第五章振幅調(diào)制

第5章振幅調(diào)制、解調(diào)電路振幅調(diào)制：用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的幅值解調(diào)：從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)振幅調(diào)制、解調(diào)和混頻電路都是頻譜線性搬移電路地位:通信系統(tǒng)的基本電路第5章振幅調(diào)制、解調(diào)電路概述調(diào)幅信號(hào)的基本特性低電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路包絡(luò)檢波同步檢波5.1概述5.2振幅調(diào)制的基本原理主要要求：

掌握普通調(diào)幅波、雙邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式、波形特點(diǎn)、頻譜圖和頻帶寬度的計(jì)算掌握線性頻譜搬移電路的構(gòu)成要素和頻譜特點(diǎn)掌握調(diào)幅電路的組成模型5.2.1普通調(diào)幅波（AM）一、普通調(diào)幅波表達(dá)式載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)根據(jù)調(diào)幅定義：已調(diào)幅波的幅度變化量應(yīng)和調(diào)制信號(hào)成正比，其包絡(luò)函數(shù)（瞬時(shí)振幅）U（t）可表示為：5.2.1普通調(diào)幅波（AM）一、普通調(diào)幅波表達(dá)式包絡(luò)函數(shù)（瞬時(shí)振幅）U（t）可表示為：與調(diào)制電壓成正比，代表已調(diào)波振幅的變化量；包絡(luò)函數(shù)所對(duì)應(yīng)的曲線是由調(diào)幅波各高頻周期峰值所連成的曲線，稱為調(diào)幅波的包絡(luò)。因此，包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律完全一致，其包含有調(diào)制信號(hào)的有用信息。5.2.1普通調(diào)幅波（AM）一、普通調(diào)幅波表達(dá)式由于實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制后載波頻率保持不變，則普通調(diào)幅波信號(hào)的表達(dá)式為：：為載波角頻率；：為載波的振幅；K：由調(diào)幅電路確定的比例常數(shù)，又稱為調(diào)制靈敏度，

表示單位調(diào)制信號(hào)電壓所引起的高頻振蕩幅度的變化二、單頻調(diào)制通常F<<fc

調(diào)幅波的包絡(luò)1.表達(dá)式調(diào)幅系數(shù)、調(diào)幅指數(shù)、調(diào)幅度：表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度。

調(diào)幅波的包絡(luò):調(diào)幅系數(shù):由上可知：調(diào)幅波也是一個(gè)高頻振蕩，其振幅變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)完全一致，因此，調(diào)幅波攜帶著原調(diào)制信號(hào)的信息。與成正比，越大，ma就越大，調(diào)幅波的振幅變化也就越大。最大振幅最小振幅2.波形與成正比，越大，ma就越大，調(diào)幅波的振幅變化也就越大。最大振幅最小振幅已調(diào)波的振幅：可得調(diào)幅指數(shù)的常用計(jì)算公式：調(diào)幅指數(shù)的常用計(jì)算公式：當(dāng)其輸出為等幅波，稱為非調(diào)制狀態(tài)當(dāng)時(shí)，剛才前面的已調(diào)波波形當(dāng)時(shí)，，此時(shí)調(diào)幅達(dá)到最大值，稱為100%調(diào)制，又稱為最大調(diào)制狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，，稱之為過調(diào)制狀態(tài)，此時(shí)包絡(luò)產(chǎn)生失真，與調(diào)制信號(hào)不再相同。

ma＞1包絡(luò)失真ma＞1

包絡(luò)失真3.單頻調(diào)制時(shí)AM調(diào)幅波頻譜BW

=2FAM波的頻帶寬度邊頻分量的幅值為高于ωc的頻率分量稱為上邊帶，低于ωc的頻率分量稱為下邊帶。普通調(diào)幅波有上下兩個(gè)邊帶，它是一個(gè)集中在ωc附近的頻帶信號(hào)，所占帶寬為最高調(diào)制頻率的兩倍。由上式可知：載波分量的振幅與調(diào)制信號(hào)無關(guān)，只有邊帶幅度隨調(diào)制信號(hào)的變化而改變。多音頻調(diào)制普通調(diào)幅波的頻譜

