雙邊帶調(diào)幅波信號波形ppt課件

1、任務(wù)4.2振幅調(diào)制電路,任務(wù)4.2振幅調(diào)制電路,4.2.4單邊帶調(diào)幅電路,4.2.1各類調(diào)幅波的基本性質(zhì),4.2.2普通調(diào)幅電路,4.2.3雙邊帶調(diào)幅電路,本講導(dǎo)航,教學(xué)內(nèi)容,4.2.1各類調(diào)幅波的基本性質(zhì),教學(xué)目的,理解各類調(diào)幅波的基本性質(zhì)：數(shù)學(xué)表達式、波形、頻譜、帶寬、功率關(guān)系等。,教學(xué)重點,教學(xué)難點,普通調(diào)幅波、雙邊帶及單邊帶調(diào)幅波的基本性質(zhì),普通調(diào)幅波的基本性質(zhì),調(diào)幅電路是頻譜搬移電路。按照調(diào)幅方式，可分為:, 4.2.1各類調(diào)幅波的基本性質(zhì),本章先講各類調(diào)幅波的基本性質(zhì)，然后介紹幾種不同的調(diào)幅電路。,一、普通調(diào)幅波的基本性質(zhì),1、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式,普通調(diào)幅信號是載波信號振幅按調(diào)

2、制信號規(guī)律變化的一種振幅調(diào)制信號，簡稱調(diào)幅信號。 設(shè)高頻載波uc(t)的表達式為:,調(diào)幅時，載波的頻率和相位不變，而振幅將隨調(diào)制信號u(t)線性變化。則調(diào)幅波的振幅Ucm(t)可寫成 :,式中，k是一個與調(diào)幅電路有關(guān)的比例常數(shù)。因此，調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式為:,若調(diào)制信號為：,其中Ffc。把（7-3）代入（7-2）得:,式(7-4),式中，,為受調(diào)后載波電壓振幅的最大變化量。,1）單頻調(diào)制,它反映了載波振幅受調(diào)制信號控制的程度，ma與Um成正比。,由此可得調(diào)幅波的最大振幅為：,調(diào)幅波的最小振幅為 ：,是高頻振蕩信號的振幅，它反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，稱為調(diào)幅波的包絡(luò)。,調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度為：,上式第

3、一種表示常用于在實驗室中根據(jù)調(diào)幅波的波形去求ma 。,則有 ：,舉例說明： 1、已知一調(diào)幅波的最大振幅值為10V，最小振幅值為6V，則調(diào)幅度ma為多少？ 2、u（t）=5（1+0.4cos100t)cos107t（V）,如果調(diào)制信號為多頻信號，即：,此時調(diào)制信號為非正弦的周期信號。則 ：,式中,2）多頻調(diào)制,式(7-6),式中：,1）單頻調(diào)制的波形,根據(jù)式（7-3）、（7-1）、（7-4）可畫出u（t）、uc（t）和不同ma條件下uAM（t）的波形：,2、普通調(diào)幅波的波形,(a)調(diào)制信號波形,(b)載波信號波形,波形：,(c)ma1時調(diào)幅波波形,波形：,(a)調(diào)制信號波形,t,0,(b)載波信

4、號波形,波形：,Ucm,(c)調(diào)幅波波形,波形：,波形：,由（e）可知，在ma1時，此時其包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。而在實際調(diào)幅器中，圖（f）對基極調(diào)幅來說，在t1-t2時間內(nèi)由于管子發(fā)射結(jié)加反偏電壓而截止，使uAM(t)=0，即出現(xiàn)包絡(luò)部分中斷。此時調(diào)幅波將產(chǎn)生失真，稱為過調(diào)幅失真。而ma1時的調(diào)幅稱為過調(diào)幅。 因此，為了避免出現(xiàn)過調(diào)幅失真，應(yīng)使調(diào)幅系數(shù)ma1 。,實際上，當ma1時，在t1-t2時間間隔內(nèi),即:,由于振幅值恒大于零，所以uAM(t)可改寫為:,即式（7-6）非正弦的周期信號的調(diào)制。,2）多頻調(diào)制的波形,1）單頻調(diào)制的頻譜與帶寬,單頻調(diào)幅波是由三個頻率分量構(gòu)成的： 第

