幅度调制及解调优秀PPT.ppt
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1、幅度调制及解调你现在浏览的是第一页,共59页本章教学目标与要求:本章教学目标与要求:熟悉调制的原因熟悉调制的原因掌握普通调幅、双边带调幅、单边带调幅和残掌握普通调幅、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅的原理及定量分析留边带调幅的原理及定量分析熟悉常用的调制电路熟悉常用的调制电路掌握包络检波和同步解调原理掌握包络检波和同步解调原理熟悉常用的检波电路熟悉常用的检波电路掌握混频的原理掌握混频的原理掌握调幅与检波电路的仿真方法掌握调幅与检波电路的仿真方法你现在浏览的是第二页,共59页小故事:小故事:1906年年12月月24日圣诞节前夕,在美国新英格日圣诞节前夕,在美国新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上
2、,一些听惯了兰海岸附近穿梭往来的船只上,一些听惯了“嘀嘀嗒嗒嘀嘀嗒嗒”莫尔斯莫尔斯电码声的报务员们,忽然听到耳机中传来了人的电码声的报务员们,忽然听到耳机中传来了人的 说话声和乐曲说话声和乐曲声声-朗读朗读圣经圣经故事、演奏小提琴和故事、演奏小提琴和 播放亨德尔的播放亨德尔的舒舒缓曲缓曲唱片,最后还听到了亲切的祝福声。报务员们听到唱片,最后还听到了亲切的祝福声。报务员们听到的就是人类历史上第一次试验性的无线电广播,它是由加的就是人类历史上第一次试验性的无线电广播,它是由加拿大出生的物理学家费森登主持和组织,并从他的实验室拿大出生的物理学家费森登主持和组织,并从他的实验室里播出的。里播出的。费森
3、登是最早研究无线电广播的先驱者之一。费森登是最早研究无线电广播的先驱者之一。1900年,年,他为美国国家气象局进行无线电实验时,初次萌生了用无线他为美国国家气象局进行无线电实验时,初次萌生了用无线电传达人声的设想。两年以后,在两位金融家的赞助下,他电传达人声的设想。两年以后,在两位金融家的赞助下,他在马萨诸塞州布兰特岩城建立了一个实验室,在电线、真空在马萨诸塞州布兰特岩城建立了一个实验室,在电线、真空管、电池和天线中寻找途径,试图把人的声音加入在无线电管、电池和天线中寻找途径,试图把人的声音加入在无线电波里放送出去。波里放送出去。你现在浏览的是第三页,共59页他想要播出的,不是莫尔斯电码的他想
4、要播出的,不是莫尔斯电码的嘀嗒嘀嗒声,而是现实世界声,而是现实世界中的各种声音。他整整花了中的各种声音。他整整花了4年时间,终于完成了一套广播年时间,终于完成了一套广播装置,做成了特殊的高频交流发射机,并设计出了一种系装置,做成了特殊的高频交流发射机,并设计出了一种系统,用来调制电波的振幅,使它能携带各种声音信号,这统,用来调制电波的振幅,使它能携带各种声音信号,这样,这种样,这种调幅波调幅波就能载着声音开始展翅飞翔了。就能载着声音开始展翅飞翔了。1906年,年,人类历史上第一次无线电广播就这样实现了。人类历史上第一次无线电广播就这样实现了。虽然前后不过几虽然前后不过几分钟,但却预示着人类传播
5、信息的一次革命。正规的定时广播分钟,但却预示着人类传播信息的一次革命。正规的定时广播是从是从1920年开始的。马可尼公司取得英国政府的许可证,在年开始的。马可尼公司取得英国政府的许可证,在英国的切姆斯福以英国的切姆斯福以2800米的波长、米的波长、15千瓦的功率定时播送新千瓦的功率定时播送新闻节目。闻节目。(来源:(来源:http:/ 概述概述什么是什么是“调制调制”?为什么要进行调制呢?为什么要进行调制呢?人耳能听到的声音的频率范围大约在人耳能听到的声音的频率范围大约在300Hz-3000Hz间,间,通常把这一频率范围叫作音频。声波在空气中传播很慢,通常把这一频率范围叫作音频。声波在空气中传