多音頻調(diào)制普通調(diào)幅波的頻譜

可見：無論是單音頻調(diào)制信號(hào)還是多音頻調(diào)制，其調(diào)幅過程均為在頻譜上將低頻調(diào)制信號(hào)不失真的搬移到高頻載波分量?jī)蓚?cè)的過程，即頻譜線性搬移過程。多音頻調(diào)制時(shí)的頻帶寬度為最高調(diào)制頻率的兩倍：例如：語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍為300~3400HZ,其調(diào)幅波的貸款為6800HZ.我國(guó)規(guī)定調(diào)幅廣播電臺(tái)占有的頻帶寬度為9kHz，也就是最高的調(diào)制頻率限制在4.5kHz以內(nèi)。在接收和發(fā)送調(diào)幅波的通信設(shè)備中，所有的選頻網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)當(dāng)能通過載頻和各邊頻成分。4.單頻調(diào)制時(shí)AM調(diào)幅波的功率載波分量功率：邊頻分量功率：由于調(diào)幅波總平均功率：當(dāng)ma=1時(shí)，邊頻功率最大，但僅為PAV/3

實(shí)際使用中，ma在0.1~1之間，平均值為0.3?？梢娖胀ㄕ{(diào)幅波中邊頻分量所占的功率非常小，而載波占絕大多數(shù)。

信息含于邊頻分量中，載波不含有用信息，但載波占有很大能量。不經(jīng)濟(jì)。要抑制載波。5.2.2抑制載波的雙邊帶和單邊帶調(diào)幅波一、雙邊帶調(diào)幅波（DSB）1.表達(dá)式BW

=2F3.雙邊帶調(diào)幅波頻譜二、單邊帶調(diào)幅波（SSB）

表達(dá)式或產(chǎn)生方法：DSB→濾波→SSB5.2.3調(diào)幅電路的組成模型一、相乘器理想相乘器符號(hào)AMXYXYuxuyuoAM—增益系數(shù)或乘積系數(shù)1.實(shí)現(xiàn)相乘，對(duì)輸入電壓波形、幅度、極性、頻率無要求。2.ux

、uy中有一個(gè)為恒值時(shí)，相當(dāng)于線性放大器。二、AM調(diào)幅電路組成模型AMXYXYuc(t)uAM(t)uW(t)UQ+–+–或AMXYXYuc(t)uAM(t)uW(t)UQ+三、DSB調(diào)幅電路組成模型AMXYXYuc(t)uDSB(t)uW(t)AMXYXYuc(t)uW(t)BPuDSB(t)uSSB(t)ffcfc+Fminfc+Fmaxfc–Fminfc–fmax當(dāng)上下邊帶相對(duì)距離f

/fc小時(shí)，直接濾波很困難。濾波法的關(guān)鍵是高頻帶通濾波器。四、SSB調(diào)幅電路組成模型解：（1）普通調(diào)幅信號(hào)，

例分別畫出下列電壓的波形和頻譜圖，并說明為何種信號(hào)。抑制載頻雙邊帶調(diào)輻信號(hào)單邊帶調(diào)幅信號(hào)低頻信號(hào)與高頻信號(hào)相疊加小結(jié)振幅調(diào)制：普通調(diào)幅信號(hào)（AM）、雙邊帶（DSB）和單邊帶（SSB）調(diào)制信號(hào)AM信號(hào)頻譜含有載頻、上邊帶和下邊帶，包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。DSB信號(hào)頻譜含有上邊帶和下邊帶，沒有載頻分量，當(dāng)過零值變化時(shí)，波形有180o相位突變，包絡(luò)不反映調(diào)制信號(hào)的形狀。SSB信號(hào)頻譜含有上邊帶或下邊帶分量，包絡(luò)不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。

