第八章振幅调制解调与混频PPT讲稿.ppt

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1、第八章振幅调制解调与混频第1页，共78页，编辑于2022年，星期三8.0 Introduction信源接收信息输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器通通通通 信系信系信系信系 统统统统 方框方框方框方框 图图图图载波信号调制信号v 调幅调幅 载波振幅随调制信号而变载波振幅随调制信号而变 v 调频调频 载波频率随调制信号而变载波频率随调制信号而变 v 调相调相 载波相位随调制信号而变载波相位随调制信号而变 调角调角第2页，共78页，编辑于2022年，星期三输入回路中频放大器检波器低频放大器混频器本地振荡器接收天线声音扬声器超超超超 外外外外 差差差差 式式式式 接接接接 收收收收 机机机机 方

2、方方方 框框框框 图图图图变频高频放大器调制器倍频器高频振荡器话筒低频放大器声音发射天线振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图振幅调制无线电发射机方框图第3页，共78页，编辑于2022年，星期三几个基本概念 1、调调制制：调调制制是是指指利利用用调调制制信信号号去去控控制制载载波波的的某某个参数的过程。个参数的过程。2、调调制制信信号号：是是指指由由原原始始消消息息（如如声声音音、数数据据、图图象象等等）转转变变成成的的低低频频或或视视频频信信号号。可可以以是是模模拟拟信号，也可是数字信号。通常用信号，也可是数字信号。通常用u或或f(t)表示。表示。3、

3、载载波波信信号号：是是指指未未受受调调制制的的高高频频振振荡荡信信号号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。可以是正弦信号，也可是非正弦信号。第4页，共78页，编辑于2022年，星期三 4、已调波信号、已调波信号：是指受调制后的高频信号，即已：是指受调制后的高频信号，即已经把调制信号加载到载波中的信号。经把调制信号加载到载波中的信号。5、解调、解调：是调制的逆过程，即从已调波信号中：是调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调制信号的过程。提取原调制信号的过程。6、振幅调制、振幅调制：是指利用调制信号去控制载波的：是指利用调制信号去控制载波的振幅，使载波信号的振幅按调制信号的规律变振幅，使载波信号的

4、振幅按调制信号的规律变化。化。第5页，共78页，编辑于2022年，星期三对频谱进行不对频谱进行不 失真的搬移。失真的搬移。标准振幅调制 AMAM单边带振幅调制 SSBSSB双边带振幅调制 DSBDSB8.1 Amplitude Modulator振幅调制电路调制信号载波信号已调信号调制方式标准振幅调制 AMAM第6页，共78页，编辑于2022年，星期三8.1.1 Amplitude-Modulated Signal载波信号载波信号调制信号调制信号1.AM调幅系数调制度时域上实现和相乘已调信号已调信号第7页，共78页，编辑于2022年，星期三 WAVEFORM过调过调 不失真地搬移到高频振荡的振

5、幅上不失真地搬移到高频振荡的振幅上调幅信号的最小值调幅信号的最大值 WAVEFORM第8页，共78页，编辑于2022年，星期三FREQUENCY SPECTRUM 的频谱不失真地搬移到的频谱不失真地搬移到 的两边的两边第9页，共78页，编辑于2022年，星期三 多音频调制多音频调制下边带上边带第10页，共78页，编辑于2022年，星期三Realization Model 第11页，共78页，编辑于2022年，星期三2、调幅波的功率、调幅波的功率由由于于调调幅幅波波的的振振幅幅是是变变化化的的，因因此此存存在在几几种种功功率率，如如载波功率、边频功率、平均功率载波功率、边频功率、平均功率等。等。

6、根根据据前前面面的的有有关关公公式式，在在负负载载电电阻阻RL上上消消耗耗的的载波功率载波功率为：为：在负载电阻在负载电阻RL上，一个载波周期内上，一个载波周期内调幅波消耗的功率调幅波消耗的功率为第12页，共78页，编辑于2022年，星期三AM信号的平均功率信号的平均功率 由由上上式式可可以以看看出出，AM波波的的平平均均功功率率等等于于载载波波功功率率与与两两个个边边带带功率之和功率之和。而两个边频功率与载波功率的比值为：。而两个边频功率与载波功率的比值为：边频功率载波功率第13页，共78页，编辑于2022年，星期三8.1.2.Double Sideband Modulation(DSB)W