6、播很慢,约为约为340m/s,且衰减很快,传播距离近。且衰减很快,传播距离近。交变的电磁场可以利用天线向天空辐射。但要做到有效的辐射,交变的电磁场可以利用天线向天空辐射。但要做到有效的辐射,天线的尺寸应和电磁波的波长相比拟。音频的波长在天线的尺寸应和电磁波的波长相比拟。音频的波长在106105m,要制造尺寸相当的天线显然是不可能的。因此不能直,要制造尺寸相当的天线显然是不可能的。因此不能直接将音频信号辐射到空中。接将音频信号辐射到空中。将音频信号将音频信号“装载装载”到更高的频率上,然后由天线辐射出去,到更高的频率上,然后由天线辐射出去,是一个可以实现的设想。因为高频的波长在是一个可以实现的设
7、想。因为高频的波长在10m到到100m间,间,天线尺寸可以做得比较小。同时,不同的电台可以使用不同的天线尺寸可以做得比较小。同时,不同的电台可以使用不同的频率,这样就可以容纳很多电台工作。频率,这样就可以容纳很多电台工作。你现在浏览的是第五页,共59页信号除了音频信号外,还有电传、数字等各种信号。这信号除了音频信号外,还有电传、数字等各种信号。这些信号必须要装载到高频上去才便于传送。这些要借助些信号必须要装载到高频上去才便于传送。这些要借助于高频传输出去的原始信号,称为控制信号或者调制信于高频传输出去的原始信号,称为控制信号或者调制信号。号。把调制信号控制高频信号的过程叫做调制。被调制的高频把
8、调制信号控制高频信号的过程叫做调制。被调制的高频信号称为载波。经过调制后的高频信号称为已调信号。信号称为载波。经过调制后的高频信号称为已调信号。而在接收端从已调信号中检取出原始信号的过程称为解而在接收端从已调信号中检取出原始信号的过程称为解调或者检波。调或者检波。调制的方法是多种多样的,例如对连续波的调制方法有:调调制的方法是多种多样的,例如对连续波的调制方法有:调幅、调频、调相、边带调制等;对于数字信号的调制有移频幅、调频、调相、边带调制等;对于数字信号的调制有移频键控等。键控等。本章只对调幅信号进行分析和仿真。本章只对调幅信号进行分析和仿真。图图6.1和图和图6.2所示为能接收调幅信号的收
9、音机所示为能接收调幅信号的收音机你现在浏览的是第六页,共59页图图6.1能接收调幅信号能接收调幅信号图图6.2只有调幅功能只有调幅功能的收音机的收音机 的装饰收音机的装饰收音机图6.3调幅双连可变电容 图6.4调幅遥控器你现在浏览的是第七页,共59页6.2幅度调制原理幅度调制原理 普通调幅是用低频调制信号去控制高频载波的振幅,使调制后已调波德振幅按照调制信号的变化规律而线性变化。按照调制信号的种类,幅度调制可以分为模拟调制和数字调制;按照调制原理的不同,幅度调制又可以分为普通调幅、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅等。你现在浏览的是第八页,共59页v6.2.1普通调幅普通调幅 为简化分析,假
10、定调制信号为简谐信号,即单频正弦波,表达式为 ,载波即高频振荡信号为 ,。假设所有信号的初始相位都为零。载波的表达式中,是其幅度峰值,是频率。则调制后,调幅波的幅度峰值的瞬时表达式为 (6-1)式6-1中的参数k称为调幅指数,一般由调制电路确定,称为调制灵敏度,能反映调制信号对载波的控制程度。你现在浏览的是第九页,共59页v将式6-1代入载波的表达式即可得到调幅波或称已调波的表达式:(6-2)从公式上看,调幅波与载波的区别在于:调幅波的幅度峰值是一个随时间变化的函数,而载波的峰值是常数。对式6-2进行变形,可得到调幅波的另一表达式:(6-3)上式中 ,称为调幅度或调幅系数。当调制信号和载波不变
11、时,选择不同的k值时,调幅度也将发生变化。你现在浏览的是第十页,共59页6.2.2双边带调幅双边带调幅 v 由于普通调幅的功率利用率太低,为了提高效率,降低成本,必须想办法不发送载波,只发送两个边频,称为双边带调幅。双边带调幅波只包含上下边频,则其数学表达式如下:(6-6)双边带调幅波不包含载频,其功率利用率较高。但是,载频一定时,得知上下两个边频中的任何一个,即可恢复出另外一个的频率。例如:载频为200 kHz,其中一个边频为198 kHz,则另一个边频必然为202 kHz,调制信号频率为2 kHz。你现在浏览的是第十一页,共59页6.2.3单边带调幅单边带调幅v在DSB信号的基础上,去除其