幅度調(diào)制就是頻譜線性搬移。頻譜線性搬移采用相乘器能夠?qū)崿F(xiàn)。

主要要求：

了解調(diào)幅電路的主要要求理解常用振幅調(diào)制電路的工作原理5.3振幅調(diào)制電路

要求：失真小、調(diào)制線性范圍大、調(diào)制效率高。

調(diào)制在發(fā)送設(shè)備的低電平級(jí)實(shí)現(xiàn)，然后經(jīng)線性功率放大器放大。三種調(diào)制方式都適用。按輸出功率的高低分為：低電平調(diào)幅高電平調(diào)幅載漏：邊帶分量/泄漏載波分量（dB）。值越大則載漏越小,DSB、SSB波的載波抑制能力強(qiáng).

調(diào)制與功放合一，在發(fā)送設(shè)備末級(jí)實(shí)現(xiàn)。適用普通調(diào)幅。整機(jī)效率高。5.3.1

概述5.3.2低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅過程發(fā)生在發(fā)射機(jī)低電平級(jí)（功率放大之前），即現(xiàn)在發(fā)射機(jī)前級(jí)產(chǎn)生小功率的已調(diào)波，在經(jīng)過線性功率放大得到所需要的發(fā)射功率電平的調(diào)幅波。也就是，先調(diào)制后功放。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制與高頻功放分開，調(diào)制的實(shí)現(xiàn)比較方便，可以保證調(diào)制的良好線性。常用的低電平調(diào)幅方法有：平方律調(diào)幅；平衡調(diào)幅；環(huán)形調(diào)幅5.3.2低電平調(diào)幅電路5.3.2二極管調(diào)幅電路一、簡(jiǎn)單的二極管調(diào)幅電路1非線性器件的相乘作用：頻率分量為：

p?q=p1q2p、q為0或正整數(shù)復(fù)習(xí)所以：為了減小無用組合分量，獲得不失真調(diào)幅，應(yīng)選擇合適的Q點(diǎn)，使非線性器件工作在特性接近平方律的區(qū)段，或選用具有二次的或平方律特性的非線性器件?？梢姡?jiǎn)味O管調(diào)幅電路只能產(chǎn)生普通調(diào)幅波。在單二極管調(diào)幅中，大信號(hào)開關(guān)式調(diào)幅比小信號(hào)平方律調(diào)幅效率高、無用成分少，所以應(yīng)用比較廣泛。但是，其輸出依然還有載波成分，若要得到抑制載波雙邊帶信號(hào)，可采用平衡調(diào)幅方式實(shí)現(xiàn)。二、二極管平衡調(diào)幅電路RLV1N2N2N2N2N2N2V2Tr1Tr2+u2–+u1–+uD1–+uD2–+u2–+u2–i1i2i+uO–接成平衡電路V1、V2特性完全一致，輸入和輸出變壓器均為理想變壓器，即抽頭為中心抽頭，上下完全對(duì)稱，輸入變壓器的初次級(jí)匝數(shù)比為1:2；輸出的為2:1.設(shè)N1=N2u1為大信號(hào)，載波信號(hào)。u2為小信號(hào)，調(diào)制信號(hào)。以看做是兩個(gè)單二極管開關(guān)調(diào)幅電路對(duì)稱組合而成。其二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。二、二極管平衡調(diào)幅電路工作原理運(yùn)用將二極管工作在小信號(hào)或大信號(hào)狀態(tài)可以分為兩種：大信號(hào)：看做是兩個(gè)單二極管開關(guān)調(diào)幅電路對(duì)稱組合而成。其二極管工作在開關(guān)狀態(tài)。這種情況下的二極管平衡調(diào)幅電路也稱為二極管平衡斬波調(diào)幅電路。小信號(hào)：看做是兩個(gè)平方律調(diào)幅電路對(duì)稱連接而成，按照冪級(jí)數(shù)法來分析。對(duì)于平衡器而言，不論工作在那種狀態(tài)，只要兩個(gè)二極管特性相同、電路完全對(duì)稱，載波成分就因?qū)ΨQ而被抵消，則在輸出電壓中，只有上、下邊帶而沒有載波，即輸出的是雙邊帶信號(hào)。二、平衡調(diào)制器_大信號(hào)情況抑制載波雙邊帶信號(hào)波形特點(diǎn)：1）它雖然是調(diào)幅波，但因?yàn)槭チ溯d波，因而包絡(luò)不能完全反應(yīng)調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律，這就給以后的解調(diào)工作帶來困難。2）普通調(diào)幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶波在調(diào)制信號(hào)極性變化時(shí)，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180°的突變，這是因?yàn)殡p邊帶波是由vc和v相乘而產(chǎn)生的。三、二極管環(huán)形調(diào)幅電路輸出電流含有：1奇次諧波與2的組合頻率分量結(jié)論：無用成分更進(jìn)一步被抑制，且很容易濾除無用頻率分量。接近理想相乘器。+u1–RLV1N1N1N2N2N2N2V2Tr1Tr2+u2–V3V4電路改畫為：ABCD+u1–RLV1N1N1N2N2N2N2V2Tr1Tr2+u2–V3V4ABCD環(huán)型相乘器若二極管特性一致，變壓器中心抽頭上下完全對(duì)稱，各端口間隔離良好，信號(hào)分別從其中兩個(gè)端口輸入，則另一端口為相乘器輸出端。小結(jié)1非線性器件的相乘作用：頻率分量為：

