第10章 集成模擬乘法器在頻率變換電路中的應用.ppt

1、第十章集成模擬乘法器在變頻電路中的應用，10.1信息傳輸?shù)幕靖拍睿?0.2調(diào)幅和檢波，10.3調(diào)頻、調(diào)相和鑒頻，10.4混頻、倍頻和鎖相環(huán)路。模擬乘法器是一種典型的非線性器件。如圖10.1所示，假設(shè)作用在乘法器上的兩個輸入信號電壓分別為，乘法器的輸出電壓為。圖10.1是模擬乘法器的電路圖。由此可見，乘法器的輸出信號有了新的發(fā)展，模擬乘法器由于其優(yōu)異的性能，被廣泛應用于電子和通信設(shè)備中。一個完整的信息傳輸系統(tǒng)應該包括五個部分：信號源、傳輸設(shè)備、傳輸通道、接收設(shè)備和終端，其框圖如圖10.2所示。圖10.2信息傳輸系統(tǒng)框圖2調(diào)制和解調(diào)是一些參數(shù)(如振幅、頻率、相位等)的過程。)的信號(如光、高頻電

2、磁波等。)根據(jù)要傳輸?shù)牧硪恍盘?例如聲音、圖像等)的特性而改變。)。也就是說，要發(fā)送的信號被“添加”到高頻振蕩信號中，然后由天線發(fā)送。高頻振蕩是攜帶信息的“載體”，所以它被稱為載波，而要傳輸?shù)男盘柋环Q為調(diào)制信號。根據(jù)調(diào)制高頻振蕩信號的不同參數(shù)，調(diào)制方法也不同。讓高頻載波信號表示為UC (t)=UcmCOSST。如果要發(fā)射的低頻信號被用來控制高頻載波的幅度UCM，使其幅度隨低頻信號的變化而變化，這就稱為幅度調(diào)制，簡稱為幅度調(diào)制，表示為調(diào)幅。如果用低頻信號來改變高頻信號的頻率，使其頻率隨低頻信號的變化而變化，則稱之為調(diào)頻，簡稱調(diào)頻，用調(diào)頻表示；如果低頻信號被用來改變高頻信號的相位(Ct)，使其相位

3、隨著低頻信號的變化而變化，這被稱為相位調(diào)制，它用PM表示。調(diào)制載波承載著包含在調(diào)制信號中的信息，這種信號被稱為調(diào)制信號或調(diào)制波。你為什么要調(diào)制？一是提高輻射頻率。由于低頻信號不能傳輸很遠，遇到障礙物后衰減很大。如果要直接傳輸，所需的天線必須非常長。因此，低頻信號必須通過高頻電磁波輻射。二是實現(xiàn)信道復用，避免各種信號之間的干擾。三是改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)輸出的信噪比。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即從高頻調(diào)制信號中恢復低頻調(diào)制信號的過程。調(diào)幅波的解調(diào)過程稱為檢測；調(diào)頻波的解調(diào)過程稱為鑒頻；相位調(diào)制波的解調(diào)過程稱為鑒相。10.2調(diào)幅和檢波，10.2.1調(diào)幅信號的表達式1調(diào)幅信號的表達式和波形如上所述，調(diào)幅是

4、用調(diào)制信號來控制高頻載波的幅度，使高頻載波的幅度根據(jù)調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化，調(diào)制信號被設(shè)定為正弦波(正弦波和余弦波統(tǒng)稱為正弦波)，如圖10.3(a)所示。電壓表達式為(10.1)，載波為高頻恒幅波，如圖10.3(b)所示，表達式為(10.2)，圖10.3中的調(diào)幅波波形(a)調(diào)制信號；高頻載波；(c)調(diào)制波，通常滿足c。如果載波由調(diào)制信號調(diào)制，根據(jù)調(diào)幅的定義，在理想情況下，調(diào)制信號的幅度應隨調(diào)制信號線性變化，調(diào)制信號的瞬時幅度為(10.3)和(10.4)，其中ma稱為調(diào)幅系數(shù)，表示載波的幅度，(10.5)，事實上，要傳輸?shù)男盘柌恢皇呛唵蔚恼也ǎ菑碗s的波形，如圖10.4(a)所示。由于調(diào)幅

5、波的包絡(luò)變化規(guī)律與低頻信號波形一致，所以可以制作其調(diào)幅波波形，如圖10.4(b)所示。圖10.4由非正弦波(a)調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)幅波形；(b)調(diào)制波和調(diào)幅波的頻譜由公式(10.5)展開，三角函數(shù)關(guān)系用于獲得圖10.5的單頻調(diào)制頻譜(a)。載波頻譜；(c)調(diào)制波譜。從等式(10.6)可以看出，調(diào)幅波有三個頻率分量，它們是由三個高頻正弦波疊加而成的。第一項的頻率分量是載波的頻率分量，與調(diào)制信號無關(guān)；第二項的頻率等于載波頻率和調(diào)制信號頻率之和，稱為上側(cè)頻率；第三項的頻率等于載波頻率和調(diào)制信號頻率之間的差值，稱為下邊帶。調(diào)制信號的信息包含在高頻和低頻分量中。如果這些頻率分量標繪在頻率軸上，則形成由單頻

