調(diào)制解調(diào)課件

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Chapter5振幅調(diào)制電路§5.1概述§5.2低電平調(diào)幅電路§5.3高電平調(diào)幅電路§5.4單邊帶調(diào)制

1Chapter6調(diào)幅信號的解調(diào)電路§6.1概述§6.2二極管大信號包絡(luò)檢波器§6.3二極管小信號檢波器§6.4同步檢波器

26.1概述振幅解調(diào)(又稱檢波)是振幅調(diào)制的逆過程。它的作用是從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出原來的調(diào)制信號。從頻譜上看，檢波就是將幅度調(diào)制波中的邊帶信號不失真地從載波頻率附近搬移到零頻率附近,因此，檢波器也屬于頻譜搬移電路。檢波器的組成應(yīng)包括三部分，高頻已調(diào)信號源，非線性器件，RC低通濾波器。其組成原理框圖如下圖所示，它適于解調(diào)普通調(diào)幅波。

3包絡(luò)檢波同步檢波檢波器分類:平方率檢波峰值包絡(luò)檢波平均包絡(luò)檢波載波被抑制的已調(diào)波解調(diào)原理

46.2二極管(大信號)峰值包絡(luò)檢波器二極管(大信號)包絡(luò)檢波器串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路并聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波電路C++vWRL++充電放電iDvi–––串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器如圖所示串聯(lián)型二極管包絡(luò)檢波器RL、C為二極管檢波器的負(fù)載，同時也起低通濾波器作用。一般要求的輸入信號大于0.5V，所以稱為大信號檢波器。

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6失真①惰性失真(對角線失真）惰性失真由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C的時間常數(shù)RC太大所引起的。這時電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化,從而產(chǎn)生失真。為了防止惰性失真，只要適當(dāng)選擇RC的數(shù)值，使檢波器能跟上高頻信號電壓包絡(luò)的變化就行了。也就是要求>或?qū)懗稍诠こ躺峡砂?maxRC≤1.5計(jì)算。

7②負(fù)峰切割失真(底部切割失真)檢波器輸出常用隔直流電容Cc與下級耦合，如圖所示。Rg代表下級電路的輸入電阻?？紤]了耦合電容Cc和低放輸入電阻Rg后的檢波電路為了有效地傳送低頻信號，要求則檢波過程中，在R上得到的直流電壓為：

8對于二極管來說，VR是反偏壓，它有可能阻止二極管導(dǎo)通，從而產(chǎn)生失真。負(fù)峰切割失真波形為了避免底部切割失真，調(diào)幅波的最小幅度Vim(1–ma)必須大于VR即：

9低通濾波器vsvtvWi乘積檢波電路6.4同步檢波器乘積檢波平衡同步檢波1.乘積檢波器(1)工作原理包絡(luò)檢波器vsvtvWv平衡同步檢波電路經(jīng)過低通濾波后

10低通濾波器VsV0iVt乘積檢波器

112.三極管同步檢波電路采用包絡(luò)檢波器構(gòu)成同步檢波電路，它的實(shí)現(xiàn)模型如圖所示。同步檢波實(shí)現(xiàn)模型其原理電路見右同步檢波原理電路設(shè)輸入信號為抑制載波的雙邊帶本地振蕩信號則它們的合成信號故當(dāng)時因此，通過包絡(luò)檢波器便可檢出所需的調(diào)制信號。

12實(shí)際應(yīng)用電路常采用平衡調(diào)制器構(gòu)成同步檢波電路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+–+–+–+–+–+V0–平衡濾波檢波器如圖

131.混頻器的作用與組成混頻即對信號進(jìn)行頻率變換，將其載頻變換到某一固定的頻率上(常稱為中頻)，而保持原信號的特征(如調(diào)幅規(guī)律)不變。混頻器的電路組成如圖所示§9混頻電路