5、一項為載波分量； 第二項頻率為fc-F,稱為下邊頻分量，其振幅為1/2maUcm ； 第三項頻率為 fc+F ,稱為上邊頻分量，其振幅也為1/2maUcm 。,利用積化和差可把式（7-4）分解為:,3、普通調(diào)幅波的頻譜與帶寬,（7-7）,由圖可見，上下邊頻分量對稱的排列在載波分量的兩側(cè)，則調(diào)幅波的帶寬fbw為:,單頻信號調(diào)制時的頻譜,頻譜：,如果調(diào)制信號為含有限帶寬的多頻信號，其調(diào)幅波表達式用積化和差得:,多頻信號調(diào)幅波的頻譜是由載波分量和n對對稱于載波分量的邊頻分量組成，組成兩個頻帶。 頻率范圍為 （fc +F1 ）（fc +Fn ） 稱為上邊帶； （fc Fn ）（fc F1 ）稱為下邊帶

6、。,2）多頻調(diào)制的頻譜與帶寬,上下邊帶也對稱地排列在載波分量的兩側(cè)，由于最低調(diào)制頻率Fmin=F1，最高調(diào)制頻率Fmax=Fn ，故調(diào)幅波帶寬 :,多頻信號調(diào)制時的頻譜,頻譜：,普通調(diào)幅是頻譜搬移電路,設(shè)調(diào)制信號為單頻正弦波，負載為RL，則載波功率為:,上、下邊頻的功率均為:,調(diào)幅波在調(diào)制信號周期內(nèi)的平均功率為:,邊頻的功率均為:,4、普通調(diào)幅波的功率關(guān)系,注：如果調(diào)制信號為多頻信號，則調(diào)幅波平均功率等于載波和各個功率之和。,二、雙邊帶調(diào)幅波的基本性質(zhì),普通調(diào)幅信號的缺點：無用的載頻分量通過相乘器僅起著將調(diào)制信號頻譜搬移到fc的兩邊，本身并不反映調(diào)制信號的變化，但占絕大部分功率，有用的上、下邊

7、頻分量反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，占很少的功率。 解決：在傳輸前將載頻分量抑制掉，則可以大大節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。 僅傳輸兩個邊頻（帶）的調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊帶調(diào)制（DSB）。,1）單頻調(diào)制,由式（7-2）和（7-4）可得雙邊帶調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式為:,2）多頻調(diào)制,由式（7-6）可得 :,1、雙邊帶調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式,單頻調(diào)制的波形,2、雙邊帶調(diào)幅波的波形,雙邊帶信號的包絡(luò)仍然是隨調(diào)制信號變化的，但它的包絡(luò)已不能完全準確地反映低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律。 雙邊帶信號在調(diào)制信號的負半周，已調(diào)波高頻與原載頻反相，調(diào)制信號的正半周，已調(diào)波高頻與原載頻同相。在t=t1、t2、t3調(diào)制電壓

8、過零點時波形有1800的相位突變，其包絡(luò)已不再反映u(t)的變化規(guī)律。,波形小結(jié)：,1）單頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜與帶寬,它只有上、下邊頻兩個分量 ，其頻譜為：,3、雙邊帶調(diào)幅波的頻譜與帶寬,調(diào)幅波的帶寬fbw為 ：,與普通調(diào)幅波帶寬的表達式一樣。,2）多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜與帶寬,有上下兩個邊帶分量，其頻譜為：,雙邊帶調(diào)幅仍為頻譜搬移電路。,上、下兩個邊帶分量對稱地排列在載波分量的兩側(cè)，為頻譜搬移電路。,調(diào)幅波帶寬為：,多頻信號調(diào)制時雙邊帶調(diào)幅波的頻譜,與普通調(diào)幅波帶寬的表達式一樣。,4、雙邊帶調(diào)幅波的功率關(guān)系（留給學(xué)生思考）,頻譜：,三、單邊帶調(diào)幅波的基本性質(zhì),從雙邊帶調(diào)制的頻譜結(jié)構(gòu)上可知，上、下

