1、通信系統的基本概念和模型通信系統的基本概念和模型信息源信息源輸入輸入變換器變換器發送發送設備設備信道信道受信者受信者輸出輸出變換器變換器接收接收設備設備噪聲源噪聲源模擬通信系統框圖模擬通信系統框圖 1 1 信息源：信息源：需傳送的原始信息需傳送的原始信息 2 2 輸入變換器：輸入變換器：將發信者提供的非電量消息變換為電信號將發信者提供的非電量消息變換為電信號 3 3 發送設備：發送設備：主要有兩大任務：主要有兩大任務：調制調制、放大、放大 4 4 信道：信道：是連接發、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。是連接發、收兩端的信號通道，又稱傳輸媒介。 5 5 接收設備：接收設備：是從已調信號中恢復出發

2、送端是從已調信號中恢復出發送端相一致的基帶信號相一致的基帶信號 6 6 輸出變換器：輸出變換器：將輸出的基帶信號變換成原將輸出的基帶信號變換成原來形式的消息來形式的消息 1.3 通信信號傳輸模型 第第6章章 振幅調制及檢波振幅調制及檢波學習要求學習要求 n掌握掌握調制的作用。調制的作用。掌握掌握調幅信號的定義、表調幅信號的定義、表示式、波形、頻譜等基本特征。示式、波形、頻譜等基本特征。n掌握掌握典型的幅度調制電路的結構、工作原理、典型的幅度調制電路的結構、工作原理、分析方法和性能特點。分析方法和性能特點。n掌握掌握采用集成幅度調制芯片完成通信系統調采用集成幅度調制芯片完成通信系統調制模塊設計、

3、分析、測試的方法。制模塊設計、分析、測試的方法。n了解了解數字調幅的基本概念、典型方法和實現數字調幅的基本概念、典型方法和實現電路。電路。 (1) 調制：調制：用調制信號去控制載波信號的某一個參量的過程用調制信號去控制載波信號的某一個參量的過程。 定義：定義：信號信號 載波信號：（等幅）高頻振蕩信號載波信號：（等幅）高頻振蕩信號 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )cos( tUuccc鋸齒波鋸齒波調制信號：調制信號：需要傳輸的信號需要傳輸的信號（原始信號）（原始信號） 語言語言圖像圖像 tUu cos密碼密碼已調信號（已調波）：經過調制后的高頻信號（已調信號（已調波）：經過調制后的高頻信

4、號（射頻信號射頻信號）(2) 解調：解調：調制的逆過程調制的逆過程，即從已調波中恢復原調制信號的過程。，即從已調波中恢復原調制信號的過程。6.1 數學模型概述及性能指標數學模型概述及性能指標（7）振幅調制分三種方式：）振幅調制分三種方式： （5）相位調制：由調制信號）相位調制：由調制信號控制控制載波相位載波相位，使，使已調波的相位已調波的相位隨調隨調 制信號線性變化。制信號線性變化。 （6）解調方式：）解調方式：（4）頻率調制：由調制信號）頻率調制：由調制信號控制控制載波頻率載波頻率，使，使已調波的頻率隨調已調波的頻率隨調 制信號線性變化。制信號線性變化。（3）振幅調制：由調制信號去）振幅調制

5、：由調制信號去控制控制載波振幅載波振幅，使，使已調信號的振已調信號的振 幅隨調制信號線性變化。幅隨調制信號線性變化。振幅檢波振幅檢波 振幅調制的逆過程振幅調制的逆過程鑒鑒 頻頻 頻率調制的逆過程頻率調制的逆過程鑒鑒 相相 相位調制的逆過程相位調制的逆過程普通調幅（普通調幅（AM）抑制載波的雙邊帶調幅（抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）單邊帶調幅（單邊帶調幅（SSB）設：設：載波信號載波信號：uc(t)=Ucmcosct則：則：調幅信號調幅信號(已調波已調波)為：為：uAM(t)=Um(t)cosct由于調幅信號的振幅與調制信號成線性關系由于調幅信號的振幅與調制信號成線性關系，即有：，即有： tUk

6、UtUacmmcos)(ka：比例常數：比例常數即：即： )cos1 ()cos1 ()(tmUtUUkUtUamccmacmmma為調制度，為調制度，cmaaUUkm常用百分比數表示。常用百分比數表示。ttmUtucacmAMcos)cos1 ()(1. AM調幅波的數學表達式調幅波的數學表達式 一般實際傳送的調制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續一般實際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帶限信號頻譜的帶限信號 f(t) 。則：則：ttfkUtucacmAMcos)(1 )(調制信號調制信號： u(t) =Ucost若將若將 )(tf分解為：分解為： 1)cos()(nn

7、nntUtf則有則有 ttmUtucnnnncmAMcos)cos(1)(1cmnanUUkm/2. 調幅信號波形調幅信號波形 波形特點：波形特點： (1) 調幅波的振幅（包絡）變化規律與調幅波的振幅（包絡）變化規律與調制信號波形一致調制信號波形一致; (2) 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。 可以看出：可以看出： cmaUUUmminmax21一般一般ma值越大調幅越深：值越大調幅越深： (1cos)cosAMcmacuUmtt ( )(1cos)mcmaUtUmt tUuccmccostUu cos)1 (maxacmmUUcmU)1 (minacmmUU 實實際

