高频电子线路 第五章 振幅调制与解调.ppt

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1、第五章第五章 振幅调制及解调振幅调制及解调n概述概述n振幅调制振幅调制n调制信号的解调调制信号的解调5.1 5.1 概述概述载波信号载波信号调制信号调制信号已调信号已调信号解调后波形解调后波形调制信号：调制信号：需要传输的原始信号。需要传输的原始信号。语言、音乐、图象、电码等。语言、音乐、图象、电码等。语言、音乐、图象、电码等。语言、音乐、图象、电码等。载波信号：载波信号：等幅高频振荡信号。等幅高频振荡信号。正弦波、方波、三角波等。正弦波、方波、三角波等。正弦波、方波、三角波等。正弦波、方波、三角波等。已调信号：已调信号：经过调制后的高频信号（射频信号）。经过调制后的高频信号（射频信号）。调调

2、 制：制：用调制信号控制载波信号某个参量的过程。用调制信号控制载波信号某个参量的过程。解解 调：调：调制的逆过程，从已调波中将原调制信号调制的逆过程，从已调波中将原调制信号 恢复出来。恢复出来。调制方式：调制方式：1.振幅调制：调制信号控制载波振幅，使已调信号的振幅调制：调制信号控制载波振幅，使已调信号的 振幅随调制信号线性变化。振幅随调制信号线性变化。2.频率调制：调制信号控制载波频率，使已调信号的频率调制：调制信号控制载波频率，使已调信号的 频率随调制信号线性变化。频率随调制信号线性变化。3.相位调制：调制信号控制载波相位，使已调信号的相位调制：调制信号控制载波相位，使已调信号的 相位随调

3、制信号线性变化。相位随调制信号线性变化。解调方式：解调方式：1.振幅检波：振幅调制的逆过程振幅检波：振幅调制的逆过程2.鉴鉴 频：调频的逆过程频：调频的逆过程3.鉴鉴 相：调相的逆过程相：调相的逆过程调制的目的：调制的目的：（1）提高频率以便于辐射：）提高频率以便于辐射：无线电通信系统是利用天线无线电通信系统是利用天线向空间辐射电磁波的方式来传输信号的。由天线理论，只向空间辐射电磁波的方式来传输信号的。由天线理论，只有当天线的尺寸大于信号波长的有当天线的尺寸大于信号波长的1/10时，信号才能被天线时，信号才能被天线有效地辐射。有效地辐射。如如1m的天线，辐射频率至少需要的天线，辐射频率至少需要

4、30MHz。（2）实现信道复用：实现信道复用：通过调制可以把不同信号的频谱通过调制可以把不同信号的频谱搬移到不同的位置，互不重叠，即可以实现在同一个搬移到不同的位置，互不重叠，即可以实现在同一个信道里同时传输许多信号信道里同时传输许多信号频分复用。频分复用。（3）改善系统性能：改善系统性能：通过调制使信号占有较大的带宽，通过调制使信号占有较大的带宽，可以提高它的抗干扰能力，从而改善系统的性能。可以提高它的抗干扰能力，从而改善系统的性能。脉冲调制脉冲模拟调制：用脉冲序列信号对调制信号进行采样，得到离散的调制信号，再用此信号的采样值去控制脉冲序列信号的参量。PAM（脉冲幅度调制）：脉冲信号的幅度受

5、调制信号控制。PWM（脉冲宽度调制）：脉冲信号的宽度受调制信号控制。PFM（脉冲频率调制）：脉冲信号的频率受调制信号控制。PPM（脉冲相位调制）：脉冲信号的相位受调制信号控制。脉冲数字调制（PCM）：将调制信号经采样、量化、编码后得到的信号。传输方式：基带传输、载波传输。5.2.1 5.2.1 调幅波的性质调幅波的性质一、一、AM调幅波的波形调幅波的波形调制信号：调制信号：v=V cos t载波：载波：v0=V0cos 0t调幅波：调幅波：0v t0v0t0vAMt5.2 振幅调制二、二、AM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式调制信号：调制信号：v=V cos t载波：载波：v0=V0cos

