1、1第五章第五章振幅調制電路振幅調制電路本章知識點及結構本章知識點及結構振振幅幅調調制制電電路路振幅調制信號分析（數學表達式、頻譜特征、功振幅調制信號分析（數學表達式、頻譜特征、功率）率） 振幅調制原理、實現方法振幅調制原理、實現方法振幅調制電路的結構、工作原理、分析方法振幅調制電路的結構、工作原理、分析方法和性能特點和性能特點第五章第五章 振幅調制電路振幅調制電路n5.1 概述概述n5.1.1 調幅信號的分析調幅信號的分析（重點重點）n5.1.2 調幅波的功率調幅波的功率n5.1.3 抑制載波的雙邊帶調幅信號和單邊帶調幅信號抑制載波的雙邊帶調幅信號和單邊帶調幅信號n5.2 低電平振幅調制電路低

2、電平振幅調制電路n5.3 高電平振幅調制電路高電平振幅調制電路n5.4 抑制載波單邊帶調幅波的產生抑制載波單邊帶調幅波的產生第一節第一節 概概 述述3. “調制調制”與與“解調解調”的方式有哪些？的方式有哪些？2. “調制調制”與與“解調解調”的過程如何實現？的過程如何實現？1. 什么是什么是“調制調制”與與“解調解調”？回顧問題回顧問題11.“調制調制”與與“解調解調”：n調制（調制（ modulation )n解調（解調（demodulation） 電信號通信中，實現低頻電信號通信中，實現低頻信號信號遠距離遠距離傳輸的傳輸的一種主要一種主要方法方法。2.“調制調制”與與“解調解調”的過的過

3、程程:控制控制調調制制解解調調低頻信號低頻信號高頻信號高頻信號（載波）（載波）載波的參數（如幅載波的參數（如幅度、頻率、相位）度、頻率、相位）已調波已調波還原還原低頻信號低頻信號裝裝載載卸卸載載2.“調制調制”與與“解調解調”的過程：的過程： 用用被傳送的被傳送的低頻信號低頻信號去去控制高頻信號控制高頻信號（載波）的參數（載波）的參數（幅度、頻率、相位），（幅度、頻率、相位），實現低頻信號搬移到高頻段。實現低頻信號搬移到高頻段。是調制的反過程。是調制的反過程。即：把低頻信號從即：把低頻信號從高頻段搬移下來，高頻段搬移下來，還原還原被傳送的被傳送的低頻低頻信號信號。調制：調制：解調：解調：83.

4、調制的方式調制的方式:控制控制調調制制低頻信號低頻信號高頻信號高頻信號（載波）（載波）載波的參數載波的參數已調波已調波幅度調制（簡稱幅度調制（簡稱“調幅調幅”，AM）頻率調制（簡稱頻率調制（簡稱“調頻調頻”，FM）相位調制（簡稱相位調制（簡稱“調相調相”，PM）幅度幅度 頻率頻率 相位相位角度調制角度調制相角相角93.解調的方式：解調的方式：控制控制調調制制低頻信號低頻信號高頻信號高頻信號（載波）（載波）載波的參數載波的參數調幅波調幅波幅度幅度 頻率頻率 相位相位調頻波調頻波 調相波調相波檢波檢波低頻信號低頻信號解解調調鑒頻鑒頻鑒相鑒相調幅波調幅波 調頻波調頻波 調相波調相波信信號號 載波信號

5、（高頻信號）：載波信號（高頻信號）： （等幅）高頻正弦波振蕩信號（等幅）高頻正弦波振蕩信號 )cos( tUuccc調制信號（低頻信號）：調制信號（低頻信號）： 需要傳輸的電信號需要傳輸的電信號語言語言圖像圖像 數據數據已調已調( (波波) )信號（高頻信號）：信號（高頻信號）： 經過調制后的高頻信號經過調制后的高頻信號總結：總結：（原始信號）（原始信號） 調制：用調制信號控制載波信號的某個參數的過程調制：用調制信號控制載波信號的某個參數的過程解調：從已調信號中分離出調制信號的過程。解調：從已調信號中分離出調制信號的過程。o ut ott cut調制與解調的類型：調制與解調的類型：調制信號調制

6、信號 可以是低頻音頻或視頻等可以是低頻音頻或視頻等信號；信號；高頻載波信號高頻載波信號 可以是正弦波、方波、三角波或鋸齒波可以是正弦波、方波、三角波或鋸齒波等信號。等信號。 ut cmcoscccutUt cmAMFMPM macfcpUtUk ututk ututtk utu 調幅調幅 檢波檢波調頻調頻 鑒頻鑒頻調相調相 鑒相鑒相1、調制器、解調器調制器、解調器在無線電收發系統中的在無線電收發系統中的位置？位置？2、為什么要通過為什么要通過調制調制來發送信號？來發送信號？回顧問題回顧問題21、調制器在發射機中位置、調制器在發射機中位置1、解調器在接收機中的位置、解調器在接收機中的位置2.為什

7、么要通過為什么要通過調制調制來發送信號？來發送信號？n天線尺寸的限制天線尺寸的限制 只有天線實際長度與電信號的波長可比擬時，電只有天線實際長度與電信號的波長可比擬時，電信號才能以電磁波形式有效輻射。信號才能以電磁波形式有效輻射。 可實現的回路帶寬可實現的回路帶寬 低頻信號頻率變化范圍很大低頻信號頻率變化范圍很大，很難做出參數在如很難做出參數在如此寬范圍內變化的天線和調諧回路。此寬范圍內變化的天線和調諧回路。 區別不同的音頻信號區別不同的音頻信號 有利于接收來自不同發射機的信號（因為不同發有利于接收來自不同發射機的信號（因為不同發射機有不同的載波頻率）射機有不同的載波頻率）。調幅信號的分析調幅信

