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1、第第8 8章章 频率变换电路频率变换电路8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路8.4 8.4 混频电路与锁相环路混频电路与锁相环路8.5 8.5 实训：实训：5050型型AM/FMAM/FM收音机的安装与调试收音机的安装与调试8.1.1 8.1.1 通信系统通信系统一个完整的通信系统应该包括输入变换器、发送设备、传输信一个完整的通信系统应该包括输入变换器、发送设备、传输信道、接收设备、输出变换器等五部分，其方框图如道、接收设备、输出变换器等五部分，其方框图如图图8-28-2所示。所示。
2、输入变换器把要传递的声音或图像等原始信息变换为电信号，输入变换器把要传递的声音或图像等原始信息变换为电信号，该电信号称为基带信号。输入变换器的输出作为通信系统的信号源。该电信号称为基带信号。输入变换器的输出作为通信系统的信号源。由信号源传来的基带信号再由发送设备进行处理。发送设备主由信号源传来的基带信号再由发送设备进行处理。发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。其目的是将需要传送的信号要有两大任务：一是调制，二是放大。其目的是将需要传送的信号通过天线高效率地、远距离地辐射出去，使之在传输信道中传播。通过天线高效率地、远距离地辐射出去，使之在传输信道中传播。发送设备的输出信号是高频已调信号
3、。发送设备的输出信号是高频已调信号。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回传输信道是连接发、收两端的信号通道，也就是传输媒介。传传输信道是连接发、收两端的信号通道，也就是传输媒介。传输信道可分为两大类：一类是有线信道（利用架空明线或电缆来传输信道可分为两大类：一类是有线信道（利用架空明线或电缆来传输电信号），另一类是无线信道（利用自由空间，以电磁波的形式输电信号），另一类是无线信道（利用自由空间，以电磁波的形式传输电信号）。前者称为有线通信，后者称为无线通信。传输电信号）。前者称为有线通信，后者称为无线通信。接收设备的任务是将信道送过来的已调信号进行处理，用来恢接收设备的任务
4、是将信道送过来的已调信号进行处理，用来恢复基带信号。复基带信号。输出变换器实现的是输入变换器的逆过程，即把接收设备传来输出变换器实现的是输入变换器的逆过程，即把接收设备传来的基带信号重新恢复为原始的声音或图像，供收信者使用。的基带信号重新恢复为原始的声音或图像，供收信者使用。通信系统的核心部分是发送设备和接收设备。我们经常见到的通信系统的核心部分是发送设备和接收设备。我们经常见到的广播通信系统、移动通信系统，它们都是无线通信系统。广播通信系统、移动通信系统，它们都是无线通信系统。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页不同的无线通信系统，其发送设备、接收设备的组成和复杂度
5、不同的无线通信系统，其发送设备、接收设备的组成和复杂度虽然有较大差异，但它们的基本组成是不变的。虽然有较大差异，但它们的基本组成是不变的。图图8-38-3是无线通信系是无线通信系统的基本组成框图。统的基本组成框图。在无线通信系统的发送设备中，振荡器产生等幅的高频正弦信在无线通信系统的发送设备中，振荡器产生等幅的高频正弦信号（高频载波信号）被基带信号调制，产生高频已调信号，最后再号（高频载波信号）被基带信号调制，产生高频已调信号，最后再经功率放大器放大，获得足够的发射功率，作为射频信号发送到空经功率放大器放大，获得足够的发射功率，作为射频信号发送到空间。间。接收设备的第一级是高频放大器。由于从发
6、送设备发出的信号接收设备的第一级是高频放大器。由于从发送设备发出的信号经过长距离的传播，能量受到很大的损失，信号很微弱，同时还受经过长距离的传播，能量受到很大的损失，信号很微弱，同时还受到传输过程中来自各方面噪声的干扰，因而到达接收设备时，到传输过程中来自各方面噪声的干扰，因而到达接收设备时，8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页首先需要经过高频放大器的选频和放大。高频放大器输出的高首先需要经过高频放大器的选频和放大。高频放大器输出的高频已调信号再经过混频器，与本地振荡器产生的本振信号混频，变频已调信号再经过混频器，与本地振荡器产生的本振信号混频，变换成频率固定的中频信
