第5章振幅調(diào)制與解調(diào)

第5章

振幅調(diào)制與解調(diào)1本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)振幅調(diào)制與解調(diào)調(diào)幅波的性質(zhì)5.2節(jié)（數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形及頻譜特征、功率計(jì)算）調(diào)幅波的解調(diào)（電路，評(píng)價(jià)指標(biāo)，檢波失真）5.5，5.6調(diào)幅波的產(chǎn)生（原理，電路，評(píng)價(jià)指標(biāo)）5.3，5.425.1概述回顧問題：（第一章調(diào)制系統(tǒng)概念）3.“調(diào)制”與“解調(diào)”的方式？2.“調(diào)制”與“解調(diào)”的過程？1.什么是“調(diào)制”與“解調(diào)”？3“調(diào)制”與“解調(diào)”的過程：用被傳送的低頻信號(hào)去控制高頻信號(hào)（載波）的參數(shù)（幅度、頻率、相位），實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)搬移到高頻段。是調(diào)制的反過程。即：把低頻信號(hào)從高頻段搬移下來，還原被傳送的低頻信號(hào)。調(diào)制：解調(diào)：4信號(hào)載波信號(hào)（高頻信號(hào)）：被傳輸信息的載體（等幅）高頻正弦波振蕩信號(hào)調(diào)制信號(hào)（低頻信號(hào)）：真正需要傳輸?shù)男畔⒁颜{(diào)(波)信號(hào)（高頻信號(hào)）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號(hào)區(qū)分：55.1概述1、調(diào)制器、解調(diào)器在無線電收發(fā)系統(tǒng)中的位置？2、為什么要通過調(diào)制來發(fā)送信號(hào)？本節(jié)問題：3、調(diào)幅與檢波的典型電路61、調(diào)制器在發(fā)射機(jī)中位置71、解調(diào)器在接收機(jī)中的位置82.為什么要通過調(diào)制來發(fā)送信號(hào)？天線尺寸的限制

只有天線實(shí)際長度與電信號(hào)的波長可比擬時(shí)，電信號(hào)才能以電磁波形式有效輻射。可實(shí)現(xiàn)的回路帶寬低頻信號(hào)（語言、音樂、圖像等）頻率變化范圍很大，很難做出參數(shù)在如此寬范圍內(nèi)變化的天線和調(diào)諧回路。區(qū)別不同的音頻信號(hào)

有利于接收來自不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)（因?yàn)椴煌l(fā)射機(jī)有不同的載波頻率）。94、調(diào)幅與檢波的典型電路（乘法器實(shí)現(xiàn)）105.2調(diào)幅信號(hào)的分析(重點(diǎn))調(diào)幅有三種方式：含載波的普通調(diào)幅（AM）（重點(diǎn)）

抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB/SC-AM）

抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB/SC-AM）5.2小結(jié)115.2.1普通調(diào)幅波(AM)一、調(diào)幅波數(shù)學(xué)表達(dá)式及波形特征如何？(時(shí)域分析)二、調(diào)幅波的頻譜有什么特征？

(頻域分析)如何根據(jù)頻譜計(jì)算頻帶寬度？三、如何計(jì)算調(diào)幅波的功率？問題：121、AM波數(shù)學(xué)表達(dá)式調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)的幅度控制（線性控制）載波信號(hào)調(diào)幅波的幅度已調(diào)信號(hào)(調(diào)幅波)132、AM信號(hào)波形特征

(1)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。

(2)調(diào)幅波頻率（即變化快慢）與載波頻率一致。注意：*調(diào)幅波的包絡(luò)是表示調(diào)幅波幅度的變化規(guī)律，不是實(shí)際存在的波形，因此，畫圖時(shí)要用虛線。

*調(diào)幅波的正、負(fù)包絡(luò)，關(guān)于橫軸對(duì)稱。14示波器上看到的調(diào)幅波(ma<1)15

(3)調(diào)幅度mama反映了調(diào)幅的強(qiáng)弱程度，值越大表示調(diào)幅越深。因此取名“調(diào)幅度”。

2、AM信號(hào)波形特征(續(xù))16示波器上看到的調(diào)幅波(ma=1)17*包絡(luò)的深淺反映調(diào)制度ma應(yīng)用例：已知調(diào)制信號(hào)波形如圖a所示，載波信號(hào)波形為等幅正弦波，畫出ma=1時(shí)的普通調(diào)幅波的波形。2、AM信號(hào)波形特征(總結(jié))*調(diào)幅波包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律，用虛線畫，正、負(fù)包絡(luò)橫軸對(duì)稱。18一般，實(shí)際中傳送的調(diào)制信號(hào)并非單一頻率的信號(hào)，常為一個(gè)連續(xù)頻譜的限帶信號(hào)。若將