8、號的分析(重點重點)調幅有三種方式：調幅有三種方式： 含載波的含載波的普通調幅（普通調幅（AM）（重點）（重點） 抑制載波的雙邊帶調幅（抑制載波的雙邊帶調幅（DSB/SC-AM） 抑制載波的單邊帶調幅（抑制載波的單邊帶調幅（SSB/SC-AM）一）調幅波數學表達式及波形一）調幅波數學表達式及波形特征如何？特征如何？二）調幅波的頻譜有什么特征？二）調幅波的頻譜有什么特征？ 如何根據頻譜計算頻帶寬度如何根據頻譜計算頻帶寬度？三）如何計算調幅波的功率三）如何計算調幅波的功率？問題：問題：一一 、普通調幅波的表達式、波形及其頻譜、普通調幅波的表達式、波形及其頻譜1、AM波數學表達式波數學表達式調制信號

9、調制信號載波信號的幅度載波信號的幅度控制控制載波信號載波信號調幅波的幅度調幅波的幅度已調信號已調信號(調幅波調幅波)tUuccmccostUumcosttUucAMAMcos)(tUkUtUmacmAMcos)(cmUttmUcacmcos)cos1 (ttmUucacmAMcos)cos1(單頻調幅信號表達式：單頻調幅信號表達式：cmmaaUUkm調幅指數（調幅度）調幅指數（調幅度）tUuccmccostUumcos調制信號調制信號載波信號載波信號AM波產生原理圖波產生原理圖從從AM信號的信號的表達式中，可表達式中，可以看出，要實以看出，要實現現AM調幅，調幅，可用右圖的電可用右圖的電路模型

10、來實現路模型來實現調幅信號調幅信號 u+CuAMu常數一般，實際中傳送的調制信號并非單一頻率的信一般，實際中傳送的調制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續頻譜的限帶信號號，常為一個連續頻譜的限帶信號 。) t ( f若將若將 )(tf分解為：分解為： niiiimtUtf1)cos()(ttfkUucacmAMcos)(1 則有則有 ttmUuciiiiicmAMcos)cos(11 其中：其中： cmmiaiUUkm應用例應用例1：寫出調制信號為：寫出調制信號為限帶信號限帶信號的調幅波表達式的調幅波表達式2 2、AMAM信號波形特征信號波形特征 波形特征：波形特征： (1) (1)調幅波的振

11、幅（包絡）變化規律調幅波的振幅（包絡）變化規律 與調制信號波形一致與調制信號波形一致 (2) (2)調幅波頻率（即變化快慢）調幅波頻率（即變化快慢） 與載波頻率一致與載波頻率一致ttmUucacmAMcos)cos1 (tUuccmccostUu cos 波形特征：波形特征： ( (3)3)調幅度調幅度ma反映了調幅的強弱程度反映了調幅的強弱程度minmaxminmaxminmax21UUUUUUUmcma一般一般ma值越大調幅越深：值越大調幅越深： )1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 實實際際電電路路中中必必須須避避免免包包絡絡失失真真過過調調幅幅時時百百分分之之百百

12、最最大大調調幅幅時時未未調調幅幅時時,1)(10aaammm1ma 1ma )cos1()(tmUtUacmAM1am不失真調不失真調制時有：制時有：注意：注意：調制度調制度ma的計算方法的計算方法避免避免過調幅過調幅現象現象應用例應用例2：已知調制信號波形如下圖已知調制信號波形如下圖a a所示，載波信號波形所示，載波信號波形如圖如圖b b所示，畫出所示，畫出m ma a=1=1時的普通調幅波的波形。時的普通調幅波的波形。 3、調幅波的頻譜、調幅波的頻譜頻譜分析的方法：頻譜分析的方法：(1) 將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成 余弦（或正弦）項余弦（或正弦

13、）項之和之和的形式，即的形式，即 iiimitA)cos(2) 以每一余弦（或正弦）項的頻率以每一余弦（或正弦）項的頻率 或或 為橫坐標上的點為橫坐標上的點，其幅度其幅度 為縱坐標上為縱坐標上 的點，畫出頻譜分布圖。的點，畫出頻譜分布圖。iifmiAtmtmtUttmUucacaccmcacmAM)cos(21)cos(21cos cos)cos1 () :ccc 載 波 分 量不 含 傳 輸 信 息上 邊 頻 分 量含 傳 輸 信 息下 邊 頻 分 量含 傳 輸 信 息 調制信號調制信號c c載波載波調幅波調幅波c c +上邊頻上邊頻cmaUm21c c - - 下邊頻下邊頻cmaUm21c

14、mU（1）單頻調制的普通調幅波的頻譜）單頻調制的普通調幅波的頻譜結論：結論：調幅的過程就是在頻譜上將低頻調制信調幅的過程就是在頻譜上將低頻調制信號號搬移到搬移到高頻載波分量兩側的過程。高頻載波分量兩側的過程。 調制信號頻譜、載波信號頻譜、已調波頻譜調制信號頻譜、載波信號頻譜、已調波頻譜之間的關系。之間的關系。（2）多頻調制的普通調幅波的頻譜）多頻調制的普通調幅波的頻譜tUtUtUtutUtunnccmccos.coscos)(,cos)(2211調制信號設載波信號cos.coscos1 cos.coscos)(22112211tmtmtmUtUtUtUkUtUnanaacmnncmm則ttmt

