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1、 CHECKPOINTCHAP.8 Amplitude Modulation、DeModulation and Converting Frequency 调幅波的数学表达式、波形图、频谱图、频带宽度和实施方法。用模拟乘法器实现振幅调制、振幅解调和混频电路的接法和工作原理。二极管峰值包络检波电路的组成、二种失真的分析计算。8.0 Introduction信源接收信息输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器通通通通 信系信系信系信系 统统统统 方框方框方框方框 图图图图载波信号调制信号v 调幅调幅 载波振幅随调制信号而变载波振幅随调制信号而变 v 调频调频 载波频率随调制信号而变载波频率随调制信号
2、而变 v 调相调相 载波相位随调制信号而变载波相位随调制信号而变 调角调角输入回路中频放大器检波器低频放大器混频器本地振荡器接收天线声音扬声器超超超超 外外外外 差差差差 式式式式 接接接接 收收收收 机机机机 方方方方 框框框框 图图图图变频高频放大器调制器倍频器高频振荡器话筒低频放大器声音发射天线振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图几个基本概念 1、调调制制：调调制制是是指指利利用用调调制制信信号号去去控控制制载载波波的某个参数的过程。的某个参数的过程。2、调调制制信信号号：是是指指由由原原始始消消息息（如如声声音音、数数
3、据据、图图象象等等）转转变变成成的的低低频频或或视视频频信信号号。可可以以是是模模拟拟信信号号，也也可可是是数数字字信信号号。通通常常用用u或或f(t)表表示。示。3、载载波波信信号号：是是指指未未受受调调制制的的高高频频振振荡荡信信号号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。4、已调波信号、已调波信号：是指受调制后的高频信号，：是指受调制后的高频信号，即已经把调制信号加载到载波中的信号。即已经把调制信号加载到载波中的信号。5、解调、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号：是调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调制信号的过程。中提取原调制信号的过程。6、振幅调制、振
4、幅调制：是指利用调制信号去控制载波：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规律变化。律变化。对频谱进行不对频谱进行不 失真的搬移。失真的搬移。标准振幅调制 AMAM单边带振幅调制 SSBSSB双边带振幅调制 DSBDSB8.1 Amplitude Modulator振幅调制电路调制信号载波信号已调信号调制方式标准振幅调制 AMAM8.1.1 Amplitude-Modulated Signal载波信号载波信号调制信号调制信号1.AM调幅系数调制度时域上实现和相乘已调信号已调信号 WAVEFORM过调过调 不失真地搬移到高频振荡的振幅
5、上不失真地搬移到高频振荡的振幅上调幅信号的最小值调幅信号的最大值 WAVEFORMFREQUENCY SPECTRUM 的频谱不失真地搬移到的频谱不失真地搬移到 的两边的两边 多音频调制多音频调制下边带上边带Realization Model 2、调幅波的功率、调幅波的功率由由于于调调幅幅波波的的振振幅幅是是变变化化的的，因因此此存存在在几几种种功率，如功率，如载波功率、边频功率、平均功率载波功率、边频功率、平均功率等。等。根根据据前前面面的的有有关关公公式式，在在负负载载电电阻阻RL上上消消耗耗的的载波功率载波功率为：为：在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内上，一个载波周期内调幅波消耗
6、的功率调幅波消耗的功率为AM信号的平均功率信号的平均功率 由由上上式式可可以以看看出出，AM波波的的平平均均功功率率等等于于载载波波功功率率与与两两个边带功率之和个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为：。而两个边频功率与载波功率的比值为：边频功率载波功率8.1.2.Double Sideband Modulation(DSB)WAVEFORM调制信号过零时，调制信号过零时，载波信号相位出载波信号相位出现现180180突变。突变。DSB信号波形信号波形 FREQUENCY SPECTRUMRealization Model 8.1.3 Single Sideband Modulatio
