1、第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調第第5章章 振幅調制電路振幅調制電路 5.1 概述概述5.2 低電平振幅調制電路低電平振幅調制電路5.3 高電平振幅調制電路高電平振幅調制電路5.4 單邊帶信號的產生單邊帶信號的產生第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調5.1 概述概述 調制：將需傳送的基帶信號加載到高頻信號上去的過程稱為調制。 基帶信號：所需傳送的信息通過換能器轉換成電信號，此電信號是占有一定頻譜寬度的低頻信號，通常稱為基帶信號。 調制可分為模擬調制和數字調制兩大類。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 一、普通調幅波的數學表示式及其頻譜 調幅：用需傳送的信息(調制

2、信號)u(t)去控制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調制信號u(t)線性關系變化。 設載波信號uc(t)=Ucmcosct，調制信號u(t)=Umcost，則普通調幅波的數字表示式為 uAM(t)=Ucm+kaUmcostcosct=Ucm(1+macost)cosct 其中ka比例系數， ma調幅指數(調幅度) ma=kaUm/Ucm。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 u(t) t uc(t) t uAM(t) umax Ucm Umin t 調制調制信號信號載波載波信號信號高頻已高頻已調波調波信號信號u(t), u c(t)和和uAM(t)的波形圖的波形圖第第5 5章章 振幅調

3、制及解調振幅調制及解調 從圖中可以看到，已調波的包絡形狀與調制信號一樣，稱之為不失真調制。從調幅波的波形上看出包絡的最大值Ummax和最小值Ummin， Ummax=Ucm(1+ma) Ummin=Ucm(1-ma)minmaxminmaxmmmmaUUUUm第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調tUmtUmtUtuccmaccmaccm)cos(21)cos(21cos)(其頻譜圖為：其頻譜圖為： U() Um U C() c U Cm UAM() c c+ c Ucm 1/2maUcm 1/2maUcm 帶寬：帶寬：2第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 二、普通調幅波的功率

4、關系 將調幅波電壓加在電阻R兩端，電阻R上消耗的各頻率分量對應的功率可表示為 (1)載波功率 (2)每個邊頻功率 (3)調制一周內的平均總功率RUPcmoT221RUmPPcmacc12212oTaoToavPmPPPPcc212第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 三、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：因為載波本身并不包含信息，而且還占有較大的功率，為了減小不必要的功率浪費，可以只發射上、下邊頻，而不發射載波，用DSB表示。 (t) =(t)c(t)=UmcostUcmcosct =UmUcmcos(c+)t+cos(c-)t 因為雙邊帶信號不包含載

5、波，它的全部功率都為邊帶占有，所以發送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高于AM制。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調波形與頻譜圖波形與頻譜圖 (a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 單邊帶調幅波，把雙邊帶調幅波中的一個邊帶抑制掉，而只發射一個邊帶，用SSB表示。其數學表示式為 u(t)=UmUcmcos(c+)t 或 u(t)=UmUcmcos(c-)t 單邊帶調幅波的頻譜寬度只有兩邊帶的一半，其頻帶利用率高，在通信系統中是一種常用的調制方式。對于單頻調制的單邊帶信號，它仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同

6、的，它含有傳送信息的特征。第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 四、振幅調制電路的功能 功能：將輸入的調制信號和載波信號通過電路變換成高頻調幅信號輸出。 三種調幅電路的輸入、輸出信號的頻譜關系。第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調五、振幅調制電路的分類及要求 按實現調幅級電平的高低分為低電平調幅電路和高電平調幅電路。 低電平調幅是先在低功率電平級進行振幅調制，然后再經過高頻功率放大器放大到所需要的發射功率。 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。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調5.2低電平調幅電路低電平調幅電路 因為調制過程是把調制信號的頻譜從低頻搬

7、移到載頻的兩側，即產生了新的頻譜分量，所以必須采用非線性器件才能實現。實際上，上、下邊頻分量的產生是利用調制信號與載波信號相乘而得來的。這樣選用的非線性器件必須能完成相乘的作用。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 一、單二極管開關狀態調幅電路 開關狀態：指二極管在兩個不同頻率電壓作用下進行頻率變換時，其中一個電壓振幅足夠大，另一電壓振幅較小，二極管的導通或截止將完全受大振幅電壓的控制，可近似認為二極管處于一種理想的開關狀態。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 設u1(t)=U1mcos1t u2(t)=U2mcos2t 在u2(t)的正半周，二極管導通，通過負載RL的電

8、流為 其中，rd為二極管的導通電阻。在u2(t)的負半周，二極管截止，通過負載的電流為零。因此，電流i可用下式表示： )()(121tutuRriLd 0)(0 0)()()(12221tutututuRriLd第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 引入開關函數 電流可表示成 K(t)的傅里葉級數展開，用K(2t)表示0)(00)(1)(222tututwK)()()(121tututKRriLdttttK22225cos523cos32cos221)(121) 12cos() 12() 1(221nntnn第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調電流i中包含以下頻譜成分1. u1

9、和u2的頻率成分1和2；2. u1和u2的和頻和差頻2+1、2-1；3. u1的頻率和u2的各奇次諧波頻率的和頻和差頻，即(2n-1)21；4. u2的偶次諧波頻率；5. 直流成分。 )coscos( 5cos523cos32cos22112211222tUtUttRrimmLd第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調二、二極管平衡調幅電路帶通濾波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)二極管平衡調幅電路 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 設在B2初級輸入調制電壓u(t)=Umcost。在B1輸入載波電壓uc(t)=Ucmcosct