15、mtmUtucnanaacmcoscos.coscos1 )(2211)cos()cos(2cos1ttmUtUicicniaicmccm同樣含有三部分頻率成份同樣含有三部分頻率成份 含含信信息息下下邊邊帶帶含含信信息息上上邊邊帶帶不不含含信信息息載載波波分分量量)()(:icicc 畫出限帶信號的調幅波頻譜畫出限帶信號的調幅波頻譜max max c c限帶信號限帶信號 c c載波載波調幅波調幅波c c- -maxmax 下邊頻帶下邊頻帶c c+ +maxmax上邊頻帶上邊頻帶max max max max maxmax iticimiticimtccmUiticimticimtccmUtci

16、tiimcmUAMu)cos(21)cos(21cos)cos(21)cos(21coscoscos1 4. 普通調幅波帶寬普通調幅波帶寬(B, Bandwidth)（1）調制信號為單一頻率（）調制信號為單一頻率（ =2 F）的正弦波，的正弦波，則則 B=2Fmax即即 已調波頻譜所占頻帶寬度已調波頻譜所占頻帶寬度（2）實際上，調制信號是包含若干頻率分量的）實際上，調制信號是包含若干頻率分量的 復雜波復雜波 (F =FminFmax) -多頻調制情況多頻調制情況則則 B=2F例例1：調制信號頻率是多少？此電臺的頻率是多少？問電壓設某一廣播電臺的信號:),(1033. 6cos)6280cos3

17、 . 01 (20)(6mVtttu)(007. 12/1033. 66MHzfsradccc頻率為解：電臺的角頻率為HzFsrad10002/6280頻率為調制信號的角頻率為例例2：的波形。波兩種情況下的普通調幅及出兩者波形如圖所示，畫為三角波調制信號已知載波電壓)(15 . 0,)(,cos)(tummtutUtuaaccmc解：解：cmacmmcmacmmaUmUUUmUUm5 . 0)1 (5 . 1)1 (5 . 0) 1 (minmax)(tutcmU5 . 1cmU5 . 0cmU畫圖方法：先求出調幅波包絡線的最大值和最小畫圖方法：先求出調幅波包絡線的最大值和最小值，由此畫出包絡

18、線，然后畫出調幅波波形。值，由此畫出包絡線，然后畫出調幅波波形。評注：包絡線形狀評注：包絡線形狀1分、包絡線起點分、包絡線起點1分、包絡線幅分、包絡線幅值值1分，波形的密度分，波形的密度1分，波形的起點分，波形的起點1分。分。0)1 (2)1 (1)2(minmaxacmmcmacmmamUUUmUUm)(tutcmUcmU2例例3：和振幅。所包含的各分量的頻率求調幅波）（)()(102cos20000cos3 . 010000cos7 . 0125)(6tuVttttu分析：分析：)20000102cos()20000102cos(75. 8)10000102cos()10000102cos

19、(75. 8102cos25102cos20000cos3 . 010000cos7 . 0125)(666666tttttttttu）（VVVHzfc75. 8,100001075. 8,50001025,10666振幅為第二對邊頻頻率為振幅為第一對邊頻頻率為振幅為載波頻率為解：解：調幅波的功率調幅波的功率計算方法計算方法：(設調幅波電壓加于負載電阻設調幅波電壓加于負載電阻R上）上）1. 將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成余將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成余弦（或正弦）項弦（或正弦）項之和之和的形式，即的形式，即2. iiimitA)cos(imiiiRAPP22總二二 、普通調幅波的

20、功率關系、普通調幅波的功率關系將普通調幅波將普通調幅波u(t)加到電阻加到電阻R兩端，電阻兩端，電阻R上消耗的上消耗的各頻率分量對應的功率為：各頻率分量對應的功率為：tUmtUmtUtuccmaccmaccm)cos(2)cos(2cos)(載波分量上邊頻下邊頻(1) 載波功率：載波功率：RUpcmOT221(2) 每一邊頻功率：每一邊頻功率：OTacmapmRUmppcc422122(4) 調制一周內的平均總功率：調制一周內的平均總功率：)21 (2aOTOToavmpppppCC(3) 邊頻功率：邊頻功率：OTapmpppccc22 由于在普通調幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻帶內，而載波

21、本由于在普通調幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻帶內，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調幅波功率的絕大部分，因而身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調幅波功率的絕大部分，因而調幅波的功率浪費大，效率低。但調幅波的功率浪費大，效率低。但AM波調制方便，解調方便，便于接波調制方便，解調方便，便于接收。如當收。如當100%調制時調制時(ma=1) ，雙邊帶功率為載波功率的雙邊帶功率為載波功率的 ，只占用了，只占用了調幅波功率的調幅波功率的 ，而當，而當 ,213121 maPc98PAM 22am 載載波波功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率42am 載載波波功功率率單單邊邊帶帶功功率率22222

22、212aaaammmm 平平均均總總功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率2224aamm 平平均均總總功功率率單單邊邊帶帶功功率率(5)5)邊帶功率，載波功率與平均功率之間的關系：邊帶功率，載波功率與平均功率之間的關系： 21222aaoavmmpppcc總功率邊頻功率(6) 效率：效率：但失真，當，當，當,33. 0133. 0133. 01aaammm 普通調幅波的載波分量占有的功率較大，而普通調幅波的載波分量占有的功率較大，而含有信息的上下邊頻分量占有的功率較小，從含有信息的上下邊頻分量占有的功率較小，從能量觀點來看，普通調幅波進行傳送，不含信能量觀點來看，普通調幅波進行傳送，不含信息的載波功率

