第7章調(diào)幅與解調(diào)

7.1概述7.2調(diào)幅波的性質(zhì)7.3平方律調(diào)幅7.4斬波調(diào)幅7.5模擬乘法器調(diào)幅7.6單邊帶信號的產(chǎn)生7振幅調(diào)制與解調(diào)7.7殘留邊帶調(diào)幅7.7高電平調(diào)幅7.7包絡(luò)檢波7.10同步檢波7.11單邊帶信號的接收7振幅調(diào)制與解調(diào)7.1.1振幅調(diào)制簡述7.1.2檢波簡述7.1概述調(diào)幅是將要傳送的信息裝載到某一高頻載頻信號上去的過程。1.定義7.1振幅調(diào)制簡述2.調(diào)制的原因從切實可行的天線出發(fā)

為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何尺寸必須和信號波長相比擬，一般不宜短于1/4波長。音頻信號:20Hz～20kHz波長：15～15000km天線長度:3.75～3750km2.調(diào)制的原因便于不同電臺相同頻段基帶信號的同時接收頻譜搬移2.調(diào)制的原因可實現(xiàn)的回路帶寬基帶信號特點：頻率變化范圍很大。高頻窄帶信號頻譜搬移低頻（音頻）:20Hz～20kHz高頻（射頻）:AM廣播信號:535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k3.調(diào)制的方式和分類調(diào)幅調(diào)相調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制脈寬調(diào)制振幅調(diào)制編碼調(diào)制調(diào)頻脈位調(diào)制End4.調(diào)幅的方法平方律調(diào)幅斬波調(diào)幅調(diào)幅方法低電平調(diào)幅高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅基極調(diào)幅模擬乘法器調(diào)幅從振幅受調(diào)制的高頻信號中還原出原調(diào)制的信號。1.定義7.1檢波簡述圖7.1.1檢波器的輸入輸出波形圖7.1.2檢波器檢波前后的頻譜圖7.1.3檢波器的組成部分2.組成End3.檢波的分類二極管檢波器三極管檢波器檢波器件信號大小小信號檢波器大信號檢波器工作特點包絡(luò)檢波器同步檢波器7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系7.2調(diào)幅波的性質(zhì)1.普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式首先討論單音調(diào)制的調(diào)幅波。載波信號：調(diào)制信號：調(diào)幅信號（已調(diào)波）：由于調(diào)幅信號的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有：，式中為比例常數(shù)即：

式中ma為調(diào)制度，常用百分比數(shù)表示。7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式與頻譜調(diào)幅信號的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致調(diào)幅度反映了調(diào)幅的強弱度圖7.2.2由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波2.普通調(diào)幅波的頻譜（1）由單一頻率信號調(diào)幅

Ω調(diào)制信號ω0載波調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻信號帶寬ω0(2)限帶信號的調(diào)幅波Ωmax調(diào)幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax調(diào)制信號載波ω0+Ωmax上邊帶ω0-Ωmax下邊帶

如果將普通調(diào)幅波輸送功率至電阻R上，則載波與兩個邊頻將分別得出如下的功率：ω0載波功率:上邊頻或下邊頻:在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系

載波本身并不包含信號，但它的功率卻占整個調(diào)幅波功率的絕大部分。當ma＝1時，PoT＝(2/3)Po；當ma＝0.5時，PoT＝(8/9)Po；

從調(diào)幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實際地反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，而載波分量僅是起到頻譜搬移的作用，不反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。Endω0電壓表達式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬

三種振幅調(diào)制信號雙邊帶調(diào)制7.3.1工作原理7.3.2平衡調(diào)幅器7.3平方律調(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vΩ與載波信號vω0相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為ω0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。圖7.3.1非線性調(diào)幅方框圖7.3.1工作原理ω0ω0End

如果靜態(tài)工作點和輸入信號變換范圍選擇合適，非線性器件工作在滿足平方律的區(qū)段。End

如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號，觀察輸出電流表示式

總的輸出電流

總的輸出電壓載波抑制的雙邊帶7.3.2平衡調(diào)幅器End圖7.3.2串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡化電路二極管的伏安特性曲線7.4.1工作原理7.4.2實現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路7.4斬波調(diào)幅圖7.4.1斬波調(diào)幅器方框圖7.4.1工作原理圖7.4.2斬波調(diào)幅器工作圖解圖7.4.3平衡斬波調(diào)幅及其圖解End圖7.4.4二極管電橋斬波調(diào)幅電路7.4.2實現(xiàn)斬波調(diào)幅的電路End圖7.4.5環(huán)形調(diào)幅器電路調(diào)制信號（音頻）被調(diào)信號（射頻）已調(diào)信號7.5模擬乘法器調(diào)幅圖

