1、課 題：單元七振幅調制電路單元七7.1各類調幅波的基本性質教學目的：理解各類調幅波的基本性質：數學表達式、調幅度、波形、頻譜、帶寬、功率關系等。教學重點：普通調幅波、雙邊帶及單邊帶調幅波的基本性質教學難點：教學方法：講授 課 時：2學時 教學進程單元七振幅調制電路調幅電路是頻譜搬移電路。按照調幅方式，可分為普通調幅（AM）、雙邊帶調幅（DSB）、單邊帶調幅（SSB）。本章先講各類調幅波的基本性質，然后介紹幾種不同的調幅電路。7.1 各類調幅波的基本性質一.普通調幅波的基本性質1普通調幅波的數學表達式普通調幅信號是載波信號振幅按調制信號規律變化的一種振幅調制信號，簡稱調幅信號。設高頻載波的表達式

2、為 （7-1）調幅時，載波的頻率和相位不變，而振幅將隨調制信號線性變化。由于調制信號為零時調幅波的振幅應等于載波振幅Ucm，則調幅波的振幅可寫成式中，是一個與調幅電路有關的比例常數。因此，調幅波的數學表達式為 （7-2）(1）單頻調制若調制信號為單頻正弦波，即 （7-3）其中Ffc。把（7-3）代入（7-2）得 （7-4） 式中， 為受調后載波電壓振幅的最大變化量， 稱為調幅系數或調幅度，它反映了載波振幅受調制信號控制的成度，ma與成正比。 是高頻振蕩信號的振幅，它反映了調制信號的變化規律，稱為調幅波的包絡。由此可得調幅波的最大振幅為調幅波的最小振幅為， 則有 （7-5） 上式第一種表示常用于

3、在實驗室中根據調幅波的波形去求ma 。(2）多頻調制如果調制信號為多頻信號，即式中，此時調制信號為非正弦的周期信號。則 （7-6）式中 。2.普通調幅波的波形 (1）單頻調制的波形根據式（7-3）、（7-1）、（7-4）可畫出、和不同ma條件下的波形。由以上圖可見，在時，調幅波的包絡與調制信號的形狀完全相同，它反映了調制信號的變化規律由（e）可知，在時，此時其包絡已不能反映調制信號的變化規律。而在實際調幅器中，圖（f）對基極調幅來說，在t1-t2時間內由于管子發射結加反偏電壓而截止，使，即出現包絡部分中斷。此時調幅波將產生失真，稱為過調幅失真。而ma>1時的調幅稱為過調幅。因此，為了避免

4、出現過調幅失真，應使調幅系數。實際上，當時，在t1-t2時間間隔內，即。由于振幅值恒大于零，所以可改寫為 此時調幅波有1800的相移，相位突變發生在的時刻，我們稱為“零點突變”。普通調幅波的過調失真動畫演示請點擊 (2）多頻調制的波形即式（7-6）非正弦的周期信號的調制。3.普通調幅波的頻譜與帶寬(1）單頻調制的頻譜與帶寬利用積化和差可把式（7-4）分解為 （7-7） 上式表明,單頻正弦信號調制的調幅波是由三個頻率分量構成的：第一項為載波分量；第二項的頻率為fc-F，稱為下邊頻分量，其振幅為 ；第三項的頻率為 fc+F ，稱為上邊頻分量，其振幅也為。由此可畫出相應的調幅波的頻譜，如下圖所示：由

5、圖可見，上下邊頻分量對稱的排列在載波分量的兩側，則調幅波的帶寬fbw為 (2）多頻調制的頻譜與帶寬如果調制信號為含有限帶寬的多頻信號，其調幅波表達式為式（7-6），則用積化和差得（7-8）上式表明，多頻信號調制的調幅波的頻譜是由載波分量和n對對稱于載波分量的邊頻分量組成，這些邊頻分量組成兩個頻帶，其中頻率范圍為 （fc +F1 ）（fc +Fn ） 稱為上邊帶，（fc Fn ）（fc F1 ）稱為下邊帶。如下圖所示(圖中為簡單起見，未標出各分量的振幅)。 可見，上下邊帶也對稱地排列在載波分量的兩側，由于最低調制頻率Fmin=F1，最高調制頻率Fmax=Fn ，故調幅波帶寬因此，調幅電路的作用是