23、過大，是種很大的浪費。息的載波功率過大，是種很大的浪費。( (7)7)普通調幅波的特點：普通調幅波的特點：例例4：解：解：cPPPtttuROToavcL和邊頻功率載波功率求總輸出功率輸出信號為上的某發射機輸出級在負載,cos)cos5 . 01 (4)(100wPPPwPmPwRUPOToavoToavLcmOTc01. 0:09. 0)25 . 01(08. 0)21(:08. 0100242:2222 邊頻功率邊頻功率總功率總功率載波功率載波功率 在在普通調幅波信號中普通調幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻，有用信息只攜帶在邊頻帶內，而帶內，而載波本身并不攜帶信息載波本身并不攜帶信息，但它

24、的功率卻占但它的功率卻占了整個調幅波功率的絕大部分了整個調幅波功率的絕大部分，因而調幅波的功率，因而調幅波的功率浪費大，效率低。浪費大，效率低。 抑制載波的雙邊帶調幅波抑制載波的雙邊帶調幅波 （DSB/SC-AM）三三 、抑制載波的雙邊帶調幅信號和單邊帶信號、抑制載波的雙邊帶調幅信號和單邊帶信號1、數學表達式、波形、數學表達式、波形2、頻譜、帶寬、頻譜、帶寬3、功率、功率)cos()cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB tUtmtUttmUuccacccacAM coscoscoscos)cos1( 抑制載波后抑制載波后(一一)抑制載波的雙邊帶調幅波抑

25、制載波的雙邊帶調幅波(DSB)432 2，頻譜：，頻譜：1 1，數學表達式：，數學表達式：)cos()cos(5 . 0coscos)()()(ttUUtUtUtututucccmmccmmc由表達式可知，頻譜只有由表達式可知，頻譜只有cc、帶寬：帶寬：B=2FB=2F3，波形：，波形：(1)其包絡隨調制信號其包絡隨調制信號變化，但包絡不能完變化，但包絡不能完全準確地反映調制信全準確地反映調制信號變化規律。號變化規律。(2)雙邊帶調幅波在調雙邊帶調幅波在調制信號正半周，已調制信號正半周，已調波與原載頻同相，在波與原載頻同相，在調制信號負半周，已調制信號負半周，已調波與原載頻反相。調波與原載頻反

26、相。也就是說雙邊帶信號也就是說雙邊帶信號的高頻相位在調制電的高頻相位在調制電壓零交點處要突變壓零交點處要突變0180包絡線包絡線相似與)(tuuKuCuDSB DSB波的產生原理圖波的產生原理圖)cos()cos(21)()(ttUUtutuucccmmcDSBDSB信號的產生原理圖 u+CuAMu常數AM波產生原理圖波產生原理圖tU cos(1)(1)DSBDSB信號的包絡正比于調制信號的信號的包絡正比于調制信號的 絕對值絕對值 (2)(2)DSBDSB信號載波的相位反映信號載波的相位反映了調制信號的極性，即在調制了調制信號的極性，即在調制信號負半周時，已調波高頻與信號負半周時，已調波高頻與

27、原載波原載波反相反相。因此嚴格地說，。因此嚴格地說，DSBDSB信號已非單純的振幅調制信號已非單純的振幅調制信號，而是既調幅又調相的信信號，而是既調幅又調相的信號。號。DSB波形特征波形特征(3)高頻振蕩的相位在高頻振蕩的相位在u(t)=0瞬間有瞬間有180o突變。突變。結論結論1：DSBDSB波的頻譜成份中抑制了載波分量波的頻譜成份中抑制了載波分量調制信號調制信號 載波載波c 上邊頻上邊頻下邊頻下邊頻DSB波頻譜特征波頻譜特征)cos()cos(21coscosttUAUttUAUuAuucccmmccmmcDSB 結論結論2：max max 限帶信號限帶信號 c c載波載波調幅波調幅波c

28、c- -maxmax 下邊頻帶下邊頻帶c c+ +maxmax上邊頻帶上邊頻帶max max max max maxmax DSB波帶寬波帶寬即即 已調波頻譜所占頻帶寬度已調波頻譜所占頻帶寬度BDSB=2Fmax在頻域上，在頻域上，DSB 與普通調幅波與普通調幅波AM，所占帶寬相同，所占帶寬相同 。結論結論3：DSB波功率波功率比普通調幅波節省了發射功率，即不發射載波。比普通調幅波節省了發射功率，即不發射載波。調制信號調制信號 載波載波c 上邊頻上邊頻下邊頻下邊頻結論結論4：全部功率為邊帶占有，功率利用率高于全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。波。 在現代電子通信系統的設計中，為節約頻帶

29、，提在現代電子通信系統的設計中，為節約頻帶，提高系統的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（高系統的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSBSSB）調調制系統制系統 抑制載波的單邊帶調幅波抑制載波的單邊帶調幅波（SSB/SC-AM）單邊帶單邊帶( (SSB)SSB)信號是由雙邊帶信號是由雙邊帶(DSB)(DSB)調幅信號調幅信號中取出其中的任一個邊帶部分而成。中取出其中的任一個邊帶部分而成。學習方法學習方法比較法比較法 對對SSB/SC-AM的數學表達式、波形、頻譜、的數學表達式、波形、頻譜、帶寬、功率進行分析及計算帶寬、功率進行分析及計算（二）（二） 抑制載波的單邊帶調幅波抑制載波的單邊帶調幅波（SSB