9、邊帶都反映了調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)。 因此，從傳輸信息的角度來看，還可以進一步將其中一個邊帶抑制掉。 僅傳輸一個邊帶（上邊帶或下邊帶）的調(diào)幅方式稱為抑制載波的單邊帶調(diào)制，簡稱單邊帶調(diào)制（SSB）。,1）單頻調(diào)制,由式（7-7）可得單邊帶調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式為:,1、單邊帶調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達式、波形、頻譜帶寬,其波形如下：（以下邊帶調(diào)制為例）,單邊帶調(diào)幅信號為等幅波，其頻率高于或低于載頻。但多頻調(diào)制時就不是等幅波了。,單邊帶調(diào)幅波的頻譜為(上邊帶調(diào)制),單頻信號調(diào)制時單邊帶調(diào)幅波的頻譜,2）多頻調(diào)制,單邊帶調(diào)幅波的頻譜為(上邊帶調(diào)制),由上圖可知，單邊帶調(diào)幅仍為頻譜搬移電路。,多頻信號調(diào)制時的頻譜,單邊

10、帶調(diào)幅波的功率關(guān)系留給學(xué)生去思考 。,調(diào)幅波的帶寬fbw為 ：,小結(jié)：三種調(diào)幅方式的比較,（b） 圖7-8,例題分析 :,本講小結(jié),3.三種調(diào)制方式的優(yōu)點、缺點及應(yīng)用。,1.普通調(diào)幅波（多頻、單頻調(diào)制）的數(shù)學(xué)表達式、波形、頻譜帶寬及功率關(guān)系等。,2.雙邊帶及單邊帶調(diào)幅波（多頻、單頻調(diào)制）的數(shù)學(xué)表達式、波形、頻譜帶寬及功率關(guān)系等。,本講作業(yè),1. 若某電壓信號u（t）=5costcosct（V）（c），畫出頻譜圖和并說明調(diào)幅波的性質(zhì)。,2. 若單頻調(diào)幅波載波功率Pc=1000W，Ma=0.3，求兩個邊頻功率之和Psb為多少？總功率Pav為多少？,3. 某調(diào)幅發(fā)射機未調(diào)制時發(fā)射功率為9KW，當載波

11、被正弦信號調(diào)幅時，發(fā)射功率為10.125KW。求調(diào)幅度Ma，如果同時又用另一正弦信號對它進行40的調(diào)幅，求這時的發(fā)射功率？,本講導(dǎo)航,教學(xué)內(nèi)容,4.2.3 雙邊帶調(diào)幅電路,教學(xué)目的,2. 理解雙邊帶調(diào)幅電路的工作原理及分析方法,4.2.4 單邊帶調(diào)幅電路,3.了解單邊帶調(diào)幅電路的工作原理,4.2.2 普通調(diào)幅電路,1. 理解普通調(diào)幅電路的工作原理及分析方法,教學(xué)重點,教學(xué)難點,普通調(diào)幅電路的工作原理及分析方法,雙邊帶調(diào)幅、單邊帶調(diào)幅信號的產(chǎn)生方法,調(diào)幅電路按照輸出功率的高低，又可分為:, 4.2.2普通調(diào)幅電路,低電平調(diào)幅電路特點:所需的調(diào)制功率小; 輸出的功率也小。 非線性器件：模擬乘法器、

12、二極管等,高電平調(diào)幅電路特點:所需的調(diào)制功率大; 輸出的功率也大， 常置于發(fā)射機的末極。 非線性器件：三極管、場效應(yīng)管等,一、普通調(diào)幅電路的模型,模擬乘法器,加法器,乘法器的相乘增益,加法器的加權(quán)系數(shù),二、普通調(diào)幅電路,1、模擬乘法器調(diào)幅電路,載波信號為 ：,模擬乘法器的輸出：,則電路的輸出電壓：,令：,為保證不失真，要求：,從表達式可知，該電路的輸出信號為普通調(diào)幅波。,設(shè)調(diào)制信號：,2、二極管平方律調(diào)幅器(冪級數(shù)分析法),利用二極管（非線性器件）相乘作用，可以實現(xiàn)調(diào)幅電路。,圖中U為偏置電壓，使二極管的靜態(tài)工作點位于特性曲線的非線性較嚴重的區(qū)域；L、 C組成中心頻率為fc、通帶寬度為2F的帶