8、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最最大大調調幅幅時時未未調調幅幅時時,1)(10aaammm1ma 1ma （1 1）由單一頻率信號調幅）由單一頻率信號調幅 (1cos)cos11coscos()cos()22AMcmaccmcacacuUmttUtmtmt 可見：可見：調幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量：調幅波并不是一個簡單的正弦波，包含有三個頻率分量： 3. 調幅波的頻譜調幅波的頻譜 調制信號調制信號c c載波載波調幅波調幅波c +上邊頻上邊頻cmaUm21c - 下邊頻下邊頻cmaUm21cmU載載 波波 分分 量量 (c) ：

9、不含傳輸信息：不含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c+) ：含傳輸信息：含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c-) ：含傳輸信息：含傳輸信息同樣有三部同樣有三部分頻率成份分頻率成份1coscos11coscos()cos()2211coscos()cos()22AMcmnncncmcncnncnncmcncnncnnnuUmttUtmtmtUtmtmt (2) 限帶信號的調幅波限帶信號的調幅波max max c c限帶限帶信號信號 c c載波載波調幅波調幅波c c- -max max 下邊頻帶下邊頻帶c c+ +maxmax上邊頻帶上邊頻帶max max max max max max 載載 波

10、波 分分 量量 (c) ：不含傳輸信息：不含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c+n) ：含傳輸信息：含傳輸信息上變頻分量上變頻分量 (c-n) ：含傳輸信息：含傳輸信息 由于：由于：(1cos)coscoscoscosAMcmaccmcaccuUmttUtmt Ut 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流cu u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMucu4. AM信號的產生原理框圖信號的產生原理框圖So: 要完成要完成AM調制，其核心部分是實現調制信號與載波相乘。調制，其核心部分是實現調制信號與載波相乘。212cmcUPR 22m1224acacm UmPPPR 上上邊邊下下邊邊 212ac

11、cAMmPPPPP下下邊邊上上邊邊22am 載載波波功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率22222212aaaammmm 平平均均總總功功率率雙雙邊邊帶帶功功率率(2) 上、下邊帶的平均功率：上、下邊帶的平均功率： (3) 在調制信號一周期內，調幅信號輸出的平均總功率：在調制信號一周期內，調幅信號輸出的平均總功率： (4) 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： (1) R上消耗的載波功率：上消耗的載波功率： 5. 調制波的功率調制波的功率 設調幅波傳輸信號至負載電阻設調幅波傳輸信號至負載電阻R上，那么調幅波各分量功率為：上，那么調幅波各分量功率為： 分析：分

12、析：有用信息只攜帶在邊頻帶內，而載波本身并不攜帶信息，但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，因而調幅波的功率浪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。費大，效率低。如當如當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1/2，只占用了調幅波功率的，只占用了調幅波功率的1/3。 但但AM波調制方便，解調方便，便于接收。波調制方便，解調方便，便于接收。 在在AM調制過程中，如果調制過程中，如果將載波分量抑制將載波分量抑制就形成就形成抑制載波抑制載波的雙邊帶信號的雙邊帶信號，簡

13、稱雙邊帶信號，它可以，簡稱雙邊帶信號，它可以用載波和調制信號用載波和調制信號直接相乘得到直接相乘得到，即：，即：coscos1cos()cos()2DSBmcmcmcmccukUUttkUUtt coscos1cos()cos()2DSBcmnncncmncnncnnnukUUttkUUtUt 若調制信號為單一頻率信號：若調制信號為單一頻率信號： 若調制信號為限帶信號：若調制信號為限帶信號： )()(tutkuucDSB 6. 抑制載波雙邊帶（抑制載波雙邊帶（double side band，DSB）調幅信號）調幅信號 （1） 數學表達式數學表達式（2）波形與頻譜）波形與頻譜tU cos(1)

14、 DSB信號的包絡隨調制信號信號的包絡隨調制信號 變化變化 ，但不完全準確。，但不完全準確。(2) DSB信號載波的相位反映了調制信號的極性，信號載波的相位反映了調制信號的極性，即在調制信號負半周時，已調即在調制信號負半周時，已調波高頻與原載波反相波高頻與原載波反相。因此嚴格地說，因此嚴格地說，DSB信號已非單純的振幅調制信號，而是信號已非單純的振幅調制信號，而是既調幅又調相的信號既調幅又調相的信號。高頻振蕩的相位在。高頻振蕩的相位在f(t)=0瞬間有瞬間有180o突變。突變。(3) DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊帶占有，功率利用率高波的頻譜成份中抑制了載波分量，全部功率為邊

15、帶占有，功率利用率高于于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用頻帶占用頻帶 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1( )cos()cos()2DSBmcmccutkUUtt 1( )cos()2cos()SSBUmcmccutkUUtUt 1( )cos()2cos()SSBLmcmccutkUUtUt 單邊帶單邊帶(SSB)信號：信號：由雙邊帶調幅信號中取出其中的任一個邊帶由雙邊帶調幅信號中取出其中的任一個邊帶部分，即可成為單邊帶調幅信號。部分，即可成為單邊帶調幅信號。其單頻調制時表示式為：其單頻調制時表示式為：上邊帶信號：上邊帶信號：下邊帶信號：下邊帶信號：7.

