《海南大学高频电子线路课件Chapter 7振幅调制与解调.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海南大学高频电子线路课件Chapter 7振幅调制与解调.（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 Chapter 7 振幅调制与解调 7.17.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性 7.27.2 振幅调制原理振幅调制原理 7.37.3 振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路 7.47.4 振幅解调（检波）原理与振幅解调（检波）原理与 电路电路 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 7.1 频谱搬移电路的特性 非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件 相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。 当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号 频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具 有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示 (
2、a) 调幅原理 (b) 检波原理 F 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 2) 从频谱结构看，上述频率 变换电路都只是对输入信号 频谱实行横向搬移而不改变 原来的谱结构，因而都属于 所谓的线性频率变换。 1) 它们的实现框图几乎 是相同的，都是利用非线 性器件对输入信号频谱实 行变换以产生新的有用频 率成分后，滤除无用频率 分量。 3) 频谱的横向平移从时域 角度看相当于输入信号与一 个参考正弦信号相乘，而平 移的距离由此参考信号的频 率决定，它们可以用乘法电 路实现。 (c) 混频原理 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 7.2 振幅调制原理 一、概述 调制是将要传送的信息装载到某一高频
3、振荡(载 频)信号上去的过程。调制后的波形叫已调波. 按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续 波(正弦波)调制和脉冲调制。 连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式 表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位 。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方 式。而振幅调制又分为三种: AM制, DSB-SC制,SSB制. 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以 是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位 置。相应地，就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编 码调制PCM)，脉冲调频(PFM),脉冲调宽(PWM) 和脉冲调位(PPM)。 本课程只研究各种
4、正弦调制方法性能和 电路。（均为模拟调制） 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 二、调幅波的性质(AM波) 设 简谐调制信号 载波信号 1. AM调幅波的数学表达式 则调幅信号振幅为 称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之 一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一 般0ma1。 通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么 复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了 分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 2. 普通调幅波的波形图 当载波频率 调制信号频率，0ma1，则可画出 已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出
5、调幅波是一个载 波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频 率保持载波频率不变。 当时ma 1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。 若ma 1，AM信号波形某一段时间振幅将为零，称为过调制 。 (a) 调制信号 (b) 已 调 波 形 由非正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 由正弦调制信号调制: 页1. (1). (2). (3). 所以:0max，上、下 边带之间的距离很 近，要想通过一 个边带而滤除另一 个边带，就对滤波 器提出了严格的要 求。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高 频段直接进行滤
6、波，而是先在低频进行滤波，然 后进行频率搬移？ 问题 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 (2) 相移法 相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示 相移法单边带调制器方框图 图中两个平衡调幅 器的调制信号电压和载 波电压都是互相移相90 。 因此，输出电压为 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 这种方法原则上能把相距很近的两个边频 带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波 器。 但这种方法要求调制信号的移相网络和载 波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地 移相90。这一点在实际上是很难做到的。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 (3) 修正的移相滤波法 修正的移相滤波法 这
7、种方法所用 的90移相网络工 作于固定频率，因 而克服了实际的移 频网络在很宽的音 频范围内不能准确 地移相90的缺点 。 这种方法所需要的移相网络工作于固定频率1与2， 因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备， 是一种有发展前途的方法。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 三、高电平调幅电路 高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性 的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。 根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电 平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。 1. 集电极调幅电路 集电极调幅电路 调制信号 经低频变 压器加在集电极上，并与直流 电源电压VcT相串馈