7、号。中频信号经过中频放大器放大，送到解换成频率固定的中频信号。中频信号经过中频放大器放大，送到解调器，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。调器，恢复原基带信号，再经低频放大器放大后输出。8.1.2 8.1.2 调制与解调调制与解调调制在通信系统中起着十分重要的作用。大量的通信系统需要调制在通信系统中起着十分重要的作用。大量的通信系统需要通过通过“调制调制”将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。调制后可以达到以下三个目的：其一是提高频率以便于辐射。无线通信后可以达到以下三个目的：其一是提高频率以便于辐射。无线通信是利用天线向空间辐射电磁波的
8、方式传输信号的，根据天线理论，是利用天线向空间辐射电磁波的方式传输信号的，根据天线理论，只有当辐射天线的尺寸大于波长的只有当辐射天线的尺寸大于波长的1/101/10时，时，8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页信号才能被有效地辐射。例如语音信号的频率为信号才能被有效地辐射。例如语音信号的频率为3003400Hz3003400Hz，若采用若采用1/41/4波长的天线，则天线的尺寸至少为波长的天线，则天线的尺寸至少为25022km25022km。天线尺寸如。天线尺寸如此巨大，当然是不现实的。而通过调制可以把信号频谱搬移到高频此巨大，当然是不现实的。而通过调制可以把信号频谱搬
9、移到高频范围，使其易于以电磁波的形式辐射出去。其二是实现信道复用，范围，使其易于以电磁波的形式辐射出去。其二是实现信道复用，提高信道利用率。通过调制可以把不同信号（同一频率范围）的频提高信道利用率。通过调制可以把不同信号（同一频率范围）的频谱搬移到不同的位置，互不重叠，即可以实现在一个信道里同时传谱搬移到不同的位置，互不重叠，即可以实现在一个信道里同时传输许多信号。其三是改善系统性能。因为通信系统的输出信噪比是输许多信号。其三是改善系统性能。因为通信系统的输出信噪比是信号带宽的函数。通过调制将信号变换，使它占有较大的带宽，可信号带宽的函数。通过调制将信号变换，使它占有较大的带宽，可以提高抗干扰
10、性，从而改善通信系统的性能。以提高抗干扰性，从而改善通信系统的性能。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页所谓调制，就是用欲传输的的基带信号（称为调制信号）去控所谓调制，就是用欲传输的的基带信号（称为调制信号）去控制另一个信号（如光、高频电磁波等）的某一参数（振幅、频率或制另一个信号（如光、高频电磁波等）的某一参数（振幅、频率或相位），使该参数随调制信号的变化而变化。也就是把所要传送的相位），使该参数随调制信号的变化而变化。也就是把所要传送的信号信号“装载装载”在高频振荡信号上，再由天线发射出去。这里，高频在高频振荡信号上，再由天线发射出去。这里，高频振荡信号就是携带信
11、号的振荡信号就是携带信号的“运载工具运载工具”，所以称之为载波。调制后，所以称之为载波。调制后的载波就装有调制信号所包含的信息，称为已调信号或称为已调波。的载波就装有调制信号所包含的信息，称为已调信号或称为已调波。如果调制信号控制的是载波的振幅，称为振幅调制，简称调幅，用如果调制信号控制的是载波的振幅，称为振幅调制，简称调幅，用AMAM表示；如果调制信号控制的是载波的频率，称为频率调制，简称表示；如果调制信号控制的是载波的频率，称为频率调制，简称调频，用调频，用FMFM表示；如果调制信号控制的是载波的相位，称为相位调表示；如果调制信号控制的是载波的相位，称为相位调制，简称调相，用制，简称调相，
12、用PMPM表示。表示。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页解调是调制的反过程，作用是解除调制，即把低频调制信号从解调是调制的反过程，作用是解除调制，即把低频调制信号从高频已调信号中还原出来的过程。调幅波的解调过程称为检波；调高频已调信号中还原出来的过程。调幅波的解调过程称为检波；调频波的解调过程称为鉴频；调相波的解调过程称为鉴相。频波的解调过程称为鉴频；调相波的解调过程称为鉴相。不同的调制信号和不同的调制方式，其调制特性不同。在选择不同的调制信号和不同的调制方式，其调制特性不同。在选择调制方式时，要从抗干扰性、实现调制的简便程度、已调波信号所调制方式时，要从抗干扰性、
13、实现调制的简便程度、已调波信号所占的频带宽度及保真度等方面综合考虑。例如，普通调幅制接收设占的频带宽度及保真度等方面综合考虑。例如，普通调幅制接收设备最简单，因而广泛用于中、短波的无线电广播，但其抗干扰性差。备最简单，因而广泛用于中、短波的无线电广播，但其抗干扰性差。调频制抗干扰能力强，但由于所占频带宽，因而只适用于超短波波调频制抗干扰能力强，但由于所占频带宽，因而只适用于超短波波段，如移动通信、电视伴音等。段，如移动通信、电视伴音等。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页8.1.3 8.1.3 混频混频混频，又称为变频，是将接收到的不同的高频载波频率变换成混频，又称为