6、在時域實現 和相乘，反映在波形上就是將不失真地搬移到高頻振蕩的振幅上，而在頻域則將的頻譜不失真地搬移到fc的兩邊。4.普通調幅波的功率關系設調制信號為單頻正弦波，負載電阻為RL，則載波功率 （7-9）上、下邊頻的功率均為 （7-10）邊頻功率為 （7-11） 調幅波在調制信號周期內的平均功率（7-12）由以上式可知，調幅波的平均功率Pav和邊頻功率Psb隨ma的增大而增加。由于載波不包含調制信號的信息，它只存在于邊頻功率中，因此從傳輸信息的角度來看，調幅波平均功率Pav中有用的是邊頻功率Psb，載波功率Pc是沒有用的，它在平均功率中占的比例較大。當ma=1時，有用的Psb在Pav中所占的比例最

7、大，約為33%。而實際上調幅波的ma遠小于1，因此，有用的邊頻功率占整個調幅波平均功率的比例很小，發射機的效率很低。調幅波的最大瞬時功率為 （7-13） 如果調制信號為多頻信號，則調幅波平均功率于載波和各個功率之和。二雙邊帶調幅波的基本性質從上述普通調幅信號的基本性質可知，占絕大部分功率的載頻分量是無用的，唯有其上、下邊頻分量才反映調制信號的頻譜結構，而載波分量通過相乘器僅起著將調制信號頻譜搬移到fc的兩邊，本身并不反映調制信號的變化。如果在傳輸前將載頻分量抑制掉，則可以大大節省發射機的發射功率。這種僅傳輸兩個邊頻（帶）的調制方式稱為抑制載波的雙邊帶調制，簡稱雙邊帶調制（DSB）。1雙邊帶調幅

8、波的數學表達式(1）單頻調制由式（7-2）和（7-4）可得雙邊帶調幅波的數學表達式為 （7-14） (2）多頻調制由式（7-6）可得 （7-15）2.雙邊帶調幅波的波形單頻調制的波形 根據式（7-3）、（7-1）、（7-14）可畫出、和的波形。由上圖雙邊帶調幅波信號波形可知，雙邊帶信號的包絡仍然是隨調制信號變化的，但它的包絡已不能完全準確地反映低頻調制信號的變化規律。雙邊帶信號在調制信號的負半周，已調波高頻與原載頻反相，調制信號的正半周，已調波高頻與原載頻同相。也就是雙邊帶信號的高頻相位在調制電壓過零點處要突變180度，在t=t1、t2、t3時波形有1800的相位突變，其包絡已不再反映的變化規

9、律。3. 雙邊帶調幅波的頻譜與帶寬(1）單頻調制調幅波的頻譜與帶寬利用積化和差可把式（7-14）分解為：它只有上、下邊頻兩個分量 ，其頻譜為： 由上圖可知，雙邊帶調幅仍為頻譜搬移電路。調幅波的帶寬fbw為 與普通調幅波帶寬的表達式一樣。（2）多頻調制調幅波的頻譜與帶寬用積化和差把式（7-15）分解為：有上下兩個邊帶分量，其頻譜為：由上面頻譜圖知，上、下兩個邊帶分量對稱地排列在載波分量的兩側，為頻譜搬移電路。調幅波帶寬為： 與普通調幅波帶寬的表達式一樣。4雙邊帶調幅波的功率關系（留給學生思考）三單邊帶調幅波的基本性質從雙邊帶調制的頻譜結構上可知，上、下邊帶都反映了調制信號的頻譜結構。因此，從傳輸