分解為：

則有

其中：

應(yīng)用例：寫出調(diào)制信號(hào)為限帶信號(hào)的調(diào)幅波表達(dá)式191、調(diào)幅波的頻譜特征畫頻譜圖的方法：將調(diào)幅（電壓）信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開成余弦（或正弦）項(xiàng)之和的形式，即(2)以每一余弦（或正弦）項(xiàng)的頻率或?yàn)闄M坐標(biāo)上的點(diǎn)，其幅度為縱坐標(biāo)上的點(diǎn)，畫出頻譜分布圖。20

1、調(diào)幅波的頻譜特征（續(xù)）調(diào)制信號(hào)載波調(diào)幅波ωc

+Ω上邊頻下邊頻ωc

-Ωωc

Ω

0ωc21調(diào)幅的過程（實(shí)質(zhì)）就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號(hào)

從低頻段

搬移到

高頻載波分量?jī)蓚?cè)

的過程。*包括上邊頻、下邊頻、載頻三種頻譜分量*上、下邊頻關(guān)于載頻對(duì)稱

1、調(diào)幅波的頻譜特征（總結(jié)）22含有三種頻率成份應(yīng)用例：畫出限帶信號(hào)的調(diào)幅波頻譜Ωmaxωcω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ΩmaxΩmaxΩmax

232.普通調(diào)幅波帶寬(B,Bandwidth)（1）調(diào)制信號(hào)為單一頻率（=2F）的正弦波，則，B=2Fmax即已調(diào)波頻譜所占頻帶寬度（2）實(shí)際上，調(diào)制信號(hào)是包含若干頻率分量的復(fù)雜波(F=Fmin~Fmax)-------多頻調(diào)制情況則B=2F24調(diào)幅波的功率計(jì)算方法：(設(shè)調(diào)幅波電壓加于負(fù)載電阻R上）(1)將調(diào)幅（電壓）信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開成余弦（或正弦）項(xiàng)之和的形式，即(2)總功率=各項(xiàng)正弦分量單獨(dú)作用功率之和25此時(shí)表明:對(duì)單頻調(diào)制的調(diào)幅波，最大調(diào)制時(shí)的功率為載波功率的1.5倍。其中邊頻功率是載波功率的一半。當(dāng)時(shí)，邊頻功率最大，。調(diào)幅波的功率(總結(jié))26在普通調(diào)幅波信號(hào)中，有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個(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。抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波

（DSB/SC-AM）可見：27結(jié)論變嗎？此節(jié)講述及學(xué)習(xí)方法——比較法5.2.2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波

（DSB/SC-AM）與普通調(diào)幅波相比：對(duì)DSB/SC-AM的數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形、頻譜、帶寬、功率的分析及計(jì)算方法不變。285.2.2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波

（DSB/SC-AM）一、數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形二、頻譜、帶寬三、功率291、DSB/SC-AM波數(shù)學(xué)表達(dá)式抑制載波后30DSB信號(hào)的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)值

(2)

DSB信號(hào)載波的相位反映了調(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)波高頻與原載波反相。因此嚴(yán)格地說，DSB信號(hào)已非單純的振幅調(diào)制信號(hào)，而是既調(diào)幅又調(diào)相的信號(hào)。2、DSB/SC-AM波形特征(3)高頻振蕩的相位在uΩ(t)=0瞬間有180o突變。結(jié)論1：31

DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量調(diào)制信號(hào)載波3、DSB/SC-AM波頻譜特征結(jié)論2：上邊頻下邊頻32Ωmaxω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ΩmaxΩmaxΩmax

