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1、第七章振幅调制与解调第1页，共86页，编辑于2022年，星期二学习目的与要求学习目的与要求1.掌握调幅波的基本性质与功率关系；掌握调幅波的基本性质与功率关系；2.理解平方律调幅与平衡调幅器原理；理解平方律调幅与平衡调幅器原理；3.掌握斩波调幅的原理与电路；掌握斩波调幅的原理与电路；4.熟悉模拟乘法器调幅原理；熟悉模拟乘法器调幅原理；5.掌握单边带的生产方法，了解残留边带调幅与高掌握单边带的生产方法，了解残留边带调幅与高 电平调幅；电平调幅；6.掌握包络检波原理，理解同步检波原理，了解单掌握包络检波原理，理解同步检波原理，了解单 边带信号的接收方法。边带信号的接收方法。第2页，共86页，编辑于2
2、022年，星期二7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述7.1.2 检波简述检波简述第3页，共86页，编辑于2022年，星期二将要传送的信息装载到某一高频将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。载频信号上去的过程。高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大1.定义定义第4页，共86页，编辑于2022年，星期二2.调制的原因调制的原因从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz2
3、0kHz波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度:3.75 3750km第5页，共86页，编辑于2022年，星期二2.调制的原因调制的原因便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移第6页，共86页，编辑于2022年，星期二2.调制的原因调制的原因可实现的回路带宽可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）:20Hz20kHz高频（射频）高频（射频）:AM广播信号广播信号:535 1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k1
4、0k1000k100k第7页，共86页，编辑于2022年，星期二3.调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制第8页，共86页，编辑于2022年，星期二End4.调幅的方法调幅的方法平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅第9页，共86页，编辑于2022年，星期二从振幅受调制的高频信号中从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。还原出原调制的信号。1.定义定义第10页，共86页，编
5、辑于2022年，星期二图图图图 9.1.1 9.1.1 检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形第11页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.1.2 9.1.2 检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱第12页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.1.3 9.1.3 检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分2.组成组成第13页，共86页，编辑于2022年，星期二End3.检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大
6、小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器第14页，共86页，编辑于2022年，星期二7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱7.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系第15页，共86页，编辑于2022年，星期二1.普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号：调制信号：调制信号：调幅信号（已调波）：调幅信号（已调波）：由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，式中，式中为比例常数为
7、比例常数即：即：式中式中ma为调制度为调制度，常用百分比数表示。常用百分比数表示。第16页，共86页，编辑于2022年，星期二 波形特点：波形特点：(1)调调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致(2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度 第17页，共86页，编辑于2022年，星期二第18页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.2.2 9.2.2 由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波第19页，共86页，编辑于2022年，星期二2.普通调幅波的
8、频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频第20页，共86页，编辑于2022年，星期二信号带宽信号带宽0(2)限带信号的调幅波限带信号的调幅波max调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带End第21页，共86页，编辑于2022年，星期二 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将分别得出上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：如下的功率：0载波功率载波功率:上边频或下边频上边频或下边频:在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功
9、率是信号的平均输出功率是第22页，共86页，编辑于2022年，星期二当当ma1时，时，PoT(2/3)Po ；当当ma0.5时，时，PoT(8/9)Po ；载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。的绝大部分。从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。不反映调制信号的变化规律。End0第23页，共86页，编辑于2022年，星
10、期二电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号第24页，共86页，编辑于2022年，星期二7.8.1 集电极调幅集电极调幅7.8.2 基极调幅基极调幅第25页，共86页，编辑于2022年，星期二 高电平调幅电路能高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大同时实现调制和功率放大，即用调制信号，即用调制信号v v去去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度控制谐振功率放大器的输出信号的幅度V Vcmcm来实现调幅的。来实现调幅的。临界临界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界