差分對模擬乘法器原理模擬乘法器電路圖7.5.1模擬乘法器電路End圖7.5.3XFC1596的內(nèi)部電路（虛線框內(nèi)）及由它構(gòu)成的雙邊帶調(diào)制電路7.6.1單邊帶通信的優(yōu)缺點7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號的方法7.6單邊帶信號的產(chǎn)生End使所容納的頻道數(shù)目增加倍，大大提高波段利用率。單邊帶調(diào)制能獲得更好的通信效果。單邊帶調(diào)制的選擇性衰落現(xiàn)象要輕得多。要求收、發(fā)設(shè)備的頻率穩(wěn)定度高，設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高。7.6.1單邊帶通信的優(yōu)缺點1.濾波器法圖7.6.1濾波器法原理方框圖7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號的方法1.濾波器法圖7.6.2濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖

必須強調(diào)指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。因為倍頻后，音頻頻率Ｆ也跟著成倍增加，使原來的調(diào)制信號變了樣，產(chǎn)生嚴重的失真。這是絕對不允許的。圖7.6.3單邊帶發(fā)射機方框圖舉例2.相移法圖7.6.4相移法單邊帶調(diào)制器方框圖表示什么種類的調(diào)幅信號？2.相移法相移法單邊帶調(diào)制器優(yōu)點：？缺點：？相移法單邊帶調(diào)制器優(yōu)點：不需要多次重復(fù)調(diào)制和復(fù)雜的濾波器缺點：要求準確移相900邊帶抑制度=End3.第三種方法——修正的移相濾波法圖7.6.5產(chǎn)生單邊帶信號的第三種方法（修正相移濾波法）

在單邊帶調(diào)幅與雙邊帶調(diào)幅之間，有一種折衷方式，即殘留邊帶調(diào)幅。它傳送被抑制邊帶的一部分，同時又將被傳送邊帶也抑制掉一部分。為了保證信號無失真地傳輸，傳送邊帶中被抑制部分和抑制邊帶中的被傳送部分應(yīng)滿足互補對稱關(guān)系。

特點: 所占頻帶比單邊帶略寬一些;它在ω０附近的一定范圍內(nèi)具有兩個邊帶，因此在調(diào)制信號（例如電視信號）含有直流分量時，這種調(diào)制方式可以適用;殘留邊帶濾波器比單邊帶濾波器易于實現(xiàn)。7.7殘留邊帶調(diào)幅End圖7.7.1各種調(diào)幅制式的頻譜示意圖7.7.1集電極調(diào)幅7.7.2基極調(diào)幅7.7高電平調(diào)幅

高電平調(diào)幅電路能同時實現(xiàn)調(diào)制和功率放大，即用調(diào)制信號vΩ去控制諧振功率放大器的輸出信號的幅度Vcm來實現(xiàn)調(diào)幅的。集電極調(diào)幅電路7.7.1集電極調(diào)幅End基極調(diào)幅電路7.7.1基極調(diào)幅End補充：頻率變換混頻（變頻）：將高頻信號變?yōu)槟骋还潭l率晶體管、二極管、差分對模擬乘法器（頻譜搬移）第5.6，5.7，5.8節(jié)頻率倍頻：將高頻信號的頻率變?yōu)樵瓉淼恼麛?shù)倍

晶體管：1、丙類放大器電流脈沖的諧波分量2、晶體管結(jié)電容的非線性第6.10節(jié)習(xí)題7.1、為什么調(diào)制必須利用電子器件的非線性特性才能實現(xiàn)？它和放大器在本質(zhì)上有什么區(qū)別？解：1、電子器件的線性特性只能使信號在幅度上增大或者減小，而調(diào)制產(chǎn)生了新的頻率，即令原來的頻率產(chǎn)生了頻譜位移，所以，必須利用電子器件的非線性特性才能實現(xiàn)調(diào)制。2、放棄器僅是對信號不失真地放大，不產(chǎn)生新頻率，因此不但不需要電子器件的非線性特性，而且應(yīng)盡量避免，保證信號不失真。7.2、怎樣用被調(diào)放大器電路內(nèi)的儀表（）來判斷調(diào)幅是否對稱？解：調(diào)幅如果對稱，則在未調(diào)制與調(diào)制兩種狀態(tài)時，表的讀數(shù)字應(yīng)該無變化。7.3有一正弦調(diào)制的調(diào)幅波方程式為試求這電流的有效值，以及表示之。解：上式展開為假設(shè)該電流流經(jīng)電阻R，7.4有一調(diào)幅波方程式為1）、試求它所包含的各個分量的頻率與振幅；2）、繪出這個調(diào)幅波包絡(luò)的形狀，并求出峰值與谷值調(diào)幅度。解：7.47.12某發(fā)射機發(fā)射9kW的未調(diào)制載波功率。當載波被頻率調(diào)幅時，發(fā)射功率為10.125kW，試計算調(diào)制度。如果再加上另一個頻率為的正弦波對它進行40%調(diào)幅后再發(fā)射，試求這兩個正弦波同時調(diào)幅時的總發(fā)射功率。解：7.7.1包絡(luò)檢波器的工作原理7.7.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標7.7包絡(luò)檢波非線性電路低通濾波器從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于AM信號輸入AM信號檢出包絡(luò)信息7.7.1包絡(luò)檢波器的工作原理電容充放電設(shè)，V0為電容上的初始電壓值；