10、信息的角度來看，還可以進一步將其中一個邊帶抑制掉。這種僅傳輸一個邊帶（上邊帶或下邊帶）的調幅方式稱為抑制載波的單邊帶調制，簡稱單邊帶調制（SSB）。1單邊帶調幅波的數學表達式、波形、頻譜帶寬（1）單頻調制由式（7-7）可得單邊帶調幅波的數學表達式為 （下邊帶） （7-16） （上邊帶） （7-17） 單邊帶調幅信號為等幅波，其頻率高于或低于載頻。但多頻調制時就不是等幅波了其波形如下：（如下邊帶調制）由式（7-16）和（7-17）可畫出單邊帶調幅波的頻譜為(上邊帶調制)（2）多頻調制由式（7-8）可得單邊帶調幅波的數學表達式為 （下邊帶） （7-18） （上邊帶） （7-19）由式（7-16）和

11、（7-17）可畫出單邊帶調幅波的頻譜為：(上邊帶調制)由上圖可知，單邊帶調幅仍為頻譜搬移電路。調幅波的帶寬fbw為 ： 可見，與普通、雙邊帶調幅比較起來，單邊帶調幅波的頻帶壓縮了一半，這對于提高短波波段的頻帶利用率具有重大的現實意義。 單邊帶調幅波的功率關系留給學生去思考。四小結：三種調幅方式的比較特點調幅方式優點缺點應用普通調幅（AM）發射機、接收機較簡單，成本低。發射機效率很低，能量浪費大，頻帶較寬。中、短波無線電廣播系統。雙邊帶調幅（DSB）發射機效率較高。發射機、接收機較復雜，且頻帶較寬。實際應用很少。單邊帶調幅（SSB）發射機效率最高，頻帶節約一半。發射機、接收機較復雜。短波無線電通

12、信中應用廣泛。五例題：1、已知兩個信號電壓的頻譜如下圖所示，要求：（1）寫出兩個信號電壓的數學表達式，并指出已調幅波的性質；（2）計算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率以及已調波的頻帶寬度。解：（1）圖a）為普通調幅波，圖b)為雙邊帶調幅波。(2)載波功率 雙邊帶信號功率 AM與DSB波的頻帶寬度相等 本課小結：1. 普通調幅波（多頻、單頻調制）的數學表達式、波形（、>1）、頻譜帶寬及功率關系等。2. 雙邊帶調幅波（多頻、單頻調制）的數學表達式、波形、頻譜帶寬及功率關系等。3. 單邊帶調幅波（多頻、單頻調制）的數學表達式、波形、頻譜帶寬及功率關系等。4. 三種調制方式的優點、缺點及應用。

13、本課作業：1. 若某電壓信號u（t）=5costcosct（V）（c>>）畫出頻譜圖和波形。2. 若單頻調幅波載波功率Pc=1000W，Ma=0.3，求兩個邊頻功率之和Psb為多少？總功率Pav為多少？3. 某調幅發射機未調制時發射功率為9KW，當載波被正弦信號調幅時，發射功率為10.125KW。求調幅度Ma，如果同時又用另一正弦信號對它進行40的調幅，求這時的發射功率？課 題：單元七振幅調制電路單元七7.2普通調幅電路教學目的：掌握普通調幅電路的工作原理、工作狀態的選擇及分析方法。教學重點：掌握普通調幅電路的工作原理、工作狀態的選擇及分析方法。教學難點：普通調幅電路的工作原理、工

14、作狀態的選擇。 教學方法：講授 課 時：2學時 教學進程單元七振幅調制電路7.2 普通調幅電路調幅電路按照輸出功率的高低，又可分為低電平調幅電路和高電平調幅電路。低電平調幅的調制過程是在低電平級進行的，它所需的調制功率小，輸出的功率也小，當需要輸出大功率時，該電路后面必須接線性功率放大器來達到所需的發射功率。屬于這類調幅的方法有：模擬相乘調幅、平衡調幅、環形調幅、斬波調幅和平方律調幅 等。高電平調幅的調制過程是在高電平級進行的，它所需的調制功率大，輸出的功率也大，可滿足發射機輸出功率的要求，常置于發射機的最后一級，是調幅發射機常采用的調幅電路。其核心元件一般由三極管、場效應管等組成。一. 普通