16、單邊帶單邊帶( single side band，SSB)信號信號 為節約頻帶，提高系統功率和帶寬效率，常采用單邊帶調制系統為節約頻帶，提高系統功率和帶寬效率，常采用單邊帶調制系統 。max max 限帶限帶信號信號c c載波載波c c- -max max 下邊頻帶信號下邊頻帶信號 c c+ +maxmax上邊頻帶信號上邊頻帶信號c c+ +maxmaxc c- -max max 單音調制的單音調制的SSB信號波形信號波形 uSSB(t)0tfc FU 調調頻頻調調幅幅信信號號調調相相調調幅幅信信號號純純調調幅幅信信號號,)sinsincos(cos:,coscos:cos)cos1(:ttt

17、tUuSSBttUkUuDSBttmUuAMccSSBccDSBccAM 8. 振幅調制電路的功能振幅調制電路的功能分析：三種信號都有一個調制信號和載波的乘積項，所以振幅調制分析：三種信號都有一個調制信號和載波的乘積項，所以振幅調制電路的實現是以電路的實現是以乘法器乘法器為核心的為核心的線性頻譜搬移電路線性頻譜搬移電路。輸入：調制信號和載波信號輸入：調制信號和載波信號輸出：調幅信號輸出：調幅信號例例1 1 已知調幅信號的頻譜如圖所示，試寫出其數學表達式。已知調幅信號的頻譜如圖所示，試寫出其數學表達式。高電平調制高電平調制：功放和調制同時進行，一般在大信號下工作，要兼：功放和調制同時進行，一般在

18、大信號下工作，要兼顧顧輸出功率、效率和調制線性的輸出功率、效率和調制線性的要求。要求。主要用于主要用于AM信號。信號。低電平調制低電平調制：先調制后功放，調制低功率在下進行，輸出功率、：先調制后功放，調制低功率在下進行，輸出功率、效率不是主要技術指標；提高效率不是主要技術指標；提高調制線性，減小不需要的分量的產調制線性，減小不需要的分量的產生和提高濾波性能生和提高濾波性能。主要用于主要用于DSB、SSB以及以及FM信號信號。9. 振幅調制電路的分類振幅調制電路的分類10. 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一般，振幅調制電路由一般，振幅調制電路由輸入回路、非線性器件和帶通濾波

19、器輸入回路、非線性器件和帶通濾波器三部分組成。三部分組成。具有平方率特性的二極管調幅電路具有平方率特性的二極管調幅電路 集成模擬乘法器調幅電路集成模擬乘法器調幅電路 輸入回路輸入回路：將載波信號和調制信號直接耦合或相加后直接：將載波信號和調制信號直接耦合或相加后直接加到非線性器件上。加到非線性器件上。非線性器件（二極管、三極管、乘法器）：非線性器件（二極管、三極管、乘法器）：產生新的頻率。產生新的頻率。帶通濾波器：帶通濾波器：取出調幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率取出調幅波的頻率成分，抑制不需要的頻率成分。成分。u2K(t)ttu2正半周：正半周：D導通導通u2負半周：負半周：D截止截止121

20、( )( )ddLiu tu trR 0di 22221211222()coscos 3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 周期方波周期方波開關函數開關函數221( )0()0( )0utKtut 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu16.2 低電平調幅電路低電平調幅電路 0. 開關函數開關函數22221211222()coscos3cos5.23512(-1)cos(21)2(21)nnKttttntn 121()( )( )ddLiKtu tutrR +- -Du2+- -RLu1222112211222cos

21、cos3cos5.235(coscos)ddLmmitttrRUtUt id 的頻譜成份的頻譜成份： 12212121.,2.3.214.2nn 5 5. .直直流流設設: :tUum costUuccmc cos mcmUU ()ddcdig Kt u ()LdLdLcdui Zg Z Kt u 10()00cccuKtu tUtUuccmmd coscos 且且: :回路電流回路電流: : LddZrg 1而而: : 122coscos3.coscos23LdLccmcmcug ZttUtUt id 的頻譜成份：的頻譜成份： ,221cccnn c 2 c 3 c c c B=2Duuc+

22、- -+- -RLLCid+- -uL+- -udZL1. 單二極管開關狀態調幅電路（產生單二極管開關狀態調幅電路（產生AM信號）信號）如果選頻回路工作在如果選頻回路工作在c 處，且帶寬為處，且帶寬為B = 2。 而諧振時的負載電阻為而諧振時的負載電阻為RL，則輸出電壓為，則輸出電壓為uL(t)。 011( )coscoscos2141coscos21coscosLdocmLcdomLccmdocmLccmcutg URtg URttUg URttUUmtt 為一個為一個AM信號信號LddoRrg 1上半部分與下半部分電路對稱上半部分與下半部分電路對稱(1) 電路結構：電路結構：2. 二極管平

23、衡調幅電路二極管平衡調幅電路(2) 工作原理分析：工作原理分析：設：設： mcmccmcmUUtUutUu 且且 coscos121()( )( )21()( )( )2ccdLccdLiKtu tutrRiKtu tutrR 而而 10()00cccuKtu 122( )()22cos122coscos3.223cdLmccdLutiiiKtrRUtttrR i 的頻譜成份：的頻譜成份： ,.)2 , 1 , 0()12(nnc c+ c-3c+3c-二極管平衡調制器波形二極管平衡調制器波形 i1 i2(a)i20t(b)(d)(c)uot00ti10tuD1uD2i2i100t uuVD1