10、。 設流過二極管D1的電流為i1，流過二極管D2的電流為i2，它們的流向如圖所示。在開關工作狀態，uc(t)為大信號，對D1來說，uc(t)的正半周導通，負半周截止。對D2來說，uc(t)的正半周導通，負半周截止。它們的開關函數都是K(ct)。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調i1=K(ct)uc(t)+u(t)i2=K(ct)uc(t)-u(t)電流i為 ttttRrUttRrtUtKRrtuiiiccccLdmccLdmcLd)3cos(32)3cos(32 )cos(2)cos(2cos2 3cos32cos2212cos2 )(2)(221i中包含、c、3c，等頻率分量。

11、第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 三、二極管環形調幅電路 流過輸出負載電阻RL的電流為 i=i1-i2=2u(t)/（RL+rd)K(ct) )(2)(234tKrRtuiiicdL流過RL的總電流為 )()(2)(211tKtKrRtuiiiccdLIttrRtUccdLm3cos34cos42cos2第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 四、模擬乘法器調幅電路 模擬乘法器是一種完成兩個模擬信號(電壓或電流)相乘作用的電子器件。它具有兩個輸入端對(即X和Y輸入端對)和一個輸出端對，其傳輸特性方程為 u0(t)=Kux(t)uy(t) 式中，K乘法器的增益系數，單位為1/V

12、。第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調雙差分對管電路 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 對于T1、T2和T3、T4組成的差分對， 根據雙曲線正切函數的性質，當u1和u2都小于26mV時，kTquii2th12151kTquii2th12152kTquii2th12163kTquii2th121642121022uuKkTqukTquIiM第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調5.3高電平調幅電路高電平調幅電路 丙類諧振功放的調制特性分為基極調制特性和集電極調制特性兩種, 據此可以分別組成基極調幅電路和集電極調幅電路。 現以集電極調幅電路為例，說明高電平調幅的原理。 第

13、第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調uc(t)UBB UCC0uUCC(t)LCuo(t)cosctUCC0+u(t)kUCC0+u(t)cosct一、集電極調幅電路集電極調制特性集電極調制特性第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 設基極激勵信號電壓為ub=Ubmcosct，則基極瞬時電壓為ube=Vbb+Ubmcosct，又設集電極調制信號電壓為u(t)=Umcost，則集電極有效電源電壓為 Vcc=VcT+Umcost=VcT(1+macost) 式中，調幅指數ma=Um/VcT。 第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 當Vcc=VcT+Umcost=VcT(1+ma

14、cost)時，則 Ic0=Ic0T(1+macost) Ic1m=Ic1T(1+macost) 在載波狀態時，u(t)=0。此時Vcc=VcT、Ic0=Ic0T、Ic1m=Ic1T，其對應的功率和效率為： 直流電源VcT輸入功率P=VcTIc0T 載波輸出功率 集電極損耗功率PcT=P=T-PoT 集電極效率cT=PoT/P=T pTcOTRIP2121第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調當處于調幅波峰(最大點)時，電流和電壓都達到最大值：Vccmax=VcT(1+ma)Ic0max=IcoT(1+ma)Ic1max=Ic1T(1+ma)有效電源輸入功率P=max=VccmaxIc0m

15、ax=VcT(1+ma)Ic0T(1+ma)=P=T(1+ma)2高頻輸出功率Pomax=(1+ma)2Rp=PoT(1+ma)2集電極損耗功率Pcmax=P=max-Pomax=(P=T-PoT)(1+ma)2=PcT(1+ma)2集電極效率 =(常數)cTToTocPPPPmaxmaxmax第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 由集電極有效電源電壓Vcc供給被調放大器的總平均功率為 由調制信號源u(t)所供給的平均功率為 在調制一周期內的平均輸出功率為 00)(d)cos1 ()cos1 (21)(d21-aTcacTcccavttmItmVtIVP21222aTcoTcTacoT

16、cTmPIVmIVTacoTcTaauPmIVmPPP2222212121)(d2121222121aoTapTcpmcoavmPmRItRIP第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調在調制信號一周期內平均集電極損耗功率為在調制一周內的平均集電極效率則為2121)P-(PP-PP22oTToavavcavacTamPm常數cTaTaoTavoavcavmPmPPP212122第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 結論： 1.在調制信號一周內的平均功率都是載波狀態對應功率的 倍。 2.總輸入功率分別由VcT和u(t)所供給，VcT供給用以產生載波功率的直流功率P=T，u(t)則供給用

17、以產生邊帶功率的平均輸入功率P。 3.集電極平均損耗功率等于載波點的損耗功率的倍。應根據這一平均損耗功率來選擇晶體管，以使PcMPcav。212am第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調4.在調制過程中，效率不變，這樣可保證集電極調幅電路處于高效率下工作。5.因為調制信號源u(t)需提供輸入功率，故調制信號源u(t)一定要是功率源。大功率集電極調幅就需要大功率的調制信號源，這是集電極調幅的主要缺點。第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調5.4單邊帶信號的產生單邊帶信號的產生 單邊帶發送：將載波抑制，并進一步再抑制一個邊帶，只讓另一個邊帶發送出去。 一、單邊帶通信的優缺點 1.優點：節省帶寬；功率利用率高；傳輸失真小。 2.缺點：接收端解調困難。 產生單邊帶調幅信號的方法主要有濾波法、移相法。第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調v濾波法從頻域方面 這種方法是根據單邊帶調幅信號的頻譜特點, 先產生雙邊帶調幅信號, 再利用邊帶濾波器取出其中一個邊帶信號。二、單邊帶信號的產生方法第第5 5章章 振幅調制及解調振幅調制及解調 設調制信號u(t)=Umcost時， 則單邊帶調幅信號為 u=K