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(hào)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(hào)的接收7振幅調(diào)制與解調(diào)7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述7.1.2檢波簡(jiǎn)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(hào)上去的過(guò)程。1.定義7.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述2.調(diào)制的原因從切實(shí)可行的天線(xiàn)出發(fā)

為使天線(xiàn)能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線(xiàn)的幾何尺寸必須和信號(hào)波長(zhǎng)相比擬，一般不宜短于1/4波長(zhǎng)。音頻信號(hào):20Hz～20kHz波長(zhǎng)：15～15000km天線(xiàn)長(zhǎng)度:3.75～3750km2.調(diào)制的原因便于不同電臺(tái)相同頻段基帶信號(hào)的同時(shí)接收頻譜搬移2.調(diào)制的原因可實(shí)現(xiàn)的回路帶寬基帶信號(hào)特點(diǎn)：頻率變化范圍很大。高頻窄帶信號(hào)頻譜搬移低頻（音頻）:20Hz～20kHz高頻（射頻）:AM廣播信號(hào):535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k3.調(diào)制的方式和分類(lèi)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(hào)中還原出原調(diào)制的信號(hào)。1.定義7.1檢波簡(jiǎn)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(lèi)二極管檢波器三極管檢波器檢波器件信號(hào)大小小信號(hào)檢波器大信號(hào)檢波器工作特點(diǎn)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(hào)：調(diào)制信號(hào)：調(diào)幅信號(hào)（已調(diào)波）：由于調(diào)幅信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)成線(xiàn)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(dá)式與頻譜調(diào)幅信號(hào)的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致調(diào)幅度反映了調(diào)幅的強(qiáng)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(hào)調(diào)幅

Ω調(diào)制信號(hào)ω0載波調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻信號(hào)帶寬ω0(2)限帶信號(hào)的調(diào)幅波Ωmax調(diào)幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax調(diào)制信號(hào)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(gè)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(hào)一周期內(nèi)，AM信號(hào)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(hào)，但它的功率卻占整個(gè)調(diào)幅波功率的絕大部分。當(dāng)ma＝1時(shí)，PoT＝(2/3)Po；當(dāng)ma＝0.5時(shí)，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(shí)際地反映調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，而載波分量?jī)H是起到頻譜搬移的作用，不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。Endω0電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號(hào)波形圖頻譜圖信號(hào)帶寬

三種振幅調(diào)制信號(hào)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(shuō)都需要用非線(xiàn)性器件來(lái)完成頻率變換。

這里將調(diào)制信號(hào)vΩ與載波信號(hào)vω0相加后，同時(shí)加入非線(xiàn)性器件，然后通過(guò)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(xiàn)性調(diào)幅方框圖7.3.1工作原理ω0ω0End

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

如果要獲得抑制載波的雙邊帶信號(hào)，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(jiǎn)化電路二極管的伏安特性曲線(xiàn)7.4.1工作原理7.4.2實(shí)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(shí)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(hào)（音頻）被調(diào)信號(hào)（射頻）已調(diào)信號(hào)7.5模擬乘法器調(diào)幅圖

差分對(duì)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(xiàn)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(diǎn)7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法7.6單邊帶信號(hào)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(diǎn)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(hào)的方法1.濾波器法圖7.6.2濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖

必須強(qiáng)調(diào)指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。因?yàn)楸额l后，音頻頻率Ｆ也跟著成倍增加，使原來(lái)的調(diào)制信號(hào)變了樣，產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。這是絕對(duì)不允許的。圖7.6.3單邊帶發(fā)射機(jī)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(lèi)的調(diào)幅信號(hào)？2.相移法相移法單邊帶調(diào)制器優(yōu)點(diǎn)：？缺點(diǎn)：？相移法單邊帶調(diào)制器優(yōu)點(diǎn)：不需要多次重復(fù)調(diào)制和復(fù)雜的濾波器缺點(diǎn)：要求準(zhǔn)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(hào)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(shí)又將被傳送邊帶也抑制掉一部分。為了保證信號(hào)無(wú)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(mǎn)足互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)關(guān)系。