30、/SC-AM）單邊帶單邊帶( (SSB)SSB)信號是由雙邊帶信號是由雙邊帶(DSB)(DSB)調幅信號調幅信號中取出其中的任一個邊帶部分而成。中取出其中的任一個邊帶部分而成。根據：根據：（二）（二） 抑制載波的單邊帶調幅波抑制載波的單邊帶調幅波（SSB/SC-AM）1、數學表達式、數學表達式2、調幅波的頻譜、調幅波的頻譜3、調幅波的功率、調幅波的功率與與普通普通AM波、波、DSB/SC-AM相比，相比， SSB/SC-AM不同的地方。不同的地方。注意總結：注意總結：)cos()cos(21ttUAUucccmmDSB 由由通過邊帶濾波器通過邊帶濾波器提示一、數學表達式提示一、數學表達式tUA

31、UuccmmSSBL)cos(21 tUAUuccmmSSBH)cos(21 上邊帶信號上邊帶信號下邊帶信號下邊帶信號可得可得)cos()cos(21ttUAUucccmmDSB 單邊帶調幅波（單邊帶調幅波（SSB）2，頻譜：，頻譜：1，數學表達式：，數學表達式：tUUtutUUtuccmmccmm)cos(21)()cos(21)( 或或由表達式可知，頻譜只有由表達式可知，頻譜只有cc或3，波形：，波形：uSSB(t)0tfc FU 若調制信號為單一頻若調制信號為單一頻率，則單邊帶調幅波為等率，則單邊帶調幅波為等幅波。幅波。4，特點：，特點：(1)頻帶只有雙邊帶調幅波的一半頻帶只有雙邊帶調幅

32、波的一半,其頻帶利用率高其頻帶利用率高.(2)全部功率都含有信息，功率有效利用率高。全部功率都含有信息，功率有效利用率高。提示二總結：提示二總結： SSB/SC-AM波波1. 比普通調幅波、抑制載波的雙邊帶調幅波，都比普通調幅波、抑制載波的雙邊帶調幅波，都要節省發射功率，即只發送一個邊帶的功率要節省發射功率，即只發送一個邊帶的功率。2. 在頻域上，所占帶寬僅為一個邊帶的寬度，在頻域上，所占帶寬僅為一個邊帶的寬度，節約了頻帶。節約了頻帶。3. 但在電路實現上，單邊帶的產生和接收，比但在電路實現上，單邊帶的產生和接收，比普通調幅波和普通調幅波和DSB/SC-AM要復雜。要復雜。tUUtutUUtu

33、ccmmccmm)cos(21)()cos(21)(或調制信號調制信號載波載波已調波已調波tUtucos)(調幅器調幅器tUtuccccos)()(tuAM小結：小結：ttmUucacmAMcos)cos1 (tUtUtuccmmcoscos)(小結：三種調幅方式的比較小結：三種調幅方式的比較例例5 5：解：解：ttutttutttuccc)cos()()3(,coscos)()2(cos)cos3 . 01()(1 ）（幅頻譜圖。幅頻譜圖。畫出它們的波形圖和振畫出它們的波形圖和振表什么信號，表什么信號，試問下面三個電壓各代試問下面三個電壓各代)(3)(2)(1SSBDSBAM）為單邊帶調幅波

34、（）為雙邊帶調幅（）為普通調幅波（1,從表達式可看出，各電壓分別為從表達式可看出，各電壓分別為2,波形分別為：波形分別為：3,頻譜圖分別為：頻譜圖分別為： 指出下列電壓是什么已調波？寫出已調波電壓的指出下列電壓是什么已調波？寫出已調波電壓的表達式，并指出它們在單位電阻上消耗的平均功率表達式，并指出它們在單位電阻上消耗的平均功率P Pavav及頻譜寬度及頻譜寬度BWBWAMAM633( )2cos4 100.1cos3996 100.1cos4004 10( )u tttt V綜合例：綜合例：63四四 振幅調制電路的功能振幅調制電路的功能功能：將輸入的調制信號功能：將輸入的調制信號和載波信號通過

35、電路轉換和載波信號通過電路轉換為高頻調幅信號輸出。為高頻調幅信號輸出。tUtutUtumccmccos)(),(cos)(調制信號設載波信號普通調幅波：普通調幅波：ttmUtucacmcoscos1 )(雙邊帶調幅波：雙邊帶調幅波：單邊帶調幅波：單邊帶調幅波：ttUtucmcoscos)(tUtutUtucmcm)cos()()cos()(或64五五 、振幅調制電路的分類及要求、振幅調制電路的分類及要求(一一)分為低電平調幅和高電平調幅兩大類分為低電平調幅和高電平調幅兩大類(二二) 低電平調幅是在低功率電平級進行振幅調制，低電平調幅是在低功率電平級進行振幅調制，輸出功率和效率不是主要指標。重點

