第7章 振幅调制与解调课件.ppt

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1、第7章 振幅调制与解调第1页，此课件共48页哦教学目的教学目的1.熟悉调幅波的数学表示式和波形。熟悉调幅波的数学表示式和波形。2.了解调幅波的频谱、带宽和功率关系。了解调幅波的频谱、带宽和功率关系。3.掌握普通调幅、双边带、单边带调制电路的组成、掌握普通调幅、双边带、单边带调制电路的组成、工作原理和性能特点。工作原理和性能特点。4.了解单边带通信的优缺点。了解单边带通信的优缺点。5.了解检波器的质量指标。了解检波器的质量指标。6.掌握二极管包络检波器和同步检波器的电路组成、掌握二极管包络检波器和同步检波器的电路组成、工作原理和性能特点。工作原理和性能特点。7.了解不产生对角线失真和负峰切割失真

2、的条件。了解不产生对角线失真和负峰切割失真的条件。第2页，此课件共48页哦7.17.1 概述7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述第3页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述所谓调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信所谓调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号的过程。号）的某个参量，从而产生已调制信号的过程。根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：根据所控制的信号参量的不同，调制可分为：调幅：调幅：使载波的幅度随着调制信号的大小变

3、化而变化的调制方式。使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频：调频：使载使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持 不变的调制方式。不变的调制方式。调相：调相：利用原始信号控制载波信号的相位。利用原始信号控制载波信号的相位。解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输

4、的需要。需要。第4页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述一、定义一、定义 振幅调制振幅调制:利用调制信号的大小去控制高频载频信号利用调制信号的大小去控制高频载频信号的的振幅振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化使其随调制信号波形的变化而呈线性变化,其其它参数它参数(频率与相位频率与相位)不变不变.振幅调制分类振幅调制分类:AM DSB SSB:AM DSB SSB第5页，此课件共48页哦高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述第6页，此课件共48页哦二、调制的原因二、调制的原因1）从切实可行的天线出

5、发）从切实可行的天线出发 为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz20kHz天线长度天线长度:3.75 3750km7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述第7页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述2）便于不同电台相同频段基带信号的同时接收）便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移第8页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述3）可实现的回路带宽）可实

6、现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。低频（音频）低频（音频）:20Hz20kHz高频（射频）高频（射频）:AM广播信号广播信号:高频窄带信号高频窄带信号535 1605kHz，BW=20kHz频谱搬移频谱搬移 lowhigh2020k10k1000k100k第9页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述三、调制的方式和分类三、调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制第10页，此课件共48页哦四、调幅的方法四、调幅的方法

7、平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅基极调幅基极调幅7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述集电极调幅集电极调幅第11页，此课件共48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平过压状态的优点是，当负载阻抗变化时，输出电压比较平稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率稳且幅值较大，在弱过压时，效率可达最高，但输出功率有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状有所下降，发射机的中间级、集电极调幅级常采用这种状态。态。过压状态特点过压状态特点第12页，此课件共

8、48页哦7.1.1 7.1.1 振幅调制概述振幅调制概述 欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较欠压状态的功率和效率都比较低，集电极耗散功率也较大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶大，输出电压随负载阻抗变化而变化，因此较少采用。但晶体管基极调幅，需采用这种工作状态。体管基极调幅，需采用这种工作状态。欠压状态特点欠压状态特点第13页，此课件共48页哦7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述第14页，此课件共48页哦7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述检波器的检波器的检波器的检波器的输入输出输入输出波形波形波形波形1.定义：定义：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的

9、信号。从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。第15页，此课件共48页哦7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱第16页，此课件共48页哦7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分2.组成组成第17页，此课件共48页哦7.1.2 7.1.2 检波简述检波简述3.检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器第18页，此课件共48页哦1

