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1、第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1 5.1 信号变换概述信号变换概述5.2 5.2 振幅调制电路振幅调制电路5.3 5.3 振幅解调电路振幅解调电路5.4 5.4 混频电路混频电路5.5 5.5 自动增益控制自动增益控制第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分* 51 已知调制信号已知调制信号u(t)=2cos(2 500t)
2、V，载波信号，载波信号uc(t)=4cos(2 105t)V，令比例常数，令比例常数ka=1，试写出调幅波表示式，求出调，试写出调幅波表示式，求出调幅系数及频带宽度，画出调幅波波形及频谱图。幅系数及频带宽度，画出调幅波波形及频谱图。 * 52 已知调幅波表示式已知调幅波表示式 uAM(t)=1+COS(2 100t)COS(2 105t)V，试画出它的波形和频谱，试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度图，求出频带宽度BW。 * 53 已知调制信号已知调制信号u(t)=2cos(2 2 103t )+3cos(2 300t)V，载，载波信号波信号uc(t)=5cos(2 5 103t )V，ka=
3、1，试写出调幅波的表示式，画出，试写出调幅波的表示式，画出频谱图，求出频带宽度频谱图，求出频带宽度BW。 *56 已知调幅波表示式已知调幅波表示式u(t)=2+COS(2 100t)COS(2 104t)V，试，试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度。若已知画出它的波形和频谱图，求出频带宽度。若已知RL=1，试求载波功率、边，试求载波功率、边频功率、调幅波在调制信号一个周期内的平均功率。频功率、调幅波在调制信号一个周期内的平均功率。习习 题题 2012-11-22作业作业第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站
4、的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分54 已知调幅波表示式已知调幅波表示式u(t)=20+12cos(2 500t)COS(2 106t )V，试求该调幅波的载波振幅，试求该调幅波的载波振幅Ucm、载波频率、载波频率fc、调制信、调制信号频率号频率F、调幅系数、调幅系数ma和带宽和带宽BW的值。的值。 55 已知调幅波表示式已知调幅波表示式u(t)=5cos(2 106t )+COS2 (106+5 103)t+Cos2( 106-5103)tV，试求出调幅系数及，试求出调幅系数及频带宽度，画出调幅波波形和频谱图。频带宽度，画出调幅波波形和频谱图。 习习 题题第5章 振幅调制、解调与混
5、频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分调制在通信系统中起着十分重要的作用，调制方式在很大程度上决定了一个通信系统的性能。应用最广泛的模拟调制方式，是以正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。在幅度调制过程中，调制后的信号频谱和基带信号频谱之间保持线性平移关系，这称为线性幅度调制，属于这类电路的有振幅调制电路、解调电路、混频电路等。而在角度调制过程中，尽管也完成频谱搬移，但并没有线性对应关系，故称为非线性角度调制，属于这类电路的有频率调制与解调电路等。 5.1 信号变换概述信号变换概述 第5章
6、振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分另外，解调的过程是从已调制波中恢复基带信号，完成与调制相反的频谱搬移。混频过程与线性调制类似，只是将输入信号频谱由载频附近线性平移到中频附近，并不改变频谱内部结构。无论线性搬移或非线性搬移，作为频谱搬移电路的共同特点是，为得到所需要的新频率分量，都必须采用非线性器件进行频率变换，并用相应的滤波器选取有用频率分量。各种频率变换电路均可用图6.1所示的模型表示。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线
7、路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.1 频率变换电路的一般组成模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.2 调幅电路示意图第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图中的非线性器件可采用二极管、三极管、场效应管、差分对管以及模拟乘法器等。滤波器起着滤除通带以外频率分量的
8、作用，只有落在通带范围内的频率分量才会产生输出电压。 本章首先对振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路的作用进行分析，找出频谱搬移电路的组成模型及其实现的一般方法，而后提出具体的电路结构及相应的性能特点。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.1 振幅调制电路振幅调制电路振幅调制电路有两个输入端和一个输出端，如图6.2所示。输入端有两个信号： 一个是输入调制信号u(t)Umcost=Umcos2Ft，称之为调制信号，它含有所需传输的信息；另一个是输入高频等幅信
9、号，uc(t)Ucmcosct=Ucmcos2fct，称之为载波信号。其中，c=2fc，为载波角频率；fc为载波频率。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分通常，输入调制信号就是基带信号，它包含许多频率分量，即由许多不同的正弦波信号组成。为了讨论方便，这里我们假设输入调制信号为单频正弦信号u(t)。振幅调制电路的功能就是在调制信号u(t)和载波信号uc(t)的共同作用下产生所需的振幅调制信号uo(t) 。振幅调制信号按其不同频谱结构可分为普通调幅()信号，抑制载波
