)須對(duì)載頻及調(diào)制信號(hào)精確的π／2相移。調(diào)幅廣播接收機(jī)組成：調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)組成：解調(diào)（檢波）：從高頻已調(diào)波信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)：6.2調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)從時(shí)域上看：從高頻已調(diào)波信號(hào)幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。從頻域上看：將高頻信號(hào)搬移到低頻端，是頻譜的線性搬移。概念——解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法，只適用于AM波6.2.1調(diào)幅解調(diào)的方法分類(lèi)：峰值包絡(luò)檢波、平均包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波、同步檢波1、包絡(luò)檢波原理：同步解調(diào)器的框圖：2、同步檢波與載波電壓同步DSB：SSB：適用于DSB波、SSB波、AM波（很少采用）同步檢波分類(lèi)：乘積型、疊加型乘積型：疊加型：6.2.2二極管峰值包絡(luò)檢波器1．工作原理原理電路：RC低通濾波器輸入回路末級(jí)中放RC網(wǎng)絡(luò)作用：1）檢波器負(fù)載；2）高頻電流旁路RC網(wǎng)絡(luò)滿足的條件：——AM波解調(diào)非線性器件理想情況下：對(duì)高頻，電容C短路：對(duì)直流、低頻，電容C開(kāi)路：輸入大信號(hào)二極管串聯(lián)型大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波器輸入為等幅高頻信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形信號(hào)源、二極管、RC網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)檢波過(guò)程：檢波器暫態(tài)時(shí)電流電壓波形：二極管導(dǎo)通時(shí)：二極管截止時(shí)：穩(wěn)態(tài)時(shí)的二極管電壓電流波形：（1）檢波過(guò)程就是信號(hào)源通過(guò)二極管給電容充電與電容對(duì)電阻R放電的交替重復(fù)過(guò)程。（2）由于RC時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期，放電慢，使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的較高的電位（Uo≈Um）。（3）二極管電流iD包含平均分量（直流分量）Iav及高頻分量。檢波過(guò)程特點(diǎn)：輸入為AM信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形：包絡(luò)檢波器的輸出電路:直流分量調(diào)制分量輸出調(diào)制分量：直流分量調(diào)制分量輸出直流分量：經(jīng)低通濾波器的輸出：

6.2.3同步檢波1．乘積型——適于DSB、SSB波解調(diào)us=UscosΩt

cosωct輸入信號(hào)為DSB信號(hào)：本地恢復(fù)載波：ur=Urcos(ωrt+φ)當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載頻有一定的頻差，ωr=ωc+Δωc當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相，即ωr=ωc,φ=0,則

uo=UocosΩt——無(wú)失真uo=UocosΔωct

cosΩt——引起振幅失真us=Uscos(ωc+Ω)t=UscosΩtcosωct

-UssinΩtsinωct2.疊加型同步檢波原理電路：輸入單邊帶信號(hào)（上邊帶）：

DSB波（SSB波）插入（恢復(fù)）載波AM信號(hào)包絡(luò)檢波器調(diào)制信號(hào)加法器恢復(fù)載波：ur=Urcosωrtus+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct

–UssinΩt

sinωct=Um(t)cos［ωct+φ(t)］式中；m=Us/Ur

當(dāng)Ur>>Us

，m<<1=Urcosωct檢波輸出：平衡同步檢波電路——減小輸出電壓的非線性失真uo2=KdUr(1-mcosΩt)上檢波器輸出：下檢波器輸出：則總的輸出：uo=uo1-uo2=2KdUrmcosΩt3．同步恢復(fù)載波的產(chǎn)生

雙邊帶：可從已調(diào)信號(hào)取出取平方：二分頻：可獲同步信號(hào)c單邊帶：（1）若發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)，可通過(guò)窄帶濾波器從接收信號(hào)中取出，放大后作為恢復(fù)載波（2）若不發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)，接收端只能采用高穩(wěn)定度晶體振蕩器產(chǎn)生指定的恢復(fù)載波AM波：通過(guò)限幅器去除包絡(luò)變化，得到等幅載波信號(hào)取2w分量：6.3混頻6.3.1混頻的概述1．混頻器的功能