7、AVEFORM调制信号过零时，调制信号过零时，载波信号相位出载波信号相位出现现180180突变。突变。第14页，共78页，编辑于2022年，星期三 DSB信号波形信号波形 第15页，共78页，编辑于2022年，星期三FREQUENCY SPECTRUMRealization Model 第16页，共78页，编辑于2022年，星期三8.1.3 Single Sideband Modulation(SSB)下边带下边带上边带上边带或第17页，共78页，编辑于2022年，星期三带通滤波器 Realization ModelSSB调调制制的的特特点点：占占用用频频带带窄窄，功功率率利利用用率高。率高。

8、第18页，共78页，编辑于2022年，星期三Example：已知调制信号为 ,载波信号为 、，如下图所示 ,分别画出ma=0.5及 ma=1两种情况下的AM波形以及DSB波形。第19页，共78页，编辑于2022年，星期三Ma=0.5Ma=1.0 AM WAVE第20页，共78页，编辑于2022年，星期三 DSB AM(Ma=1)DSB and AM WAVE第21页，共78页，编辑于2022年，星期三8.2 Amplitude Modulator电路高电平调幅电路低电平调幅电路二极管平衡调幅电路模拟乘法器调幅电路1.Analog Multiplier模拟乘法器是对两个互不相关的模拟信号实现相乘

9、功能的电子器件。增益系数增益系数增益系数增益系数 标尺因子标尺因子标尺因子标尺因子 第22页，共78页，编辑于2022年，星期三BasicCircuit第23页，共78页，编辑于2022年，星期三实际调制信号的调幅波形第24页，共78页，编辑于2022年，星期三基极调幅电路第25页，共78页，编辑于2022年，星期三基极调幅的波形第26页，共78页，编辑于2022年，星期三集电极调幅电路第27页，共78页，编辑于2022年，星期三集电极调幅的波形第28页，共78页，编辑于2022年，星期三单二极管调制电路及频谱第29页，共78页，编辑于2022年，星期三二极管平衡调制电路第30页，共78页，编

10、辑于2022年，星期三二极管平衡调制器波形第31页，共78页，编辑于2022年，星期三利用模拟乘法器产生AM信号第32页，共78页，编辑于2022年，星期三利用模拟乘法器产生AM信号第33页，共78页，编辑于2022年，星期三8.3 Detector-DeModulation解调AM波解调AM、DSB、SSB波 从已调波中提取，恢复调制信号，这一过程称为解调或检波。完成检波作用的电路称为检波器。器件二极管三极管模拟乘法器工作特点包络检波同步检波峰值平均值信号小信号大信号幅度波形连续波脉冲波模拟乘法器二极管大信号连续波峰值包络检波同步检波第34页，共78页，编辑于2022年，星期三 检波效率Kd

11、 失真小 输入阻抗要高 Specification of Detector等幅波调幅波第35页，共78页，编辑于2022年，星期三一一.Peak Envelope Detectorv对信号，C C 相当开路v对c c信号，C C 相当短路+us-+uo-VD C RL第36页，共78页，编辑于2022年，星期三tVousuouo导通充电时间常数截止放电时间常数二极管第37页，共78页，编辑于2022年，星期三v输入阻抗v检波效率v失真低通滤波器的带宽应大于 Specification惰性失真负峰切割失真第38页，共78页，编辑于2022年，星期三UimUim(t)uo(t)Failure-Fo

12、llow Distortion第39页，共78页，编辑于2022年，星期三Negative Peak Cut Distortion+us-+ui2-VD C RL Cc Rg+uO-tuotuo不产生负峰切割失真第40页，共78页，编辑于2022年，星期三usui2交、直流负载趋于相等RL与Rg之间加跟随器RL分成RL1、RL2第41页，共78页，编辑于2022年，星期三Practical Circuit第42页，共78页，编辑于2022年，星期三+us-+uo-VD C0.01uFR4.7K Cc20uF RL2K不产生惰性失真解：不产生负峰切割失真Example1 二极管峰值包络检波电路如

13、下图所示，us s为调幅信号，其调制信号频率 F=100F=10010000H10000HZ Z，试求不产生惰性失真和负峰切割失真的调幅指数。第43页，共78页，编辑于2022年，星期三不产生惰性失真解：不产生负峰切割失真Example2 在在二极管峰值包络检波电路中，己知载波频率fc为4.7MHZ，调制信号频率 F=(100F=(1005000)H5000)HZ Z，mamax=0.8=0.8，试求电路不产生惰性失真和负峰切割失真的C和Rg。Cc+us-+uo-VD C RL24K30uF Rg1K RL1第44页，共78页，编辑于2022年，星期三二二.Synchronous Detect