V1為電容最終可充到或放到的電壓值；

Vt為t時刻電容上的電壓值。則，

EndC++RL++充電放電iDvi–––EndVDCC++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器

下面討論這種檢波器的幾個主要質(zhì)量指標：電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入電阻和失真。1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)定義：7.7.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)vDiD-vCVimθ

用分析高頻功放的折線近似分析法可以證明其中，θ是二極管電流通角，Ｒ為檢波器負載電阻，Ｒd為檢波器內(nèi)阻。2)等效輸入電阻

考慮到包絡(luò)檢波電路一般作為諧振回路的負載，它勢必影響回路選頻特性（Q），下面分析其等效電阻

其中，Vim是輸入高頻電壓振幅，Iim是輸入高頻電流振幅。2)等效輸入電阻

如果忽略二極管導(dǎo)通電阻上的損耗功率，則由能量守恒的原則，輸入到檢波器的高頻功率，應(yīng)全部轉(zhuǎn)換為輸出端負載電阻上消耗的功率（注意為直流）即有，而Vo3)失真

產(chǎn)生的失真主要有：①惰性失真；②負峰切割失真；③非線性失真；④頻率失真。

如果檢波電路的時間常數(shù)RC太大，當調(diào)幅波包絡(luò)朝較低值變化時，電容上的電荷來不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作惰性失真。

①惰性失真(對角線切割失真)①惰性失真(對角線切割失真）調(diào)幅波包絡(luò)

如圖所示，在某一點，如果電容兩端電壓的放電速度小于包絡(luò)的下降速度，就可能發(fā)生惰性失真。包絡(luò)變化率電容放電放電速率假定此時為避免失真包絡(luò)變化率①惰性失真(對角線切割失真)

實際上，調(diào)制波往往是由多個頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿足

或考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負峰切割失真

(底邊切割失真)

隔直電容Cc數(shù)值很大，可認為它對調(diào)制頻率Ω交流短路，電路達到穩(wěn)態(tài)時，其兩端電壓VC≈Vim。

失真最可能在包絡(luò)的負半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過R和RL緩慢放電，相對于高頻載波一個周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負載電阻R上的電壓為VDC考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負峰切割失真(底邊切割失真)

要避免二極管截止發(fā)生，包絡(luò)幅度瞬時值必須滿足

交、直流負載電阻越懸殊，ma越大，越容易發(fā)生該失真。考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路③非線性失真這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。非線性

實現(xiàn)原理：

iD

vΩ，

vi不變vD

如果負載電阻R選得足夠大，則檢波管非線性特性影響越小，它所引起的非線性失真即可以忽略。iD

←考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路④頻率失真

所謂頻率失真（線性失真）是指由阻抗隨頻率變化的線性電抗元件電容、電感引起的失真。

如左圖所示，檢波器中存在檢波電容C和隔直電容Cc兩個電容。檢波電容C用于跟蹤調(diào)幅波包絡(luò)變化，隔直電容Cc用于去除載波分量對應(yīng)的直流輸出。對調(diào)制頻率Ω=Ωmin～Ωmax，要求檢波電容C對高頻載波短路但不能對低頻調(diào)制波旁路，隔直電容Cc對低頻調(diào)制波短路。End例：在右圖所示的大信號二極管檢波電路中，已知輸入調(diào)制信號的載頻，調(diào)制頻率二極管內(nèi)阻

，

1）、若R增大到原來的10倍，C減小到原來的1/10，試問檢波器的電壓傳輸系數(shù)變化多少？此時檢波器的等效輸入電阻Rid變化多少？

2）、若檢波器與下級電路連接，如圖中虛線所示，耦合電容CC

足夠大，ri2=50k。為了不使檢波器產(chǎn)生失真，在R和C改變前后，輸入調(diào)幅信號的最大允許調(diào)制系數(shù)各為多少？