24、VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1在平衡電路的基礎上，增加兩個二極在平衡電路的基礎上，增加兩個二極管管D3、D4使電路中四個二極管首尾相使電路中四個二極管首尾相接。接。T1的初次級匝數比為的初次級匝數比為1:2，T2為為2:1，T3為為1:1。 3241VDVDVDVD構成環形，構成環形， mccmccmmcoscosuUtuUtUU 設：設：3. 二極管環形調幅電路（實現二極管環形調幅電路（實現DSB信號）信號） IIVDVDVDVDtuIVDVDVDVDtucc組組成成平平衡衡電電路路截截止止導導通通組組成成平平衡衡電電路路截截止止導導通通,0)(,0)(21434321則有則有

25、VD1VD32C2LRLT2VD4VD2T3T1+uL- -u+- -u+- -u+- -+ - -uc+ - -uc當當0)( tuc122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 0)( tuc當當而其中：而其中：1( )0()0( )0cccu tKtu t 0( )0()1( )0cccu tKtu t 2221222()coscos3cos5.235cKtttt 122( )()2cdLutiiiKtrR 432( )()2cdLutiiiKtrR 那么在一個周期內平衡電路那么在一個周期內平衡電路I，II在負載在負載RL上產生的電流為：上產生的

26、電流為：2( )()()22cos44coscos3.23ccdLmccdLutiiiKtKtrRUtttrR i 的頻率成份：只有組合頻率的頻率成份：只有組合頻率 cn 12性能更接近理想乘法器。性能更接近理想乘法器。3c- 3c+c- c+雙平衡調制器電路及波形雙平衡調制器電路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1iL2總結：總結：u(t)u(t) 這種調制是在高頻功率放大器中進行的，通常分為這種調制是在高頻功率放大器中進行的，通常分為：AM信號大都用于無線電廣播，因此多用高電平調制。信號大都用于無線電廣播，

27、因此多用高電平調制。6.3 高電平調幅電路高電平調幅電路 基極調幅基極調幅(Base AM) 集電極調幅電路集電極調幅電路(Collector AM)RbCbVTCCcT1T2T3LiboCb為高頻旁路電容；為高頻旁路電容；Cc對高頻對高頻旁路，對低頻調制信號呈高阻旁路，對低頻調制信號呈高阻抗；抗；Rb為基極自給偏壓電阻。為基極自給偏壓電阻。放大器工作在丙類狀態放大器工作在丙類狀態，集電集電極電路中除直流電壓極電路中除直流電壓VCT外，還外，還串有調制信號：串有調制信號：( )cosmutUt cosCCCTVVUt 集電極有效動態電源為集電極有效動態電源為： +uc- -+u- -+uo-

28、-+VCTVCC1. 集電極調幅電路集電極調幅電路 臨界臨界過壓過壓欠壓欠壓VCTu(t)VCCiC1m(t)icicuCEVcTu(t)ic tiC1(t) tVcc tuBEmax* * 波形分析波形分析1. 綜合供電電壓越低，飽和越深，綜合供電電壓越低，飽和越深，過壓越嚴重，過壓越嚴重，uces也越小；也越小；2. ic的波形：的波形：ic波形下凹，過壓越深，下凹越嚴重；波形下凹，過壓越深，下凹越嚴重；當當 達到最高點時，達到臨界。達到最高點時，達到臨界。cosCCCTVVUt cosCCCTVVUt * 問題：問題：VcT 時，進入嚴重過壓，時，進入嚴重過壓，Ic1m VcT 時，進入

29、欠壓，時，進入欠壓， Ic1m 變化緩慢。變化緩慢。調制特性不理想調制特性不理想00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt( )(1cos)cccTcTaVVutVmt macTUmV 載波狀態時載波狀態時( )0u t 0011cccTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt (1cos)cccTaVVmt 調幅波峰時調幅波峰時cos1t 0011(1)(1)(1)cccTacc Tac mc TaVVmIImIIm00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt(1

30、cos)cccTaVVmt 調制信號一個周期內：調制信號一個周期內：0av00011()(1cos) ()22ccc Tac TII dtImt dtI C1、 C3 為高頻旁路電容為高頻旁路電容C2 為低頻旁路電容為低頻旁路電容( )(1cos)bbBTbTaVVutVmt 特點：基極調幅電路的調幅效率較低，特點：基極調幅電路的調幅效率較低，輸出波形較差，但所要求基極輸入調輸出波形較差，但所要求基極輸入調制信號的功率較小。制信號的功率較小。2. 基極調幅電路基極調幅電路 icuCEuBEmax臨界臨界過壓過壓欠壓欠壓UBou(t)UB(t)ic1m(t)uCE tic1 tic tu(t)0

31、0(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt mabTUmV 載波狀態時載波狀態時:( )0u t 0011bbbTcc Tc mc TVVIIII 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt 00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt 調幅波峰時調幅波峰時:cos1t 0011(1)(1)(1)bbbTacc Tac mc TaVVmIImIIm 調制信號一個周期內：調制信號一個周期內：00(1cos)cc TaIImt 11(1cos)c