15、調幅電路的模型在普通調幅波的電路模型可由一個乘法器和一個加法器組成，如圖7-1所示。KM為乘法器的相乘增益，A為加法器的加權系數。二普通調幅電路1模擬乘法器調幅電路分析如下：設調制信號 為單頻信號，載波信號為，模擬乘法器的輸出，則電路的輸出電壓令。為保證不失真，要求。從表達式可知，該電路的輸出信號為普通調幅波。模擬乘法器實現普通調幅電路動畫演示請點擊 2二極管平方律調幅器分析如下：利用二極管（非線性器件）的相乘作用，可以實現調幅電路。圖中U為偏置電壓，使二極管的靜態工作點位于特性曲線的非線性較嚴重的區域；L、C組成中心頻率為fc、通帶寬度為2F的帶通濾波器。若忽略輸出電壓的反作用，則二極管兩端

16、的電壓為：由式（6-5）得流過二極管的電流為：上式中含有無限多個頻率分量，其一般表達式為：。該組合頻率中含有fc、fc±F的頻率成分被帶通濾波器選出，而其它組合頻率成分被濾掉。設L、C回路的諧振電阻為R0，且冪級數展開式只取前三項，則輸出為： 式中則為普通調幅波。由于i中有用相乘項的存在才能得到調幅波，而有用相乘項是由冪級數展開式中二次方項產生的，所以該電路稱為平方律調幅器。該電路由于二極管工作在甲類非線性狀態，因此效率不高。3基極調幅和集電極調幅電路它們屬高電平調幅電路，一般置于大功率發射機的末級，它既利用丙類諧振放大器進行放大，又實現調幅。（1）基極調幅電路基極調幅電路是利用三極

17、管的非線性特性，用調制信號來改變丙類諧振功放的基極偏壓，從而實現調幅的。其電路如7-4所示：圖中，載波通過高頻變壓器加到基極，調制信號通過低頻變壓器加到基極回路，C2為高頻旁路電容，C1和Ce對高、低頻均旁路，L、C諧振在載頻fc上。則發射極所加的電壓為：，式中，應是個負偏壓，保證功放工作在丙類狀態。則根據基極調制特性可知，在欠壓狀態下，集電極電流iC的基波分量振幅Icm1隨基極偏壓成線性地變化，經過LC的選頻作用，輸出電壓的振幅就隨調制信號的規律變化，即為普通調幅波。基極調幅電路可看成是以載波為激勵信號、基極偏壓受調制信號控制的丙類諧振功放。由于工作在欠壓區，所以該電路的效率低，但調制信號所

18、需的功率小。（2）集電極調幅電路集電極調幅電路也是利用三極管的非線性特性，用調制信號來改變丙類諧振功放的集電極電源電壓，從而實現調幅的。其電路如7-5所示：圖中，載波通過高頻變壓器加到基極，調制信號通過低頻變壓器加到集電極回路，C1、C2為均為高頻旁路電容，L、C也諧振在載頻fc上。該電路工作時，基極電流的直流分量IB0流過Rb，使管子工作在丙類狀態。則集電極所加的電壓為：根據集電極調制特性可知，在過壓狀態下，集電極電流iC的基波分量振幅Icm1隨基極偏壓成線性地變化，經過LC的選頻作用，輸出電壓的振幅就隨調制信號的規律變化，即為普通調幅波。 集電極調幅電路可看成是以載波為激勵信號、集電極電源

19、電壓受調制信號控制的丙類諧振功放。由于工作在過壓區，所以該電路的效率高，但調制信號所需的功率大。本課小結：普通調幅電路包括：1. 模擬乘法器調幅電路（低電平調幅）2. 二極管平方律調幅器（低電平調幅）3. 基極調幅和集電極調幅電路（高電平調幅）本課作業： 比較基極調幅和集電極調幅電路的優缺點。課 題：單元七振幅調制電路單元七 7.3雙邊帶調幅電路7.4單邊帶調幅電路教學目的：1理解雙邊帶調幅電路的工作原理及分析方法2了解單邊帶調幅電路的工作原理教學重點：雙邊帶調幅電路的工作原理及分析方法教學難點：教學方法：講授 課 時：2學時 教學進程單元七振幅調制電路7.3 雙邊帶調幅電路一. 雙邊帶調幅電