10、.普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式7.2.1 7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱调幅波的数学表示式与频谱(a)(a)设调制信号为设调制信号为单频余弦信号单频余弦信号 载波信号载波信号 由振幅调制信号的定义由振幅调制信号的定义,已调信号的振幅与调制信号已调信号的振幅与调制信号u成正比成正比.式中式中式中式中,m,m,m,m称为调制度称为调制度称为调制度称为调制度:kakakaka称为调制灵敏度称为调制灵敏度称为调制灵敏度称为调制灵敏度则已调信号振幅则已调信号振幅7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质第19页，此课件共48页哦7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质(b)(b)若调

11、制信号不是单一频率信号若调制信号不是单一频率信号,而是一连续频谱信号而是一连续频谱信号f f（t t）式中式中,f f（t t）是均值为零的归一化调制信号）是均值为零的归一化调制信号,|,|f f（t t）|maxmax=1=1。则调幅波表示式为则调幅波表示式为则调幅波表示式为则调幅波表示式为若将调制信号分解为若将调制信号分解为若将调制信号分解为若将调制信号分解为则调幅波则调幅波则调幅波则调幅波:1.普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式第20页，此课件共48页哦7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质2.普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图令令令令 c c ，0 0m1m1。(a)(a

12、)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波图中已调波的振幅称为调幅信号的包络图中已调波的振幅称为调幅信号的包络（见图示），大小为（见图示），大小为:包络的最大值包络的最大值包络的最小值包络的最小值第21页，此课件共48页哦7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质特点：特点：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致;(2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度.(a)(a)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波第22页，

13、此课件共48页哦7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质(a)(a)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波第23页，此课件共48页哦7.2 7.2 调幅波的性质调幅波的性质(b)(b)调制信号为连续频谱信号调制信号为连续频谱信号第24页，此课件共48页哦电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波 双边带调幅波双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号2.普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图第25页，此课件共48页哦(a)(a)(a)(a)调制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波调

14、制信号为单频余弦波调制信号为单频余弦波3.调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽 由图看出调幅过程实际由图看出调幅过程实际上是频谱搬移过程，即将调上是频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度率两侧的上、下边频，幅度均等于均等于 对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度B=2 或或B=2F(=2 F).第26页，此课件共48页哦信号带宽信号带宽0 max调幅波调制信号载波0+max上边带0-max下边带(b)(b)调制信号为

15、连续频谱信号调制信号为连续频谱信号3.调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽第27页，此课件共48页哦4.普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R RL L上上(a)载波功率载波功率(b)(b)每个边频功率每个边频功率(上边频或下边频上边频或下边频)(c)在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是0第28页，此课件共48页哦在调幅波中，只有旁频（或边带）才是有用的信息量。而载波分量而载波分量仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。载波本身并不包含信号，载波

16、本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。当当m1时，时，Pc(2/3)Pav ；当当m0.5时，时，Pc(8/9)Pav ；0，因而整机效率低。这是调幅制的缺点。因而整机效率低。这是调幅制的缺点。一般4.普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系第29页，此课件共48页哦.普通调幅波的产生原理框图普通调幅波的产生原理框图第30页，此课件共48页哦(b)发射机的功率利用率不高。发射机的功率利用率不高。AM信号主要特点信号主要特点(a)调制信号的包络反映调制信号的调制信号的包络反映调制信号的 变化规律；变化规律；第31页，此课件共48页哦 调

17、幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅 第32页，此课件共48页哦 如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。件工作在满足平方律的区段。直流直流 载波频率载波频率 调制信号基频调制信号基频 上、下边频上、下边频 载波二次谐波载波二次谐波 调制信号的二次谐波调制信号的二次谐

18、波第33页，此课件共48页哦 其中其中产生调幅作用的项是称为平方律调幅滤波后，输出电压为：调幅度：结论：（结论：（1 1）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲线所决定曲线所决定（2 2）通常，）通常，a a2 2aa1 1因此用这种方法所得到的调幅度不大。因此用这种方法所得到的调幅度不大。在平方律调幅中在平方律调幅中,管子工作于甲类非线性状态管子工作于甲类非线性状态,效率低效率低,只适用于低只适用于低电平调幅电平调幅.第34页，此课件共48页哦串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路7.3 7.3 平方律调幅平方律调幅

