1、第七章第七章 振幅調制與解調振幅調制與解調第一節：概述第一節：概述第二節：調幅波的性質第二節：調幅波的性質第三節：平方律調幅第三節：平方律調幅第四節：斬波調幅第四節：斬波調幅第五節：模擬乘法器調幅第六節：單邊帶信號的產生第六節：單邊帶信號的產生第七節：殘留邊帶調幅第七節：殘留邊帶調幅第八節：高電平調幅第八節：高電平調幅第九節：包絡檢波第九節：包絡檢波第十節：同步檢波第十節：同步檢波第十一節：單邊帶信號的接受第十一節：單邊帶信號的接受本章重點本章重點1、調幅波的基本性質與功率關系。 2、載波調幅原理與電路。3、單邊帶信號的產生方法。4、電路檢波原理與質量指標。5、同步檢波原理。第一節第一節概概

2、述述 音音頻頻放放大大 高高頻頻振振蕩蕩 倍倍頻頻 高高頻頻放放大大 調調制制 緩緩沖沖 傳傳輸輸線線 話話筒筒 聲聲音音 （直直流流電電源源未未畫畫） 無線電發射機方框圖無線電發射機方框圖第一節調制：調制：將要傳送的信息裝載到某一將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩高頻振蕩 (載頻載頻)信號上去的過程。信號上去的過程。按調制信號的形式分按調制信號的形式分模擬調制模擬調制數字調制數字調制按載波的不同按載波的不同連續波調制連續波調制脈沖波調制脈沖波調制調幅調幅(AM )調頻調頻(FM )調相調相(PM )脈沖振幅調制脈沖振幅調制(PAMPAM)脈寬調制脈寬調制(PWMPWM)脈位調制脈位調制(PPM

3、PPM)脈沖編碼調制脈沖編碼調制(PCMPCM)第一節解調：解調：將接收到的信號經過反調制的過將接收到的信號經過反調制的過程，把載波所攜帶的信號取出來，得到程，把載波所攜帶的信號取出來，得到原來的信號的過程。原來的信號的過程。檢波器的作用：檢波器的作用：從振幅受調制的高頻信號中還原出原從振幅受調制的高頻信號中還原出原 調制信號。調制信號。檢波檢波調幅波的解調：振幅檢波，簡稱檢波調幅波的解調：振幅檢波，簡稱檢波調頻波的解調：頻率檢波，簡稱鑒頻調頻波的解調：頻率檢波，簡稱鑒頻調相波的解調：相位檢波，簡稱鑒相調相波的解調：相位檢波，簡稱鑒相實現調幅的方法實現調幅的方法低電平調幅低電平調幅高電平調幅高

4、電平調幅平方律調幅平方律調幅斬波調幅斬波調幅集電極集電極(陽極陽極)調幅調幅基極基極(控制柵極控制柵極)調幅調幅第二節第二節調幅波的性質調幅波的性質一、調幅波的數學表達式與頻譜一、調幅波的數學表達式與頻譜設簡諧調制信號設簡諧調制信號 載波信號載波信號 tVtcos)(vtVt000cos)(v則調幅信號振幅為：則調幅信號振幅為：tVKVtVacos)(0)cos1 (00tVVKVa)cos1 (0tmVa 是調幅波的主要參數之一，它表示載波電是調幅波的主要參數之一，它表示載波電壓振幅受調制信號控制后改變的程度壓振幅受調制信號控制后改變的程度0VVKmaa調幅指數調幅指數( (調幅度調幅度)

5、) 10(am第二節00max0minmax)(21VVVVVVmatov(a) 調制信號調制信號 V 0 Vmax t Vmin (b)已調波形已調波形0min0VVV ttmVa00cos)cos1 (普通調幅波的波形圖普通調幅波的波形圖第二節 若若ma 1，AM信號波形某一段時信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調制。間振幅為將為零，稱為過調制。 v(t) o t 過調制波形圖過調制波形圖第二節將調幅波的數學表達式展開，可得到將調幅波的數學表達式展開，可得到ttmVta00cos)cos1 ()(vtVmtVmtVaa)cos(21)cos(21cos000000未調幅的載波未調幅的載

6、波上邊頻上邊頻下邊頻下邊頻單頻調制時，其調幅波的頻單頻調制時，其調幅波的頻譜寬度為調制信號的兩倍，譜寬度為調制信號的兩倍，)2(2FBBww或或即即正弦調制的調幅波頻譜正弦調制的調幅波頻譜第二節非正弦波調幅信號的頻譜圖非正弦波調幅信號的頻譜圖 由圖看出調幅過程實際上是一種頻譜搬移由圖看出調幅過程實際上是一種頻譜搬移過程，即將調制信號的頻譜搬移到載波附近，過程，即將調制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側的上、下邊頻。成為對稱排列在載波頻率兩側的上、下邊頻。調制信號頻譜調制信號頻譜下邊帶下邊帶上邊帶上邊帶nwFB2例例7.2.1已知兩個信號電壓的頻譜如圖所示，要求：已知兩個信號電