14、变频，是将接收到的不同的高频载波频率变换成某一新的固定频率某一新的固定频率“中间频率中间频率”，简称中频，同时保持原有的，简称中频，同时保持原有的调制规律。具有这种功能的电路称为混频器（或变频器），它是一调制规律。具有这种功能的电路称为混频器（或变频器），它是一种典型的频率变换电路。混频器是超外差接收机的重要组成部分。种典型的频率变换电路。混频器是超外差接收机的重要组成部分。从图从图8-38-3中可以看出，接收到的信号中可以看出，接收到的信号u ui i和本地振荡器产生的频率和本地振荡器产生的频率为为f fLOLO的本振信号的本振信号u uLOLO共同加到混频器上，混频后输出频率为共同加到混频
15、器上，混频后输出频率为f fI I的中频的中频电压电压u uI I，再送到中放电路去放大。本地振荡器必须和混频之前所有，再送到中放电路去放大。本地振荡器必须和混频之前所有调谐回路跟踪调谐。只有这样，才能保证把不同频率的高频已调信调谐回路跟踪调谐。只有这样，才能保证把不同频率的高频已调信号的频率号的频率f fC C统统变换成固定的中频统统变换成固定的中频f fI I。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程下一页 返回上一页输出中频频率输出中频频率f fI I是本振信号频率是本振信号频率f fLOLO和载波频率和载波频率f fC C的和频或差频，的和频或差频，即即f fI If fLOLO
16、f fC C。混频器在频域中起着减（加）法器的作用，是频谱。混频器在频域中起着减（加）法器的作用，是频谱线性搬移中的一种应用。线性搬移中的一种应用。当当f fI I f fC C时，称为下变频，相应的中频称为低中频；当时，称为下变频，相应的中频称为低中频；当f fI I f fC C时，时，称为上变频，相应的中频称为高中频。超外差式调幅广播收音机一称为上变频，相应的中频称为高中频。超外差式调幅广播收音机一般采用下混频，它的中频规定为般采用下混频，它的中频规定为465kHz465kHz，即把载波频率为，即把载波频率为5355351605kHz1605kHz的中波波段电台的的中波波段电台的AMAM
17、信号均变换为信号均变换为465kHz465kHz的中频的中频AMAM信号。当信号。当fCfC变化时（指接收不同的电台），本振信号频率变化时（指接收不同的电台），本振信号频率f fLOLO要跟踪变化，应要跟踪变化，应比信号频率比信号频率f fC C永远高出永远高出465kHz465kHz。8.1 8.1 信息的传输过程信息的传输过程返回上一页8.2.1 8.2.1 振幅调制信号分析振幅调制信号分析振幅调制，简称为调幅，就是用调制信号去控制高频载波的振振幅调制，简称为调幅，就是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其随调制信号的规律变化而变化，其它参数不变。这是一种幅，使其随调制信号的规律变化而变化，
18、其它参数不变。这是一种使高频载波的振幅使高频载波的振幅“装载装载”传输信息的调制方式。传输信息的调制方式。根据调幅信号频谱结构的不同，调幅可分为以下四种调幅方式：根据调幅信号频谱结构的不同，调幅可分为以下四种调幅方式：普通调幅（普通调幅（AMAM）、双边带调制（）、双边带调制（DSBDSB）、单边带调制（）、单边带调制（SSBSSB）信号和）信号和残留单边带调制（残留单边带调制（VSBVSB）。）。1.1.普通调幅普通调幅(AM)(AM)1)1)普通调幅信号的数学表达式及其波形普通调幅信号的数学表达式及其波形8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回设调制信号为单一频率的
19、余弦信号，即设调制信号为单一频率的余弦信号，即载波信号为载波信号为且且f fc cF F，则普通调幅信号为：，则普通调幅信号为：其中其中 ，称为调幅系数或调幅度，表示载波振幅受调制，称为调幅系数或调幅度，表示载波振幅受调制信号控制的程度；信号控制的程度；k ka a为由调制电路决定的比例常数。为由调制电路决定的比例常数。从从图图8-48-4可以看出，普通调幅信号的振幅由直流分量可以看出，普通调幅信号的振幅由直流分量U Ucmcm和交流分和交流分量量 叠加而成，其中交流分量与调制信号成正比，叠加而成，其中交流分量与调制信号成正比，8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上