10、的双边带调制(DSB)信号，抑制载波的单边带调制(SSB)信号。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1. 普通调幅普通调幅(AM)1) 普通调幅电路模型普通调幅电路模型普通调幅信号是载波信号振幅按输入调制信号规律变化的一种振幅调制信号，简称调幅信号。普通调幅电路的模型可由一个乘法器和一个加法器组成，如图6.3所示。图中，m为乘法器的乘积常数，为加法器的加权系数。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接
11、，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.3 普通调幅电路的模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2) 普通调幅信号的数学表达式普通调幅信号的数学表达式输入单音调制信号： u(t)Umcost=Umcos2Ft载波信号： uc(t)Ucmcosct=Ucmcos2fct第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个
12、重要组成部分且fc1，则意味着已调幅波的包络形状已与调制信号不同，即产生严重失真，这种情况称为过量调幅，如图6.5(a)所示。在实际调幅电路中，由于管子截止，过量调幅波形如图6.5(b)所示。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.4 普通调幅电路的波形第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.5 过量调幅失真第5章 振幅调制、
13、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4) 普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度将式(6 - 1)用三角函数展开： (6 - 3) tmaUomtUmtUttUmtUtUccomacomcomacomocos21cos21cos coscoscos第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.6 普通调幅的频谱第5章 振幅调制
14、、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分由式(6 - 3)可得调幅信号的频谱图，如图6.6所示。单音调制时，调幅信号的频谱由三部分频率分量组成： 第一部分是角频率为c的载波分量；第二部分是角频率为(c+)的上边频分量；第三部分是角频率为(c-) 的下边频分量。其中，上、下边频分量是由乘法器对u(t)和uc(t)相乘的产物。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重
15、要组成部分由图6.6可得，调幅信号的频谱宽度BWAM为调制信号频谱宽度的两倍，即BWAM=2F (6 - 4)从以上分析可知，普通调幅电路模型中的乘法器对u(t) 和uc(t)实现相乘运算的结果将反映在波形上和频谱上。在波形上的反映是将u(t)不失真地转移到载波信号振幅上；在频谱上的反映则是将u(t)的频谱不失真地搬移到c的两边。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5) 非余弦的周期信号调制非余弦的周期信号调制假设调制信号为非余弦的周期信号，其傅里叶级数展开式为
16、u(t)=nUtnncosmax1第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分则输出调幅信号电压为uo(t)=Uom+kaU(t)cosct=Uom+kaUncosntcosct=Uomcosct+Uncos(c+n)t+cos(c-n)t (6 - 5)max1nnmax1nn2ak第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分可以看到，uo(t
17、)的频谱结构中，除载波分量外，还有由相乘器产生的上、下边频分量，其角频率为(c)，(c+2)，(cnmax)。这些上、下边频分量是指将调制信号频谱不失真地搬移到c两边，如图6.7所示。不难看出，调幅信号的频谱宽度为调制信号频谱宽度的两倍，即BWAM=2Fmax (6 - 6)第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.7 非余弦的周期信号调制第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电
18、站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分6) 功率分配关系功率分配关系 将式(6 - 1)所表示的调幅波电压加到电阻R的两端，则可分别得到载波功率和每个边频功率为(6 - 8)02a2oma2141221PmRUmPP第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分在调制信号的一个周期内，调幅波输出的平均总功率为P=P0+P1+P2= (6 - 9)上式表明调幅波的输出功率随ma增加而增加。当ma=1时，有02a21PmPPPPP31 ,32210第5章 振幅调制、解
19、调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分这说明不包含信息的载波功率占了总输出功率的23，而包含信息的上、下边频功率之和只占总输出功率的13。从能量观点看，这是一种很大的浪费；而且实际调幅波的平均调制系数远小于1，因此能量的浪费就更大。能量利用得不合理是AM制式本身固有的缺点。目前AM制式主要应用于中、短波无线电广播系统中，基本原因是AM制式的解调电路简单，可使广大用户的收音机简单而价廉。在其它通信系统中很少采用普通调幅方式，而采用别的调制方式。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电
20、气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2. 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)1) 双边带调制双边带调制从上述调幅信号的频谱结构可知，占绝大部分功率的载频分量是无用的，唯有其上、 下边频分量才反映调制信号的频谱结构，而载频分量通过相乘器仅起着将调制信号频谱搬移到c两边的作用，本身并不反映调制信号的变化。如果在传输前将载频分量抑制掉，那么就可以大大节省发射机的发射功率。这种仅传输两个边频的调制方式称为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制。双边带调制电路模型如图6.8所示。第5章