7、壓的頻譜如圖所示，要求：寫出兩個信號電壓的數學表達式，并指出已寫出兩個信號電壓的數學表達式，并指出已調波的性質；調波的性質；計算在單位電阻上消耗的邊帶計算在單位電阻上消耗的邊帶功率和總功率以及調幅波的頻帶寬度。功率和總功率以及調幅波的頻帶寬度。解：解：(a)為普通調幅波，為普通調幅波，(b)為抑制載波的雙邊帶調幅波。為抑制載波的雙邊帶調幅波。ttmVtVa00AMcos)cos1 ()(ttVmtVa00DSBcoscos)(V3 . 0210VmaV20V3 . 0am60102 1002 V)102cos()200cos3 . 01 (26ttV)102cos(200cos6 . 06tt

8、(a)(b)第二節第二節 載波功率：載波功率：RVPT20021W22212雙邊帶信號功率：雙邊帶信號功率：TaPmP02DSB21W09. 023 . 0212故故W09. 209. 02DSBT0AMPPPHz2002 FBW 普通調幅波和抑制載波的雙邊帶調幅波的普通調幅波和抑制載波的雙邊帶調幅波的頻譜寬度相等，即頻譜寬度相等，即例例7.2.2 PAGE 314 第二節二、調幅波中的功率關系二、調幅波中的功率關系 作用在負載電阻作用在負載電阻R上上ttmVa00cos)cos1 ()(tv載波功率：載波功率：RVPT20021上邊頻功率：上邊頻功率：TaaSBPmRVmP022014121

9、)21(在調幅信號一周期內，在調幅信號一周期內，AM 信號的平均輸出功率：信號的平均輸出功率：TaSBSBTPmPPPP022100)211 ( 邊頻功率之和占總輸出功率是很小的，整機效率邊頻功率之和占總輸出功率是很小的，整機效率很低，但其調制設備簡單，解調更簡單，便于接收。很低，但其調制設備簡單，解調更簡單，便于接收。通常無線電廣播就是采用這種方法。通常無線電廣播就是采用這種方法。下邊頻功率：下邊頻功率：TaaSBPmRVmP022024121)21(第三節第三節平方律調幅平方律調幅 調幅波的共同之處都是在調幅前后產生調幅波的共同之處都是在調幅前后產生了新的頻率分量，也就是說都需要用非線性了

10、新的頻率分量，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。器件來完成頻率變換。 這里將調制信號這里將調制信號v v與載波信號與載波信號v v0 0相加后，同時加入相加后，同時加入非線性器件，然后通過中心頻率為非線性器件，然后通過中心頻率為0 0的帶通濾波器取的帶通濾波器取出輸出電壓出輸出電壓v vo o中的調幅波成分。中的調幅波成分。一、工作原理一、工作原理二極管調幅電路信號較小時的工作信號較小時的工作狀態狀態3D32D2D10vavavaaitVtVDcoscos000vvv當當vD很小時，級數可只取前四項很小時，級數可只取前四項 經分類整理可知：經分類整理可知：0是我們所需要的上、下是我們所

11、需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項產生的，故稱為平方律邊頻。這對邊頻是由平方項產生的，故稱為平方律調幅。其中最為有害的分量是調幅。其中最為有害的分量是02 項。項。 由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調制效率低制效率低, ,無用成分多，目前較少采用平方律調幅器。無用成分多，目前較少采用平方律調幅器。第三節第三節調調制制信信號號二二次次諧諧波波調調制制信信號號基基頻頻載載頻頻二二次次諧諧波波上上下下邊邊頻頻調調制制信信號號基基頻頻載載波波頻頻率率直直流流項項tVatVatVattVVatVatVaVVaa2cos21cos2cos21cosc

12、oscoscos21221020200022100120220 其中產生調幅副作用的是其中產生調幅副作用的是a2vi2項，故稱為平方律項，故稱為平方律調幅。濾波后，輸出電壓為：調幅。濾波后，輸出電壓為： ttVaaVattVVatVattVVatVatv01210020010002001coscos21coscos2coscoscoscos0第三節Vaama122調幅度：調幅度：結論：結論：1、調幅度調幅度ma的大小由調制信號電壓振幅的大小由調制信號電壓振幅 及調制器及調制器的特性曲線所決定，即由的特性曲線所決定，即由a1和和a2所決定。所決定。2、通常、通常a2R高頻時高頻時: :ZcRd時