7、n(SSB)下边带下边带上边带上边带或带通滤波器带通滤波器 Realization ModelSSB调调制制的的特特点点：占占用用频频带带窄窄，功功率率利利用率高。用率高。Example：已知调制信号为 ,载波信号为 、，如下图所示 ,分别画出ma=0.5及 ma=1两种情况下的AM波形以及DSB波形。Ma=0.5Ma=1.0 AM WAVE DSB AM(Ma=1)DSB and AM WAVE8.2 Amplitude Modulator电路高电平调幅电路低电平调幅电路二极管平衡调幅电路模拟乘法器调幅电路1.Analog Multiplier模拟乘法器是对两个互不相关的模拟信号实现相乘功能
8、的电子器件。增益系数增益系数增益系数增益系数 标尺因子标尺因子标尺因子标尺因子 BasicCircuit实际调制信号的调幅波形基极调幅电路基极调幅的波形集电极调幅电路集电极调幅的波形单二极管调制电路及频谱二极管平衡调制电路二极管平衡调制器波形利用模拟乘法器产生AM信号利用模拟乘法器产生AM信号8.3 Detector-DeModulation解调AM波解调AM、DSB、SSB波 从已调波中提取，恢复调制信号，这一过程称为解调或检波。完成检波作用的电路称为检波器。器件二极管三极管模拟乘法器工作特点包络检波同步检波峰值平均值信号小信号大信号幅度波形连续波脉冲波模拟乘法器二极管大信号连续波峰值包络检
9、波同步检波 检波效率Kd 失真小 输入阻抗要高 Specification of Detector等幅波调幅波一一.Peak Envelope Detectorv对信号，C C 相当开路v对c c信号，C C 相当短路+us-+uo-VD C RLtVousuouo导通充电时间常数截止放电时间常数二极管v输入阻抗v检波效率v失真低通滤波器的带宽应大于 Specification惰性失真负峰切割失真UimUim(t)uo(t)Failure-Follow DistortionNegative Peak Cut Distortion+us-+ui2-VD C RL Cc Rg+uO-tuotuo不
10、产生负峰切割失真usui2交、直流负载趋于相等RL与Rg之间加跟随器RL分成RL1、RL2Practical Circuit+us-+uo-VD C0.01uFR4.7K Cc20uF RL2K不产生惰性失真解：不产生负峰切割失真Example1 二极管峰值包络检波电路如下图所示，us s为调幅信号，其调制信号频率 F=100F=10010000H10000HZ Z，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。不产生惰性失真解：不产生负峰切割失真Example2 在在二极管峰值包络检波电路中，己知载波频率fc为4.7MHZ，调制信号频率 F=(100F=(1005000)H5000)HZ Z，
11、mamax=0.8=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的C和Rg。Cc+us-+uo-VD C RL24K30uF Rg1K RL1二二.Synchronous Detector1.Multiplication Model低通滤波器同步信号同步信号Synchronous Signal平方器二分频带通带通2.Summation Model包络检波包络检波非线性器件低通VDi+u-RL+uo o(t)-usurCDSB的解调平衡式的同步检波平衡式的同步检波 抵消抵消 及其以上各偶次谐波分量及其以上各偶次谐波分量Example 下图是斩波式放大器的实现方框图，试画出A、B、C、D各点的波形
12、。带通滤波器低通滤波器ABCDt0 0t0 0其中频率成分是WAVE AWAVE B其中频率成分是WAVE C8.4 Frequency Mixer Circuits 变频电路是实现信号频谱线性变换的一种变频电路是实现信号频谱线性变换的一种电路，它完成频谱在频率轴上的搬移。电路，它完成频谱在频率轴上的搬移。混频电路变频电路输出中频信号fI本振信号fL输入高频信号fS上混频下混频混频器的工作原理混频器的工作原理 设输入到设输入到 混频器中的输入已调信号混频器中的输入已调信号us和本振电压和本振电压uL分别为分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 这两个信号的乘积为这两个信号的
13、乘积为cosct 混频器的组成框图混频器的组成框图 ui 混频过程中的频谱变换混频过程中的频谱变换(a)本振频谱本振频谱 (b)信号频谱信号频谱 (c)输出频谱输出频谱 AM=1uO（t）uS（t）带通滤波器 uI（t）uL（t）例题：例题：在下图所示的混频电路框图中，在下图所示的混频电路框图中，已知已知uS S（t t）=5=5（1+0.6cos2101+0.6cos2103 3t t）cos210cos2106 6t t（V V），），uL（t t）=5cos21.46510=5cos21.465106 6 t t（V V）。）。（1）写出写出uO O（t t）的表达式；的表达式；（2）为