14、or1.Multiplication Model低通滤波器同步信号同步信号第45页，共78页，编辑于2022年，星期三Synchronous Signal平方器二分频带通带通第46页，共78页，编辑于2022年，星期三2.Summation Model包络检波包络检波非线性器件低通VDi+u-RL+uo o(t)-usurC第47页，共78页，编辑于2022年，星期三DSB的解调第48页，共78页，编辑于2022年，星期三平衡式的同步检波平衡式的同步检波 抵消抵消 及其以上各偶次谐波分量及其以上各偶次谐波分量第49页，共78页，编辑于2022年，星期三Example 下图是斩波式放大器的实现方

15、框图，试画出A、B、C、D各点的波形。带通滤波器低通滤波器ABCDt0 0t0 0第50页，共78页，编辑于2022年，星期三其中频率成分是WAVE A第51页，共78页，编辑于2022年，星期三WAVE B第52页，共78页，编辑于2022年，星期三其中频率成分是WAVE C第53页，共78页，编辑于2022年，星期三8.4 Frequency Mixer Circuits 变频电路是实现信号频谱线性变换的一种电路，它变频电路是实现信号频谱线性变换的一种电路，它完成频谱在频率轴上的搬移。完成频谱在频率轴上的搬移。混频电路变频电路输出中频信号fI本振信号fL输入高频信号fS上混频下混频第54页

16、，共78页，编辑于2022年，星期三混频器的工作原理混频器的工作原理 设输入到设输入到 混频器中的输入已调信号混频器中的输入已调信号us和本和本振电压振电压uL分别为分别为 us=Uscostcosct uL=ULcosLt 这两个信号的乘积为这两个信号的乘积为cosct第55页，共78页，编辑于2022年，星期三 混频器的组成框图混频器的组成框图 ui第56页，共78页，编辑于2022年，星期三 混频过程中的频谱变换混频过程中的频谱变换(a)本振频谱本振频谱 (b)信号频谱信号频谱 (c)输出频谱输出频谱第57页，共78页，编辑于2022年，星期三 AM=1uO（t）uS（t）带通滤波器 u

17、I（t）uL（t）例题：例题：在下图所示的混频电路框图中，在下图所示的混频电路框图中，已知已知uS S（t t）=5=5（1+0.6cos2101+0.6cos2103 3t t）cos210cos2106 6t t（V V），），uL（t t）=5cos21.46510=5cos21.465106 6 t t（V V）。）。（1）写出写出uO O（t t）的表达式；的表达式；（2）为为了了保保证证中中频频信信号号（差差频频）的的传传输输，求求带带通通滤滤波波器器的的中中心心频频率率和和带宽。带宽。第58页，共78页，编辑于2022年，星期三uO O（t t）=5 5（1+0.6cos2101

18、+0.6cos2103 3t t）cos210cos2106 6t t 5cos21.465105cos21.465106 6 t t=2525（1+0.6cos2101+0.6cos2103 3t t）()cos20.46510()cos20.465106 6 t t+cos22.46510cos22.465106 6 t tF=1000HzF=1000HzB=2F=2000HzB=2F=2000Hz第59页，共78页，编辑于2022年，星期三二极管二极管混频器晶体管混频器模拟乘法器混频器BJTFET主要的性能指标v 混频增益v 噪声系数v 选择性v 非线性干扰常用混频电路第60页，共78页

19、，编辑于2022年，星期三 MCI596MCI596构成的集成混频电路构成的集成混频电路一一.Mixer with Analog Multiplier9480pF1k W W0.01uF51 W W调零uS2 23 38 810101 14 414145 512126 6MCI596MCI5961k W W51 W W0.01uF-8V6.8K W W0.01uFuL47KW W10KW W51 W W0.01uF100uH+12V0.01uF4.5uHuI580pF第61页，共78页，编辑于2022年，星期三fi+vsvL(b)fI+usuL(a)二二.Transistor MixerfI+

20、usuL(c)fi+usuL(d)B输入B注入B输入E注入E输入E注入E输入B注入第62页，共78页，编辑于2022年，星期三二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路三、三、DiodeMixer第63页，共78页，编辑于2022年，星期三(a)中波中波AM收音机的典型变频电路收音机的典型变频电路第64页，共78页，编辑于2022年，星期三 (b)FM收音机典型变频电路收音机典型变频电路 第65页，共78页，编辑于2022年，星期三四混频器的干扰1 信号与本振的自身组合干扰信号与本振的自身组合干扰 对对混混频频器器而而言言,作作用用于于非非线线性性器器件件的的两两个个信信号号为为输输入入