4、DSB/SC-AM波帶寬即已調(diào)波頻譜所占頻帶寬度BDSB=2Fmax在頻域上，DSB與普通調(diào)幅波AM，所占帶寬相同。結(jié)論3：335、DSB/SC-AM波功率比普通調(diào)幅波節(jié)省了發(fā)射功率，即不發(fā)射載波。結(jié)論4：全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。調(diào)制信號(hào)載波上邊頻下邊頻34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)抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB/SC-AM）單邊帶(SSB)信號(hào)是由雙邊帶(DSB)調(diào)幅信號(hào)中取出其中的任一個(gè)邊帶部分而成。35此節(jié)主要為自學(xué)，學(xué)習(xí)方法——比較法對(duì)SSB/SC-AM的數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形、頻譜、帶寬、功率進(jìn)行分析及計(jì)算5.2.3抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB/SC-AM）單邊帶(SSB)信號(hào)是由雙邊帶(DSB)調(diào)幅信號(hào)中取出其中的任一個(gè)邊帶部分而成。根據(jù)：365.2.3抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB/SC-AM）一、數(shù)學(xué)表達(dá)式二、調(diào)幅波的頻譜三、調(diào)幅波的功率與普通AM波、DSB/SC-AM相比，SSB/SC-AM不同的地方。注意總結(jié)：37由通過邊帶濾波器提示一、數(shù)學(xué)表達(dá)式38上邊帶信號(hào)下邊帶信號(hào)可得39提示二總結(jié)：SSB/SC-AM波1.比普通調(diào)幅波、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，都要節(jié)省發(fā)射功率，即只發(fā)送一個(gè)邊帶的功率。2.在頻域上，所占帶寬僅為一個(gè)邊帶的寬度，節(jié)約了頻帶。3.但在電路實(shí)現(xiàn)上，單邊帶的產(chǎn)生和接收，比普通調(diào)幅波和DSB/SC-AM要復(fù)雜。40調(diào)制信號(hào)載波已調(diào)波調(diào)幅器5.2節(jié)小結(jié)：41指出下列電壓是什么已調(diào)波？寫出已調(diào)波電壓的表達(dá)式，并指出它們?cè)趩挝浑娮枭舷牡钠骄β蔖av及頻譜寬度BWAM5.2節(jié)綜合例：42了解調(diào)幅波的物理過程，說明各種頻率成分出現(xiàn)的規(guī)律，為設(shè)計(jì)功能更為完善的電路提供方向。即：實(shí)現(xiàn)調(diào)幅電路的理論基礎(chǔ)調(diào)幅波產(chǎn)生的理論分析435.3調(diào)幅波產(chǎn)生的理論分析根據(jù)調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可知：產(chǎn)生調(diào)幅波的電路應(yīng)具有相乘運(yùn)算的功能,必須由非線性器件才能實(shí)現(xiàn)。問題：2.線性器件可否用來產(chǎn)生調(diào)幅波？1.舉例說明，哪些器件是非線性器件，哪些是線性器件？445.3調(diào)幅波產(chǎn)生的理論分析1.冪級(jí)數(shù)分析法2.線性時(shí)變分析法3.指數(shù)函數(shù)分析法4.開關(guān)函數(shù)近似分析法對(duì)調(diào)幅波產(chǎn)生電路進(jìn)行分析的方法：實(shí)質(zhì)：同一個(gè)非線性器件，由于其外加電壓不同，使其工作在伏安特性的不同區(qū)域，從而可以用不同的函數(shù)來表示此工作區(qū)域。45非線性器件伏安特性：i=f(u)

其中u=VQ+u1+u21、冪級(jí)數(shù)分析法i=f(VQ+u1+u2)=a0+a1(u1+u2)+a2(u1+u2)2+…+an(u1+u2)n+…在靜態(tài)工作點(diǎn)電壓VQ上展開成泰勒級(jí)數(shù)輸入信號(hào)頻譜輸出電流信號(hào)頻譜（1）u1、u2的幅度要小，以減小高階相乘項(xiàng)及其組合頻率分量的強(qiáng)度。（2）選用平方特性好的非線性器件，并選擇合適的工作點(diǎn)，使它工作在特性接近平方律的區(qū)域。46應(yīng)用舉例：當(dāng)非線性器件具有以下伏安特性時(shí)，能否用它實(shí)現(xiàn)調(diào)幅？其中u=u1+u2471、冪級(jí)數(shù)分析法續(xù)典型電路：平方律調(diào)幅器平衡調(diào)幅器(DSB/SC-AM產(chǎn)生電路)482.線性時(shí)變分析法非線性器件伏安特性：i=f(u)