在通信接收機(jī)中,將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻(中頻)的高頻已調(diào)波信號(hào),而保持其調(diào)制規(guī)律不變。無(wú)線通信接收設(shè)備：初步選擇放大主選擇放大

（1）混頻器將信號(hào)頻率變換成中頻，在中頻上放大信號(hào)，放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器的信號(hào)可以達(dá)到伏特?cái)?shù)量級(jí)，有助于提高接收機(jī)的靈敏度。采用混頻器后，接收機(jī)的性能將得到提高：

（2）接收機(jī)在很寬的頻率范圍內(nèi)濾波性能不能做得很好，而對(duì)于某一固定頻率選擇性可以做得很好。fI=fL+fcfI<fc

向下變頻，輸出低中頻fI>fc

向上變頻，輸出高中頻fI=fL-fc

或fI=fC-fL三種頻譜線性搬移功能比較：調(diào)制：混頻：解調(diào)：高頻已調(diào)波信號(hào)搬移到低頻段低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻段高頻已調(diào)波信號(hào)搬移到另一個(gè)高頻段超外差式廣播接收機(jī)中:中頻為465kHz的普通調(diào)幅信號(hào)載頻535kHz～1605kHz中波波段各電臺(tái)普通調(diào)幅波載頻88MHz～108MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)48.5MHz～

958MHz各頻道信號(hào)中頻為38MHz的視頻信號(hào)廣播電視接收機(jī)中：AM收音機(jī):FM收音機(jī):2．混頻器的工作原理已調(diào)信號(hào)us：

us=UscosΩtcosωct本振電壓uL：uL=ULcosωLt若取中頻fI=fL-fc或

fI=fC-fL

，經(jīng)帶通濾波器取出所需邊帶，得中頻電壓：組成框圖：FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]頻域混頻過(guò)程：FS(ω)——us的傅立葉變換

FL(ω)——uL的傅立葉變換本振為單一頻率信號(hào)，其頻譜為：輸入信號(hào)為己調(diào)波，則輸出頻譜Fo(ω)：本振頻譜：已調(diào)波頻譜：輸出中頻信號(hào)頻譜：

FL(ω)=π[δ(ω-ωL)+δ(ω+ωL)]

Fs(ω)6.3.2混頻電路

按本振電壓提供方式不同分為兩種：混頻器、變頻器混頻器：由單獨(dú)的振蕩器提供本振電壓變頻器——本振和混頻功能由一個(gè)非線性器件完成六端網(wǎng)絡(luò)四端網(wǎng)絡(luò)1．晶體三極管混頻器晶體三極管頻譜搬移電路ui=usUs<<UL

us=UscosΩtcosωctEb（t）=Eb+uL——變頻跨導(dǎo)輸出中頻電流振幅輸入高頻電壓振幅輸出對(duì)中頻：fI=fL

-fc

諧振gC～UL的關(guān)系曲線：gC～Eb的關(guān)系曲線：混頻器本振注入方式：基極串饋式電路：基極并饋式電路：本振射極注入：基極注入：優(yōu)點(diǎn)：本振需要功率小缺點(diǎn)：fL受us影響用于頻率較高的情況缺點(diǎn)：本振需要功率大用于頻率較低的情況中波AM收音機(jī)的變頻電路：雙聯(lián)可變電容FM收音機(jī)變頻電路：2．二極管混頻電路（工作頻率達(dá)到幾十兆赫以上的混頻器）平衡混頻器、環(huán)形混頻器（1）二極管平衡混頻器us——為已調(diào)信號(hào)uL——本振電壓UL>>Us，大信號(hào)工作經(jīng)中頻濾波器，輸出中頻電壓：（2）二極管環(huán)形混頻器經(jīng)中頻濾波后,得輸出中頻電