142為什么要變頻？變頻的優(yōu)點(diǎn)：1)變頻可提高接收機(jī)的靈敏度2)提高接收機(jī)的選擇性3)工作穩(wěn)定性好4)波段工作時其質(zhì)量指標(biāo)一致性好變頻的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾

153.混頻器的分類平衡混頻、按器件分：二極管混頻器、三極管混頻器、三極管變頻器、場效應(yīng)管混頻器、場效應(yīng)管變頻器模擬乘法器混頻器按工作特點(diǎn)分：單管混頻環(huán)型混頻從兩個輸入信號在時域上的處理過程看：疊加型混頻器、乘積型混頻器

16所用非線性器件的不同，疊加型混頻器有下列幾種：1.晶體三極管混頻器它有一定的混頻增益2.場效應(yīng)管混頻器交調(diào)、互調(diào)干擾少3.二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器它們具有動態(tài)范圍大組合頻率干擾少的優(yōu)點(diǎn)

17疊加型混頻器實(shí)現(xiàn)模型圖示中的非線性器件具有如下特性：對其2次方進(jìn)行分析：在二次方項(xiàng)中出現(xiàn)了和的相乘項(xiàng)，因而可以得到(?0+?s)和(?0-?s)。若用帶通濾波器取出所需的中頻成分(和頻或差頻)，可達(dá)到混頻的目的。

18乘積型混頻器實(shí)現(xiàn)模型乘積型混頻器由模擬乘法器和帶通濾波器組成其實(shí)現(xiàn)模型如圖所示設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅波采用中心頻率不同的帶通濾波器(?0–?s)t或(?0+?s)t則可完成低中頻混頻或高中頻混頻。

19fi+–+–vsvo(a)fi+–+–vsvo(b)如圖所示為晶體三極管混頻器的原理電路圖(a)電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小。但因?yàn)樾盘栞斎腚娐放c振蕩電路相互影響較大(直接耦合)，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象。圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。但需要較大的本振注入功率。4晶體三極管混頻器

20fi+–+–vsvo(c)fi+–+–vsvo(d)圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時(幾十MHz)，因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率f?比共發(fā)電路的f?要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時采用這種電路。

21晶體三極管混頻器的實(shí)際電路(1)混頻電路下圖是電視機(jī)中的混頻器電路。由高頻放大器輸入的信號，經(jīng)雙調(diào)諧電路耦合加到混頻管的基極，本振電壓通過耦合電容C1也加到基極上。本振信號的頻率要比信號的圖像載頻高38MHz，為了減小兩個信號之間的相互影響，耦合電容C1的值取得很小。電視機(jī)的混頻電路

22為使輸出電路在保證帶寬下具有良好的選擇性，常采用雙調(diào)諧耦合回路，并在初級回路中并聯(lián)電阻R，用以降低回路Q值，滿足通帶的要求。次級回路用C2，C3分壓，目的是與75?電纜特性阻抗相匹配。

23下圖為晶體管混頻器實(shí)用電路的交流通路。應(yīng)用在日立CTP-236D型彩色電視機(jī)ET-533型VHF高頻頭內(nèi)。圖中的V1管用作混頻器，輸入信號(即來自高放的高頻電視信號，頻率為fs)由電容C1耦合到基極；本振信號由電容C2也耦合到基極，構(gòu)成共射混頻方式，其特點(diǎn)是所需要的信號功率小，功率增益較大。混頻器的負(fù)載是共基式中頻放大器(V2構(gòu)成)的輸入阻抗。晶體管混頻器實(shí)用電路

24(2)變頻電路下圖是晶體管中波調(diào)幅收音機(jī)常用的變頻電路，其中本地振蕩和混頻都由三極管3AG1D完成。

25圖中，R1，R2，R3是偏置電阻，L4，C4，C1B，C6組成振蕩回路，L3是反饋線圈。中頻回路L5C5的并聯(lián)阻抗對本振頻率而言可視為短路，因此，3AG1D構(gòu)成共基極變壓器耦合振蕩器。由磁性天線接收到的無線電信號經(jīng)過L1，C1A，C2組成的輸入回路，選出所需頻率的目標(biāo)信號，再經(jīng)L1與L2的變壓器耦合，送到晶體管的基極。本振信號經(jīng)C7注入晶體管的發(fā)射極，混頻后由集電極輸出。L3對中頻可視為短路，C5，L5調(diào)諧于中頻，以便抑制混頻輸出電流中的無用頻率分量(如fs,f0,f0+fs,2f0?fs等)。輸出中頻分量fi=f0-fs，經(jīng)L6耦合至后級中頻放大器。

