振幅調(diào)制與解調(diào)1

第九章振幅調(diào)制與解調(diào)§9.1頻譜搬移電路的特性§9.2振幅調(diào)制原理§9.3振幅調(diào)制方法與電路§9.4振幅解調(diào)（檢波）原理與電路2024/6/221§9.1頻譜搬移電路的特性非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件相乘的作用產(chǎn)生與輸入信號波形的頻譜不同的信號。當頻率變換前后，信號的頻譜結構不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移電路。如下圖所示(a)調(diào)幅原理(b)檢波原理2024/6/2222)從頻譜結構看，上述頻率變換電路都只是對輸入信號頻譜實行橫向搬移而不改變原來的譜結構，因而都屬于所謂的線性頻率變換。1)它們的實現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性器件對輸入信號頻譜實行變換以產(chǎn)生新的有用頻率成分后，濾除無用頻率分量。3)頻譜的橫向平移從時域角度看相當于輸入信號與一個參考正弦信號相乘，而平移的距離由此參考信號的頻率決定，它們可以用乘法電路實現(xiàn)。(c)混頻原理2024/6/223§9.2振幅調(diào)制原理一、概述調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。按照所采用的載波波形區(qū)分，調(diào)制可分為連續(xù)波(正弦波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，可用數(shù)學式表示，受控參數(shù)可以是載波的幅度A，頻率

或相位

。因而有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。2024/6/224脈沖調(diào)制以矩形脈沖為載波，受控參數(shù)可以是脈沖高度、脈沖重復頻率、脈沖寬度或脈沖位置。相應地，就有脈沖調(diào)幅(PAM，包括脈沖編碼調(diào)制PCM)，脈沖調(diào)頻(PFM)，脈沖調(diào)寬(PWM)和脈沖調(diào)位(PPM)。本課程只研究各種正弦調(diào)制方法性能和電路。2024/6/225二、調(diào)幅波的性質(zhì)設簡諧調(diào)制信號

載波信號1.調(diào)幅波的數(shù)學表達式則調(diào)幅信號為稱為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度。一般0＜ma≤1。通常調(diào)制要傳送的信號波形是比較復雜的，但無論多么復雜的信號都可用傅氏級數(shù)分解為若干正弦信號之和。為了分析方便起見，我們一般把調(diào)制信號看成一簡諧信號。2024/6/2262.普通調(diào)幅波的波形圖當載波頻率調(diào)制信號頻率

，0＜ma≤1，則可畫出和已調(diào)幅波形分別如下圖所示。從圖中可看出調(diào)幅波是一個載波振幅按照調(diào)制信號的大小線性變化的高頻振蕩，其振蕩頻率保持載波頻率不變。當時ma

＝1時，調(diào)幅達到最大值，稱為百分之百調(diào)幅。若ma>1，AM信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調(diào)制。(a)調(diào)制信號(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過調(diào)制波形圖2024/6/2273.調(diào)幅信號的頻譜及帶寬將調(diào)幅波的數(shù)學表達式展開，可得到非正弦波調(diào)幅信號的頻譜圖由圖看出調(diào)幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調(diào)制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側(cè)的上、下邊頻，幅度均等于2024/6/228對于單音信號調(diào)制已調(diào)幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)的頻帶寬度B=2