21、 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.8 双边带调制电路的模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分双边带调幅信号数学表达式为 (6 - 10)由上式可得双边带调幅信号的波形，如图6.9(a)所示。 根据式(6 - 10)可得双边带调幅信号的频谱表达式为uo (t)=AmUmUomcos(c+)t+cos(c-)t(6 - 11)由上
22、式可得双边带调幅频谱图，如图6.9(b)所示。 ttUUAtutuAtucommmcmocoscos 21第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.9 双边带调制信号(a) 波形；(b) 频谱第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分双边带信号的频谱宽度为BWDSB=2F (6 - 12) 从以上分析可见，双边带调制与普通调幅信号的区别
23、就在于其载波电压振幅不是在Uom上、下按调制信号规律变化。这样，当调制信号u(t)进入负半周时，uo(t)就变为负值， 表明载波电压产生180相移。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分因而当u(t)自正值或负值通过零值变化时，双边带调制信号波形均将出现180的相位跳变。可见，双边带调制信号的包络已不再反映u(t)的变化，但是它仍保持频谱搬移的特性。 2) 单边带调制单边带调制 单边带调制已成为频道特别拥挤的短波无线电通信中最主要的一种调制方式。从双边带调制的频谱
24、结构上可以发现，上边带和下边带都反映了调制信号的频谱结构。 因此，从传输信息的观点来说，还可进一步将其中的一个边带抑制掉。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分这种仅传输一个边带(上边带或下边带)的调制方式称为单边带调制。单边带调制不仅可保持双边带调制波节省发射功率的优点，而且还可将已调信号的频谱宽度压缩一半，即BWSSB=F(6 - 13) 单边带调幅的波形及频谱如图6.10所示。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样
25、与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.10 单边带调幅的波形及频谱第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分单边带调制电路有两种实现模型。一种由乘法器和带通滤波器组成，如图6.11所示，称为滤波法。其中，乘法器产生双边带调制信号，然后由带通滤波器取出一个边带信号，抑制另一个边带信号，便得到所需的单边带调制信号。另一种由两个乘法器、两个90相移器和一个加法器组成，如图6.12所示，称为相移法。第5章 振幅调制、解调
26、与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.11 采用滤波法的单边带调制电路模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.12 采用相移法的单边带调制电路模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分相移法模型中各点信号的频谱如
27、图6.13所示，图(a)是乘法器 产生的双边带调制信号的频谱，图(b)是乘法器 产生的双边带调制信号的频谱。图中，(t)表示u(t)中各频率分量均相移90后合成的信号。比较两个输出信号的频谱可见，它们的下边带是同极性的，而上边带是异极性的。因此，将它们相加或相减便可取得下边带或上边带的单边带调制信号。 u 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.13 相移法模型中各点信号的频谱第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与
28、电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 5.1.2 振幅解调电路振幅解调电路振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波电路。解调是调制的逆过程，作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来，如图6.14所示。由于振幅调制有三种信号形式： 普通调幅信号(AM)、双边带信号(DSB)和单边带信号(SSB)，它们在反映同一调制信号时，频谱结构和波形都不相同，因此解调方法也有所不同。基本上有两类解调方法，即同步检波法(用来解调双边带和单边带调制信号及普通调幅信号)和包络检波法(用来解调普通调幅信号)。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变
29、电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 在频域上，振幅检波电路的作用就是将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。因此对于同步检波来说，检波电路模型可由一个乘法器和一个低通滤波器组成，如图6.15所示。图中，us(t)为输入振幅调制信号，ur(t)为输入同步信号，uo(t)为解调后输出的调制信号。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.14 检波器输入输出波形第5
30、章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.15 同步检波电路模型第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分由图6.15可见，将us(t)振幅调制信号先与一个等幅余弦电压信号ur(t)相乘，并要求ur(t)信号与us(t)信号同频同相，即ur(t)=Urmcosct，称之为同步信号。相乘结果是us(t)频谱被搬移到c的两边，如图6.16所示。