32、mc TaIImt(1cos)bbbTaVVmt 基極調幅優點：基極調幅優點：對調制信號只要求很小的功率，電對調制信號只要求很小的功率，電路簡單，有利于整機的小型化。路簡單，有利于整機的小型化。基極調幅缺點：基極調幅缺點：因工作在欠壓狀態，電壓利用系數因工作在欠壓狀態，電壓利用系數和集電極效率較低，管耗很大。和集電極效率較低，管耗很大。ttUkUtucccmDSB)cos()cos(21)(tUtUkUtucccmSSBU)cos()cos(21)(tUtUkUtucccmSSBL)cos()cos(21)(若：若：上邊帶信號上邊帶信號6.4 單邊帶調幅信號的實現單邊帶調幅信號的實現 上邊帶濾

33、波器上邊帶濾波器SSBUu下邊帶濾波器下邊帶濾波器SSBLu乘法乘法器器 ucuDSBu(1) 濾波法濾波法 由由DSB信號經過邊帶濾波器濾除了一個邊帶而形成。信號經過邊帶濾波器濾除了一個邊帶而形成。 三種基本的電路實現：濾波法、相移法和移相濾波法三種基本的電路實現：濾波法、相移法和移相濾波法。下邊頻帶信號下邊頻帶信號DSB信號信號c c- -max c c+max上邊帶信號上邊帶信號c c+maxc c- -max 下邊帶信號下邊帶信號由三角公式：由三角公式： (2) 相移法相移法 ttUttUtuccSSBU sinsincoscos)( ttUttUtuccSSBL sinsincosc

34、os)( 將三角公式實現的電路如下圖：將三角公式實現的電路如下圖：tU cosSSBUuSSBLutUcc cos乘法乘法 器器乘法乘法 器器900相移相移900相移相移加法加法 器器減法減法 器器tUcc sintU sin優點：省去了邊帶濾波器，但要把無用邊帶完全抑制掉，必須滿足優點：省去了邊帶濾波器，但要把無用邊帶完全抑制掉，必須滿足下列兩個條件下列兩個條件:(1)兩個調制器輸出的振幅應完全相同；兩個調制器輸出的振幅應完全相同；(2)移相網絡必須對載頻及調制信號均保證精確的移相網絡必須對載頻及調制信號均保證精確的/2相移。相移。 移相濾波法是將移相和濾波兩種方法相結合，且只需對某一固定移

35、相濾波法是將移相和濾波兩種方法相結合，且只需對某一固定的單頻率信號移相的單頻率信號移相900，回避了難以在寬帶內準確移相，回避了難以在寬帶內準確移相900的缺點。的缺點。 (3) 移相濾波法移相濾波法 移相濾波法實現單邊帶調幅的電路框圖移相濾波法實現單邊帶調幅的電路框圖 u=sintu =sin1t單頻信號單頻信號uc =sinct載波載波u1 = sint sin 1tu2 = sint cos 1tu3 = cos(1-)tu4 = sin (1-)tu5 = cos(1-)t sin ctu 6 = sin (1-)t cos ct+乘法器乘法器900移相移相低通濾波低通濾波乘法器乘法器

36、低通濾波低通濾波乘法器乘法器900移相移相乘法器乘法器相加器相加器相減器相減器-u5 + u 6u5 - u 6相加器相加器輸出電壓：輸出電壓：u SSBL = u 5+ u 6= sin (c+ 1)-t = sin c1-t 相減器相減器輸出電壓輸出電壓：u SSBU = u 5- u 6= sin (c- 1)+t= sin c2+t 一、什么是數字信號調幅？一、什么是數字信號調幅？na101naP概 率 為 P 概 率 為na( )()nsns ta g tnTsT二、數字信號調幅的基本原理二、數字信號調幅的基本原理將將通過基帶信號形成器轉換成單極性基帶矩形序列通過基帶信號形成器轉換成

37、單極性基帶矩形序列s(t)式中，式中，g(t)為持續時間為為持續時間為的矩形脈沖。的矩形脈沖。調制信號為數字信號，對載波信號進行振幅調制稱為數字信號調制信號為數字信號，對載波信號進行振幅調制稱為數字信號調幅，也稱為幅度鍵控（調幅，也稱為幅度鍵控（ASK）。）。二進制數字振幅鍵控通常稱為二進制數字振幅鍵控通常稱為2ASK。設二進制數字設二進制數字 為數字序列為數字序列1、數字基帶信號、數字基帶信號s(t)6.5 數字信號調幅數字信號調幅S( t )uASK( t )tt1001Ts圖5-22 2ASK波形圖圖圖5-21 數字線性調幅原理數字線性調幅原理設模擬乘法器輸出電壓設模擬乘法器輸出電壓 u

38、=KMu1u2，將數字基帶信號，將數字基帶信號s(t) 和載波信和載波信號號uc(t)=Ucmcosct t作為輸入，經相乘得作為輸入，經相乘得: ( )()cosMnscmcnu tKa g tnT Utu(t)是數字信號。是數字信號。2、基本原理、基本原理三、實現電路三、實現電路圖圖5-23 乘法器實現法乘法器實現法特點：特點：數字基帶信號數字基帶信號s(t)加在加在5、6端。端。 載波信號加在載波信號加在1、2端（注意與模擬信號調幅不同）。端（注意與模擬信號調幅不同）。工作原理：工作原理：當當s(t)為為“1”時，時，D1、D2導通，導通，D3、D4截止，截止，3、4端有載端有載波信號輸