14、为了了保保证证中中频频信信号号（差差频频）的的传传输输，求求带带通通滤滤波波器器的的中中心心频率和带宽。频率和带宽。uO O（t t）=5 5（1+0.6cos2101+0.6cos2103 3t t）cos210cos2106 6t t 5cos21.465105cos21.465106 6 t t=2525（1+0.6cos2101+0.6cos2103 3t t）()cos20.46510()cos20.465106 6 t t+cos22.46510cos22.465106 6 t tF=1000HzF=1000HzB=2F=2000HzB=2F=2000Hz二极管二极管混频器晶体管混
15、频器模拟乘法器混频器BJTFET主要的性能指标v 混频增益v 噪声系数v 选择性v 非线性干扰常用混频电路 MCI596MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路一一.Mixer with Analog Multiplier9480pF1k W W0.01uF51 W W调零uS2 23 38 810101 14 414145 512126 6MCI596MCI5961k W W51 W W0.01uF-8V6.8K W W0.01uFuL47KW W10KW W51 W W0.01uF100uH+12V0.01uF4.5uHuI580pFfi+vsvL(b)fI+usuL(a)二二.T
16、ransistor MixerfI+usuL(c)fi+usuL(d)B输入B注入B输入E注入E输入E注入E输入B注入二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路三、三、DiodeMixer(a)中波中波AM收音机的收音机的典型典型变频电路变频电路 (b)FM收音机典型变频电路收音机典型变频电路 四混频器的干扰1 信号与本振的自身组合干扰信号与本振的自身组合干扰 对对混混频频器器而而言言,作作用用于于非非线线性性器器件件的的两两个个信信号号为为输输入入信信号号us(fc)和和本本振振电电压压uL(fL),则则非非线线性性器器件件产产生生的的组组合合频频率率分分量量为为 f=pfLqfc 式
17、式中中,p、q为为正正整整数数或或零零。当当有有用用中中频频为为 差差 频频 时时,即即 fI=fL-fc或或 fI=fc-fL,只只 存存 在在 pfL-qfc=fI或或qfc-pfL=fI两种情况可能会形成干扰两种情况可能会形成干扰,即即 pfL-qfcfi 这样这样,能产生中频组合分量的信号频率、能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之间存在着下列关系本振频率与中频频率之间存在着下列关系 当取当取fL-fc=fI时时,上式变为上式变为fc fI称称 为为 变变 频频 比比。如如 果果 取取 fc-fL=fI,可得可得2 外来干扰与本振的组合干扰外来干扰与本振的组合干扰 这这种种
18、干干扰扰是是指指外外来来干干扰扰电电压压与与本本振振电电压压由由于于混混频频器器的的非非线线性性而而形形成成的的假假中中频频。设设干干扰扰电电压压为为uJ(t)=UJcosJt,频频率率为为fJ。接接收收机机在在接接收收有有用用信信号号时时,某某些些无无关关电电台台也也可可能能被被同同时时收收到到,表表现现为为串串台台,还还可可能能夹夹杂杂着着哨哨叫叫声声,在在这这种种情情况况下下,混混频频器器的的输输入入、输输出和本振的示意图见下图。出和本振的示意图见下图。外来干扰的示意图外来干扰的示意图 如果干扰频率如果干扰频率fJ满足下式满足下式 就就能能形形成成干干扰扰。式式中中,fL由由所所接接收收
19、的的信信号号频频率率决决定定,用用fL=fc+fI代入上式代入上式,可得可得 （1）.中频干扰中频干扰 当当干干扰扰频频率率等等于于或或接接近近于于接接收收机机中中频频时时,如如果果接接收收机机前前端端电电路路的的选选择择性性不不够够好好,干干扰扰电电压压一一旦旦漏漏到到混混频频器器的的输输入入端端,混混频频器器对对这这种种干干扰扰相相当当于于一一级级(中中频频)放放大大器器,放放大大器器的的跨跨导导为为gm(t)中中的的gm0,从从而而将将干干扰扰放放大大,并并顺顺利利地地通通过过其其后后各各级级电电路路,就会在就会在输出端形成干扰。输出端形成干扰。抑制中频干扰的措施抑制中频干扰的措施(a)
20、提高选择性提高选择性(b)加中频陷波电路加中频陷波电路 （2）镜像干扰）镜像干扰 设设混混频频器器中中fLfc,当当外外来来干干扰扰频频率率fJ=fL+fI时时,uJ与与uL共共同同作作用用在在混混频频器器输输入入端端,也也会会产产生生差差频频fJ-fL=fI,从从而而在在接接收收机机输输出出端端听听到到干干扰扰电电台台的的声声音音。fJ、fL及及fI的的关系如下图关系如下图所示。所示。镜像干扰的频率关系 （3）组合副波道干扰）组合副波道干扰 这这里里,只只观观察察p=q时时的的部部分分干干扰扰。在这种情况下在这种情况下,式式变为 副波道干扰的频率分布副波道干扰的频率分布Mixer Interferences产生原因干扰名称高频放大器混频器非线性频率特性本振谐波非线性中频干扰镜象干扰组合副波道干扰组合频率干扰交叉调制干扰互调干扰