13、，時， 0，cos 1。即檢波效率。即檢波效率Kd接接近于近于1，這是包絡檢波的主要優點。，這是包絡檢波的主要優點。電流通角電流通角2) 等效輸入電阻等效輸入電阻RidimimidIVR幅幅輸輸入入高高頻頻電電流流的的基基波波振振輸輸入入高高頻頻電電壓壓的的振振幅幅RVRVcavidim222，1dK又又cavimVV則則RRid21第九節 由于負載電阻由于負載電阻R與與負載電容負載電容C的時間常數的時間常數RC太大所引起的。這時電容太大所引起的。這時電容 C上的電荷不上的電荷不能很快地隨調幅波包絡變化能很快地隨調幅波包絡變化,從而產生失真。從而產生失真。3) 失真失真 惰性失真惰性失真(對角

14、線切割失真對角線切割失真) o vi t vc t1 t2 惰性失真惰性失真 為了防止惰性失真，必須減小為了防止惰性失真，必須減小RC的數值，加快電的數值，加快電容器的放電速度，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡容器的放電速度，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡的變化。的變化。也就是要求也就是要求dtddtdimcvv或寫成或寫成 aammRC2max1在工程上可按在工程上可按 RC max1.5 計算。計算。不產生惰性不產生惰性失真的條件失真的條件第九節負峰切割失真負峰切割失真(底邊切割失真底邊切割失真) 由于交、直流負載電由于交、直流負載電阻不同所產生的失真。阻不同所產生的失真。考慮了耦合電容Cc

15、和低放輸入電阻ri2后的檢波電路 檢波過程中，檢波過程中，Cc 兩端建立兩端建立了直流電壓經電阻了直流電壓經電阻R和和ri2分壓，分壓，在在R上得到的直流電壓為：上得到的直流電壓為：CiRVrRRV2 Vim O v VR maVim t 負峰切割失真波形imiVrRR2為了避免這種失真，必須滿足為了避免這種失真，必須滿足RaimimVmVVimiVrRR222iiarRrm不產生負峰切割失真的不產生負峰切割失真的條件條件第九節 非線性失真非線性失真 頻率失真頻率失真 由檢波二極管伏安特性曲線的非線性由檢波二極管伏安特性曲線的非線性所引起的。所引起的。由于耦合電容由于耦合電容Cc和濾波電容和濾

16、波電容C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影響檢波的下限頻率的存在主要影響檢波的下限頻率 min。 為使頻率為為使頻率為 min時，時，Cc上的電壓降不大，不產生頻上的電壓降不大，不產生頻率失真，必須滿足下列條件：率失真，必須滿足下列條件：2min2min11icicrCrC或或 電容電容C的容抗應在上限頻率的容抗應在上限頻率 max時，不產生旁路作時，不產生旁路作用，即它應滿足下列條件：用，即它應滿足下列條件：RCRCmaxmax11或或PAGE 342-343 例例7.9.1第十節第十節同步檢波同步檢波 同步檢波器用于同步檢波器用于對載波被抑止的雙對載波被抑止的雙邊帶或單邊帶信號邊帶或單邊

17、帶信號進行解調進行解調。它的特。它的特點是必須外加一個點是必須外加一個頻率和相位頻率和相位都與被都與被抑止的載波相同的抑止的載波相同的電壓。同步檢波的電壓。同步檢波的名稱即由此而來。名稱即由此而來。第十節載波信號相位對檢波結果的影響載波信號相位對檢波結果的影響ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()coscos()()(00m11m1tVttVtt0vv)cos(coscos010m1mtttVVcos)2cos(21cos10m1ttVVm1. 乘積檢波器乘積檢波器乘積檢波電路低通濾波器 v1V0iv0乘積檢波器tVVtcoscos21)(0m1mv第十節

18、第十節2. 疊加型同步檢波器疊加型同步檢波器包 絡檢波器v1v0vvtVt)cos()(01m1vtVt00m0cos)(v)cossinarctan(1m0m1mtVVtV21m21m0mm)sin()cos(tVtVVV1m0mVVtVtVtt00m01m01cos)cos()()(vvtVttVttV00m01m01mcossinsincoscos)cos(0tVm第十節)cos(sinsincoscos)cos()cos(21sinsin)cos()cos(21coscos)()(01ttvv)cos(0tVmtVVtVVVVVxxxtVVVVVVVtVVVtVtVVVmmmmmmmmmmmmmmm2cos)(41cos)(41181211)1 (cos21)(cos21)sin()cos(2010120102210101m0m20101021m21m0mm第十節 本地載波與輸入信號載波相位相同而本地載波與輸入信號載波相位相同而頻率不同對檢波結果的影響頻率不同對檢波結果的影響ttVt11m1coscos)(v)cos()(00mtVt0v)cos()(00mtVt0v10 本地載波與輸入信號載波頻率相同而相位不同對本