26二極管可以工作在小信號非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號v0控制的開關(guān)狀態(tài)。小信號時平衡混頻器的分析采用冪級數(shù)分析法，混頻時輸入信號，輸出回路則諧振在中頻?i上。二極管平衡混頻器和環(huán)型混頻器平衡混頻器原理電路二極管的伏安特性可用冪級數(shù)表示：為簡化分析，忽略輸出電壓對二極管的反作用，則1.平衡混頻器

27由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波2?0和2?s、3?0和3?s；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合頻率?0+?s、?0–?s、?0+2?s、?0–2?s、2?0+?s、2?0–?s。平衡混頻器輸出電流的頻率成份為：?s、?0+?s、?0–?s、2?0+?s、2?0–?s、3?s

282.環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器由兩個平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出中頻信號是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。

29由平衡混頻器得：環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為：?0+?s、?0–?s

30兩信號相乘可以得到其和、差頻分量，因此兩信號相乘實(shí)現(xiàn)混頻是最直觀的方法，利用模擬相乘器可構(gòu)成乘積型混頻器。MCI596構(gòu)成的集成混頻電路3、模擬相乘器混頻電路MCI596是集成化模擬乘法器芯片，由它構(gòu)成的混頻電路，可大大減小由組合頻率分量產(chǎn)生的各種干擾，另外還具有體積小、重量輕、調(diào)整容易、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

31§5.1概述信息傳輸?shù)膽?yīng)用基帶信號調(diào)制的概念與方法解調(diào)的概念與種類調(diào)制解調(diào)的本質(zhì)是頻譜變換過程調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)便于發(fā)射與接收天線理論便于實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用便于改善系統(tǒng)性能

32調(diào)制的作用（1）提高頻率以便于輻射：無線電通信系統(tǒng)是利用天線向空間輻射電磁波的方式來傳輸信號的。由天線理論，只有當(dāng)天線的尺寸大于信號波長的1/10時，信號才能被天線有效地輻射。如1m的天線，輻射頻率至少需要30MHz。（2）實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用：通過調(diào)制可以把不同信號的頻譜搬移到不同的位置，互不重疊，即可以實(shí)現(xiàn)在同一個信道里同時傳輸許多信號——頻分復(fù)用。（3）改善系統(tǒng)性能：通過調(diào)制使信號占有較大的帶寬，可以提高它的抗干擾能力，從而改善系統(tǒng)的性能。

33頻譜變換的實(shí)現(xiàn)非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件相乘的作用產(chǎn)生與輸入信號波形的頻譜不同的信號。當(dāng)頻率變換前后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移電路。

34例子1調(diào)幅的頻譜搬遷

35例子2檢波原理的頻譜搬遷

36例子3混頻的頻譜搬遷

372)從頻譜結(jié)構(gòu)看，上述頻率變換電路都只是對輸入信號頻譜實(shí)行橫向搬移而不改變原來的譜結(jié)構(gòu)，因而都屬于所謂的線性頻率變換。1)它們的實(shí)現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性器件對輸入信號頻譜實(shí)行變換以產(chǎn)生新的有用頻率成分后，濾除無用頻率分量。3)頻譜的橫向平移從時域角度看相當(dāng)于輸入信號與一個參考正弦信號相乘，而平移的距離由此參考信號的頻率決定，它們可以用乘法電路實(shí)現(xiàn)。