13、通濾波器。 則二極管兩端的電壓為：,流過二極管的電流為：,該組合頻率中含有fc、fcF的頻率成分被帶通濾波器選出，而其它組合頻率成分被濾掉。設(shè)L、C回路的諧振電阻為R0，且冪級數(shù)展開式只取前三項，則輸出為：,上式中含有無限多個頻率分量，其一般表達式為：,式中:,則uo(t)為普通調(diào)幅波。 由于i中有用相乘項的存在才能得到調(diào)幅波，而有用相乘項是由冪級數(shù)展開式中二次方項產(chǎn)生的，所以該電路稱為平方律調(diào)幅器。 該電路由于二極管工作在甲類非線性狀態(tài)，因此效率不高。,它們屬高電平調(diào)幅電路，一般置于大功率發(fā)射機的末級，它既利用丙類諧振放大器進行放大，又實現(xiàn)調(diào)幅。,（1）基極調(diào)幅電路,基極調(diào)幅電路是利用三極管

14、的非線性特性，用調(diào)制信號來改變丙類諧振功放的基極偏壓，從而實現(xiàn)調(diào)幅的。,3、基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅電路,載波uc(t)通過高頻變壓器Tr1加到基極，調(diào)制信號u(t)通過低頻變壓器Tr2加到基極回路，C2為高頻旁路電容，C1和Ce對高、低頻均旁路，L、C諧振在載頻fc上。,應(yīng)是個負偏壓，保證功放工作在丙類狀態(tài)。,根據(jù)基極調(diào)制特性可知，在欠壓狀態(tài)下，集電極電流iC的基波分量振幅Icm1隨基極偏壓VBB(t)成線性地變化，經(jīng)過LC的選頻作用，輸出電壓uo(t）的振幅就隨調(diào)制信號的規(guī)律變化，即uo(t）為普通調(diào)幅波。,式中:,則：,則發(fā)射結(jié)所加的電壓為：,集電極調(diào)幅電路也是利用三極管的非線性特性，用調(diào)制

15、信號來改變丙類諧振功放的集電極電源電壓，從而實現(xiàn)調(diào)幅的。,（2）集電極調(diào)幅電路,載波uc(t)通過高頻變壓器Tr1加到基極，調(diào)制信號u(t)通過低頻變壓器加到集電極回路，C1、C2均為高頻旁路電容，L、C也諧振在載頻fc上。該電路工作時，基極電流的直流分量IB0流過Rb，使管子工作在丙類狀態(tài)。,uc(t),則集電極所加的電壓為：,根據(jù)集電極調(diào)制特性可知，在過壓狀態(tài)下，集電極電流iC的基波分量振幅Icm1隨集電極偏壓Vcc(t)成線性地變化，經(jīng)過LC的選頻作用，輸出電壓uo(t)的振幅就隨調(diào)制信號的規(guī)律變化，即uo(t)為普通調(diào)幅波。,兩種調(diào)幅電路的比較：,以上三種非線性器件實現(xiàn)普通調(diào)幅哪個最理

16、想?,雙邊帶調(diào)幅電路的模型,4.2.3雙邊帶調(diào)幅電路,若調(diào)制信號：,載波信號為:,當Um和Ucm都不很大時，乘法器工作在線性動態(tài)范圍時，其輸出電壓為：,顯然， uo(t)為雙邊帶調(diào)幅信號。,1、模擬乘法器雙邊帶調(diào)幅電路,1）電路和工作原理(冪級數(shù)分析法),電路由兩個性能一致的二極管V1、V2及中心抽頭變壓器Tr1、Tr2接成平衡電路的，其中Tr1為高頻變壓器，初、次匝數(shù)比為21：1，Tr2為低頻變壓器。,2、二極管的平衡調(diào)幅電路,由于 :,而：,所以圖(a)可簡化為(b)電路。,該電路可看成是由兩個平方律調(diào)幅器構(gòu)成的上下對稱的平衡調(diào)幅器。,當忽略輸出電壓的反作用時，由圖（b）可知:,兩個特性相