31、一边搬到2c上，构成载波角频率为2c的双边带调制信号，它是无用的寄生分量；另一边搬到零频率上，这样，us(t)的一个边带就必将被搬到负频率轴上，负频率是不存在的，实际上，这些负频率分量应叠加到相应的正频率分量上，构成实际的频谱。再由低通滤波器滤除无用的寄生分量，得到所需的解调电压。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.16 振幅检波电路模型各点的频谱第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输
32、配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分必须指出，同步信号必须与输入信号保持严格同步(同频、同相)，否则检波性能就会下降。包络检波电路不需要同步信号，电路十分简单。有关包络检波电路留待后面再作讨论。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分6.1.3 混频电路混频电路是一种典型的频率变换电路。它将某一个频率的输入信号变换成另一个频率的输出信号，而保持原有的调制规律。 混频电路是超外差式接收机的重要组成部分。它的作用是将载频为fc的已调信号us(t
33、)不失真地变换成载频为fI的已调信号uI(t)，如图6.17 所示。通常将uI(t)称为中频信号，相应地，fI称为中频频率，简称中频。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.17 混频电路输入输出波形第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图中，uL(t)=ULmcosLt是由本地振荡器产生的本振信号电压，L=2fL称为本振角频率，
34、它与fI、fc之间的关系为fI=fc+fL (6 - 14)fI= (6 - 15)cLcLLcLc ffffffff第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分fIfc的混频称为上混频，fIfc的混频称为下混频。调幅广播收音机一般采用下混频，它的中频规定为465 kHz。混频电路是一种典型的频谱变换电路，所以混频电路可以用乘法器和带通滤波器来实现，如图6.18(a)所示。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接
35、，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分若设输入调幅信号us(t)=Ucm+kau(t)cosct相应的频谱如图6.18(b)所示，本振信号电压uL(t)=ULmcosLt，则当本振频率高于载频，即fLfc时，相乘器的输出电压频谱如图6.18(c)所示。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分也就是说，将us(t)的频谱不失真地搬移到本振角频率L的两边，一边搬到L+c上，构成载波角频率为L+c的调幅信号；另一边搬到L-c上，构成载波角
36、频率为L-c的调幅信号。若令I=L-c，则前者为无用的寄生分量，而后者则为有用的中频分量。因此，用调谐在I上的带通滤波器取出有用分量，抑制寄生分量，便可得到所需的中频信号。这称做下混频。若令I=L+c，则称做上混频。显然，带通滤波器的频带宽度应大于或等于输入调幅信号的频谱宽度。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.18 混频电路模型各点的频谱第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务
37、。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分振幅调制按其功率的高低，可分为低电平调制和高电平调制两大类。低电平调制电路主要用来实现双边带和单边带调制，对它的要求是调制线性好、载波抑制能力强，而对功率和效率的要求则是次要的。目前应用最广泛的低电平调制电路有： 双差分对管模拟乘法器振幅调制电路、二极管双平衡振幅调制电路、双栅场效应管振幅调制电路等。5.2 振幅调制电路 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分高电平调制电路主要用在调幅发射机的末端，对它的要求是高
38、效率地输出足够大的功率，同时，兼顾调制线性的要求。高电平调制电路常采用高效率的丙类谐振功率放大器，它包括集电极调幅电路、基极调幅电路等。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.2.1 模拟乘法器1. 模拟乘法器的电路符号1) 乘法器的电路符号模拟乘法器是对两个以上互不相关的模拟信号实现相乘功能的非线性函数电路。通常它有两个输入端(x端和y端)及一个输出端，其电路符号如图6.19(a)或(b)所示。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压
39、器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.19 模拟乘法器符号第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分表示相乘特性的方程为 uo(t)=Amux(t)uy(t)式中，Am为乘法器增益系数。当ux(t)和uy(t)的满量程均为10 ，理想乘法器uo(t)的幅度等于10 时，这样的乘法器称为10 制通用乘法器。即Am=。 在xy平面上，乘法器有四个可能的工作区域。V 101第5章 振幅调制、解调与混频电
40、路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分若乘法器限定ux (t)和uy(t)均为正极性，则称它为一象限乘法器。若乘法器只能允许ux (t)(或 uy(t)为一种极性，而允许uy(t)(或ux(t)为两种极性，则称它为二象限乘法器；若乘法器允许ux(t)和uy(t)分别均可为两种极性，则称它为四象限乘法器。具有四象限的乘法器很适合在通信电路中完成调制、混频等功能。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是