其中u=VQ+u1+u2在VQ+u1上展開成泰勒級(jí)數(shù)：(u2足夠小)

i=f(VQ+u1+u2)=I0(t)+g(t)u2g(t):時(shí)變跨導(dǎo),是時(shí)變參量.u1(載波)的幅度要大,u2(調(diào)制信號(hào))的幅度要小，使器件工作在線性時(shí)變狀態(tài)。492.線性時(shí)變分析法續(xù)典型電路：基極調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路----指數(shù)函數(shù)分析法斬波電路（二極管環(huán)形調(diào)制器）----開關(guān)函數(shù)近似分析法50模擬乘法器MC1596(MC1496)外圍電路。51MC1496內(nèi)部電路52二極管環(huán)形調(diào)制器單向周期方波——開關(guān)函數(shù)經(jīng)帶通濾波后，輸出有用項(xiàng)（AM波）：535.4普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路問題：2.兩種產(chǎn)生調(diào)幅波的電路在發(fā)射機(jī)中的位置有什么不同？1.調(diào)幅波產(chǎn)生電路有哪兩種？3.比較兩種電路的優(yōu)缺點(diǎn)。545.4普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路按功率電平的高低分為：高電平調(diào)幅電路（發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)，丙類功放）低電平調(diào)幅電路（發(fā)射機(jī)功放的前級(jí),線性功放）5556特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，輸出功率小常用在雙邊帶調(diào)制，低電平輸出系統(tǒng)（如信號(hào)發(fā)生器）。一、低電平調(diào)幅電路一般用模擬乘法器產(chǎn)生。57二、高電平調(diào)幅電路特點(diǎn)：輸出功率大，可提高整機(jī)效率。一般以調(diào)諧功率放大器為基礎(chǔ)。分為：基極調(diào)幅集電極調(diào)幅581.基極調(diào)幅電路（1）工作原理調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于一個(gè)緩慢變化的偏壓。即：輸出電壓幅度受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)諧功率放大器——調(diào)諧功放的調(diào)制特性59優(yōu)點(diǎn)：對(duì)調(diào)制信號(hào)只要求很小的功率，電路簡(jiǎn)單，有利于整機(jī)的小型化。缺點(diǎn)：因工作在欠壓狀態(tài)，電壓利用系數(shù)和集電極效率較低，管耗很大。基極調(diào)幅特點(diǎn)：602.集電極調(diào)幅電路（1）工作原理

集電極調(diào)幅電路可以看為一個(gè)電源電壓隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)諧功率放大器。*綜合電源電壓為：61放大器工作狀態(tài)：過壓2.集電極調(diào)幅續(xù)優(yōu)點(diǎn)：集電極效率高，晶體管獲得充分的應(yīng)用。缺點(diǎn)：已調(diào)波的邊帶功率由調(diào)制信號(hào)供給，因而需要大功率的調(diào)制信號(hào)源。集電極調(diào)幅特點(diǎn)：625.5普通調(diào)幅波的解調(diào)電路——從調(diào)幅信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)問題回顧：1、解調(diào)器在無線電接收系統(tǒng)中的位置？2、解調(diào)前后信號(hào)波形的變化？63檢波器輸入信號(hào)波形檢波器輸出信號(hào)波形645.5普通調(diào)幅波的解調(diào)電路（重點(diǎn)）——從調(diào)幅信號(hào)中檢出調(diào)制信號(hào)調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)（又名檢波）：非相干解調(diào)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波（重點(diǎn)）小信號(hào)平方律檢波相干解調(diào)——同步解調(diào)652.非相干解調(diào)檢波器電路的組成框圖調(diào)幅波非線性器件低通濾波為什么檢波電路必須由非線性器件才能實(shí)現(xiàn)？問題：理由：輸出信號(hào)中產(chǎn)生了，輸入信號(hào)中所沒有的、新的頻率成分。661.電路與工作原理2.性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、

檢波失真（重點(diǎn)））調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)：非相干解調(diào)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波（重點(diǎn)）小信號(hào)平方律檢波（輸入調(diào)幅波的幅度在500mV以上）671.電路與

工作原理ui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)檢波器的輸出電壓：uo(t)=uΩ(t)+UDC一、大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波682）輸出電壓u0的成分低頻成分——u?有用,輸出；高頻成分——無用,旁路電容濾除；直流成分——無用,隔直電容濾除。