38§5.1.1調(diào)幅波的概念調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。按照所采用的載波波形區(qū)分，調(diào)制可分為連續(xù)波(正弦波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，可用數(shù)學(xué)式表示，受控參數(shù)可以是載波的幅度A，頻率?或相位?。因而有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。

39設(shè)簡諧調(diào)制信號載波信號1.調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式則調(diào)幅信號為通常調(diào)制要傳送的信號波形是比較復(fù)雜的，但無論多么復(fù)雜的信號都可用傅氏級數(shù)分解為若干正弦信號之和。

40稱為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度。一般0＜ma≤1。(a)調(diào)制信號由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形

41當(dāng)載波頻率調(diào)制信號頻率?，0＜ma≤1，則可畫出和已調(diào)幅波形分別如下圖所示。從圖中可看出調(diào)幅波是一個載波振幅按照調(diào)制信號的大小線性變化的高頻振蕩，其振蕩頻率保持載波頻率不變。(a)調(diào)制信號(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過調(diào)制波形圖

42普通調(diào)幅

43當(dāng)時ma＝1時，調(diào)幅達(dá)到最大值，稱為百分之百調(diào)幅。若ma>1，AM信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調(diào)制。(a)調(diào)制信號(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過調(diào)制波形圖

445.1.2普通調(diào)幅信號的頻譜、帶寬和功率將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開，可得到非正弦波調(diào)幅信號的頻譜圖由圖看出調(diào)幅過程實(shí)際上是一種頻譜搬移過程，即將調(diào)制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側(cè)的上、下邊頻，幅度均等于

45對于單音信號調(diào)制已調(diào)幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)的頻帶寬度B=2?或B=2F(?=2?F)，對于多音頻的調(diào)制信號，若其頻率范圍是，則已調(diào)信號的頻帶寬度等于調(diào)制信號最高頻率的兩倍。普通調(diào)幅波的功率關(guān)系將作用在負(fù)載電阻R上載波功率每個邊頻功率(上邊頻或下邊頻)

46在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是因?yàn)閙a≤1，所以邊頻功率之和最多占總輸出功率的1/3。調(diào)幅波中至少有2/3的功率不含信息，從有效地利用發(fā)射機(jī)功率來看，普通調(diào)幅波是很不經(jīng)濟(jì)的。

475.1.3DSB和SSB4月28日1.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點(diǎn)，提高設(shè)備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(DSBAM)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即

48抑制載波調(diào)幅

492.單邊帶調(diào)幅波上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱之為單邊帶通信(SSB)。其表達(dá)式為：或其頻帶寬度為：

50電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬表5-1三種振幅調(diào)制信號

51調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。(a)普通調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖

52(b)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(c)單邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖

53高電平調(diào)幅電路一般置于發(fā)射機(jī)的最后一級，是在功率電平較高的情況下進(jìn)行調(diào)制。低電平調(diào)幅電路一般置于發(fā)射機(jī)的前級，再由線性功率放大器放大已調(diào)幅信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。按調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：

545.2低電平調(diào)幅電路5.2.1單二極管調(diào)幅電路二極管調(diào)幅電路調(diào)制信號和載波信號相加后，通過二極管非線性特性的變換，在電流i中產(chǎn)生了各種組合頻率分量，將諧振回路調(diào)諧，便能取出和的成分，這便是普通調(diào)幅波。

55二極管信號較小時的工作狀態(tài)當(dāng)vD很小時，級數(shù)可只取前四項(xiàng)經(jīng)分類整理可知：是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是項(xiàng)。由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。

565.2.2二極管平衡調(diào)幅電路（認(rèn)識電路）在大信號情況時，依靠二極管的導(dǎo)通和截止來實(shí)現(xiàn)頻率變換，這時二極管就相當(dāng)于一個開關(guān)。由兩個二極管組成的平衡開關(guān)調(diào)幅器平衡調(diào)制器輸出的電壓波形滿足的條件時，二極管的通、斷由載波電壓決定。