41、电力系统接线组成中一个重要组成部分2) 乘法器的主要直流参数 (1) 输出失调电压Uoo。理想乘法器在ux (t) uy(t)0时，uo(t)0，但在实际乘法器中存在ux(t)uy(t)0时，uo(t)0，这称为输出失调电压。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(2) 满量程总误差E 。在|ux(t)|max和|uy(t)|max条件下，乘法器实测输出电压(uo) mea与理想输出电压(uo) ide的最大相对偏差被定义为E。(3) 非线性误差ENL。在|ux(
42、t)|max(或|uy(t)|max) 条件下，uo随uy (t)(或ux(t)的变化特性呈非线性而产生的最大相对偏差称为非线性误差ENL。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(4) 馈通误差EF。当乘法器一端输入电压为零，另一端输入电压为规定幅度和频率的正弦电压时，输出端出现的与正弦输入电压有关的交变电压被定义为EF。理想乘法器ux(t)0 时，uy(t)0，uo(t)0，说明x输入端存在输入失调电压UXIO，因而uo(t)=AmUXIOuy(t)，造成uy(
43、t)馈通到输出端；当uy(t)为规定值时，相应的输出电压称为y馈通误差EYF。 同理，由于y输入端存在着输入失调电压UYIO，因而造成uy(t)0，ux(t)0时, uo(t)0; 当ux(t)为规定值时，相应的输出电压称为x馈通误差EXF。此外，还有增益系数误差EK、误差的温度系数E等。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3) 3) 乘法器的主要交流参数乘法器的主要交流参数 与集成运放的交流参数定义的条件不同，在定义乘法器的上述交流参数时，有两点必须说明： 在
44、乘法器中，小信号通常是指加在乘法器输入端的交流信号电压峰-峰值Up-p为满量程电压范围(例如10 V)的5%，即Up-p=1 V。 当乘法器x和y输入信号为两个无关的不同频率正弦信号时，输出信号频率会变得较复杂，为了能有一个共同规范，应把乘法器当作一个线性放大系统来处理。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(1) 小信号带宽BW。固定增益乘法器的输出电压幅度随工作频率增加而降低到直流或低频幅度的0.707(即-3 dB)时所对应的频率被定义为BW，即小信号-3
45、dB频率。(2) 小信号1矢量误差带宽BWv。BWv是表征乘法器相位特性的参数。乘法器一个输入端加上直流电压(例如10 V)，另一输入端加上Up-p=1 V的正弦信号，当信号频率增加到输出与输入信号之间的瞬时矢量误差为 1或相位差为0.01 rad(0.5730)时所对应的频率，定义为BWv。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(3) 小信号1幅度误差带宽BWA。将乘法器接成单位增益放大器。当输入正弦信号频率增加到其交流增益相对于直流增益下降 1时所对应的频率
46、，定义为BWA。(4) 全功率带宽BWP。将乘法器接成单位增益放大器，输入满量程正弦信号电压，乘法器输出电压非线性失真系数Df1所对应的频率被定义为BWP。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(5) 转换速率SR。将乘法器接成单位增益放大器，输入大信号(例如Up-p=20 V)方波电压时，其输出电压的最大平均变化速率被定义为SR。 (6) 建立时间tset。将乘法器接成单位增益放大器，输入大信号(例如Up-p=20 V)方波电压时，其输出电压幅度进入输出稳态值的
47、既定误差带(通常为0.1)所需时间被定义为tset。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2. 2. 双差分对管模拟乘法器双差分对管模拟乘法器1) 1) 电路结构电路结构图6.20所示为压控吉尔伯特乘法器，它是电压输入、电流输出的乘法器。第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图6.20 双差分对管模拟乘法器第5章 振幅调制、解调与混频
48、电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分由图可见，它由三个差分对管组成，差分对管V1、V2和V3、V4分别由V5、V6提供偏置电流。I0为恒流源电流，差分对管V5、V6由I0提供偏置。输入信号电压u1交叉地加在V1、V2和V3、V4的输入端，输入电压u2加在V5、V6的输入端。平衡调制器的输出电流为 i=i-i=(i1+i3)-(i2+i4) =(i1-i2)-(i4-i3) (6 - 16)第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从
49、而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分式中，i1-i2、i4-i3分别是差分对管V1、V2和V3、V4的输出差值电流。于是，可得 (6 - 17)T2065T1634T15212th2th2thUuIiiUuiiiUuiii第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分因此(6 - 18)上式表明，i和u1、u2之间是双曲正切函数关系，u1和u2不能实现乘法运算关系。只有当u1和u2均限制在UT=26 mV以下时，才能够实现理想的相乘运算:T
50、2T102th2thUuUuIi2T2104UuuIi 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分因此u1和u2的线性动态范围比较小。其中，UT为热力学电压。在实际运用中, 可在x通道引入预失真网络，在y通道引入负反馈，从而提高模拟乘法器的性能。2) 2) 扩展扩展u u2 2的动态范围电路的动态范围电路为了扩大输入电压u2的线性动态范围，可在V5、V6管发射极之间接入负反馈电阻Re。 第5章 振幅调制、解调与混频电路 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样