第四章 振幅调制、解调与混频1.ppt

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1、第第 4 章章 振幅调制、解调与振幅调制、解调与混混 频电路频电路概述概述 4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型 4.2 乘法器电路乘法器电路4.3 混频电路混频电路4.4 振幅调制与解调电路振幅调制与解调电路第第 4 章章 振幅调制、解调与振幅调制、解调与混频电路混频电路本章内容概况：本章内容概况：1.内容：围绕调幅、幅度解调、混频；从概念到电路内容：围绕调幅、幅度解调、混频；从概念到电路 2.本章掌握的重点本章掌握的重点：表达式、波形图、频谱图、组成框图表达式、波形图、频谱图、组成框图 几个概念：几个概念：1.什么是调制，为什么要进行调制？什么是调制，为什么要进行调制？2.

2、什么是调幅？什么是调幅？用调制信号（携带有信息的信号）去控制载波（高频振荡用调制信号（携带有信息的信号）去控制载波（高频振荡 信号）的幅度，让载波的幅度按照调制信号的规律而变化信号）的幅度，让载波的幅度按照调制信号的规律而变化。调幅的分类调幅的分类 按照按照频谱结频谱结构的不同分构的不同分为为：1.普通调幅普通调幅2.2.双边带调制双边带调制3.3.单边带调制单边带调制 4.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型 4.1.1 振幅调制电路的组成模型振幅调制电路的组成模型 一、调幅波的数学表式一、调幅波的数学表式设：调制信号设：调制信号(1)载载波波信号信号(2)其中：其中：载波角频率

3、载波角频率，载波频率载波频率，。(4-1-1)一、普通调幅波的一般式一、普通调幅波的一般式调制信号调制信号载载波波VO(t)普通调幅普通调幅电路电路 振幅振幅 频率频率二、普通调幅信号及其电路组成模型二、普通调幅信号及其电路组成模型1.组成模型组成模型相加器与相乘器相加器与相乘器 图中图中，乘法器的乘积系数乘法器的乘积系数，A 加法加法器的加权系数器的加权系数，且，且改写改写(4-1-1)得：得：2.单音调制单音调制(1)表达式表达式 (4-1-2)式中：式中：调幅度（调幅系数）调幅度（调幅系数）的振幅的振幅，反映调制信号，反映调制信号的变化，称的变化，称调幅信号的包络调幅信号的包络。(2)波

4、形波形 调幅度调幅度，表征调幅信号的重要参数，表征调幅信号的重要参数，它的它的一般定义式为一般定义式为(3)讨论讨论 Ma 的大小和波形的关系的大小和波形的关系 显然，显然，1 Ma 0，若若 Ma 1，在在 附近，附近，变为负值。波形如变为负值。波形如(a)图所示，出现过调幅失真。图所示，出现过调幅失真。在实际调幅电路中，由于管子截止，在实际调幅电路中，由于管子截止，过调幅的波过调幅的波形形变为变为(b)图。图。信号与频谱信号与频谱信号信号表达式表达式波波 形形单音单音调制调制波波载载 波波复音复音调制调制波波频频 谱谱(4)频谱频谱将将(4-1-2)式用三角函数展开式用三角函数展开 单音调

5、制时调幅信号的频谱：单音调制时调幅信号的频谱：由由三个分量三个分量组成：组成：载波分量载波分量 上边频分量上边频分量 下边频分量下边频分量 上、下边频是由乘法器对上、下边频是由乘法器对 和和 相乘的产物。相乘的产物。3.复音调制复音调制(1)表达式表达式 设设 为为非余弦的周期信号非余弦的周期信号，其，其付里叶展开式付里叶展开式为音频信号的一般表达式为音频信号的一般表达式 式中式中 ，为最为最高调制角频率，其值小于高调制角频率，其值小于 ，输出信号电压为输出信号电压为 (2)频谱频谱 可见，可见，的频谱结构：的频谱结构：载波分量载波分量；、上、下边频分上、下边频分量量，它们的幅度与调制信号中相

6、应频谱分量的幅度，它们的幅度与调制信号中相应频谱分量的幅度 成正比。成正比。(3)频谱宽度频谱宽度 调幅信号的频谱宽度调幅信号的频谱宽度 为调制信号频谱宽度的两倍，为调制信号频谱宽度的两倍，即即4.结论结论 调幅电路组成模型中的乘法器可对调幅电路组成模型中的乘法器可对 和和 实现相乘运算，实现相乘运算，其结果其结果：在波形上，将在波形上，将 不失真地转移到载波信号振幅不失真地转移到载波信号振幅上；上；在频谱上，将在频谱上，将 的频谱不失真地搬移到的的频谱不失真地搬移到的 两边。两边。式中：式中：载波分量产生的功率载波分量产生的功率。5.调幅波的功率调幅波的功率(设单位电阻、单音调制设单位电阻、