或B=2F(

=2

F)，對于多音頻的調(diào)制信號，若其頻率范圍是f，則已調(diào)信號的頻帶寬度等于調(diào)制信號最高頻率的兩倍。2024/6/2294.普通調(diào)幅波的功率關系將作用在負載電阻R上載波功率每個邊頻功率(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因為ma≤1，所以邊頻功率之和最多占總輸出功率的1/3。調(diào)幅波中至少有2/3的功率不含信息，從有效地利用發(fā)射機功率來看，普通調(diào)幅波是很不經(jīng)濟的。2024/6/2210三、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波與單邊帶調(diào)幅波1.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點，提高設備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(DSBAM)其數(shù)學表達式為其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即或2024/6/22112.單邊帶調(diào)幅波上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱之為單邊帶通信(SSB)。其表達式為：或其頻帶寬度為：2024/6/2212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表9-1三種振幅調(diào)制信號2024/6/22133.殘留邊帶調(diào)幅(a)廣播電視臺系統(tǒng)發(fā)端濾波器特性(b)電視接收系統(tǒng)中頻濾波器特性殘留邊帶調(diào)幅(記為VSBAM)它在發(fā)射端發(fā)送一個完整的邊帶信號、載波信號和另一個部分被抑制的邊帶信號。這樣它既保留了單邊帶調(diào)幅節(jié)省頻帶的優(yōu)點，且具有濾波器易于實現(xiàn)、解調(diào)電路簡單的特點。在廣播電視系統(tǒng)中圖象信號就是采用殘留邊帶調(diào)幅。2024/6/2214§9.3振幅調(diào)制方法與電路調(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。(a)普通調(diào)幅波實現(xiàn)框圖(b)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(c)單邊帶調(diào)幅波實現(xiàn)框圖原理框圖如下：一、概述2024/6/2215

高電平調(diào)幅電路一般置于發(fā)射機的最后一級，是在功率電平較高的情況下進行調(diào)制。

低電平調(diào)幅電路

一般置于發(fā)射機的前級，再由線性功率放大器放大已調(diào)幅信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。按調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：2024/6/2216二、低電平調(diào)幅電路1.簡單的二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路調(diào)制信號和載波信號相加后，通過二極管非線性特性的變換，在電流i中產(chǎn)生了各種組合頻率分量，將諧振回路調(diào)諧于差頻，便能取出和的成分，這便是普通調(diào)幅波。(1)平方律調(diào)幅－二極管信號較小時的工作狀態(tài)當vD很小時，級數(shù)可只取前四項2024/6/2217經(jīng)分類整理可知：是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是項。由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。2024/6/2218(2)開關式調(diào)幅（斬波調(diào)幅）在大信號情況應用時，依靠二極管的導通和截止來實現(xiàn)頻率變換，這時二極管就相當于一個開關。滿足的條件時，二極管的通、斷由載波電壓決定。輸出調(diào)幅波有用電流分量由兩個二極管組成的平衡開關調(diào)幅器平衡調(diào)制器輸出的電壓波形2024/6/2219普通調(diào)幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調(diào)幅波在調(diào)制信號極性變化時，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180

的突變，這是因為雙邊帶波是由v0和v

相乘而產(chǎn)生的。2024/6/22202.環(huán)形調(diào)制器在平衡調(diào)制器的基礎上，再增加兩個二極管，使電路中4個二極管首尾相接構成環(huán)形，這就是環(huán)形調(diào)制器。環(huán)行調(diào)制器原理圖=

gDV

[cos(

0

)t+cos(

0–

)t]振幅比平衡調(diào)制器提高了一倍，并抑制了低頻

分量，因而獲得了廣泛應用。從其正負半周期的原理圖可知環(huán)形調(diào)制器輸出電流的有用分量2024/6/2221環(huán)型調(diào)制器等效電路3.模擬乘法器調(diào)幅電路（P490-P493、P208-P210）2024/6/22224.產(chǎn)生單邊帶信號的方法(1)濾波法濾波器法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制實際濾波器法單邊帶發(fā)射機方框圖DSB信號經(jīng)過帶通濾波器后，濾除了下邊帶，就得到了SSB信號。由于

0>>

max，上、下邊帶之間的距離很近，要想通過一個邊帶而濾除另一個邊帶，就對濾波器提出了嚴格的要求。2024/6/2223(2)相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的邊帶。如圖所示相移法單邊帶調(diào)制器方框圖圖中兩個平衡調(diào)幅器的調(diào)制信號電壓和載波電壓都是互相移相90°。因此，輸出電壓為2024/6/2224這種方法原則上能把相距很近的兩個邊頻帶分開，而不需要多次重復調(diào)制和復雜的濾波器。但這種方法要求調(diào)制信號的移相網(wǎng)絡和載波的移相網(wǎng)絡在整個頻帶范圍內(nèi)，都要準確地移相90°。這一點在實際上是很難做到的。2024/6/2225(3)修正的移相濾波法修正的移相濾波法這種方法所用的90°移相網(wǎng)絡工作于固定頻率，因而克服了實際的移頻網(wǎng)絡在很寬的音頻范圍內(nèi)不能準確地移相90°的缺點。這種方法所需要的移相網(wǎng)絡工作于固定頻率

