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1、第五章 振幅调制电路,调制的作用,1、基带信号：通信中所需传送的信息转换为电信号，此信号为占有一定频谱宽度的低频信号，称为基带信号.,2、基带信号要通过发射机，直接实现多路远距离传输存在很大困难，因为基带信号都属于低频区难以区分。,3、将基带信号加载到高频信号上，利用高频信号作为运载工具，能够很好的实现多路有选择性的通信。将需要传送基带信号加载到高频信号上的过程称为调制，基带信号在调制时又称为调制信号。,4、调制分为振幅调制、频率调制和相位调制。,第一节 概述,一 、普通调幅波的表达式、波形及其频谱,(一)定义,(二)表达式,根据定义调幅波的振幅为：,则普通调幅波的表达式为：,(三)波形,(四
2、)频谱表示,1、单频调制的普通调幅波的频谱,由表达式可得：,可见单频调制的普通调幅波的频谱为,特点：(a)频谱线性搬移(b)调幅波带宽：,2、多频调制的普通调幅波的频谱,特点：(a)频谱线性搬移(b)调幅波带宽：,二 、普通调幅波的功率关系,将普通调幅波u(t)加到电阻R两端，电阻R上消耗的各频率分量对应的功率为：,(1) 载波功率：,(2) 每一边频功率：,(4) 调制一周内的平均总功率：,(3) 边频功率：,调制一周内的平均总功率：,(4) 效率：,(5)普通调幅波的特点：,普通调幅波的载波分量占有的功率较大，而含有信息的上下边频分量占有的功率较小，从能量观点来看，普通调幅波进行传送，不含
3、信息的载波功率过大，是种很大的浪费。,三 、抑制载波的双边带调幅信号和单边带信号,(一)抑制载波的双边带调幅波(DSB),2、频谱：,1、数学表达式：,由表达式可知，频谱只有,带宽：B=2F,3、波形：,(1)其包络随调制信号变化，但包络不能完全准确地反映调制信号变化规律。,(2)双边带调幅波在调制信号正半周，已调波与原载频同相，在调制信号负半周，已调波与原载频反相。也就是说双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变1800,(二)单边带调幅波（SSB）,2、频谱：,1、数学表达式：,由表达式可知，频谱只有,3、波形：,若调制信号为单一频率，则单边带调幅波为等幅波。,4、特点：,(1)频带只
4、有双边带调幅波的一半,其频带利用率高.,(2)全部功率都含有信息，功率有效利用率高。,四 、振幅调制电路的功能,功能：将输入的调制信号和载波信号通过电路转换为高频调幅信号输出。,五 、振幅调制电路的分类及要求,(一)分为低电平调幅和高电平调幅两大类,(二) 低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。,(三) 高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高频功放改变VCC或VBB来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。,六 、振幅调制电路的基本组成原理,(二
5、) 集成模拟乘法器能实现载波信号和调制信号的相乘，是用于调幅电路的理想非线性器件。,(一)振幅调制电路的输入频谱为 ，而输出频谱中必须有新的频率分量 。因而调幅电路必须是非线性器件组成，其特性必须含有载波信号与调制信号相乘积项。,(三) 具有平方率特性的二极管或场效应管，利用载波信号与调制信号相加 的乘积项中的 可产生 频率分量，也能用于调幅电路作为非线性器件。,(四)一般来说，振幅调制电路又输入回路、非线性器件和带通滤波三部分组成。,例1：,例2：,解：,画图方法：先求出调幅波包络线的最大值和最小值，由此画出包络线，然后画出调幅波波形。,例3：,分析：,解：,例4：,解：,例5：,解：,1,
6、从表达式可看出，各电压分别为,2、波形分别为：,3、频谱图分别为：,一 、单二极管开关状态调幅电路,(一)什么是开关状态,(二)调幅原理,当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。,第二节 低电平调幅电路,可以看出，电流中包含以下频谱成分：,经滤波后可取出,实现普通调幅波的调幅,二 、二极管平衡调幅电路,可以看出，电流中包含以下频谱成分：,经滤波后可取出,实现双边带调幅波的调幅，即平衡调幅。,三 、二极管环形调幅电路,(一)电路(图5-10(a),(二)开关函数,(三)调幅原理,可以
7、看出，电流中包含以下频谱成分：,可见环形调幅器能实现双边带调幅。,例：,分析：,可以看出，电流中包含以下频谱成分：,可见此电路能实现普通波调幅，不能实现双边带调幅。,四、模拟乘法器调幅电路,(一)模拟乘法器的传输特性,(二)模拟乘法器的振幅调制原理（实验原理）,实现双边带调幅,实现普通调幅波的调幅，且改变VAB可改变ma,(三)模拟乘法器的工作原理,参考模拟电子线路教材6.6变跨导式模拟乘法器,T1 T2 ：双端输入双端输出的差分放大电路， i5为它的恒流源.,总电路也可看成有两个单差分对管电路T1 T2 T5和T3 T4 T6组合而成。,T3 T4 ：双端输入双端输出的差分放大电路， i6为
8、它的恒流源.,T5 T6 ：压控电流源， i5 i6受电压u2的控制。Io为它的恒流源.,I0是差分电路T5 T6的恒流源; i5是差分电路T1 T2的恒流源; i6是差分电路T3 T4的恒流源;,第三节高电平调幅电路,一 、集电极调幅电路,(一)电路,比较右边2图可知：集电极调幅电路是在丙类高频功率放大电路中增加调制信号而成。,分析时,将此电路看成高频功率放大电路:,(二)调幅原理,在丙类高频功放电路中，集电极电流IC0 、Ic1m随集电极电源电压VCC的变化规律如图3-13。,由图3-13可知,在过压区, IC0 、Ic1m与VCC成线性关系:,可见u(t) 为普通调幅波的表达式,此电路可
