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1、7 7 振幅调制与解调振幅调制与解调7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质 7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅7.6 7.6 单边带信号的产生单边带信号的产生 7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅7.9 7.9 包络检波包络检波 高高频频电电路路7 7 振幅调制与解调振幅调制与解调7.1 7.1 概述概述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7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述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.
2、定义定义2.调制的缘由调制的缘由4从切实可行的天线动身从切实可行的天线动身为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必需和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必需和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度:3.75 3750km7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述2.调制的缘由调制的缘由4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7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述2.调制的缘由调制
3、的缘由4可实现的回路带宽可实现的回路带宽基带信号特点：频率变更范围很大。基带信号特点：频率变更范围很大。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=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述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7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述End4
4、.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7.1.1 7.1.1 振幅调制简述振幅调制简述7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述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.定义定义图图图图 7.1.1 7.1.1 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7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述图图图图 7.1.2 7.1.2 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
5、的频谱7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述图图图图 7.1.3 7.1.3 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7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述2.组成组成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信号特点信号特点连续波检波器连续波检波器脉冲检波器脉冲检波器7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述串联式串联式并联式并联式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7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质7.2.1 调幅波的数学表
6、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7.2.1 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1.一般调幅波的数学表示式一般调幅波的数学表示式首先探讨单音调制的调幅波。首先探讨单音调制的调幅波。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。波形特点：波形特点：(1)调幅波的振幅（包络）变更规律与调制信号波
7、形一样调幅波的振幅（包络）变更规律与调制信号波形一样(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 7.2.1 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7.2.1 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7.2.1 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图图图图 7.2.2 7.2.2 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2.一般调幅波的频谱一般调幅波的频谱（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7
8、.2.1 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End7.2.1 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 7.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系 假如将一般调幅波输送功率至假如将一般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上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：得出如下的功率：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
9、输出功率是信号的平均输出功率是当当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。End7.2.2 7.2.2 调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系0电压电压表达式表达
10、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7.2.1 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7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅7.3.1 工作原理工作原理7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器7.3.1 7.3.1 工作原理工作原理 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率重量，也调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率重量，也就是说都须要用非线性器件来完成频率变换。就是说都须要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
11、载波信号v v0 0相加后，同时加入非线性相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为器件，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中中的调幅波成分。的调幅波成分。图图图图 7.3.1 7.3.1 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07.3.1 7.3.1 工作原理工作原理0End 假如静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器假如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足平方律的区段。件工作在满足平方律的区段。7.3.1 7.3.1 工作原理工作原理0平衡调幅电路平衡调幅电路7.3.2 7.3.2
12、 平衡调幅器平衡调幅器假如要获得抑制载波的双边带信号，视察输出电流表示假如要获得抑制载波的双边带信号，视察输出电流表示式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End图图图图 7.3.2 7.3.2 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7.3.2 7.3.2 平衡调幅器平衡调幅器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7.67.6单边带信号的产生单边带信号的产生7.
13、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7.6.1 7.6.1 单边带通信的优缺点单边带通信的优缺点u使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。用率。u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。u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。u要求收、发设备的频率稳定度高，设备困难，技术要要求收、发设备的频率稳定度高，设备困难，技术要求高。求高。调幅波0+上边频0-下边频7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法1.滤波器
14、法滤波器法图图图图 7.6.1 7.6.1 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图图图图 7.6.2 7.6.2 滤波器法单边带放射机方框图滤波器法单边带放射机方框图滤波器法单边带放射机方框图滤波器法单边带放射机方框图 必需强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的必需强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严峻的失真。这是确定不允许的。调制信号变了样，产生严峻的失真。这是确定不允许的。7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生
15、单边带信号的方法上、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，故滤波时相对带宽2 Fmin/f2 Fmin/fc c要很小，要很小，这样的滤波器制作很困难。这样的滤波器制作很困难。图图图图 7.6.3 7.6.3 单边带放射机方框图举例单边带放射机方框图举例单边带放射机方框图举例单边带放射机方框图举例7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法2.相移法相移法7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法如何得到如何得到单一频率重量单一频率重量2.相移法相移法图图
16、图图 7.6.4 7.6.4 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7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法电压f/Hz3.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 7.6.5 7.6.5 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7.6.2 7.6.2 产生单边带信号的方法产生单边带信号的方法7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅7.8.1 集电极调幅集电极调幅7.8.2 基极调幅基极调幅7.8 7.8 高电平调幅高电平调幅 高电平
17、调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号信号v去限制谐振功率放大器的输出信号的幅度去限制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现来实现调幅的。调幅的。临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)集电极调幅电路7.8.1 7.8.1 集电极调幅集电极调幅iCiC1临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）7.8.1 7.8.1 集电极调幅集电极调幅7.8.2 7.8.2 基极调幅基极调幅基极调幅电路EndiCvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)7.8.2 7.8.2 基极调幅基极调幅7.9 7.9 包络
18、检波包络检波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7.9.1 7.9.1 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理非线性非线性 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EndVDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器7.9.1 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 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 下面探讨这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数下面
19、探讨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：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似分析法可以证明近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为检波器内阻。为检波器内阻。7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标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
20、它势势必必影响回路选频特性（影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻），下面分析其等效电阻 其其中中，Vim是是输输入入高高频频电电压压振振幅幅，Iim是是输输入入高高频频电电流流振振幅。幅。7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标2)等效输入电阻等效输入电阻 假如忽视二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的假如忽视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消耗的功率（留意为直流）阻上消耗的功率（留意为直流）即有即有，而，而7.9.2 7.9.2 包络检波
21、器的质量指标包络检波器的质量指标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；非非线性失真；线性失真；频率失真。频率失真。假假如如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更更时时，电电容容上上的的电电荷荷来来不不及及释释放放以以跟跟踪踪其其变变更更，所造成的失真称作惰性失真。所造成的失真称作惰性失真。惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 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
22、所所示示，在在某某一一点点，假假如如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降速速度度，就就可可能能发发生惰性失真。生惰性失真。包络变更率包络变更率电容放电电容放电7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标 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7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标调幅波包络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 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)事事实实上上，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
23、成成，即即=minmax。为了保证不产生失真，必需满足。为了保证不产生失真，必需满足7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标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沟沟通通短短路路，电电路路 达达 到到 稳稳 态态 时时，其其 两两 端端 电电 压压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
24、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将在将在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7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标考虑了耦合电容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 R7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标考虑了耦合电容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)要避开二极管截止发生，包络幅度瞬时值必需满足要
25、避开二极管截止发生，包络幅度瞬时值必需满足交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越简洁发生该失真。越大，越简洁发生该失真。7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标考虑了耦合电容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。假假如如负负载载电电阻阻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影响响越小，它所引起的非线性失真即可以忽视。越小，它所引起的非线性失真即可以忽视。7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标考虑了耦合电容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更更，隔隔直直电电容容Cc用用于于去去除除载载波波重重量对应的直流输出。量对应的直流输出。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能对低频调制波旁路，隔直电容不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。对低频调制波短路。End7.9.2 7.9.2 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标