11、过压过压欠压欠压V BB(t)第26页，共86页，编辑于2022年，星期二集电极调幅电路第27页，共86页，编辑于2022年，星期二iCiC1临界临界过压过压欠压欠压VCC（t）第28页，共86页，编辑于2022年，星期二基极调幅电路第29页，共86页，编辑于2022年，星期二EndiCvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)第30页，共86页，编辑于2022年，星期二7.3.1 工作原理工作原理7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器第31页，共86页，编辑于2022年，星期二 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说
12、都需要是说都需要用非线性器件来完成频率变换用非线性器件来完成频率变换。这里将调制信号这里将调制信号v v与载波信号与载波信号v v0 0相加后，同时加入非线性器件，相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为然后通过中心频率为0 0的带通滤波器取出输出电压的带通滤波器取出输出电压v vo o中的调幅波成分。中的调幅波成分。图图图图 9.3.1 9.3.1 非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图第32页，共86页，编辑于2022年，星期二0第33页，共86页，编辑于2022年，星期二0End 如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满如果静态工作点和
13、输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。足平方律的区段。第34页，共86页，编辑于2022年，星期二0平衡调幅电路平衡调幅电路如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式总的输出电流总的输出电流总的输出电压总的输出电压第35页，共86页，编辑于2022年，星期二End图图图图 9.3.2 9.3.2 串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路第36页，共86页，编辑于2022年，星期二7.4.1 工作原理工作原理7.4.2 实现斩波调幅的两种
14、电路实现斩波调幅的两种电路第37页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.4.1 9.4.1 斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图第38页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.4.2 9.4.2 斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解第39页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.4.3 9.4.3 平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解第40页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.4.4 9.4.4 二极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路二
15、极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路第41页，共86页，编辑于2022年，星期二End图图图图 9.4.5 9.4.5 环形调幅器电路环形调幅器电路环形调幅器电路环形调幅器电路第42页，共86页，编辑于2022年，星期二电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波载波被抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号第43页，共86页，编辑于2022年，星期二7.6.1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法第44页，共86页，编辑于2022年，星期二使所容纳
16、的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。第45页，共86页，编辑于2022年，星期二调幅波0+上边频0-下边频1.滤波器法滤波器法图图图图 9.6.1 9.6.1 滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图第46页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.6.2 9.6.2
17、 滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图 必须强调指出，必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。方法。因为倍频后，音频频率因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。第47页，共86页，编辑于2022年，星期二上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率F Fminmin的的2 2倍，故滤波时相对带宽倍，故滤波时相对
18、带宽2 Fmin/f2 Fmin/fc c要很小，这样的滤要很小，这样的滤波器制作很困难。波器制作很困难。第48页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.6.3 9.6.3 单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例第49页，共86页，编辑于2022年，星期二第50页，共86页，编辑于2022年，星期二第51页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.6.3 9.6.3 单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例第52页，共86页，编辑于2022年，星期二2.相移法相移法如何得到如何得
19、到单一频率分量单一频率分量第53页，共86页，编辑于2022年，星期二2.相移法相移法图图图图 9.6.4 9.6.4 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图第54页，共86页，编辑于2022年，星期二电压f/Hz第55页，共86页，编辑于2022年，星期二第56页，共86页，编辑于2022年，星期二3.第三种方法第三种方法修正的移相滤波法修正的移相滤波法图图图图 9.6.5 9.6.5 产生单边带信号的第三种方法产生单边带信号的第三种方法产生单边带信号的第三种方法产生单边带信号的第三种方法第57页，共86页，编辑于2022年，星期二E
20、nd图图图图 9.7.1 9.7.1 各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图第58页，共86页，编辑于2022年，星期二7.9.1 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标第59页，共86页，编辑于2022年，星期二非线性非线性 电路电路低通低通滤滤 波器波器从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AMAM信号信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息第60页，共86页，编辑于2022年，星期二EndVDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络