20、一页或者说，普通调幅信号的包络或者说，普通调幅信号的包络(信号振幅各峰值点的连线信号振幅各峰值点的连线)完全完全反映了调制信号的变化。在调制信号的一个周期内，调幅信号的最反映了调制信号的变化。在调制信号的一个周期内，调幅信号的最大振幅大振幅U UAMmaxAMmaxU Ucmcm(1(1M Ma a)，最小振幅，最小振幅U UAMminAMminU Ucmcm(1(1M Ma a)。由此可得。由此可得到调幅指数到调幅指数M Ma a的表达式：的表达式：正常情况下，正常情况下，0 0 M Ma a11。若。若M Ma a 1 1，普通调幅波的包络变化与调，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，
21、产生了失真，称为过调制，如制信号不再相同，产生了失真，称为过调制，如图图8-58-5所示。所示。利用三角函数关系，可以写成利用三角函数关系，可以写成8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页可见，当调制信号为单一频率的余弦信号时，普通调幅信号中可见，当调制信号为单一频率的余弦信号时，普通调幅信号中包括三个频率分量：角频率为包括三个频率分量：角频率为c c的载波分量、角频率为的载波分量、角频率为c c 的上的上边频分量和角频率为边频分量和角频率为c c 的下边频分量。载波分量幅度与调制信的下边频分量。载波分量幅度与调制信号无关，两个边频分量幅度相等并与调制信号幅度成正
22、比，这说明号无关，两个边频分量幅度相等并与调制信号幅度成正比，这说明调制信号的信息包含在上、下边频分量之内。调制信号的信息包含在上、下边频分量之内。3 3）普通调幅波的功率）普通调幅波的功率普通调幅波的功率包括载波功率普通调幅波的功率包括载波功率PcPc和上下两个边带（频）的功和上下两个边带（频）的功率。经推导，对单频调制的普通调幅波信号，其平均功率为率。经推导，对单频调制的普通调幅波信号，其平均功率为8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页可见，在普通调幅波中，载波分量不含有用信息，但占有一半可见，在普通调幅波中，载波分量不含有用信息，但占有一半以上的功率（因为
23、以上的功率（因为M Ma a11）。而包含信息的上下边带（频）功率之和）。而包含信息的上下边带（频）功率之和却不到却不到1/31/3。从能量观点看，这是一种很大的浪费。能量利用不合理。从能量观点看，这是一种很大的浪费。能量利用不合理是是AMAM制式本身所固有的缺点。目前制式本身所固有的缺点。目前AMAM制式主要用于中、短波无线电制式主要用于中、短波无线电广播系统中，原因是广播系统中，原因是AMAM制式的解调电路简单，使收音机电路简单而制式的解调电路简单，使收音机电路简单而价廉。在其它通信系统中很少采用普通调幅方式。价廉。在其它通信系统中很少采用普通调幅方式。2.2.双边带调制（双边带调制（DS
24、BDSB）前面分析可知，载波分量是不包含信息的，因此，为了提高设前面分析可知，载波分量是不包含信息的，因此，为了提高设备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这叫做备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这叫做抑制载波的双边带调幅，简称双边带调制，抑制载波的双边带调幅，简称双边带调制，8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页用用DSBDSB（DoubleSideBandDoubleSideBand）表示，其表达式为）表示，其表达式为如如图图8-88-8所示为双边带调幅波形与频谱图。从图所示为双边带调幅波形与频谱图。从图8-8(a)8-8(a
25、)双边带调双边带调幅波形可以看出，双边带调幅信号其包络与调制信号的绝对值幅波形可以看出，双边带调幅信号其包络与调制信号的绝对值 u u 成正比，已不再反映调制信号波形的变化，且在调制信号波形过零成正比，已不再反映调制信号波形的变化，且在调制信号波形过零点处的高频相位有点处的高频相位有180180的突变。的突变。从如图从如图8-88-8（b b）所示频谱图看到，双边带的频谱只有上、下变）所示频谱图看到，双边带的频谱只有上、下变频（带），载波分量被抑制。因此，其功率均含有用信息，功率利频（带），载波分量被抑制。因此，其功率均含有用信息，功率利用较充分。用较充分。双边带信号的频带宽度为双边带信号的频
26、带宽度为 B BW W2 2 F F maxmax 8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页3.3.单边带调制单边带调制由于上、下两个边带所含调制信息完全相同，从信息传输角度由于上、下两个边带所含调制信息完全相同，从信息传输角度看，只要发送一个边带的信号即可，这种方式称为单边带调制，用看，只要发送一个边带的信号即可，这种方式称为单边带调制，用SSBSSB（SingleSideBandSingleSideBand）表示，其表达式为）表示，其表达式为 可见，单频调制单边带调幅信号是一个单频信号，但是，一般可见，单频调制单边带调幅信号是一个单频信号，但是，一般的单边带调