39、出。當波信號輸出。當s(t)為為“0”時，時，D1、D2截止，截止，D3、D4也截止，也截止，3、4端端輸出為零。此電路相當于輸出為零。此電路相當于s(t)與載波信號相乘的作用。與載波信號相乘的作用。s(t)為二進制基帶為二進制基帶信號時，輸出為信號時，輸出為2ASK信號。信號。 1、乘法器實現法、乘法器實現法可以利用模擬乘法器和環形調制器來現數字信號調幅。可以利用模擬乘法器和環形調制器來現數字信號調幅。載波振蕩ASKu圖圖5-24 鍵控法鍵控法用一個電鍵控載波振蕩器的輸出可以獲得用一個電鍵控載波振蕩器的輸出可以獲得2ASK信號。圖信號。圖5-24所示是這種方法的原理框圖。所示是這種方法的原理

40、框圖。2、鍵控法、鍵控法6.6 模擬相乘器及基本單元電路模擬相乘器及基本單元電路等各種技術領域。等各種技術領域。模擬乘法器可應用于：模擬乘法器可應用于： 測測量量設設備備自自動動控控制制通通信信工工程程模模擬擬運運算算模擬相乘器的基本概念：模擬相乘器的基本概念：具有兩個輸入端（常稱具有兩個輸入端（常稱X輸入和輸入和Y輸入）和一個輸出端（常稱輸入）和一個輸出端（常稱Z輸出），輸出）， 是一個三端口網絡，電路符號如圖所示。是一個三端口網絡，電路符號如圖所示。 uxuyuzXYZ理想乘法器：理想乘法器： uz(t)=kux(t)uy(t) 式中：式中：k為為增益系數或標度因子增益系數或標度因子， 單

41、位：單位： ，k的數值與乘法器的電路參數有關。的數值與乘法器的電路參數有關。 V1V1或或 或或 Z=kXY一、乘法器的工作象限一、乘法器的工作象限 乘法器有四個工作區域，可由它的兩個輸入電壓的極性確定。乘法器有四個工作區域，可由它的兩個輸入電壓的極性確定。 XYXmax-Xmax Ymax-Ymax 輸入電壓可能有四種極性組合：輸入電壓可能有四種極性組合： X Y Z （+） （-） = （-） 第第象限象限 （-） （-） = （+） 第第象限象限 （-） （+） = （-） 第第象限象限 （+） （+） = （+） 第第象限象限兩個輸入信號只能為單極性信號的乘法器為兩個輸入信號只能為單極

42、性信號的乘法器為“單象限乘法器單象限乘法器”；一個；一個輸入信號適應兩種極性，而一個只能是一種單極性的乘法器為輸入信號適應兩種極性，而一個只能是一種單極性的乘法器為“二象二象限乘法器限乘法器”；兩個輸入信號都能適應正、負兩種極性的乘法器為；兩個輸入信號都能適應正、負兩種極性的乘法器為“四四象限乘法器象限乘法器”。 二、理想乘法器的基本性質二、理想乘法器的基本性質 1、乘法器的靜態特性、乘法器的靜態特性（1） 0000ZYXZYX時，為任意值，為任意值時，當（3）當）當X=Y或或X=-Y，Z=KX2或或Z=-KX2， 輸出與輸入是平方律特性（非線性）。輸出與輸入是平方律特性（非線性）。XYX=Y

43、X=-Y 2、乘法器的線性和非線性、乘法器的線性和非線性理想乘法器屬于非線性器件還是理想乘法器屬于非線性器件還是線性器件線性器件取決于取決于兩個輸入電壓的兩個輸入電壓的性質。性質。當當X或或Y為一恒定直流電壓時，為一恒定直流電壓時，Z=KCY=KY，乘法器為一，乘法器為一個線性交流放大器。個線性交流放大器。 當當X和和Y均不定時，乘法器屬于非線性器件。均不定時，乘法器屬于非線性器件。 （2）當）當X=C（常數），（常數），Z=KCY=KY，Z與與Y成正比（線性關系）成正比（線性關系）XYC0C0 基本電路結構基本電路結構是一個恒流源差分放大電路，不同之處是一個恒流源差分放大電路，不同之處在于恒

44、流源管在于恒流源管VT3的基極輸入了信號的基極輸入了信號uy(t)，即恒流源電流即恒流源電流Io受受uy(t)控制。控制。 三、模擬相乘器的基本單元電路三、模擬相乘器的基本單元電路 1、二象限變跨導模擬相乘器、二象限變跨導模擬相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由圖可知：由圖可知： ux = ube1 - ube2 根據晶體三極管特性，根據晶體三極管特性，VT1、VT2集集電極電流為：電極電流為： TBE1Se1c1UuIii/e TBE2Se2c2UuIii/e VT3的集電極電流可表示為：的集電極電流可表示為：)e1 ()1 (/Txe1

45、e1e2e1e2e1oUuiiiiiiI 可得：可得：)11/Txooe12th(2TUu IeIiUux同理可得：同理可得： )1 1/Txooe22th(2TUu IeIiUux式中，式中， 為雙曲正切函數。為雙曲正切函數。 )2(TxthUu差分輸出電流差分輸出電流io為為:)Txoc2c1od2th(UuIiii TxUu2oIic1、ic2ic1ic2Io 0-3321-1-2可以看出，當可以看出，當ux 0） E3yoRuuIbe 輸出電壓輸出電壓uo為為 : ybe3ETCyxETCxCmodo22uuRURuuRURuRgRiuC 由于由于uy控制了差分電路的跨導控制了差分電路