8、。 高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器 加在基极回路中。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为： 1) 集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率 2) 集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为 3) 调制信号源Vc供给的平均功率 4) 平均输出功率 5) 集电极平均耗散功率 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 6) 集电极效率 故： 2) 总输入功率分别由VCT与VC所供给，VCT供给用以产 生载波功率的直流功率P=T，VC则供给用以产生边 带功率的平均功率PDSB。 1) 平均功率均为载波点各功率的( )倍 3) 集电极平均
9、耗散功率等于载波点耗散功率的( )倍， 应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCMPcav。 4) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功 率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 2. 基极调幅电路 基极调幅电路 与集电极调幅电路 同样的分析，可以认 为VB(t)=VBT+v(t)是 放大器的基极等效低 频供电电源。 因为VB(t)随调制信号v(t)变化，如果要求放大器的输 出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。 放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m 、输出电压Vc(t)按基极供电电压VBT(t)变化，从而
10、实现输出 电压随调制电压变化的调幅。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 7.4 振幅解调(检波)原理与电路 一、概述 振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是 从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。 从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不 失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也 属于频谱搬移电路。 检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非 线性器件，RC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示 ，它适于解调普通调幅波。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 包络检波 同步检波 检波器分类: 平方率检波 峰值包络检波 平均包络检波 载波被抑制的已调波解调原
11、理 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 串联型二极管包络检波器 二、二极管(大信号)峰值包络检波器 1. 二极管(大信号)包络检波器 串联型二极管包络检波电路 并联型二极管包络检波电路 C + + v R L + + 充电 放电 iD v i 如图所示串联型二极管包络检波器 RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通 滤波器作用。 一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号 检波器。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 RLC电路： 二是作为检波器的负载，在其两 端输出已恢复的调制信号。 一是起高频滤波作用。 故必须满足 二极管检波器的波形图 其检波图如右图 及 第7章 振幅调制与解调
12、 高频电子线路 2. 包络检波器的质量指标 1) 电压传输系数(检波效率) ia d Vm V K 输入调幅波包络振幅 检波器的音频输出电压 = 另外： -电流通角 R -检波器负载电阻 Rd -检波器二极管内阻 当RRd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1， 这是包络检波的主要优点。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 2) 等效输入电阻Rid Vim - 输入高频电压的振幅 Iim - 输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的 Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的 主要缺点。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 3) 失真 为了防止惰性失真，只
13、要适当选择RC的数值，使检波器能 跟上高频信号电压包络的变化就行了。 惰性失真 惰性失真 由于负载电阻R与负载电容C的 时间常数RC太大所引起的。这时 电容 C上的电荷不能很快地随调 幅波包络变化,从而产生失真。 也就是要求 或写成 在工程上可按 maxRC1.5 计算。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 负峰切割失真(底部切割失真) 检波器输出常用隔直流电 容Cc与下级耦合，如图所示。 Rg代表下级电路的输入电阻。 考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻Rg后的检波电路 为了有效地传送低频信号，要求 则检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在 R上得到的直流电压为： 第7章
14、振幅调制与解调 高频电子线路 对于二极管来说，VR是 反偏压，它有可能阻止二极 管导通，从而产生失真。 负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真 ，调幅波的最小幅度Vim(1 ma)必须大于VR 即： 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。 为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真， 必须满足下列条件： 非线性失真 频率失真 这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。 Cc的存在主要影响检波的下限频率min。 或 电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它 应满足下列条件： 或 一般Cc约为几F，C约为0.01F
15、。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 三、同步检波器 1.乘积检波器 (1) 工作原理 低 通 滤波器 vs v0 v V2 乘积检波电路 乘积检波 平衡同步检波 包 络 检波器 vs v0 v v2 平衡同步检波电路 经过低通滤波后 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 低通 滤波器 VsV0 V2 V0 乘积检波器 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 2. 三极管同步检波电路 采用包络检波器构成同步检波 电路，它的实现模型如图所示。 同步检波实现模型 其原理电路见右 同步检波原理电路 设输入信号为抑制载波的双边带 本地振荡信号 则它们的合成信号 故当时 因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 实际应用电路常采用平衡调 制器构成同步检波电路。 D1 D2 C C R L R L v 01(t) vs v 02 (t) vr (t) Vs(t) Vs(t) + + + + + + V 0 平衡滤波检波器 如图 第7章 振幅调制与解调 高频电子线路 3. 单边带信号的接收(SSB) 单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。 f0+F 第一 混频 高放 第一 中放 第二 混频 第二中放 带通滤波 乘积 检波器 低通 滤波 第一 本振 第二 本振 第三 本振 低放 f0+Ffi1+Ffi1+Ffi2+
