第7章-振幅調(diào)制與解調(diào)

第7章振幅調(diào)制與解調(diào)

(7-1到7-9）

7.1概述7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述7.1.2檢波簡(jiǎn)述7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述將要傳送的信息

裝載到某一高頻載頻信號(hào)（載波）上去的過(guò)程。高頻振蕩高頻放大話筒聲音緩沖發(fā)射天線倍頻調(diào)制音頻放大1.調(diào)制的定義2.為什么要調(diào)制從切實(shí)可行的天線出發(fā) 為使天線能有效地發(fā)送和接收電磁波，天線的幾何尺寸必須和信號(hào)波長(zhǎng)相比擬，一般不宜短于1/4波長(zhǎng)。音頻信號(hào):20Hz～20kHz波長(zhǎng)：15～15000km天線長(zhǎng)度:3.75～3750km7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述c=λ×f便于不同電臺(tái)相同頻段基帶信號(hào)的同時(shí)接收頻譜搬移7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述頻分復(fù)用可實(shí)現(xiàn)的回路帶寬減小（寬帶變窄帶）基帶信號(hào)特點(diǎn)：頻率變化范圍很大。（調(diào)諧回路難以實(shí)現(xiàn)）高頻窄帶信號(hào)頻譜搬移低頻（音頻）:20Hz～20kHz高頻（射頻）:AM廣播信號(hào):535～1605kHz，BW=20kHzlowhigh2020k10k1000k100k7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述載頻越高，可容納頻道越多3.調(diào)制的方式和分類調(diào)幅調(diào)相調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖波調(diào)制脈寬調(diào)制振幅調(diào)制編碼調(diào)制調(diào)頻脈位調(diào)制7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述4.調(diào)幅的方法平方律調(diào)幅（二極管）斬波調(diào)幅調(diào)幅方法低電平調(diào)幅高電平調(diào)幅集電極調(diào)幅（過(guò)壓）基極調(diào)幅（欠壓）7.1.1振幅調(diào)制簡(jiǎn)述調(diào)制功率小丙類功放7.1.2檢波簡(jiǎn)述從振幅受調(diào)制的高頻信號(hào)中還原出原調(diào)制的信號(hào)。1.檢波定義（調(diào)幅的解調(diào)）圖7.1.1檢波器的輸入輸出波形7.1.2檢波簡(jiǎn)述高頻伏特表圖7.1.2檢波器檢波前后的頻譜7.1.2檢波簡(jiǎn)述圖7.1.3檢波器的組成部分（三部分）7.1.2檢波簡(jiǎn)述2.組成3.檢波的分類二極管檢波器三極管檢波器檢波器件信號(hào)大小小信號(hào)檢波器大信號(hào)檢波器工作特點(diǎn)包絡(luò)檢波器同步檢波器7.1.2檢波簡(jiǎn)述7.2調(diào)幅波的性質(zhì)7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜1.普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式首先討論單音調(diào)制的調(diào)幅波。載波信號(hào)：

調(diào)制信號(hào)：

調(diào)幅信號(hào)（已調(diào)波）：

由于調(diào)幅信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系，即有：

，式中為調(diào)制靈敏度即：

式中ma為調(diào)制度，

常用百分比表示調(diào)制信號(hào)為單一頻率波形特點(diǎn)：

(1)調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致(2)調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強(qiáng)弱度

7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜圖7.2.2由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波調(diào)制度Vmax

Vmin相對(duì)于V0不對(duì)稱2.普通調(diào)幅波的頻譜（1）由單一頻率信號(hào)調(diào)幅

Ω調(diào)制信號(hào)ω0載波調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜信號(hào)帶寬ω0(2)限帶信號(hào)的調(diào)幅波Ωmax調(diào)幅波ΩmaxΩmaxΩmaxΩmax調(diào)制信號(hào)載波ω0+Ωmax上邊帶ω0-Ωmax下邊帶7.2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表示式與頻譜7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系 如果將普通調(diào)幅波輸送功率至電阻R上，則載波與兩個(gè)邊頻將分別得出如下的功率：ω0載波功率:上邊頻或下邊頻:在調(diào)幅信號(hào)一周期內(nèi)，AM信號(hào)的平均輸出功率是當(dāng)ma＝1時(shí)，PoT＝(2/3)Po；當(dāng)ma＝0.5時(shí)，PoT＝(8/9)Po；載波本身并不包含信號(hào)，但它的功率卻占整個(gè)調(diào)幅波功率的絕大部分。(有效利用發(fā)射機(jī)功率的角度，AM調(diào)幅很不經(jīng)濟(jì))從調(diào)幅波的頻譜圖可知，唯有它的上、下邊帶分量才實(shí)際地反映調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，而載波分量?jī)H是起到頻譜搬移的作用，不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系ω07.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系A(chǔ)M調(diào)幅（普通調(diào)幅）的特點(diǎn)：1.AM調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。可使用最簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波。2.發(fā)射機(jī)的功率利用率不高。ω07.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系抑制載波的雙邊帶調(diào)幅DSB的特點(diǎn)：1.只發(fā)送邊帶，不發(fā)送載波。2.數(shù)學(xué)表達(dá)式。3.包絡(luò)線不能完全代表原調(diào)制信號(hào)。單邊帶調(diào)幅SSB的特點(diǎn)：1.只發(fā)送一個(gè)邊帶，不發(fā)送載波。2.數(shù)學(xué)表達(dá)式。3.包絡(luò)線不能代表原調(diào)制信號(hào)。已不是嚴(yán)格意義的調(diào)幅波。7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號(hào)波形圖頻譜圖信號(hào)帶寬