6、余弦調(diào)制的調(diào)幅波的頻譜，如圖10.5所示。兩個邊頻分量c和c-以載波c為中心對稱分布，兩個邊頻的幅度相等，并與調(diào)制信號的幅度成正比。與載波頻率的相對位置取決于調(diào)制信號的頻率，這表明上側(cè)頻率和下側(cè)頻率包含調(diào)制信號的幅度和頻率。調(diào)制波的帶寬為帶寬=(c)(c)=2(10.7)。復信號的調(diào)制頻譜如圖10.6所示。從圖中可以看出，調(diào)制后產(chǎn)生的上下頻帶不再是一個，而是許多頻率分量，但是頻率分量的上下頻帶幅度相等并且成對出現(xiàn)，上下頻帶的頻譜分布相對于載波頻率對稱。頻帶寬度為BW=(c-n)-(c-n)=2n(10.8)，其中n是調(diào)制信號的最高頻率。等式(10.8)表明，當使用多頻幅度調(diào)制時，幅度調(diào)制波占據(jù)

7、的總頻帶寬度是調(diào)制信號最高頻率的兩倍。圖10.6復信號調(diào)制頻譜，10.2.2模擬乘法器調(diào)幅電路1從等式(10.6)可以知道不同的調(diào)幅系統(tǒng)，所以為了提高設(shè)備的功率利用率，只能傳輸兩個邊帶信號代替載波，這叫做抑制載波雙邊帶調(diào)幅，用DSB(Double邊帶)表示，其表達式如下，其頻譜圖如圖10.6所示。圖10.7不同系統(tǒng)的調(diào)幅波譜，由于包含在兩個邊帶中的調(diào)制信息完全相同，從信號傳輸?shù)慕嵌葋砜矗荒馨l(fā)送一個邊帶信號，稱為單邊帶，其表達式為(10.10)、(10.11)，其波譜圖如圖10.7(d)所示。從圖中可以看出，只要雙邊帶幅度調(diào)制信號被一個邊帶抑制，它就變成單邊帶幅度調(diào)制信號。由于單邊帶調(diào)制方式只

8、發(fā)送一個邊帶，不僅功率利用率高，而且占用的頻帶比普通調(diào)幅和雙邊帶調(diào)幅大約減少一半，從而提高了頻帶利用率。如果保留一個邊帶和載波以部分抑制另一個邊帶，這稱為殘留單邊帶調(diào)制，用VSB(殘留邊帶)表示。在電視傳輸技術(shù)中，殘留單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)被廣泛使用。從公式(10.6)、(10.9)、(10.10)和(10.11)可以看出，調(diào)幅的過程實際上是信號相乘的過程，所以調(diào)幅可以用模擬乘法器來實現(xiàn)。圖10.8顯示了用模擬乘法器MC1496實現(xiàn)通用調(diào)幅的電路。調(diào)制信號u(t)從芯片的引腳1輸入，載波uc(t)從引腳10輸入，調(diào)制信號從引腳6輸出。兩個10k電阻和一個47k電位計圖10.8 MC1496模擬乘法器調(diào)

9、幅電路，如果調(diào)整RP使1和4之間的DC電位相等，即端子1上只有調(diào)制信號u(t)，則可以實現(xiàn)u(t)和uc(t)的直接相乘，可見圖10.8中的電路也可以獲得載波頻率被抑制的雙頻帶調(diào)幅信號輸出。10.2.3模擬乘法器檢測電路1。包絡(luò)檢測包絡(luò)檢測是指檢測器的輸出電壓與輸入調(diào)幅波的包絡(luò)成比例的檢測方法。圖10.9包絡(luò)檢測示意圖(一)包絡(luò)檢測示意圖；(二)頻譜圖：無線電檢測電路和電視接收機高頻檢測電路采用包絡(luò)檢測。該原理可由圖10.9(a)表示，圖10.9(b)顯示了檢測的輸入和輸出頻譜。圖10.9(a)中的非線性器件可以是二極管、三極管或場效應晶體管。電路有很多種，下面以二極管峰值包絡(luò)檢波器為例進行討論。電路如圖10.10(a)所示。在圖中，ui是一個輸入普通調(diào)幅信號，V是一個檢測二極管，R和C構(gòu)成一個低通濾波器，C需要短路到高頻，而其對低頻的阻抗趨于無窮大。C1是檢測器輸出端的耦合電容，其值相對較大。對于低頻信號，電容C1相當于短路。RL是下電路的輸入電阻。從圖10.10(a)可以看出，加到二極管上的直流電壓是uV=