46、的跨導gm，使輸出，使輸出uo中含有中含有uxuy相乘項，故稱為相乘項，故稱為變跨導乘法器。變跨導乘法器。 變跨導乘法器輸出電壓變跨導乘法器輸出電壓uo中存在非相乘項，中存在非相乘項，而且要求而且要求uyube3，只能實現二象限相乘。，只能實現二象限相乘。 差分放大電路的跨導差分放大電路的跨導gm為為: Toxodm2UIuigRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io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。 四、四、

47、 吉爾伯特（吉爾伯特（Gilbert）乘法器）乘法器1、Gilbert乘法單元電路乘法單元電路是一種四象限乘法器，也是大多數集成乘法器的基礎電路。是一種四象限乘法器，也是大多數集成乘法器的基礎電路。VT1VT2VT3VT4VT5VT6RcRcEcVT1VT2VT3 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：TyTxcoTxccccBAoUuthUuthRIUuthRiiRiiiiRiiiiRiiu222)()()()()()(65

48、34214231+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6當輸入為小信號并滿足：當輸入為小信號并滿足： TyTyTxTxTyTxUuUuthUuUuthmVUUmVUU2222522522yxyxTcoouKuuuURIu24 而標度因子而標度因子24TcoURIK 分析：分析：只有當輸入信號較小時，只有當輸入信號較小時，具有較理想的相乘作用，具有較理想的相乘作用，ux，uy 均可取正、負兩極性，故為四象均可取正、負兩極性，故為四象限乘法器電路，但因其線性范圍限乘法器電路，但因其線性范圍小，不能滿足實際應用的需要。小，不能滿足實際應用的需要。 VT5VT6RyIoyIoyRcRc

49、EcVT1VT2VT3 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取值應遠大于晶體取值應遠大于晶體管管T5 ,T6 的發射極電阻，即有的發射極電阻，即有oyeyoyeyIrRIrRmV26;mV2665 當加入信號當加入信號uy時，流過時，流過Ry的電流的電流為：為： YyeeYyYRurrRui 65iAiB+ux-+uo-iY有有 Yoy6Yoy5iIiiIiYyYRuiii2265 TxyycTxccBAoUuthuRRUuthRiiR

50、iiu222)()(65 +uy-iY如果如果ux2UT =52mV時，時，yxyTcouuRURu i5i6+uy-RcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIox3、線性化、線性化Gilbert乘法器電路乘法器電路具有射極負反饋電阻的雙平衡具有射極負反饋電阻的雙平衡Gilbert乘法器，盡管擴大了對輸入信號乘法器，盡管擴大了對輸入信號uy的線性動態范圍，的線性動態范圍，但對輸入信號但對輸入信號ux的線性動態范圍仍較小的線性動態范圍仍較小，在此基礎上，在此基礎上需作進一步改進，下圖為改進后的線性雙平衡模擬乘法器的原理電路，需作進一

51、步改進，下圖為改進后的線性雙平衡模擬乘法器的原理電路，其中其中VD1，VD2，VT7，VT8 構成一個反雙曲線正切函數電路。構成一個反雙曲線正切函數電路。 uxuxuyuoVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIoxRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIoxuxuyux工作原理分析：工作原理分析： i7ixi8iyiAiBVT7，VT8，Rx，Iox構成線性電壓構成線性電壓電電流變換器。流變換器。 xxoxxxoxRuIiRuIi87 有有 uo 而而 為二極管為二極管D1與與D2上的電壓差，上的電壓差，即即:xu 21DDx

52、UUu snTsDnTDsnTsDnTDIiUIiUUIiUIiUU822711)11()(8787xoxxxoxxnTxxoxxxoxnTnTsnsnTxRIuRIuURuIRuIUiiUIiIiUu 利用數學關系利用數學關系： ， 則上式可寫成：則上式可寫成：arcthxx1x121n )1(2xoxxTxRIuarcthUu )2(22TxyycoUuthuRRu（1）代入（）代入（2）可得：）可得：yxyxyxoxcouKuuuRRIRu 2其中標度因子：其中標度因子：yxoxcRRIR2K 可見大大擴展了電路對可見大大擴展了電路對ux和和uy的線性動態范圍，改變電的線性動態范圍，改變

53、電阻阻Rx或或Iox可很方便地改變相乘器的增益。可很方便地改變相乘器的增益。 +UD1-+UD2-iD1iD2VT5VT6RyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6VT7VT8VDRyR5-EEVT7VT8VD五、單片集成模擬乘法器及其典型應用五、單片集成模擬乘法器及其典型應用1. MC1496/MC1596及其應用及其應用uxuy1、 內部電路結構內部電路結構 與具有射極負反饋的雙平與具有射極負反饋的雙平衡衡Gilbert 相乘器單元電路比相乘器單元電路比較，電路基本相同，較，電路基本相同，僅恒流源僅恒流源用晶體管用晶體管VT7，VT8代替，二極代替，二極 管管VD與與500 電

54、阻構成電阻構成VT7，VT8的偏置電路。的偏置電路。 反偏電阻反偏電阻Ry外接在引腳、外接在引腳、兩端，可展寬兩端，可展寬uy輸入信號的輸入信號的動態范圍，并可調整標度因子動態范圍，并可調整標度因子K。2、外接元件參數的計算、外接元件參數的計算iy+uy- 負反饋電阻負反饋電阻RyyyyRui 且應滿足且應滿足|iy|Ioy若選擇若選擇Ioy=1mA，Uym=1V（峰值）（峰值） kIURRUIoyymyyymoy110113IoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3 VT4VT5VT6VT7VT8VDRyR5-EEDoyEURIE )500(5當當 時，時，VEE8 KIUERoyDE8 .