三種振幅調(diào)制信號(hào)AMDSBSSB比較7.2.2調(diào)幅波中的功率關(guān)系7.3平方律調(diào)幅7.3.1工作原理7.3.2平衡調(diào)幅器低電平調(diào)幅7.3.1工作原理

調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說(shuō)都需要用非線性器件來(lái)完成頻率變換。

這里將調(diào)制信號(hào)vΩ與載波信號(hào)v0相加后，同時(shí)加入非線性器件，然后通過(guò)中心頻率為ω0的帶通濾波器取出輸出電壓vo中的調(diào)幅波成分。圖7.3.1非線性調(diào)幅方框圖cosα·cosβ=(1/2)[cos(α+β)+cos(α-β)]7.3.1工作原理

cos^2(α)=(1+cos2α)/2P3187.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5調(diào)制度ma什么參數(shù)決定？大小受什么影響？三角恒等式圖7.3.2串聯(lián)雙二極管平衡調(diào)幅器簡(jiǎn)化電路7.3.2平衡調(diào)幅器7.3.2平衡調(diào)幅器兩個(gè)調(diào)制信號(hào)與載波分別正反串聯(lián)。特點(diǎn):采用特性完全相同的二極管?？僧a(chǎn)生DSB信號(hào)。公式7.3.67.3.77.3.8不完全對(duì)稱會(huì)產(chǎn)生載漏。進(jìn)一步濾波可產(chǎn)生SSB。7.4斬波調(diào)幅7.4.1工作原理7.4.2實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路7.4.1工作原理斬波:

低頻調(diào)制信號(hào)通過(guò)一個(gè)受高頻載波控制的開(kāi)關(guān)電路。得到的斬波信號(hào)還有調(diào)幅需要的和頻和差頻信號(hào)。通過(guò)濾波器取出。7.4.1工作原理圖7.4.1斬波調(diào)幅器方框圖開(kāi)關(guān)函數(shù)圖9.4.2斬波調(diào)幅器工作圖解7.4.1工作原理7.4.1工作原理公式7.4.2斬波后電壓表達(dá)式7.4.3開(kāi)關(guān)函數(shù)傅里葉展開(kāi)7.4.4斬波電壓包含什么頻譜？構(gòu)造乘法，產(chǎn)生DSB，抑制載波圖7.4.3平衡斬波調(diào)幅及其圖解7.4.1工作原理公式7.4.5開(kāi)關(guān)函數(shù)7.4.6開(kāi)關(guān)函數(shù)傅里葉展開(kāi)7.4.7斬波電壓包含什么頻譜？7.4.1工作原理7.4.2實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路圖7.4.4二極管電橋斬波調(diào)幅電路圖7.4.5環(huán)形調(diào)幅器電路7.4.2實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅的兩種電路7.6單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生7.6.1單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法7.6.1單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)使所容納的頻道數(shù)目增加一倍，大大提高短波波段利用率。單邊帶制能獲得更好的通信效果。（能量更集中）單邊帶制的選擇性衰落現(xiàn)象要輕得多。要求收、發(fā)設(shè)備的頻率穩(wěn)定度高，設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高。節(jié)約頻帶節(jié)約發(fā)射功率調(diào)幅波ω0+Ω上邊頻ω0-Ω下邊頻7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法1.濾波器法圖7.6.1濾波器法原理方框圖圖7.6.2濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖

必須強(qiáng)調(diào)指出，提高單邊帶的載波頻率決不能用倍頻的方法。因?yàn)楸额l后，音頻頻率Ｆ也跟著成倍增加，使原來(lái)的調(diào)制信號(hào)變了樣，產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。這是絕對(duì)不允許的。7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法上、下邊帶之間的頻率間距等于調(diào)制信號(hào)最低頻率Fmin的2倍，故濾波時(shí)相對(duì)帶寬2Fmin/fc要很小，這樣的濾波器制作很困難。為什么要逐級(jí)濾波？7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法圖7.6.3單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖舉例7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法圖7.6.3單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖舉例7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法2.相移法7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法如何得到