27、幅信号波形却比较复杂。不过有一点是和双边带调幅信的单边带调幅信号波形却比较复杂。不过有一点是和双边带调幅信号相同的，即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变化。号相同的，即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变化。由图由图8-88-8（b b）可以看出，只要将双边带调幅信号抑制掉一个边）可以看出，只要将双边带调幅信号抑制掉一个边带，就成为单边带调幅信号，带，就成为单边带调幅信号，8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页由于由于SSBSSB调制方式只发送一个边带，因而它不但功率利用率高，调制方式只发送一个边带，因而它不但功率利用率高，而且它所占用频带近似为而
28、且它所占用频带近似为F Fmaxmax，比普通调幅和双边带调幅减小了一，比普通调幅和双边带调幅减小了一半，提高了波段利用率。因此目前已成为短波通信中的一种重要调半，提高了波段利用率。因此目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。制方式。8.2.2 8.2.2 振幅调制电路振幅调制电路可以看出，调幅的过程实际上主要是信号相乘的过程，因此，可以看出，调幅的过程实际上主要是信号相乘的过程，因此，利用模拟乘法器就能实现振幅调制。将调制信号与直流利用模拟乘法器就能实现振幅调制。将调制信号与直流UoUo相加后，相加后，再与载波信号相乘，即能得到普通调幅（再与载波信号相乘，即能得到普通调幅（AMAM）信号。如
29、果只是将调）信号。如果只是将调制信号与载波信号相乘就可获得制信号与载波信号相乘就可获得DSBDSB信号。将调制信号与载波信号相信号。将调制信号与载波信号相乘得乘得DSBDSB信号后再加一滤波器，滤除一个边带，便得到信号后再加一滤波器，滤除一个边带，便得到SSBSSB信号。信号。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页图图8-98-9给出了相应的原理方框图，其中（给出了相应的原理方框图，其中（a a）图为）图为AMAM波的形成，波的形成，（b b）图为）图为DSBDSB波的形成。由于模拟乘法器输出信号电平不太高，所波的形成。由于模拟乘法器输出信号电平不太高，所以这种
30、方法称为低电平调幅以这种方法称为低电平调幅图图8-9(8-9(a a)中的输出电压为中的输出电压为其中其中 8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页可见，调节直流电压可见，调节直流电压UoUo的大小即可改变的大小即可改变AMAM信号的调幅系数信号的调幅系数MaMa。模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件，它不仅可以实现普模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件，它不仅可以实现普通调幅，也可以实现双边带调幅与单边带调幅。通调幅，也可以实现双边带调幅与单边带调幅。8.2.3 8.2.3 振幅解调电路（检波器）振幅解调电路（检波器）振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称
31、检波器，其振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波器，其作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来，它是调幅的逆作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来，它是调幅的逆过程。调幅的过程是频谱搬移过程，是将低频信号的频谱线性地搬过程。调幅的过程是频谱搬移过程，是将低频信号的频谱线性地搬移到高频载频移到高频载频f fc c两端。两端。振幅调制有四种调幅方式：普通调幅（振幅调制有四种调幅方式：普通调幅（AMAM）、双边带调制）、双边带调制（DSBDSB）、）、8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页单边带调制（单边带调制（SSBSSB）信号和残留单边带调制（