12、中的一个边带,只传输上边带或者下边带,同样能正确恢复出调制信号,这种方法称为单边带调幅。单边带调幅波只包含DSB频谱中的上边带或者下边带,则其数学表达式如下:(6-7)(6-8)在传输相同的调制信号的情况下,SSB调幅方式的功率为DSB调幅方式的功率的一半,因此SSB具有更高的功率利用率和传输有效性.你现在浏览的是第十二页,共59页v例例6.1 某发射机输出级在负载RL=50上的输出信号为u0(t)=2(1+0.5cost)cosct V。求总的输出功率Pav、载波功率Pc和边频功率P边频。解:显然,该信号是个AM调幅信号,且m=0.5,因此你现在浏览的是第十三页,共59页6.3调幅电路调幅电
13、路v从频域上看,调幅过程也是将调制信号的频谱平移到载波附近的过程,各频率分量及分量间的比例关系并不会发生改变,这样的频谱搬移称之为线性搬移。然而,该频谱线性搬移过程却不能用时域的线性器件实现,其原因在于时域线性器件的输入输出信号频率分量相同,而调幅过程中却有新的频率分量产生,所以各种调幅方式的核心器件都是乘法器。因此,在选择调幅电路时,需要选择具有相乘功能的器件或者输出包含输入乘积项的电路。调幅波的原理框图如图6.5。(a)普通调幅波实现框图你现在浏览的是第十四页,共59页(b)抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图图 6.5 调幅波的原理框图你现在浏览的是第十五页,共59页v1简单
14、的二极管调幅电路简单的二极管调幅电路v简单的二极管调幅电路如图6.6。调制信号和载波信号相加后,通过二极管非线性特性的变换,在电流i中产生了各种组合频率分量,将谐振回路调谐于,便能取出和的成分,这便是普通调幅波。图6.6 二极管普通调幅电路你现在浏览的是第十六页,共59页1)平方律调幅二极管信号较小时的工作状态 (6-9)(6-10)当VD很小时,级数可只取前四项。经分类整理可知:是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的,故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是 项。你现在浏览的是第十七页,共59页v2)开关式调幅 由两个二极管组成的平衡开关调幅器如图6.7所示。在大信号情况应运时,依
15、靠二极管的导通和截止来实现频率变换,这时二极管就相当于一个开关。图6.7平衡开关调幅器你现在浏览的是第十八页,共59页 满足 的条件时,二极管的通、断由载波电压决定。输出调幅波有用电流分量 (6-11)输出地电压波形如图6.8所示。图 6.8平衡调制器输出的电压波形 普通调幅波的高频振荡是连续的,可是双边带调幅波在调制信号极性变化时,它的高频振荡的相位要发生180的突变,这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。你现在浏览的是第十九页,共59页6.4 幅度调制信号的解调幅度调制信号的解调v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。载波被抑制的已
16、调波解调原理如图6.18所示。v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。v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。图6.18 载波被抑制的已调波解调原理你现在浏览的是第二十页,共59页6.4.1 检波方法分类检波方法分类v检波器根据所用器件的不同,可分为二极管检波、三极管检波和乘法器检波等;根据输入信号大小的不同,可分为大信号检波和小信号检波;根据工作特点不同,可分为同步检波和包络检波两类,而包络检波又分为平方律检波、峰值包络检波和平均包络检
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