單一頻率分量2.相移法圖7.6.4相移法單邊帶調(diào)制器方框圖7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法3.第三種方法——修正的移相濾波法圖7.6.5產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的第三種方法7.6.2產(chǎn)生單邊帶信號(hào)的方法圖7.7.1各種調(diào)幅制式的頻譜示意圖7.7殘留邊帶調(diào)幅VSBAM7.8高電平調(diào)幅7.8.1集電極調(diào)幅7.8.2基極調(diào)幅7.8高電平調(diào)幅

高電平調(diào)幅電路能同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和功率放大，即用調(diào)制信號(hào)vΩ去控制諧振功率放大器的輸出信號(hào)的幅度Vcm來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的。臨界過(guò)壓欠壓VCC（t）臨界過(guò)壓欠壓VBB(t)集電極調(diào)幅電路7.8.1集電極調(diào)幅iCiC1臨界過(guò)壓欠壓VCC（t）7.8.1集電極調(diào)幅7.8.2基極調(diào)幅基極調(diào)幅電路iCvAM（t）臨界過(guò)壓欠壓V

BB(t)7.8.2基極調(diào)幅7.9包絡(luò)檢波7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理非線性電路低通濾波器從已調(diào)波中檢出包絡(luò)信息，只適用于AM信號(hào)

輸入AM信號(hào)檢出包絡(luò)信息

最簡(jiǎn)單的收音機(jī)電路圖7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理VDCC++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理檢波過(guò)程：利用二極管的單相導(dǎo)電性和檢波負(fù)載RC的充放電7.9.1包絡(luò)檢波器的工作原理7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)下面討論這種檢波器的幾個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)：電壓傳輸系數(shù)（檢波效率）、輸入電阻和失真。1)電壓傳輸系數(shù)(檢波效率)定義：2)等效輸入電阻考慮到包絡(luò)檢波電路一般作為諧振回路的負(fù)載，它勢(shì)必影響回路選頻特性（Q），下面分析其等效電阻其中，Vim是輸入高頻電壓振幅，Iim是輸入高頻電流振幅。7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)如果忽略二極管導(dǎo)通電阻上的損耗功率，則由能量守恒的原則，輸入到檢波器的高頻功率，應(yīng)全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻上消耗的功率（注意為直流）即有，而7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)3)失真產(chǎn)生的失真主要有：①惰性失真；②負(fù)峰切割失真；③非線性失真；④頻率失真。如果檢波電路的時(shí)間常數(shù)RC太大，當(dāng)調(diào)幅波包絡(luò)朝較低值變化時(shí)，電容上的電荷來(lái)不及釋放以跟蹤其變化，所造成的失真稱作惰性失真。

①惰性失真(對(duì)角線切割失真)7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)

①惰性失真(對(duì)角線切割失真)調(diào)幅波包絡(luò)如圖所示，在某一點(diǎn)，如果電容兩端電壓的放電速度小于包絡(luò)的下降速度，就可能發(fā)生惰性失真。包絡(luò)變化率電容放電7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)

①惰性失真(對(duì)角線切割失真)放電速率假定此時(shí)7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)調(diào)幅波包絡(luò)包絡(luò)變化率電容放電為避免失真

①惰性失真(對(duì)角線切割失真)實(shí)際上，調(diào)制波往往是由多個(gè)頻率成分組成，即Ω=Ωmin～Ωmax。為了保證不產(chǎn)生失真，必須滿足7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負(fù)峰切割失真(底邊切割失真)隔直電容Cc數(shù)值很大，可認(rèn)為它對(duì)調(diào)制頻率Ω交流短路，電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，其兩端電壓VC≈Vim。失真最可能在包絡(luò)的負(fù)半周發(fā)生。假定二極管截止，Cc將通過(guò)R和RL緩慢放電，相對(duì)于高頻載波一個(gè)周期內(nèi)，其電壓VC≈Vim將在R和RL上分壓。直流負(fù)載電阻R上的電壓為7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負(fù)峰切割失真(底邊切割失真)Vim（1-m）V

imV

RVRVRV

RV

RV

R7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路②負(fù)峰切割失真(底邊切割失真) 要避免二極管截止發(fā)生，包絡(luò)幅度瞬時(shí)值必須滿足 交、直流負(fù)載電阻越懸殊，ma越大，越容易發(fā)生該失真。7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路③非線性失真這種失真是由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。 如果負(fù)載電阻R選得足夠大，則檢波管非線性特性影響越小，它所引起的非線性失真即可以忽略。7.9.2包絡(luò)檢波器的質(zhì)量指標(biāo)考慮了耦合電容Cc和低放輸入電阻RL后的檢波電路④頻率失真如左圖所示，檢波器中存在檢波電容C和隔直電容Cc兩個(gè)電容。檢波電容C用于跟蹤調(diào)幅波包絡(luò)變化，隔直電容Cc用于去除載波分量對(duì)應(yīng)的直流輸出。對(duì)調(diào)制頻率Ω=Ωmin～Ωmax，要求檢波電容C對(duì)高頻載波短路但不能對(duì)低頻調(diào)制波旁路，隔直電容Cc對(duì)低頻調(diào)制波短路。7.9.