32、）信号和残留单边带调制（VSBVSB）。它们在反）。它们在反映同一调制信号时，波形和频谱结构都不相同，因此检波方法也有映同一调制信号时，波形和频谱结构都不相同，因此检波方法也有所不同。按检波方法分有包络检波和同步检波。所不同。按检波方法分有包络检波和同步检波。1.1.包络检波器包络检波器 包络检波是指检波器输出的电压与输入的调幅波的包络成正比包络检波是指检波器输出的电压与输入的调幅波的包络成正比的检波方法。四种调幅信号中只有普通调幅信号波形的包络完全反的检波方法。四种调幅信号中只有普通调幅信号波形的包络完全反映了调制信号的变化，所以包络检波只适用于对普通调幅波即映了调制信号的变化，所以包络检波
33、只适用于对普通调幅波即AMAM波波进行检波。如进行检波。如图图8-128-12（a a）所示为包络检波原理图，所示为包络检波原理图，图图8-12(8-12(b b)为检为检波输入、输出频谱图。图波输入、输出频谱图。图8-12(8-12(a a)中的非线性器件可以是二极管、三中的非线性器件可以是二极管、三极管或场效应管。下面以二极管峰值包络检波器为例讨论包络检波极管或场效应管。下面以二极管峰值包络检波器为例讨论包络检波器的检波原理。器的检波原理。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页如如图图8-13(8-13(a a)所示是检波二极管所示是检波二极管VDVD和低通
34、滤波器和低通滤波器R RL LC CL L串接构成的串接构成的二极管包络检波器的原理图。在图二极管包络检波器的原理图。在图8-13(8-13(a a)中中u ui i为输入的普通调幅信为输入的普通调幅信号，即号，即u ui i 。对于低通滤波器。对于低通滤波器R RL LC CL L，要求，要求1/1/c cC CL LR RL L，即通过，即通过C CL L滤除高频；滤除高频；1/1/C CL LR RL L ，即从，即从C CL L两端取出低频。两端取出低频。C Cc c为检波器输出端的隔直耦合电容，其值较大，对于低频信号而言，为检波器输出端的隔直耦合电容，其值较大，对于低频信号而言，电容
35、电容C Cc c相当于短路。相当于短路。R RL L为下级电路的输入电阻。为下级电路的输入电阻。由图由图8-13(8-13(a a)可见，加在检波二极管可见，加在检波二极管VDVD的端电压为的端电压为u uv vu ui iu uo o。当当u ui i u uo o时，二极管导通，即输入电压时，二极管导通，即输入电压u ui i对对C CL L充电。由于二极管正向充电。由于二极管正向电阻电阻r rd d很小，故充电时间常数很小，故充电时间常数r rd dC CL L小，很快充到输入电压峰值附近，小，很快充到输入电压峰值附近，充电电压相对二极管充电电压相对二极管C CL L是附加了反向偏置是附
36、加了反向偏置u uo o，8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页当当u ui i下降到小于充电电压下降到小于充电电压u uo o时，二极管截止，时，二极管截止，C CL L通过通过R RL L放电，由放电，由于于R RL L很大，放电时间常数很大，放电时间常数R RL LC CL L大，故大，故C CL L上电压还没下降多少，输入信上电压还没下降多少，输入信号号u ui i下一个周期又来到，充电、放电下一个周期又来到，充电、放电如此循环，直到电容上的如此循环，直到电容上的充放电达到平衡。充放电达到平衡。图图8-13(8-13(b b)中的锯齿状变化波形表示二极管
37、中的锯齿状变化波形表示二极管C CL L充电和放电时充电和放电时u uo o的的波形。由图可见，输出电压波形。由图可见，输出电压u uo o的波形与输入电压的波形与输入电压u ui i的包络变化规律一的包络变化规律一样，故称为包络检波器。样，故称为包络检波器。由以上分析可知，实际上是二极管由以上分析可知，实际上是二极管VDVD在端电压在端电压u ui iu uo o的作用下，的作用下，依次导通、截止，其中依次导通、截止，其中VDVD大部分时间截止，只在输入电压的每个高大部分时间截止，只在输入电压的每个高频周期的峰值附近才导通。频周期的峰值附近才导通。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与
38、解调电路下一页 返回上一页使得流过二极管使得流过二极管VDVD的电流为周期性尖顶余弦脉冲，尖顶余弦脉的电流为周期性尖顶余弦脉冲，尖顶余弦脉冲频谱中包含直流分量、低频调制分量冲频谱中包含直流分量、低频调制分量、高频基波分量、高频基波分量 c c及及 c c的的各次谐波分量。由低通滤波器各次谐波分量。由低通滤波器R RL LC CL L滤除高频基波和各次谐波分量，保滤除高频基波和各次谐波分量，保留下直流及与包络变化规律相对应的低频电压信号。因此，电压留下直流及与包络变化规律相对应的低频电压信号。因此，电压u uo o包含直流及低频分量，如图包含直流及低频分量，如图8-13(8-13(c c)所示，