57普通調(diào)幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調(diào)幅波在調(diào)制信號極性變化時，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180?的突變，這是因?yàn)殡p邊帶波是由v0和v?相乘而產(chǎn)生的。輸出調(diào)幅波有用電流分量

585.2.3環(huán)形調(diào)制器（認(rèn)識電路）在平衡調(diào)制器的基礎(chǔ)上，再增加兩個二極管，使電路中4個二極管首尾相接構(gòu)成環(huán)形，這就是環(huán)形調(diào)制器。環(huán)行調(diào)制器原理圖=gDV?[cos(?0??)t+cos(?0–?)t]從其正負(fù)半周期的原理圖可知環(huán)形調(diào)制器輸出電流的有用分量

59環(huán)型調(diào)制器等效電路5.2.4集成模擬相乘器調(diào)幅電路

60模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，如下圖所示：如果：v1=V1cos?1t；v2=V2cos?2t；相乘器kv1vOv2vO=kv1v2=V1V2cos?1tcos?2t可見，乘法器是一個理想的線性頻譜搬移電路，而實(shí)際中的線性頻譜搬移電路所要解決的核心問題正是使該電路的性能更接近理想乘法器。?1?2輸入信號頻譜輸出信號頻譜?2-?1?2+?1

61實(shí)用集成模擬乘法器集成模擬乘法器是繼運(yùn)算放大器之后，又一種很重要的非線性函數(shù)運(yùn)算電路，以四象限模擬乘法器為核心，可以進(jìn)行頻率變換，使用方便、性能優(yōu)良，價格便宜。MC1596G：MC1596G23510691874VCCv1v2

625.3高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。最常用的方法是對功放的供電電壓進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)調(diào)制信號控制方式的不同，對晶體管而言，高電平調(diào)幅又可分為基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅。5.3.1集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路調(diào)制信號經(jīng)低頻變壓器加在集電極上，并與直流電源電壓VcT相串饋。高頻載波v0(t)=v0cos經(jīng)高頻變壓器加在基極回路中。

63集電極調(diào)幅在調(diào)制信號一周期內(nèi)的各平均功率為：1)集電極有效電源電壓Vc(t)供給被調(diào)放大器的總平均功率2)集電極直流電源VcT所供給的平均功率則為3)調(diào)制信號源V?供給的平均功率4)平均輸出功率5)集電極平均耗散功率

646)集電極效率故：2)總輸入功率分別由VCC與V?所供給，VC供給用以產(chǎn)生載波功率的直流功率P=T，V?則供給用以產(chǎn)生邊帶功率的平均功率PDSB。1)平均功率均為載波點(diǎn)各功率的()倍3)集電極平均耗散功率等于載波點(diǎn)耗散功率的()倍，應(yīng)根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCM≥Pcav。4)輸出的邊頻功率由調(diào)制器供給的功率轉(zhuǎn)換得到，大功率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號電源。

655.3.2基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路與集電極調(diào)幅電路同樣的分析，可以認(rèn)為VB(t)=VBT+v?(t)是放大器的基極等效低頻供電電源。因?yàn)閂B(t)隨調(diào)制信號v?(t)變化，如果要求放大器的輸出電壓也隨調(diào)制信號變化，則應(yīng)使輸出電壓隨VB(t)變化。放大器應(yīng)工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流Ic1m、輸出電壓Vc(t)按基極供電電壓VBT(t)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓隨調(diào)制電壓變化的調(diào)幅。

665.4單邊帶調(diào)制5.4.1單邊帶通信的優(yōu)缺點(diǎn)（P127)電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬

675.4.2產(chǎn)生單邊帶信號的方法濾波器法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制實(shí)際濾波器法單邊帶發(fā)射機(jī)方框圖DSB信號經(jīng)過帶通濾波器后，濾除了下邊帶，就得到了SSB信號。由于?0>>?max，上、下邊帶之間的距離很近，要想通過一個邊帶而濾除另一個邊帶，就對濾波器提出了嚴(yán)格的要求。