17、同的二極管伏安表達式為：,則：,則uo(t)中的組合頻率表達式為：,可見，比單管平方律調(diào)幅來說，其組合頻率分量已大為減少，其頻率中已沒有載波分量。如非線性冪級數(shù)展開式只取前三項，則：,若：,利用電路的對稱性來抑制載波分量.,若在輸出端接一個中心頻率為 fc 、通帶寬度為2F的帶通濾波器，則得到只有(fcF)的上、下邊頻分量，即實現(xiàn)了雙邊帶調(diào)幅。,二極管導(dǎo)通，在,在實際中，為了進一步減小無用的組合頻率分量，常使該電路用在大載波和小調(diào)制的情況，即 :,這時二極管可認為工作在受控制的開關(guān)狀態(tài)下，即在,時截止。則可畫出圖7-17（b）的等效電路：,2)平衡斬波調(diào)幅(開關(guān)函數(shù)分析法),圖中rd為二極管導(dǎo)

18、通時的電阻，S的開關(guān)函數(shù)S1(t) 為：,其中 (RLrd),S1(t)為幅度等于1、頻率等于fc的方波。 當cosct0時，V1、V2導(dǎo)通，有電流i1、i2；當cosct0時，V1、V2截止，i1=i2 =0。 則可得：,S1（t）展開式為：,uo(t)中的組合頻率為F和(2p+1)fcF。 與平衡調(diào)幅相比，其組合頻率分量大大減少。如果在輸出端接一個中心頻率為 fc 、通帶寬度為2F的帶通濾波器，則可選出其中fcF分量，從而就獲得雙邊帶調(diào)幅信號。,則：,設(shè)：,7-18平衡斬波調(diào)幅器的波形,圖（c）的波形仿佛是用開關(guān)函數(shù)S1（t）的波形去斬調(diào)制信號u(t)的波形，它被斬成頻率為fc的脈沖信號，

19、故稱為平衡斬波調(diào)幅。,其各個波形如圖所示,1,電路由四個二極管首尾相接，組成一個環(huán)形電路。它與平衡調(diào)幅器相比，多了兩個二極管V3和V4，其工作原理相似，也用在大載波、小調(diào)制信號的情況，即實現(xiàn)環(huán)形斬波調(diào)幅。,3、二極管環(huán)形斬波調(diào)幅電路,由圖7-19可知，當uc(t) 0(cosct0)時，V1、V2導(dǎo)通，V3、V4截止，有i1、i2電流，i3=i4 =0，如圖7-19(a)所示；,且 :,若：,當uc(t) 0(cosct0)時，V3、V4導(dǎo)通，V1、V2截止，有i3、i4電流，i1=i2 =0，如圖7-19(b)所示。所以，環(huán)形調(diào)幅器可看成由兩個平衡調(diào)幅器構(gòu)成的電路，又稱為雙平衡調(diào)幅器。,分析如下：,由7-20可知：,其中V3管加的電壓為 ：,對V3、V4的作用可用開關(guān)函數(shù)來表示：,V4管加的電壓為 ：,則可得：,即：,令：,S (t) 展開式為 ：,u0(t)中的組合頻率為(2p+1)fcF，與平衡斬波調(diào)幅相比，環(huán)形調(diào)幅輸出電壓中沒有F的頻率分量，而其它分量的振幅加倍。在輸出端接f0= fc 、f0=2F的帶通濾波器，選出fcF分量，從而就獲得雙邊帶調(diào)幅信號uDSB(t) 。,則：,7-20環(huán)形斬波調(diào)幅器的波形,各個波形如圖所示,以上講的雙邊帶調(diào)幅電路都屬于低電平調(diào)幅電路，由模擬乘法器或二極管等非線性器件來完成的。