36、是提高調制輸出功率和效率不是主要指標。重點是提高調制的線性，減小不需要的頻率分量的產生和提高濾的線性，減小不需要的頻率分量的產生和提高濾波性能。波性能。(三三) 高電平調幅是直接產生滿足發射機輸出功率高電平調幅是直接產生滿足發射機輸出功率要求的已調波。利用丙類高頻功放改變要求的已調波。利用丙類高頻功放改變VCC或或VBB來實現調幅。其優點是效率高。設計時必須兼顧來實現調幅。其優點是效率高。設計時必須兼顧輸出功率、效率和調制線性的要求。輸出功率、效率和調制線性的要求。高電平調幅電路高電平調幅電路 發射機的最后一級，丙類功放發射機的最后一級，丙類功放低電平調幅電路低電平調幅電路 發射機功放的前級，

37、線性功放發射機功放的前級，線性功放66六六 、振幅調制電路的基本組成原理、振幅調制電路的基本組成原理(二二) 集成模擬乘法器集成模擬乘法器能實現載波信號和調制信號的相能實現載波信號和調制信號的相乘，是用于調幅電路的理想非線性器件。乘，是用于調幅電路的理想非線性器件。(一一)振幅調制電路的輸入頻譜為振幅調制電路的輸入頻譜為 ，而輸出頻譜，而輸出頻譜中必須有新的頻率分量中必須有新的頻率分量 。因而調幅電路必須。因而調幅電路必須是是非線性器件非線性器件組成，其特性必須含有載波信號與調制組成，其特性必須含有載波信號與調制信號信號相乘積項相乘積項。和cc(三三) 具有平方率特性的具有平方率特性的二極管或

38、場效應管二極管或場效應管，利用載波，利用載波信號與調制信號相加信號與調制信號相加 的乘積項中的的乘積項中的 可產生可產生 頻率分量，也能用于調幅電路作為非線頻率分量，也能用于調幅電路作為非線性器件。性器件。)()(tutuc)()(tutucc(四四)一般來說，振幅調制電路又輸入回路、非線性器一般來說，振幅調制電路又輸入回路、非線性器件和帶通濾波三部分組成。件和帶通濾波三部分組成。特點：電路簡單，輸出功率小特點：電路簡單，輸出功率小 常用在雙邊帶調制，低電平輸出系統（如信號發常用在雙邊帶調制，低電平輸出系統（如信號發生器）。生器）。第二節第二節 低電平調幅電路低電平調幅電路一般用一般用模擬乘法

39、器模擬乘法器和和具有平方率特性的二極管具有平方率特性的二極管產生產生 。 具有平方率特性的具有平方率特性的二極管二極管，利用載波信號與調制，利用載波信號與調制信號相加信號相加uc+u 的乘積項中的的乘積項中的ucu 可產生可產生 c 頻率頻率分量，也能用于調幅電路作為分量，也能用于調幅電路作為非線性器件非線性器件。用具有平方率特性的用具有平方率特性的二極管產生二極管產生調幅信號調幅信號用模擬乘法器用模擬乘法器MC1596(MC1496)產生產生 。第二節低電平調幅電路第二節低電平調幅電路一一 、單二極管開關狀態調幅電路、單二極管開關狀態調幅電路(一一)什么是開關狀態什么是開關狀態 當二極管在兩

40、個電壓共同作用下，其中一個電當二極管在兩個電壓共同作用下，其中一個電壓振幅足夠大，另一個電壓振幅較小；可以近似壓振幅足夠大，另一個電壓振幅較小；可以近似認為二極管的導通和截止將完全受大信號的控制，認為二極管的導通和截止將完全受大信號的控制，處于理想開關狀態。處于理想開關狀態。(二二)調幅原理調幅原理 原理圖見圖原理圖見圖5-7(a),設設u1(t)為小信號，為小信號， u2(t)為大信號，為大信號，則二極管則二極管D工作在工作在u2(t)控制控制的開關狀態。的開關狀態。mmcmmUUtUutUu122211,cos,cos且設調制信號調制信號載波信號載波信號 二極管相當于一個開關，二極管相當于

41、一個開關，等效電路見圖等效電路見圖5-7(b)0)(, 00)(),()(12221tutututuRriLd D的正極與大信號的正極與大信號u2(t)的正端的正端相連，說明相連，說明D在在u2(t)的正半周導的正半周導通。故通。故當當u2(t) 0時時,二極管導通二極管導通,二極管等效為導通電阻二極管等效為導通電阻rd ;當當u2(t) 0時時,二極管截止。即有：二極管截止。即有：)()()(121tututKRricLd則有0)(00)(1)(22tututKc設開關函數為)(2tu)(tKc可用傅立葉級數展開的周期性函數為角頻率為,)(cctK.5cos523cos32cos221)(t

42、tttKcccccoscos.5cos523cos32cos221121tUtUtttRrcmmcccLd)()()(121tututKRricLd則可以看出，電流中包含以下頻譜成分：可以看出，電流中包含以下頻譜成分：,) 12(.,5,3,) 1 (ccccnccccn2,.4 ,2,)2(，直流分量即輸出電流中包含：即輸出電流中包含：,.5,4,3,2,cccccc直流分量頻譜圖為：頻譜圖為：c.cc0c3c3c2c4c5c5在輸出端接一個中心角頻率為在輸出端接一個中心角頻率為 c，帶寬為，帶寬為2的帶通濾的帶通濾波器，就可取出載頻、及上下邊頻從而實現普通調幅。波器，就可取出載頻、及上下邊

43、頻從而實現普通調幅。例例1 1：.,.,)(,sin)(,sin)(212調幅此電路能否實現普通波的頻譜試分析輸出電流導通電阻為狀態控制的開關工作二極管工作在，且有電壓調制已知載波電壓dmcmmccmrtuUUtUtutUtu解：解： D的正極與大信號的正極與大信號u1(t)的負端相連，所以的負端相連，所以D在在u1(t)的的負半周導通，開關函數為負半周導通，開關函數為)(tKc)245.(5cos523cos32cos221)(ttttKcccc)()()(121tututKRricLdsinsin.5cos523cos32cos2211tUtUtttRrccmmcccLd)()()(121