39、经所示，经C Cc c隔断直流隔断直流U UD D后，将后，将u u耦合至耦合至R RL L上。如图上。如图8-13(8-13(d d)所示。所示。为了使二极管峰值包络检波器能正常工作，避免失真，必须根为了使二极管峰值包络检波器能正常工作，避免失真，必须根据输入据输入AMAM信号的工作频率与调幅系数以及实际负载信号的工作频率与调幅系数以及实际负载R RL L，正确选择，正确选择检波二极管和检波二极管和R RL L、C CL L的值。的值。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页通常为避免产生惰性失真，通常为避免产生惰性失真，R RL LC CL L的数值由下式确定
40、：的数值由下式确定：RLCLRLCL 为避免产生负峰切割失真，应满足：为避免产生负峰切割失真，应满足：其中其中R R 为检波器低频交流负载电阻，为检波器低频交流负载电阻，RLRL为检波器的直流负载电为检波器的直流负载电阻。在图阻。在图8-13(a)8-13(a)所示包络检波器中，检波器低频交流负载电阻所示包络检波器中，检波器低频交流负载电阻R R R RL L/R RL L，检波器的直流负载电阻为，检波器的直流负载电阻为R RL L。2.2.同步检波器同步检波器由于由于DSBDSB和和SSBSSB信号的包络并没有真实地反映调制信号波形的变信号的包络并没有真实地反映调制信号波形的变化规律，并且化
41、规律，并且DSBDSB和和SSBSSB信号中没有载波成分，信号中没有载波成分，8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页因此不能用简单的包络检波器进行检波，而必须采用同步检波。因此不能用简单的包络检波器进行检波，而必须采用同步检波。同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相的信号，称为同同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相的信号，称为同步信号。同步检波可由模拟乘法器和低通滤波器实现，原理框图如步信号。同步检波可由模拟乘法器和低通滤波器实现，原理框图如图图8-15(8-15(a a)所示。图中乘法器的两个输入，一个是调幅信号（可以是所示。图中乘法器的两个输入，一个是
42、调幅信号（可以是AMAM、DSBDSB和和SSBSSB信号）信号）u ui i，另一个就是同步信号（也称本地载波或恢，另一个就是同步信号（也称本地载波或恢复载波）复载波）u ur r。为了能不失真地恢复原调制信号，同步信号必须和发。为了能不失真地恢复原调制信号，同步信号必须和发送端载波信号保持严格同步（即同频同相），所以称为同步检波或送端载波信号保持严格同步（即同频同相），所以称为同步检波或相干检波。相干检波。设输入信号设输入信号u ui iU Urmrmcoscos t tcoscosc ct t为一双边带调幅信号，同步信为一双边带调幅信号，同步信号号u ur rU Urmrmcoscosr
43、 rt t，要求，要求r rc c。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下一页 返回上一页由此可得乘法器输出电压由此可得乘法器输出电压uouo为：为：显然，上式中显然，上式中 项就是解调所需要的原调制信项就是解调所需要的原调制信号，而号，而cos2cos2c ct t项是高频分量，可用低通滤波器将它滤除。项是高频分量，可用低通滤波器将它滤除。同理，若输入信号为单边带调幅信号，即同理，若输入信号为单边带调幅信号，即u ui iU Uimimcos(cos(c c+)t t，则乘法器输出电压，则乘法器输出电压u uo o为：为：8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路下
44、一页 返回上一页经低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号输出。经低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号输出。图图8-15(8-15(b b)为双边带信号为双边带信号u uDSBDSB、单边带信号、单边带信号u uSSBSSB、同步信号、同步信号u ur r及最及最后解调出的低频信号后解调出的低频信号u u 的频谱图。对于普通调幅信号，同步检波器的频谱图。对于普通调幅信号，同步检波器同样也能实现解调，当然，这也要求同步信号与载波信号保持严格同样也能实现解调，当然，这也要求同步信号与载波信号保持严格同步。为了简单，一般的普通调幅通信设备不用同步检波器。同步。为了简单，一般的普通调幅通信设备不用