7、单音调制)(1)调幅信号调幅信号在在载频一个周期内载频一个周期内的平均功率的平均功率 (2)在一个在一个调制波周期内调制波周期内的平均功率的平均功率 ()上、下边频电压分上、下边频电压分量的功率量的功率，称为，称为边频功率边频功率。(3)讨论讨论 是调幅信号中各频谱分量产生的平均功率之和。是调幅信号中各频谱分量产生的平均功率之和。式中：式中：载波分量产生的功率载波分量产生的功率。而而 为为等幅振荡等幅振荡，携带信息。携带信息。当当 时，时，=0.33 ，这说明：这说明：当当 时，时，占占 的的 67%，占占 的的 33%。而一般电台发射信号，而一般电台发射信号，这时，这时 ，仅占仅占 的的 4

8、.5%。缺点：缺点：普通调幅波，发射效率极低。普通调幅波，发射效率极低。载波分量：载波分量：仅起着通过乘法器将调制信号频谱搬仅起着通过乘法器将调制信号频谱搬移到移到 两边的作用，本身并不反映调制信号的变化。两边的作用，本身并不反映调制信号的变化。传输前可抵制掉，以节省发射机的发射功率。传输前可抵制掉，以节省发射机的发射功率。图：图：抵制载波的双边带调制抵制载波的双边带调制(Double Sideband Modulation-DSB)信号信号 双边带调制双边带调制 这种仅传输两个边频的调制方式这种仅传输两个边频的调制方式称为称为抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制。简称。简称双边带调制双边

9、带调制(1)表达式表达式 普通调幅普通调幅双边带调幅双边带调幅三、双边带制电路表达式和组成模型三、双边带制电路表达式和组成模型可用可用乘法器乘法器作为作为双边带调制电路的组成模型双边带调制电路的组成模型。图中图中(2)电路组成模型电路组成模型 显然，它与调幅信号的区别就在于其载波电压振显然，它与调幅信号的区别就在于其载波电压振幅不是在幅不是在 上下按调制信号规律变化。这样，当调上下按调制信号规律变化。这样，当调制信号制信号 进入负半周时，载波电压产生进入负半周时，载波电压产生180相移。相移。因而当因而当 自正值或负值通过零值变化时，双边带调自正值或负值通过零值变化时，双边带调制信号波形均将出

10、现制信号波形均将出现 180的相位突变。的相位突变。波形：波形：单音调制时的，双边带调幅波单音调制时的，双边带调幅波 (3)波形波形 波形：波形：复杂音调制时的，双边带调幅波复杂音调制时的，双边带调幅波 2.单边带调制信号单边带调制信号(1)单边带（单边带（SSBSSB）调制信号调制信号 进一步观察双边带调制信号的频谱结构，不难发进一步观察双边带调制信号的频谱结构，不难发现，上、下边带都反映了现，上、下边带都反映了调制信号的频谱结构，调制信号的频谱结构，因此，因此，从传输信息的观点来说，还可进一步将其中的一个边从传输信息的观点来说，还可进一步将其中的一个边带抑制掉。带抑制掉。2.单边带调制信号

11、单边带调制信号(1)单边带（单边带（SSBSSB）调制信号调制信号 这种这种仅传输一个边带的调制方式称为单边带调制仅传输一个边带的调制方式称为单边带调制。它除了保持双边带调制波节省发射功率的优点外，还它除了保持双边带调制波节省发射功率的优点外，还将已调信号的将已调信号的频谱宽度压缩一半频谱宽度压缩一半，即，即 (2)实现模型实现模型 滤波法：滤波法：由由乘法器和带通滤波器乘法器和带通滤波器组成，称为组成，称为滤滤波法波法。a.a.乘法器产生双边带调制信号乘法器产生双边带调制信号，b.b.而后由滤波器取出一个边带信号。而后由滤波器取出一个边带信号。相移法：相移法：由两个乘法器，两个由两个乘法器，

12、两个 90相移器和一相移器和一个相加器组成个相加器组成 设设 ，则由，则由乘法器乘法器I I产生的双边产生的双边带调制信号为带调制信号为由由乘法器乘法器产生的双边带调制信号为产生的双边带调制信号为将将 和和 相加，结果是相加，结果是上边带抵消上边带抵消，下边带下边带叠加叠加，输出为，输出为取下边带的单边带调制信号；取下边带的单边带调制信号；而将而将和和 相减，结果是相减，结果是下边带叠加下边带叠加，输出是，输出是取上边带的取上边带的单边带调制信号单边带调制信号 以上以单音调制为例论证了以上以单音调制为例论证了相移法的组成模型相移法的组成模型。实际上这个模型对复杂信号调制也是成立的。实际上这个模