9、实现普通调幅波的调幅.,(三)波形,思考: iC波形怎么画?,无调制信号时,高频功放在过压区的iC为周期性的等幅凹顶脉冲.加上调制信号后, iC仍为周期性凹顶脉冲,但幅度要随调制信号变化,见右图:,(四)能量关系,在调制信号一周内,求平均功率:,VCT提供的功率,提供的功率,集电极调幅的特点：（1）必须工作在过压区。（2）边频功率由调制信号提供，调制信号为功率源。（3）调制过程中效率不变。,二 、基极调幅电路,(一)电路,比较右2图可知：基极调幅电路是在丙类高频功率放大电路中增加调制信号而成。,分析时,将此电路看成高频功率放大电路:,(二)调幅原理,在丙类高频功放电路中，集电极电流IC0 、I
10、c1m随基极电源电压VBB的变化规律如图3-15。,由图3-15可知,在欠压区的线性区, IC0 、Ic1m与VBB成线性关系:,可见u(t) 为普通调幅波的表达式,此电路可实现普通调幅波的调幅.,基极调幅的特点：必须工作于欠压区的线性区，范围很小。输入功率都由直流电源提供；调制过程中效率是变化的；,5-1(b),解：,5-4,5-7,5-13（a）分析：,5-13（a）,解：电流方向如图所示：,5-13（b）,解：电流方向如图所示：,可以实现双边带调幅,2. 双边带信号 以上讨论已指出，调幅波所传递的信息包含在两个边带内，不含信息的载波占据了调幅波功率的绝大部分。如果在传输前将载波抑制掉，可
11、大大节省发射功率，而仍具有传递信息的功能。这就是抑制载波的双边带调幅(DSB)。也可简称为双边带调幅。,上式看出：单音调制的调幅波由三个频率分量组成，其频率分别是载频 、上边频分量 和下边频分量 。,图66 DSB信号波形,双边带信号具有如下几个特点（P175）,当取下边带时：,当取上边带时：,3. 单边带信号 单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。单频调制时：,图67 单音调制的SSB信号波形,图68 单边带调制时的频谱搬移,且21,则可以写成下式：,受u调制的双边带信号为：,为了看清SSB信号波形的特点,下面分析双音调制时产生的S
12、SB信号波形。为分析方便。设双音频振幅相等,即,从中取一个边带就是双音频调制的SSB信号为：,进一步展开,单边带SSB信号具有如下几个特点（P176）,由式（617）和式（618）,利用三角公式,可得 uSSB(t)=Ucostcosct-Usintsinct (624a) 和 uSSB(t)=Ucostcosct+Usintsinct (624b) 式(624a)对应于上边带,式(624b)对应于下边带。这是SSB信号的另一种表达式,由此可以推出u(t)=f(t),即一般情况下的SSB信号表达式,(625),由于,sgn()是符号函数,可得f(t)的傅里叶变换,(626),(627),(62
13、8),图610 希尔伯特变换网络及其传递函数,图611语音调制的SSB信号频谱(a)DSB频谱 (b)上边带频谱 (c)下边带频谱,1、AM调制电路 AM信号的产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。 1)高电平调制 高电平调制主要用于AM调制，这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极基极(或发射极)组合调幅。,6.1.2 振幅调制电路,图612 集电极调幅电路,集电极调幅电路,放大器工作在过压状态,图613 集电极调幅的波形,图614 基极调幅电路,基极调幅电路,放大器工作在欠压状态,图61
14、5 基极调幅的波形,2) 低电平调制 (1)二极管电路。用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路，都可以完成AM信号的产生，图616(a)为单二极管调制电路。当UCU时，由式(538)可知，流过二极管的电流iD为,回忆与复习教材P150 式(538),若u1U1cos1t，为单一频率信号，代入上式有,从单管电路中看出，流过二极管的电流iD中的频率分量有：（1）输入信号u1和控制信号u2的频率分量1和2；（2）控制信号u2的频率2的偶次谐波分量；（3）由输入信号u1的频率1与控制信号u2的奇次谐波分量的组合频率分量（2n+1）21，n=0，1，2，。,图616 单二极管调制电路及频谱,例(1)
15、利用模拟乘法器产生AM信号,例(2)利用模拟乘法器产生AM信号,若将uC加至uA，u加到uB，则有,(2) 利用模拟乘法器产生普通调幅波（不讲自学）,式中，m=U/Ee,x=UCVT。若集电极滤波回路的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则经滤波后的输出电压,图617 差分对AM调制器的输出波形,2、 DSB调制电路 1)二极管调制电路 单二极管电路只能产生AM信号，不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号（因为关键在于乘积项为双管）。,回忆与复习教材P152 式(543),图619 二极管平衡调制电路,从双管电路中看出，输出电流iL中的频率分量有： (1) 输入信号的频率分量1； (2)控制信号u2的奇次谐波分量与输入信号的频率1的组合分量(2n+1) 1+ 2 ，n=0，1，2，3， 与单二极管电路相比较， u2的基波分量和偶次谐波分量被抵消掉了，二极管平衡电路的输出电路中不必要的频率分量又进一步地减少了。这是不难理解的，因为控制电压u2是同相加于VD1、VD2的两端的，当电路完全对称时，两个相等的2分量在T2产生的磁通互相抵消，在次级上不再有2及其谐波分量。,