p?q=p1q2p、q為0或正整數(shù)2線性時(shí)變工作狀態(tài)能減少無用組合頻率分量：輸出電流中含有：直流、

2、1

諧波1諧波與2的組合頻率3開關(guān)工作狀態(tài)（線性時(shí)變特例）輸出電流含有：直流、

2、1

及其偶次諧波1奇次諧波與2的組合頻率4二極管平衡相乘器輸出電流含有：2、1奇次諧波與2的組合頻率5二極管雙平衡相乘器輸出電流含有：1奇次諧波與2的組合頻率分量開關(guān)函數(shù)雙向開關(guān)函數(shù)5.3.3高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅過程發(fā)生在發(fā)射機(jī)高電平級(jí)（功放末級(jí)或末前級(jí)），因此稱為高電平調(diào)幅。在調(diào)幅發(fā)射機(jī)中，一般采用高電平調(diào)幅電路。高電平調(diào)幅電路以高頻功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成，它就是一個(gè)輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的高頻功率放大器。能同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和功率放大，將功放和調(diào)制電路合二為一。優(yōu)點(diǎn)：采用高功率的丙類功率放大器來實(shí)現(xiàn)高電平調(diào)幅，對(duì)提高發(fā)射機(jī)整機(jī)效率有利，且在調(diào)幅時(shí)還具有一定的功率增益。5.3.3高電平調(diào)幅電路要求：輸出功率大、效率高、調(diào)制線性度好主要電路：丙類諧振功放根據(jù)調(diào)制信號(hào)控制的電極不同，高電平調(diào)幅電路可以分為：基極調(diào)幅集電極調(diào)幅工作于欠壓區(qū)，效率較低，適用于小功率發(fā)射機(jī)工作于過壓區(qū)，效率高總的說來，高電平調(diào)幅的基本工作原理是將調(diào)制信號(hào)加到高頻功率放大器的某一個(gè)電極上，改變其電流電壓瞬時(shí)值，控制高頻功率放大器的集電極電流振幅，從而控制輸出電壓振幅。VBB對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響——基級(jí)調(diào)制特性