19、 第35页，此课件共48页哦总的输出电压总的输出电压:输出:滤掉输出电压没有载波分量优点:有效地抑制载波.第36页，此课件共48页哦1 AM:DSB:2 波形:AM:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于载波振幅.DSB:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于0.解释解释:1 1 在平衡调幅电路中在平衡调幅电路中,当调制信号等于零时当调制信号等于零时,载载波恰恰互相抵消波恰恰互相抵消,输出为零输出为零.2 2每经过一次零点每经过一次零点,即意味着两管电流的大小关即意味着两管电流的大小关系要互换一次系要互换一次,因此在输出电路中高频电压的因此在输出电路中高频电压的相位相反相位相反.DSB于AM的区别

20、第37页，此课件共48页哦 单边带调制是仅传送一个边带的调制方法。只传送上边带信号叫上边带调制，只传送下边带信号叫下边带调制。若调制信号为单一频率信号时，上边带调制信号表达式为uSSB(t)=Um0cos(C+)t下边带调制信号表达式为uSSB(t)=Um0cos(C-)t7.4 7.4 单边带信号的产生单边带信号的产生 第38页，此课件共48页哦7.4 7.4 单边带信号的产生单边带信号的产生 使所容纳的频道数目加倍，大大提高波段利用率。使所容纳的频道数目加倍，大大提高波段利用率。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。单边带制的选择性衰

21、落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。单边带制能大大节省发送功率。单边带制能大大节省发送功率。第39页，此课件共48页哦7.4 7.4 单边带信号的产生单边带信号的产生 调幅波0+上边频0-下边频1.滤波器法滤波器法滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图第40页，此课件共48页哦滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图注意：提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。注意：提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。7.4

22、7.4 单边带信号的产生单边带信号的产生 第41页，此课件共48页哦单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例第42页，此课件共48页哦 高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号制信号v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来来实现调幅的。实现调幅的。集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅7.5 7.5 高电平调幅高电平调幅 第43页，此课件共48页哦7.5 7.5 高电平调幅高电平调幅 工作原理集电极调幅电路 对于丙类高频功率放大对于丙类高频功率放大器

23、，当基极偏置器，当基极偏置VbbVbb，激励，激励高频信号电压振幅高频信号电压振幅UbmUbm和集和集电极有效回路阻抗电极有效回路阻抗RpRp不变，不变，只改变集电极有效电源电压只改变集电极有效电源电压时，集电极电流脉冲在欠压时，集电极电流脉冲在欠压区可认为不变。而在过压区，区可认为不变。而在过压区，集电极电流脉冲幅度将随集集电极电流脉冲幅度将随集电极电源电压电极电源电压VCCVCC变化。因变化。因此集电极调幅必须工作在此集电极调幅必须工作在过压区。过压区。一、集电极调幅第44页，此课件共48页哦7.5 7.5 高电平调幅高电平调幅 工作原理集电极有效电源:受到调制过压状态:振幅集电极调幅应工

24、作于过压状态。集电极调幅电路第45页，此课件共48页哦工作原理在基极电路里,高频振荡、低频调制信号和激励电源串连起来构成基极 发射级电压 ,受 的控制,集电极谐振回路取出调幅波。输出+-基极调幅电路二、基极调幅第46页，此课件共48页哦非线性非线性 电路电路低通低通滤滤 波器波器输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息7.6 7.6 包络检波包络检波 包络检波器的工作原理包络检波器的工作原理 从已调波中检出包络信息，只适用于从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号信号 第47页，此课件共48页哦VDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载波负载RCRC的充放电过程的充放电过程第48页，此课件共48页哦