1）輸出電壓uo的大小與輸入電壓ui的峰值(包絡(luò))接近相等，故稱為峰值包絡(luò)檢波。注：uo(t)=uΩ(t)+UDC69（1）檢波失真(重點(diǎn)）對(duì)角線失真（惰性失真、放電失真）割底失真(負(fù)峰切割失真)頻率失真2.性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）70tui(t)與uc(t)uc(t)ui(t)失真原因：（a）對(duì)角線失真（惰性失真、放電失真）放電時(shí)間常數(shù)RLC太大，放電慢，以致電容C上的電荷跟不上調(diào)幅波包絡(luò)的變化.不失真條件：電容放電的速度包絡(luò)線下降速度71（a）對(duì)角線失真（惰性失真、放電失真）續(xù)表明：，則包絡(luò)變化大；或RLC大，放電慢，都易產(chǎn)生對(duì)角線失真?；虿皇д鏃l件：工程上可按下式計(jì)算:72

Uim(1-ma)

Uim

URL后級(jí)放大器ui+-CriRLVDCd+UDC

-+-URL+uΩ(t)-（b）割底失真(負(fù)峰切割失真)ui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)73

Uim(1-ma)

Uim

URL后級(jí)放大器ui+-CriRLVDCd+UDC

-+-URL+uΩ(t)-（b）割底失真(負(fù)峰切割失真)失真原因：(低頻)交流負(fù)載電阻:直流負(fù)載電阻:且由于檢波器的交流、直流負(fù)載電阻不同，而且調(diào)幅度ma又過大引起的。RL74解調(diào)器在接收機(jī)中的位置75（b）割底失真(負(fù)峰切割失真)續(xù)不失真條件為：表明:ri越小,RL分壓越大,越易產(chǎn)生此類失真;ma越大,調(diào)幅波振幅maUcm越大,越易產(chǎn)生此類失真.76典型檢波電路（檢波實(shí)驗(yàn)電路）77（c）頻率失真由隔直耦合電容C1和濾波電容C引起的.為使頻率在min時(shí),C1上壓降不大,

不產(chǎn)生頻率失真:為使頻率在max時(shí),C斷開,不把低頻電流旁路掉:綜上,一般,隔直耦合電容C1取幾個(gè)微法(F),濾波電容C取0.005F~0.02F。78應(yīng)用例：二極管峰值包絡(luò)檢波器，原電路正常工作（1）若檢波電容C加倍，易產(chǎn)生（），（2）若電路參數(shù)保持正常工作時(shí)的值不變，加大輸入調(diào)幅波的調(diào)制度ma時(shí)，易產(chǎn)生（）。

A、底部切割失真（負(fù)峰切割失真）

B、惰性失真（對(duì)角線切割失真）

C、惰性和底部切割失真79（2）檢波效率若輸入等幅波2.性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）若輸入調(diào)幅波80電路參數(shù)和載頻對(duì)檢波效率的影響（2）檢波效率續(xù)

一定RL下，大高時(shí)，可達(dá)0.86。過大，會(huì)引起檢波失真.因此，

一定時(shí)，81

檢波管對(duì)檢波效率的影響：（2）檢波效率續(xù)

檢波管導(dǎo)通電阻rD越小，充電時(shí)間越短，電容C上充的電壓高,使輸出低頻信號(hào)幅度大,檢波效率提高.82輸入信號(hào)幅度對(duì)檢波效率的影響：輸入信號(hào)幅度大,檢波效率高（2）檢波效率續(xù)83

對(duì)高頻信號(hào)源來說，檢波器相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，即為檢波器的輸入電阻。式中,Ucm為輸入載波分量的電壓振幅,I1m為輸入高頻電流的基波(載頻)振幅.2.性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）（3）輸入阻抗（對(duì)載波頻率而言）可見，大信號(hào)檢波器比小信號(hào)檢波器的輸入電阻大.因而，大信號(hào)檢波器對(duì)前一級(jí)電路的影響小。84檢波電路參數(shù)的選取

檢波二極管D---選點(diǎn)接觸型(2AP系列)正向?qū)娮栊?反向電阻大.

直流負(fù)載電阻RL---5k~10k

兼顧檢波效率、避免割底失真

濾波電容C-----0.005F~0.02F

兼顧檢波效率、避免對(duì)角線失真、頻率失真

輸出隔直耦合電容C1---5F~10F

避免頻率失真85調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)：非相干解調(diào)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波小信號(hào)平方律檢波1.電路3.性能指標(biāo)（檢波效率、輸入阻抗）2.工作原理（輸入調(diào)幅波的幅度在幾十m