44、tututKRricLd可見輸出電流的頻譜中包含：可見輸出電流的頻譜中包含：,.5 ,4 ,3 ,2 ,cccccc直流分量cc、 若在輸出端加一個中心頻率為若在輸出端加一個中心頻率為 ,通帶寬為通帶寬為 的帶的帶通濾波器，可取出通濾波器，可取出 分量，可實現普通調分量，可實現普通調幅波的調制。幅波的調制。2c1 1）電路和工作原理）電路和工作原理 如圖如圖5（a）所示）所示, 它是由兩個性能一致的二極管它是由兩個性能一致的二極管V1、V2及中心抽頭變壓器及中心抽頭變壓器Tr2、Tr3接成平衡電路的，其中接成平衡電路的，其中Tr3為高頻為高頻變壓器，初、次匝數比為變壓器，初、次匝數比為21；T

45、r2為低頻變壓器，初、次匝為低頻變壓器，初、次匝數比為數比為12 。圖圖5 5 二極管平衡調幅器二極管平衡調幅器 Tr3載波Tr1Tr2+_u(t)u(t)（a）電路uc(t)V1_V2+_i1i2 調制信號RLu0(t)i二、二極管的平衡調幅電路二、二極管的平衡調幅電路77 此電路由上下兩組單二極此電路由上下兩組單二極管調幅電路組成。其中管調幅電路組成。其中LC并并聯諧振回路起帶通濾波器的聯諧振回路起帶通濾波器的作用，中心頻率為作用，中心頻率為 ，帶，帶寬為寬為 。c2 Tr3的一、二次繞組匝數比為的一、二次繞組匝數比為2:1, 進行阻抗等效變換進行阻抗等效變換有：有：LLLRpRRNNp4

46、,21221原理圖如圖原理圖如圖5-9(a)：圖圖5-9(a)又原邊中心抽頭又原邊中心抽頭,故等效電故等效電路如圖路如圖5-9(b) 。圖圖5-9(b) D1和和D2的正極均與大信號的正極均與大信號uc(t)的的正正端相連，說明都端相連，說明都是是正正半周導通，開關函數均為為半周導通，開關函數均為為)(tKc圖圖5-9(b)()()(211tututKRriccLd則流過二極管則流過二極管D1的電流為的電流為)()()(212tututKRriccLd流過二極管流過二極管D2的電流為的電流為)()(2221tutKRriiicLd流過負載流過負載RL的電流為的電流為.3cos32cos221c

47、os22tttURrccmLd 若在輸出端加一個中心頻率為若在輸出端加一個中心頻率為 ，通帶寬為，通帶寬為 的的帶通濾波器，可取出帶通濾波器，可取出 分量，實現雙邊帶調幅分量，實現雙邊帶調幅(即即平衡調幅平衡調幅)。輸出電流中包含：輸出電流中包含：,) 12,.(5 ,3 ,ccccnc2c.3cos32cos221cos22 tttURriccmLd 圖圖5-9(a)80三三 、二極管環形調幅電路、二極管環形調幅電路(一一)電路電路(圖圖5-10(a)(,04321bDDDDtuc等效電路為截止導通時）（當)(,02143cDDDDtuc等效電路為截止導通時）（當(二二)開關函數開關函數0)

48、(00)(1)()(tututKbccc開關函數為對于圖0)(00)(1)()(tututKcccc開關函數為對于圖.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc)(tuc)(tKc)(tuc)(tKc )(tuc)( tKc 0)(00)(1)(tututKccc 0)(10)(0)(tututKccc 0)(10)(1)(tututKccc 單向單向開關函數開關函數: K( t)、K( t- )雙向雙向開關函數開關函數: K( t)-K( t- )(三三)調幅原理調幅原理)()()(21),()()(2121tutu

49、tKRritututKRriccLdccLd)()(2221tutKRriiicLdI)()()(21),()()(2143tututKRritututKRriccLdccLd)()(2234tutKRriiicLdII)()()(22tutKtKRriiiccLdIII雙向開關函數雙向開關函數)()()(22tutKtKRriccLdtUttRrmccLdcos.3cos34cos422輸出電流中包含：輸出電流中包含：,) 12,.(5 ,3 ,ccccn與平衡調幅器相比，環形調幅器抵消了與平衡調幅器相比，環形調幅器抵消了 分量。即干分量。即干擾頻率減小擾頻率減小c 若在輸出端加一個中心頻率

50、為若在輸出端加一個中心頻率為 ,通帶寬為通帶寬為 的帶的帶通濾波器，可取出通濾波器，可取出 分量，實現雙邊帶調幅分量，實現雙邊帶調幅(即即平衡調幅平衡調幅).2c環形斬波調幅器的波形環形斬波調幅器的波形t0u(t)t0K（t）t0uo(t)t0uDSB(t)（c）輸出電壓波形（b）開關函數波形（d）經過帶通濾波器后信號波形（a）調制信號波形其各個波形如下圖所示：1 1-1-1例題：例題：.,)(,cos)(,cos)(調調幅幅此此電電路路能能否否實實現現雙雙邊邊帶帶并并說說明明試試分分析析輸輸出出電電流流的的頻頻譜譜控控制制的的開開關關工工作作狀狀態態。，二二極極管管工工作作在在且且有有調調制