21、信信号号us(fc)和和本本振振电电压压uL(fL),则非线性器件产生的组合频率分量为则非线性器件产生的组合频率分量为 f=pfLqfc 第66页，共78页，编辑于2022年，星期三 式式中中,p、q为为正正整整数数或或零零。当当有有用用中中频频为为差差频频时时,即即fI=fL-fc或或fI=fc-fL,只只存存在在pfL-qfc=fI或或qfc-pfL=fI两种情况可能会形成干扰两种情况可能会形成干扰,即即 pfL-qfcfi 这样这样,能产生中频组合分量的信号频率、能产生中频组合分量的信号频率、本振频率与中频频率之间存在着下列关系本振频率与中频频率之间存在着下列关系 当取当取fL-fc=f

22、I时时,上式变为上式变为第67页，共78页，编辑于2022年，星期三fcfI称称为为变变频频比比。如如果果取取fc-fL=fI,可可得得第68页，共78页，编辑于2022年，星期三2 外来干扰与本振的组合干扰外来干扰与本振的组合干扰 这这种种干干扰扰是是指指外外来来干干扰扰电电压压与与本本振振电电压压由由于于混混频频器器的的非非线线性性而而形形成成的的假假中中频频。设设干干扰扰电电压压为为uJ(t)=UJcosJt,频频率率为为fJ。接接收收机机在在接接收收有有用用信信号号时时,某某些些无无关关电电台台也也可可能能被被同同时时收收到到,表表现现为为串串台台,还还可可能能夹夹杂杂着着哨哨叫叫声声

23、,在在这这种种情情况况下下,混混频频器器的的输输入入、输输出出和和本本振振的的示示意意图图见见下下图。图。第69页，共78页，编辑于2022年，星期三 外来干扰的示意图外来干扰的示意图 第70页，共78页，编辑于2022年，星期三 如果干扰频率如果干扰频率fJ满足下式满足下式 就就能能形形成成干干扰扰。式式中中,fL由由所所接接收收的的信信号号频频率率决决定定,用用fL=fc+fI代入上式代入上式,可得可得第71页，共78页，编辑于2022年，星期三 （1）.中频干扰中频干扰 当当干干扰扰频频率率等等于于或或接接近近于于接接收收机机中中频频时时,如如果果接接收收机机前前端端电电路路的的选选择择

24、性性不不够够好好,干干扰扰电电压压一一旦旦漏漏到到混混频频器器的的输输入入端端,混混频频器器对对这这种种干干扰扰相相当当于于一一级级(中中频频)放放大大器器,放放大大器器的的跨跨导导为为gm(t)中中的的gm0,从从而而将将干干扰扰放放大大,并并顺顺利利地地通通过过其其后后各各级级电电路路,就就会会在在输输出出端端形形成成干扰。干扰。第72页，共78页，编辑于2022年，星期三 抑制中频干扰的措施抑制中频干扰的措施(a)提高选择性提高选择性(b)加中频陷波电路加中频陷波电路 第73页，共78页，编辑于2022年，星期三 （2）镜像干扰）镜像干扰 设设混混频频器器中中fLfc,当当外外来来干干扰

25、扰频频率率fJ=fL+fI时时,uJ与与uL共共同同作作用用在在混混频频器器输输入入端端,也也会会产产生生差差频频fJ-fL=fI,从从而而在在接接收收机机输输出出端端听听到到干干扰扰电电台台的的声声音音。fJ、fL及及fI的的关关系系如如下下图图所示。所示。第74页，共78页，编辑于2022年，星期三镜像干扰的频率关系第75页，共78页，编辑于2022年，星期三 （3）组合副波道干扰）组合副波道干扰 这这里里,只只观观察察p=q时时的的部部分分干干扰扰。在在这这种情况下种情况下,式式变为第76页，共78页，编辑于2022年，星期三 副波道干扰的频率分布副波道干扰的频率分布第77页，共78页，编辑于2022年，星期三Mixer Interferences产生原因干扰名称高频放大器混频器非线性频率特性本振谐波非线性中频干扰镜象干扰组合副波道干扰组合频率干扰交叉调制干扰互调干扰第78页，共78页，编辑于2022年，星期三