13、型对复杂信号调制也是成立的。即：即：4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型振幅解调和混频电路的组成模型 振幅解调器和混频器振幅解调器和混频器的作用都是的作用都是实现频谱不失真实现频谱不失真的搬移的搬移，具有类似的组成模型。，具有类似的组成模型。一、振幅解调电路一、振幅解调电路1.定义定义解调解调(Demodulation)：调制的逆过程。调制的逆过程。振幅解调振幅解调(简称检波简称检波Detector)：振幅调制信号的解振幅调制信号的解调电路，作用是从振幅调幅信号中不失真地检出调制调电路，作用是从振幅调幅信号中不失真地检出调制信号来。信号来。2.组成模型组成模型 由由乘法器和低通乘法器和低通

14、滤波器滤波器 组成。组成。输入的已调信号输入的已调信号 输入的同步信号输入的同步信号，特点，与原载波信号同，特点，与原载波信号同频同相位，即频同相位，即 还原的调制信号还原的调制信号3.原理原理 频谱搬迁频谱搬迁 在频域上，将振幅调制信号频谱不在频域上，将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。失真地搬回到零频率附近。(1)调幅信号调幅信号 与一个同步信号与一个同步信号 相乘，结相乘，结果果 的频谱被搬到的频谱被搬到 的两侧：的两侧：搬到搬到 两侧，构成载波角频率为两侧，构成载波角频率为 的双边的双边带调制信号，它是无用的寄生分量；带调制信号，它是无用的寄生分量；频谱的搬移过程频谱的搬移过程

15、(假设为双边带假设为双边带)：搬到零频率两侧，其中，搬到零频率两侧，其中，的一个边带被搬到的一个边带被搬到负频率轴上，负频率是不存在的，实际上这些负频率负频率轴上，负频率是不存在的，实际上这些负频率分量应叠加在正频率分量上，构成实际的频谱，因而分量应叠加在正频率分量上，构成实际的频谱，因而它比搬到它比搬到 上的任一边带频谱在数值上加倍。上的任一边带频谱在数值上加倍。(2)滤波：滤波：用低通滤波器滤除无用的寄生分量，取出用低通滤波器滤除无用的寄生分量，取出所需的解调电压。所需的解调电压。4.讨论讨论 (1)同步信号必须与原载波信号严格同步同步信号必须与原载波信号严格同步(同频、同频、同相同相)，

16、故称为，故称为同步检波电路同步检波电路。否则检波性能下降。否则检波性能下降。(2)如果解调单边带调制信号，同步信号不同步不如果解调单边带调制信号，同步信号不同步不仅引起输出音频电压的频率偏移，而且还会引起相位仅引起输出音频电压的频率偏移，而且还会引起相位偏移偏移(语言通信时语言通信时，声音不自然，或很难听懂声音不自然，或很难听懂)。除了同步检波电路外还有一种检波电路，除了同步检波电路外还有一种检波电路，称为包称为包络检波电路络检波电路，不需要同步信号，但用于普通调幅的解，不需要同步信号，但用于普通调幅的解调。调。二、混频二、混频(Mixer)电路电路 又称变频又称变频(Convertor)电路

17、电路，是超外差式接收机的重，是超外差式接收机的重要组成部分。要组成部分。将载频为将载频为 的已调信号的已调信号 不失真地变换为载频为不失真地变换为载频为 的已调信号的已调信号 。中频信号中频信号，相应的，相应的 简称简称中频中频作用：作用：本地振荡器产生的本振电压本地振荡器产生的本振电压，称为称为本振角频率本振角频率。、之间的关系不之间的关系不同分为：同分为：上混频：上混频：高于高于下混频下混频:低于低于 一般的接收机都采用下混频，如调幅收音机中一般的接收机都采用下混频，如调幅收音机中的中频为的中频为465KHZ,本振信号始终比接收信号的载频本振信号始终比接收信号的载频高一个中频。高一个中频。

18、2.组成模型组成模型 混频电路为典型的频谱搬移电路，可以用混频电路为典型的频谱搬移电路，可以用乘乘法器和滤波器法器和滤波器来实现。来实现。3.原理原理(1)混频混频设设 当当 时，乘法器输出电压频谱如下图，即将时，乘法器输出电压频谱如下图，即将 的频谱不失真地搬移到本振角频率的频谱不失真地搬移到本振角频率 的两边：的两边：一边搬到一边搬到 上，构成载波角频率为上，构成载波角频率为 的调幅信号；的调幅信号；另一边搬到另一边搬到 上，构成载波角频率为上，构成载波角频率为 的调幅信号。的调幅信号。若令若令 ，则，则前者前者为为无用的寄生分量无用的寄生分量，而而后者后者为为有用中频分量有用中频分量。(2)滤波滤波 用调谐在用调谐在 上上的带通滤波器取出有的带通滤波器取出有用的分量，抑制寄生用的分量，抑制寄生分量，便可得到所需分量，便可得到所需的中频信号。的中频信号。要求：滤波器的频带宽度应大于或等于输入调幅信要求：滤波器的频带宽度应大于或等于输入调幅信号的频谱宽度。号的频谱宽度。