20、路的模型二雙邊帶調幅電路1模擬乘法器雙邊帶調幅電路如上圖7-7原理圖所示，若調制信號 ，載波信號為，當和都不很大時，乘法器工作在線性動態范圍時，其輸出電壓為：顯然，為雙邊帶調幅信號。2二極管的平衡調幅電路（1）電路和工作原理圖7-8（a）是二極管平衡電路的原理電路。它是由兩個性能一致的二極管V1、V2及中心抽頭變壓器Tr1、Tr2接成平衡電路的，其中Tr1為高頻變壓器，初、次匝數比為2×1：1，Tr2為低頻變壓器。由于，而 。所以圖7-8(a)可簡化為7-8(b)電路。分析如下：該電路可看成是由兩個平方律調幅器構成的上下對稱的平衡調幅器。兩個特性相同的二極管伏安表達式為：當忽略輸出電

21、壓的反作用時，由圖（b）可知，則 ： 若，則中的組合頻率表達式為： 可見，比單管平方律調幅來說，其組合頻率分量已大為減少，其頻率中已沒有載波分量。如非線性冪級數展開式只取前三項，則：若在輸出端接一個中心頻率為 fc 、通帶寬度為2F的帶通濾波器，則得到只有的上、下邊頻分量，即實現了雙邊帶調幅。 平衡調幅電路動畫演示請點擊 （2）平衡斬波調幅在實際中，為了進一步減小無用的組合頻率分量，常使該電路用在大載波和小調制的情況，即，這時二極管可認為工作在受控制的開關狀態下，即在二極管導通、在時截止。則可畫出圖7-8（b）的等效電路：圖中rd為二極管導通時的電阻，S的開關函數S1（t）為：S1(t)為幅度

22、等于1、頻率等于fc的方波。當cosc0時，V1、V2導通，有電流i1、i2；當cosc0時，V1、V2截止，i1=i2 =0。則可得：, 其中(RLrd)則： (7-20)S1（t）展開式為：則： 設，則由上式可知，中的組合頻率為F和。與平衡調幅相比，其組合頻率分量大大減少。如果在輸出端接一個中心頻率為 fc 、通帶寬度為2F的帶通濾波器，則可選出其中分量，從而就獲得雙邊帶調幅信號。其各個波形如下圖所示：比較以上各圖，可以發現圖（c）的波形仿佛是用開關函數的波形去斬調制信號的波形，它被斬成頻率為fc的脈沖信號，故稱為平衡斬波調幅。（3）二極管環形斬波調幅電路 如圖7-11所示，該電路由四個二

23、極管首尾相接，組成一個環形電路。它與平衡調幅器相比，多了兩個二極管V3和V4，其工作原理相似，也用在大載波、小調制信號的情況，即實現環形斬波調幅。設調制信號 ，載波信號為，且。由圖7-11可知，當時，V1、V2導通，V3、V4截止，有i1、i2電流，i3=i4 =0，如圖7-11(a)所示；當時，V3、V4導通，V1、V2截止，有i3、i4電流，i1=i2 =0，如圖7-11(b)所示。所以，環形調幅器可看成由兩個平衡調幅器構成的電路，又稱為雙平衡調幅器。分析如下： 由7-20可知： 對V3、V4的作用可用開關函數來表示： 其中V3管加的電壓為 ：；V4管加的電壓為 ：則可得： 即 令： S（t）展開式為：則： 則由上式可知，中的組合頻率為，與平衡斬波調幅相比，環形調幅輸出電壓中沒有F的頻率分量，而其它分量的振幅加倍。如果在輸出端接一個中心頻率為 fc 、通帶寬度為2F的帶通