45、同步检波器。8.2 8.2 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路返回上一页8.3.1 8.3.1 调频信号和调相信号分析调频信号和调相信号分析1.1.表达式与波形表达式与波形1)1)调频信号调频信号设载波信号设载波信号u uc cU Ucmcmcoscosc ct t，低频调制信号，低频调制信号u u U U m mcoscostt，则，则调频信号的瞬时角频率为调频信号的瞬时角频率为 其中，其中，k kf f是与调频电路有关的比例常数，单位为是与调频电路有关的比例常数，单位为rad/(s.Vrad/(s.V)或或Hz/VHz/V，c c是未调制时载波的中心频率，是未调制时载波的中心频率，m m
46、k kf fU U m m是调频信号最大是调频信号最大角频偏，与调制信号振幅角频偏，与调制信号振幅U U m m成正比。成正比。8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路下一页 返回积分可得瞬时相位为积分可得瞬时相位为调频信号的数学表达式为调频信号的数学表达式为式中，式中，为调制信号引起的最大相位偏移为调制信号引起的最大相位偏移量，又称为调频系数，单位为量，又称为调频系数，单位为radrad，其值与调制信号的振幅，其值与调制信号的振幅U U m m成正成正比，与调制信号的频率比，与调制信号的频率成反比，成反比，M Mf f的值可以大于的值可以大于1 1。2)2)调相信号调相信号设载波
47、信号设载波信号u uc cU Ucmcmcoscosc ct t，低频调制信号，低频调制信号u u U U m mcoscostt，8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路下一页 返回上一页则调相信号的瞬时相位为则调相信号的瞬时相位为 其中，其中，k kp p是与调相电路有关的比例常数，单位为是与调相电路有关的比例常数，单位为radrad/V/V，c ct t是是未调制时载波的相位。未调制时载波的相位。调相信号的数学表达式为调相信号的数学表达式为 式中，式中，M Mp pk kp pU U m m是调相信号的最大相移，又称为调相系数，单是调相信号的最大相移，又称为调相系数，单位为位
48、为radrad，它与，它与U U m m成正比，成正比，M Mp p的值可以大于的值可以大于1 1。8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路下一页 返回上一页微分可得瞬时角频率为微分可得瞬时角频率为可见，调相信号的最大角频偏可见，调相信号的最大角频偏 m mk kf fU U m m，与，与U U m m和和 的乘的乘积成正比。积成正比。2.2.调角信号的频谱与带宽调角信号的频谱与带宽可见，无论是调频还是调相，都是是相角随调制信号而变化，可见，无论是调频还是调相，都是是相角随调制信号而变化，只不过变化的规律不同。因此调频和调相统称为调角。而且还可以只不过变化的规律不同。因此调频和调
49、相统称为调角。而且还可以看出，在单频调制时，调频信号与调相信号的时域表达式是相似的，看出，在单频调制时，调频信号与调相信号的时域表达式是相似的，仅瞬时相偏分别随正弦函数或余弦函数变化，无本质区别，故可写仅瞬时相偏分别随正弦函数或余弦函数变化，无本质区别，故可写成统一的调角信号表达式（式中用调角系数成统一的调角信号表达式（式中用调角系数M M统一代替了统一代替了M Mf f与与M Mp p）。）。8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路下一页 返回上一页u u(t(t)U Ucmcmcos(cos(c ct tM Msinsintt)利用三角函数关系，可变换为利用三角函数关系，可变换
50、为u u(t(t)U Ucmcmcos(cos(M Msinsintt)cos)cosc ct tU Ucmcmsin(sin(M Msinsintt)sin)sinc ct t cos(cos(M Msinsintt)和和sin(sin(M Msinsintt)均可展开成傅里叶级数，若用傅均可展开成傅里叶级数，若用傅里叶级数表示上述调角信号，则里叶级数表示上述调角信号，则8.3 8.3 角度调制与解调电路角度调制与解调电路下一页 返回上一页上式表明：单频调制的调角信号，频谱包含了一个载频和无穷上式表明：单频调制的调角信号，频谱包含了一个载频和无穷多对边频分量，它们处在多对边频分量，它们处在c