VBBIUO欠壓臨界過壓UcmIc1mIC0Re

、VCC、Vim不變時(shí)，Vcm隨VBB變化的特性稱為基極調(diào)制特性諧振功放用作基極調(diào)制電路時(shí)，必須工作于欠壓區(qū)。用作集電極調(diào)制電路時(shí)，工作于過壓區(qū)。集電極調(diào)制特性VCC對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響——集電極調(diào)制特性應(yīng)用：諧振功放用作功放時(shí)，工作于臨界狀態(tài)；用作基極調(diào)幅電路時(shí)，必須工作于欠壓區(qū)；用作集電極調(diào)幅電路時(shí)，必須工作于過壓區(qū)；對(duì)Vim而言，工作于欠壓區(qū)時(shí)，可用作線性放大電路，工作于過壓區(qū)時(shí)，可用作限幅電路。一、基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路的特點(diǎn)是載波和調(diào)制信號(hào)都串接在放大器基極回路。原理與丙類功放原理類似，所不同的時(shí)電路中，載波作為激勵(lì)信號(hào)，調(diào)制信號(hào)和基極偏壓疊加作為基極的時(shí)變偏壓，它的值隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而變化。二、

集電極調(diào)幅集電極調(diào)幅是用調(diào)制電壓去控制集電極電壓，從而使得集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。實(shí)際上，它就是一個(gè)集電極電源受調(diào)制信號(hào)控制的高頻功率放大器。以高頻功放為基本電路，電路的集電極電源隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。調(diào)制信號(hào)與電源電壓疊加作用在集電極上，載波信號(hào)仍從基極加入。集電極調(diào)幅電路可以看做是具有緩慢變化電源的諧振功率放大器。二、

集電極調(diào)幅例題1：書上145頁(yè)，例5-3例題：（1）輸出調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式；（2）直流電源VCC提供的直流輸入功率；（3）調(diào)制信號(hào)源

提供的平均輸入功率；（4）有效電源[VCC和

]提供的總平均輸入功率；（5）載波輸出功率、邊頻輸出功率和總平均輸出功率；載波分量功率：邊頻分量功率：調(diào)幅波總平均功率：調(diào)制器調(diào)制功率：例題：（3）調(diào)制信號(hào)源

提供的平均輸入功率；（1）輸出調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式；（2）直流電源VCC提供的直流輸入功率；（4）有效電源[VCC和

]提供的總平均輸入功率；（5）載波輸出功率、邊頻輸出功率和總平均輸出功率；主要要求：

掌握振幅解調(diào)的基本原理掌握二極管包絡(luò)檢波器的典型電路、工作原理，了解其參數(shù)的選擇方法，掌握避免惰性失真、負(fù)峰切割失真的方法。5.4振幅檢波電路掌握同步檢波電路的組成模型與基本原理5.4.1振幅解調(diào)基本原理檢波電路的功能：從頻譜上看，檢波就是將已調(diào)幅波的邊帶信號(hào)頻譜不失真地從載頻附近搬移到0頻附近的一種頻譜搬移過程，其搬移過程正好與調(diào)幅的過程相反，需要由非線性器件完成。一、解調(diào)的概念在通信系統(tǒng)的接收端，從高頻已調(diào)信號(hào)中不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)，對(duì)調(diào)幅波的解調(diào)稱為振幅解調(diào)或者振幅檢波，建恒檢波。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。檢波電路的組成：高頻已調(diào)信號(hào)輸入回路、非線性器件和RC低通濾波器。適用普通調(diào)幅波的檢波1、包絡(luò)檢波也叫非相干波2、同步檢波也叫相干檢波檢波輸出電壓直接反映調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)變化規(guī)律適用三種調(diào)幅波的檢波，但通常用于解調(diào)DSB、SSBur(t)—與載波同頻同相

的同步信號(hào)ur(t)AMXYXYLPFus(t)u’O(t)uO(t)乘積型同步檢波電路組成模型二、振幅解調(diào)方法_根據(jù)輸入調(diào)幅信號(hào)的特點(diǎn)分三、檢波