1與

2，因此制造和維護都比較簡單。它特別適用于小型輕便設備，是一種有發(fā)展前途的方法。2024/6/2226三、高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。最常用的方法是對功放的供電電壓進行調(diào)制。根據(jù)調(diào)制信號控制方式的不同，對晶體管而言，高電平調(diào)幅又可分為基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅。1.集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路調(diào)制信號經(jīng)低頻變壓器加在集電極上，并與直流電源電壓VcT相串饋。高頻載波v0(t)=v0cosω0t

經(jīng)高頻變壓器加在基極回路中。2024/6/2227集電極調(diào)幅在調(diào)制信號一周期內(nèi)的各平均功率為：1)集電極有效電源電壓Vc(t)供給被調(diào)放大器的總平均功率2)集電極直流電源VcT所供給的平均功率則為3)調(diào)制信號源Vc

供給的平均功率4)平均輸出功率5)集電極平均耗散功率2024/6/22286)集電極效率故：2)總輸入功率分別由VCT與VC

所供給，VCT供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，VC

則供給用以產(chǎn)生邊帶功率的平均功率PDSB。1)平均功率均為載波點各功率的()倍3)集電極平均耗散功率等于載波點耗散功率的()倍，應根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCM≥Pcav。4)輸出的邊頻功率由調(diào)制器供給的功率轉(zhuǎn)換得到，大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號電源。2024/6/22292.基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路與集電極調(diào)幅電路同樣的分析，可以認為VB(t)=VBT+v

(t)是放大器的基極等效低頻供電電源。因為VB(t)隨調(diào)制信號v

(t)變化，如果要求放大器的輸出電壓也隨調(diào)制信號變化，則應使輸出電壓隨VB(t)變化。放大器應工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流Ic1m、輸出電壓Vc(t)按基極供電電壓VBT(t)變化，從而實現(xiàn)輸出電壓隨調(diào)制電壓變化的調(diào)幅。2024/6/2230§9.4振幅解調(diào)(檢波)原理與電路一、概述振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過程。它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復出原來的調(diào)制信號。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近,因此，檢波器也屬于頻譜搬移電路。檢波器的組成應包括三部分，高頻已調(diào)信號源，非線性器件，RC低通濾波器。其組成原理框圖如下圖所示，它適于解調(diào)普通調(diào)幅波。2024/6/2231包絡檢波同步檢波檢波器分類:平方率檢波峰值包絡檢波平均包絡檢波載波被抑制的已調(diào)波解調(diào)原理2024/6/22322024/6/2233二、二極管(大信號)峰值包絡檢波器二極管(大信號)包絡檢波器串聯(lián)型二極管包絡檢波電路并聯(lián)型二極管包絡檢波電路C++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡檢波器如圖所示串聯(lián)型二極管包絡檢波器RL、C為二極管檢波器的負載，同時也起低通濾波器作用。一般要求的輸入信號大于0.5V，所以稱為大信號檢波器。2024/6/2234RLC電路：二是作為檢波器的負載，在其兩端輸出已恢復的調(diào)制信號。一是起高頻濾波作用。故必須滿足二極管檢波器的波形圖其檢波圖如右圖及2024/6/2235并聯(lián)二極管包絡檢波D導通時Vs（t）通過D對C充電，截止時C通過RL放電。2024/6/22362.包絡檢波器的質(zhì)量指標1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)另外：

---電流通角R---檢波器負載電阻Rd---檢波器二極管內(nèi)阻當R>>Rd時，

0，cos

1。即檢波效率Kd接近于1，這是包絡檢波的主要優(yōu)點。2024/6/22372)等效輸入電阻RidVim---輸入高頻電壓的振幅Iim

---輸入高頻電流的的基波振幅由于二極管輸入電阻的影響，使輸入諧振回路的Q值降低，消耗一些高頻功率。這是二極管檢波器的主要缺點。2024/6/22383)失真①惰性失真惰性失真由于負載電阻R與負載電容C的時間常數(shù)RC太大所引起的。這時電容