21、检波器第61页，共86页，编辑于2022年，星期二 下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。（检波效率）、输入电阻和失真。1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)定义：定义：第62页，共86页，编辑于2022年，星期二1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)vDi D-vCVim 用用分分析析高高频频功功放放的的折折线线近近似分析法可以证明似分析法可以证明其其中中，是是二二极极管管电电流流通通角角，为为检检波波器器负负载载电电阻阻，d为为检波器内阻。检波器内阻。第63页，共86页，编辑于2
22、022年，星期二2)等效输入电阻等效输入电阻 考考虑虑到到包包络络检检波波电电路路一一般般作作为为谐谐振振回回路路的的负负载载，它它势势必必影影响响回路选频特性（回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻），下面分析其等效电阻 其中，其中，Vim是输入高频电压振幅，是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。是输入高频电流振幅。第64页，共86页，编辑于2022年，星期二End图图图图 1.2.11 1.2.11 1.2.11 1.2.11 超外差式接收机方框图超外差式接收机方框图超外差式接收机方框图超外差式接收机方框图第65页，共86页，编辑于2022年，星期二2)等效输入电阻等效输入电阻 如
23、果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）消耗的功率（注意为直流）即有即有，而，而第66页，共86页，编辑于2022年，星期二3)失真失真 产生的失真主要有：产生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；负峰切割失真；负峰切割失真；非线性非线性失真；失真；频率失真。频率失真。如如果果检检波波电电路路的的时时间间常常数数RC太太大大，当当调调幅幅波波包包络络朝朝较较低低值值变变化化时时，电电容容上上的的电电荷荷
24、来来不不及及释释放放以以跟跟踪踪其其变变化化，所所造造成的失真称作成的失真称作惰性失真惰性失真。惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)第67页，共86页，编辑于2022年，星期二 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)调幅波包络调幅波包络 如如图图所所示示，在在某某一一点点，如如果果电电容容两两端端电电压压的的放放电电速速度度小小于于包包络络的的下下降速度降速度，就可能发生惰性失真。，就可能发生惰性失真。包络变化率包络变化率电容放电电容放电第68页，共86页，编辑于2022年，星期二 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)放电速率放电速率假定此时假定此时调幅波包络
25、调幅波包络包络变化率包络变化率电容放电电容放电为避免失真为避免失真第69页，共86页，编辑于2022年，星期二 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)实实际际上上，调调制制波波往往往往是是由由多多个个频频率率成成分分组组成成，即即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足第70页，共86页，编辑于2022年，星期二考虑了耦合电容考虑了耦合电容C Cc c和低放和低放输入电阻输入电阻R RL L后的检波电路后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)隔隔直直电电容容Cc数数值值很很大大，可可认认为为它它对对调调制制频频率率交交流流短短
26、路路，电电路路达达到到稳稳态时，其两端电压态时，其两端电压VCVim。失失真真最最可可能能在在包包络络的的负负半半周周发发生生。假假定定二二极极管管截截止止，Cc将将通通过过R和和RL缓缓慢慢放放电电，相相对对于于高高频频载载波波一一个个周周期期内内，其其电电压压VCVim将将在在R和和RL上分压。直流负载电阻上分压。直流负载电阻R上的电压为上的电压为第71页，共86页，编辑于2022年，星期二考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R第72页，共86页，编辑于2022年
27、，星期二考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。第73页，共86页，编辑于2022年，星期二考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 非线性失真非线性失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性非线性所引起的。所引起的。如如果果负负载载电电阻阻R选选得得足足够够大大，则则检检波波管管非非线线性性特特性性影
28、影响响越越小小，它它所引起的非线性失真即可以忽略。所引起的非线性失真即可以忽略。第74页，共86页，编辑于2022年，星期二考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 频率失真频率失真 如如左左图图所所示示，检检波波器器中中存存在在检检波波电电容容C和和隔隔直直电电容容Cc两两个个电电容容。检检波波电电容容C用用于于跟跟踪踪调调幅幅波波包包络络变变化化，隔隔直直电电容容Cc用用于于去去除除载载波波分分量量对对应应的的直直流流输出。输出。对对调调制制频频率率=minmax，要要求求检检波波电电容容C对对高高频频载载波波短短路路但但不不能能对对低频调制波旁路，隔直电容低频调制波旁路，隔直电容
29、Cc对低频调制波短路。对低频调制波短路。End第75页，共86页，编辑于2022年，星期二 同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个它的特点是必须外加一个频率和相位频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。同都与被抑止的载波相同的电压。同步检波的名称即由此而来。步检波的名称即由此而来。图图图图 9.10.1 9.10.1 同步检波器方框图同步检波器方框图同步检波器方框图同步检波器方框图第76页，共86页，编辑于2022年，星期二 载波信号相位对检波结果的影响载波信号相位对检波结果的影响1.1.乘积检波器乘
30、积检波器乘积检波电路低通滤波器 v1V0iv0乘积检波器第77页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.10.2 9.10.2 输入双边带信号时乘积检波器输入双边带信号时乘积检波器输入双边带信号时乘积检波器输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱的有关波形和频谱的有关波形和频谱的有关波形和频谱第78页，共86页，编辑于2022年，星期二第79页，共86页，编辑于2022年，星期二第80页，共86页，编辑于2022年，星期二2.2.叠加型同步检波器叠加型同步检波器包 络检波器v1v0vWv第81页，共86页，编辑于2022年，星期二第82页，共86页，编辑于2022年，星期二第83页
31、，共86页，编辑于2022年，星期二 本地载波与输入信号载波本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同相位相同而频率不同对检波结对检波结 果的影响果的影响 本地载波与输入信号载波本地载波与输入信号载波频率相同而相位不同频率相同而相位不同对检波结对检波结 果的影响果的影响第84页，共86页，编辑于2022年，星期二图图图图 9.11.1 9.11.1 单边带接收机方框图单边带接收机方框图单边带接收机方框图单边带接收机方框图第85页，共86页，编辑于2022年，星期二单边带接收有如下的特点单边带接收有如下的特点接收机的本振频率与发射机的频率严格保持一致。接收机的本振频率与发射机的频率严格保持一致。对接收机的线性要求高。对接收机的线性要求高。检波器不能用包络检波器，而应采用同步检波器。检波器不能用包络检波器，而应采用同步检波器。第86页，共86页，编辑于2022年，星期二