特點(diǎn): 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(gè)邊帶，因此在調(diào)制信號(hào)（例如電視信號(hào)）含有直流分量時(shí)，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(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和功率放大，即用調(diào)制信號(hào)vΩ去控制諧振功率放大器的輸出信號(hào)的幅度Vcm來(lái)實(shí)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(bǔ)充：頻率變換混頻（變頻）：將高頻信號(hào)變?yōu)槟骋还潭l率晶體管、二極管、差分對(duì)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(hào)的頻率變?yōu)樵瓉?lái)的整數(shù)倍

晶體管：1、丙類(lèi)放大器電流脈沖的諧波分量2、晶體管結(jié)電容的非線(xiàn)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(xiàn)性特性才能實(shí)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(xiàn)性特性只能使信號(hào)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(lái)的頻率產(chǎn)生了頻譜位移，所以，必須利用電子器件的非線(xiàn)性特性才能實(shí)現(xiàn)調(diào)制。2、放棄器僅是對(duì)信號(hào)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(xiàn)性特性，而且應(yīng)盡量避免，保證信號(hào)不失真。7.2、怎樣用被調(diào)放大器電路內(nèi)的儀表（）來(lái)判斷調(diào)幅是否對(duì)稱(chēng)？解：調(diào)幅如果對(duì)稱(chēng)，則在未調(diào)制與調(diào)制兩種狀態(tài)時(shí)，表的讀數(shù)字應(yīng)該無(wú)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(kāi)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(gè)分量的頻率與振幅；2）、繪出這個(gè)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(jī)發(fā)射9kW的未調(diào)制載波功率。當(dāng)載波被頻率調(diào)幅時(shí)，發(fā)射功率為10.125kW，試計(jì)算調(diào)制度。如果再加上另一個(gè)頻率為的正弦波對(duì)它進(jìn)行40%調(diào)幅后再發(fā)射，試求這兩個(gè)正弦波同時(shí)調(diào)幅時(shí)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(biāo)7.7包絡(luò)檢波非線(xiàn)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(hào)輸入AM信號(hào)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(shí)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(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)：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(biāo)1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)vDiD-vCVimθ

用分析高頻功放的折線(xiàn)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(fù)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(fù)載，它勢(shì)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(fù)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(fù)峰切割失真；③非線(xiàn)性失真；④頻率失真。

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

①惰性失真(對(duì)角線(xiàn)切割失真)①惰性失真(對(duì)角線(xiàn)切割失真）調(diào)幅波包絡(luò)

如圖所示，在某一點(diǎn)，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(shí)為避免失真包絡(luò)變化率①惰性失真(對(duì)角線(xiàn)切割失真)

實(shí)際上，調(diào)制波往往是由多個(gè)頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿(mǎn)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(fù)峰切割失真

(底邊切割失真)

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

失真最可能在包絡(luò)的負(fù)半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過(guò)R和RL緩慢放電，相對(duì)于高頻載波一個(gè)周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負(fù)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(fù)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(shí)值必須滿(mǎn)足

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

實(shí)現(xiàn)原理：

iD

vΩ，

vi不變vD

如果負(fù)載電阻R選得足夠大，則檢波管非線(xiàn)性特性影響越小，它所引起的非線(xiàn)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(xiàn)性失真）是指由阻抗隨頻率變化的線(xiàn)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(gè)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(duì)應(yīng)的直流輸出。對(duì)調(diào)制頻率Ω=Ωmin～Ωmax，要求檢波電容C對(duì)高頻載波短路但不能對(duì)低頻調(diào)制波旁路，隔直電容Cc對(duì)低頻調(diào)制波短路。End例：在右圖所示的大信號(hào)二極管檢波電路中，已知輸入調(diào)制信號(hào)的載頻，調(diào)制頻率二極管內(nèi)阻

，

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

2）、若檢波器與下級(jí)電路連接，如圖中虛線(xiàn)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(hào)的最大允許調(diào)制系數(shù)各為多少？