51、制電電壓壓已已知知載載波波電電壓壓tuUUtUtutUtucmcmmccmc 分析：本題目是要區分開關函數是分析：本題目是要區分開關函數是 還是還是 ，同時要掌握在選頂電流方向的參考方向后，輸出電流同時要掌握在選頂電流方向的參考方向后，輸出電流i與與i1和和i2的的關系關系。)(tKc)(tKc解：開關函數的確定方法是根據大信號解：開關函數的確定方法是根據大信號uc(t)的正端與的正端與二極管二極管D1的正極相連，說明正半周導通，開關函數的正極相連，說明正半周導通，開關函數為為 。相反。相反, , uc(t)的負端與二極管的負端與二極管D2的正極相連，的正極相連，說明負半周導通，開關函數為說明

52、負半周導通，開關函數為 )(tKc)(tKc則流過二極管則流過二極管D1的電流為的電流為)()()(211tututKRriccLd)()()(212tututKRriccLd流過二極管流過二極管D2的電流為的電流為流過負載流過負載RL的電流為的電流為)()(2)()()(2)(21tKtKRrtutKtKRrtuiiiccLdccLdc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.5cos523cos32cos221)(ttttKcccc.3cos34cos4)()(1)()(tttKtKtKtKcccccc.3cos34cos42coscos2.3cos34cos42)(2

53、)(ttRrtUtRrUttRrtuRrtuiccLdmcLdcmccLdLdc輸出電流中含有：輸出電流中含有：,) 12,.(5 ,3 ,cccccn 若在輸出端加一個中心頻率為若在輸出端加一個中心頻率為 ,通帶寬為通帶寬為 的帶的帶通濾波器可實現普通波調幅。但不能實現雙邊帶調幅。通濾波器可實現普通波調幅。但不能實現雙邊帶調幅。c2)(tuc)(tKc)(tuc)(tKc )(tuc)( tKc 0)(00)(1)(tututKccc 0)(10)(0)(tututKccc 0)(10)(1)(tututKccc 單向單向開關函數開關函數: K( t)、K( t- )雙向雙向開關函數開關函數

54、: K( t)-K( t- )(一一)模擬乘法器的傳輸特性模擬乘法器的傳輸特性)()()(0tutKutuyx四、模擬乘法器調幅電路四、模擬乘法器調幅電路(二二)模擬乘法器的振幅調制原理模擬乘法器的振幅調制原理)()()(0tutKutuyx由tUtutUtuymycxmxcos)(cos)(, 1當tUtKUtuymcxmocoscos)(實現雙邊帶調幅實現雙邊帶調幅tUVtutUtuymABycxmxcos)(cos)(, 2當ttmKttVUUKVtUtUVKtucamcABymymcccxmymABocos)cos1 (cos)cos1 (cos)cos()(實現普通調幅波的調幅，且改

55、變實現普通調幅波的調幅，且改變VAB可改變可改變ma RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io 基本電路結構基本電路結構 VT1，VT2，VT3，VT4為雙平衡的差分對，為雙平衡的差分對，VT5，VT6差分對分別作為差分對分別作為VT1，VT2和和VT3，VT4雙差分對雙差分對的射極恒流源的射極恒流源。 1、雙差分對管振幅調制電路、雙差分對管振幅調制電路 它由兩個單差分對管電它由兩個單差分對管電路組合而成，是一種四象路組合而成，是一種四象限乘法器，也是大多數集限乘法器，也是大多數集成乘法器的基礎電路。成乘法器的基礎電路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6（三）模擬乘法器調幅電路（

56、三）模擬乘法器調幅電路其中其中UT=kT/qPN結熱電壓結熱電壓RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6Io 工作原理分析工作原理分析 根據差分電路的工作原理：根據差分電路的工作原理： TyoTxTxUuthIiiUuthiiiUuthiii22265634521 又因，輸出電壓：又因，輸出電壓：TyTxcoTxccccBAoVuthVuthRIVuthRiiRiiiiRiiiiRiiu222)()()()()()(6534214231 +ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6當輸入為小信號并滿足：當輸入為小信號并滿足： TyTyTxTxTyTxUuUuthUuUut

57、hmVUUmVUU2222522522yxyxTcoouKuuuVRIu 24 而標度因子而標度因子24TcoURIK Gilbert乘法器單元電路，只乘法器單元電路，只有當輸入信號較小時，具有較理有當輸入信號較小時，具有較理想的相乘作用，想的相乘作用，ux，uy 均可取正、均可取正、負兩極性，故為四象限乘法器電負兩極性，故為四象限乘法器電路，但因其線性范圍小，不能滿路，但因其線性范圍小，不能滿足實際應用的需要。足實際應用的需要。 VT5VT6RyIoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6RyVT5VT6Ry2、具有射極負反饋電阻的、具有射極負反饋電阻的Gilbert乘法器乘法器 使用射極負反饋電路使用射極負反饋電路Ry，可擴展可擴展uy的線性范圍，的線性范圍，Ry取取值應遠大于晶體管值應遠大于晶體管T5 ,T6 的的發射極電阻，即有發射極電阻，即有oyeyoyeyIrRIrRmV26;mV2665 靜態時，靜態時，i5=i6=IoY ,當加入當加入信號信號uy時，流過時，流過Ry的電流為：的電流為： YyeeYyYRurrRui 65iAiB+ux-+uo-iY有有 Yo