55、65001017 .0850035負載電阻負載電阻Rc引腳、端的靜態電壓：引腳、端的靜態電壓：U6=U9=Ec- IoyRc，若選若選U6=U9=8V，Ec=12V， 則有：則有： ， KIUERoyRcc41018123標稱值為標稱值為3.9 。K 偏置電阻偏置電阻R10U6U9Ioy 2. MC1495/MC1595（BG314）及其應用）及其應用（*） 1、內部電路結構、內部電路結構 vx+vy 內部電路如圖內部電路如圖所示，由線性化雙平所示，由線性化雙平衡衡Gilbert乘法器單元乘法器單元電路組成。電路組成。 輸入差分對由輸入差分對由T5，T6，T7，T8和和T11，T12，T13，

56、T14的達林頓復的達林頓復合管構成，以提高放合管構成，以提高放大管增益及輸入阻抗。大管增益及輸入阻抗。 負反饋電阻負反饋電阻RY，Rx，負載電阻負載電阻Rc，恒，恒流偏置電阻流偏置電阻R3及及RW5，R13及及R1均采用外接均采用外接元件。元件。vovx+-vy+- MC1595 （BG314）1214489125610117133R1RcRcR13RxRyVCCVEER3Rw52、外圍元件設計計算、外圍元件設計計算如果設計一個上圖所示的乘法器電路，并要求：如果設計一個上圖所示的乘法器電路，并要求：輸入信號范圍為：輸入信號范圍為： V10vV10V10vV10yx 輸出電壓范圍為：輸出電壓范圍

57、為：V10vV10o 由以上的要求可知，乘法器的增益系數由以上的要求可知，乘法器的增益系數)V( 1 . 0)V(101K11 負電源的負電源的-VEE的選取的選取 負電源應能確保輸入信號負電源應能確保輸入信號Vx，Vy為最大負值時，電路為最大負值時，電路仍能正常工作，以仍能正常工作，以Vy輸入端為例：輸入端為例：當當|Vy|=|Vym|=10V時，時，由右圖的等效電路可以看出：由右圖的等效電路可以看出：ymVVBE5VBE6VCE9VRe99RE9CE6BE5BEymEEVVVV|V|V| 若若T5，T6，T9正常工作，正常工作，且設且設VBE5=VBE6=0.7V，VCE9+VRE92V（

58、以保持（以保持T9工作于線性區）工作于線性區） 則則)V(4 .1327 . 0210|V|EE 故可取故可取-VEE=-15VymV偏置電阻偏置電阻R3，R13的計算的計算 恒流源偏置電阻恒流源偏置電阻R3，R13應保證能提供合適的恒流電流，應保證能提供合適的恒流電流，使三極管工作在特性曲線良好的指數律部分，恒流源電流一使三極管工作在特性曲線良好的指數律部分，恒流源電流一般取般取0.52mA之間的電流值，現若取之間的電流值，現若取Iox=Ioy=1mA， 以引腳為例，設以引腳為例，設VD3=VD4=0.7V，如右圖的等效電路可，如右圖的等效電路可IoxmA1RRV|V|IIe3DEEox3R

59、 IR3 k8 .135001017 . 015RIV|V|R3e3RDEE3 同理可求出同理可求出R13=13.8 ，一般，一般R3采用采用10 固定電阻固定電阻和和6.8 電位器的串聯，以便通過調電位器的串聯，以便通過調Iox來控制增益參數來控制增益參數K。 KKK+vx -負反饋電阻負反饋電阻Rx和和Ry的計算的計算如右圖所示電路可得：如右圖所示電路可得：3Roxxmaxx2i1ixmaxxmaxxIIRVrrRVi K1010110IVR3oxmaxxx 同理可得：同理可得： K10IVRoYmaxyY 負載電阻負載電阻Rc 由于增益系數：由于增益系數：101RRIR2KYxoxc K

60、5)1010)(10)(101(21RRKI21R233yxoxc ixmaxixmaxixmaxixmaxixmax 電阻電阻R1取引腳的電壓為取引腳的電壓為+9V，則，則 K3102915I2VVR3ox1cc1 V13、失調誤差電壓及其調整、失調誤差電壓及其調整 實際乘法器電路由于工藝技術、元器件特性的不對稱，實際乘法器電路由于工藝技術、元器件特性的不對稱，不可能實現理想相乘，會引入乘積誤差，若設乘法器工作在不可能實現理想相乘，會引入乘積誤差，若設乘法器工作在直流輸入時，輸出電壓可表示為：直流輸入時，輸出電壓可表示為： osIOIOZ)YY)(XX)(KK(Z 其中：其中：K：增益系數誤