C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡變化,從而產(chǎn)生失真。為了防止惰性失真，只要適當選擇RC的數(shù)值，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡的變化就行了。也就是要求>或?qū)懗稍诠こ躺峡砂?/p>

maxRC≤1.5計算。2024/6/2239②負峰切割失真(底部切割失真)檢波器輸出常用隔直流電容Cc與下級耦合，如圖所示。Rg代表下級電路的輸入電阻?？紤]了耦合電容Cc和低放輸入電阻Rg后的檢波電路為了有效地傳送低頻信號，要求則檢波過程中，Cc兩端建立了直流電壓經(jīng)電阻R和Rg分壓，在R上得到的直流電壓為：2024/6/2240對于二極管來說，VR是反偏壓，它有可能阻止二極管導通，從而產(chǎn)生失真。負峰切割失真波形為了避免底部切割失真，調(diào)幅波的最小幅度Vim(1–ma)必須大于VR即：2024/6/2241負峰切割失真改進R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'即：(1)R1足夠大時，R交'的影響減小，不易負峰切割失真。但R1過大時，VΩ的幅度下降，一般取R1/R2=0.1~0.2(2)檢波電路后接射隨(Ri大),即檢波電路的RL大。(3)晶體管和集成電路包絡檢波，為直接耦合方式，不存在Cc2024/6/2242③非線性失真④頻率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。這種失真是由于耦合電容Cc和濾波電容C所引起的。Cc的存在主要影響檢波的下限頻率

min。為使頻率為

min時，Cc上的電壓降不大，不產(chǎn)生頻率失真，必須滿足下列條件：或電容C的容抗應在上限頻率

max時，不產(chǎn)生旁路作用，即它應滿足下列條件：或一般Cc約為幾

F，C約為0.01

F。2024/6/2243高頻脈沖信號的檢波

2024/6/2244低

通濾波器vsvtvWi乘積檢波電路三、同步檢波器乘積檢波平衡同步檢波1.乘積檢波器(1)工作原理包

絡檢波器vsvtvWv平衡同步檢波電路經(jīng)過低通濾波后2024/6/2245低通濾波器

VsV0iVt乘積檢波器2024/6/22462.三極管同步檢波電路采用包絡檢波器構成同步檢波電路，它的實現(xiàn)模型如圖所示。同步檢波實現(xiàn)模型其原理電路見右同步檢波原理電路設輸入信號為抑制載波的雙邊帶本地振蕩信號則它們的合成信號故當時因此，通過包絡檢波器便可檢出所需的調(diào)制信號。2024/6/2247實際應用電路常采用平衡調(diào)制器構成同步檢波電路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+–+–+

–+–+–+V0–平衡濾波檢波器如圖2024/6/22483.單邊帶信號的接收(SSB)單邊帶信號的接收過程正好和發(fā)送過程相反。單邊帶接收機方框圖它是二次變頻電路。fi1較高，用調(diào)諧回路即可選出所需的邊帶。fi2較低，一般采用帶通濾波器取出單邊帶信號。單邊帶信號與第三本振載波信號在乘積檢波器中進行解調(diào)，經(jīng)過低通濾波器后，即可獲得原調(diào)制信號。2024/6/2249四、

平方率檢波一般：vAM<0.2V,

僅用于解調(diào)AM。工作于非線形狀態(tài)，冪級數(shù)展開，含有平方項，由低通濾出調(diào)制信號。因失真較大，使用較少。2024/6/2250五、檢波電路實例2024/6/22512024/6/2252本章小節(jié)①本章主要內(nèi)容為調(diào)幅和檢波。他們（含混頻）在時域上都表現(xiàn)為兩信號的相乘，在頻域上表現(xiàn)為頻譜的線性搬移，其電路基本組成和工作原理相同，都是由非線性器件實現(xiàn)頻率變換和用濾波器來濾除不需要的頻率分量，不同之處是輸入信號、參考信號、濾波器特性在實現(xiàn)調(diào)幅、檢波（及混頻）