6、 0t调幅波：调幅波：0vAMt理想情况下，调幅波的振幅为：理想情况下，调幅波的振幅为：其中其中ka为比例常数。为比例常数。0VVkmaa=称为调幅指数或调幅度，常用百分数表示。称为调幅指数或调幅度，常用百分数表示。一般实际传送的信号并非单一频率的信号，常为一个连一般实际传送的信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号续频谱的限带信号f（t），），则：则：若将若将f（t）分解为傅立叶级数：分解为傅立叶级数：)cos()(1nnntVtfn+=0VVkmnan=AM调幅波的特点：调幅波的特点：1 1、调幅波的振幅（包络）、调幅波的振幅（包络）的变化规律与调制信号一的变化规律与调制信号一致

7、；而其内部的高频振荡致；而其内部的高频振荡频率与原来的载波相同；频率与原来的载波相同；信息携带在包络上。信息携带在包络上。0v t0v0t0vAMt2、调幅度、调幅度ma：0vAMtVminVmaxV0maV0maV0一般调幅度一般调幅度ma越大，调幅越深：越大，调幅越深：未调幅未调幅最大调幅最大调幅过量调幅，会产生包络失真，经检波过量调幅，会产生包络失真，经检波后，不能恢复原来调制信号的波形，后，不能恢复原来调制信号的波形，实际电路中必须避免。实际电路中必须避免。0vAMt三、三、AM调幅波的频谱调幅波的频谱1、由单一频率信号调幅、由单一频率信号调幅调幅波包含三个频率分量：调幅波包含三个频率

8、分量：载波分量载波分量 0：不含传输信息：不含传输信息上边频分量上边频分量 0+：含传输信息：含传输信息下边频分量下边频分量 0-：含传输信息：含传输信息tVmtVa)cos(21cos0000+=tVma)cos(2100-+0+0-00 1ma/2边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。2、限带信号调幅、限带信号调幅)(21cos)cos(21cos0000tmtmtVvnnnnnAM-+=n 实际上通常的调幅信号是比较复杂的，含有许多频实际上通常的调幅信号是比较复杂的，含有许多频率分量，因此它所产生的调幅波中的上边频和下边频都率分量，因此它

9、所产生的调幅波中的上边频和下边频都不再是一个，而是许多个，组成所谓的不再是一个，而是许多个，组成所谓的上边频带上边频带和和下边下边频带频带。调幅波同样包含三部分频率成分：调幅波同样包含三部分频率成分：载波分量载波分量 0：不含传输信息：不含传输信息上边带上边带 0+n：含传输信息含传输信息下边带下边带 0-n：含传输信息含传输信息1)(21cos)cos(2cos0000tmtmtVvnnnnnAM-+=n max 0 0+max 0-max 0 上边带的频谱结构与调制上边带的频谱结构与调制信号的频谱结构相同，下信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。所边带是上边带的镜像。所谓频谱结构相同是

10、指各频谓频谱结构相同是指各频率分量的相对振幅及相对率分量的相对振幅及相对位置没有变化。位置没有变化。AM调制调制是把调制信号的频谱搬移是把调制信号的频谱搬移到载频两侧，在搬移过程到载频两侧，在搬移过程中频谱的结构不变，属于中频谱的结构不变，属于频谱的线性搬移。频谱的线性搬移。max 0 0+max 0-max 0调幅波的频带宽度等于调制信号最高频率的调幅波的频带宽度等于调制信号最高频率的2倍。倍。例如：设最高调制频率为例如：设最高调制频率为5000Hz，则调幅波的带宽则调幅波的带宽为为10000Hz。为了避免电台之间互相干扰，对不同频段与不同用为了避免电台之间互相干扰，对不同频段与不同用途的电

11、台所占的频带宽度都有严格的规定。如我国途的电台所占的频带宽度都有严格的规定。如我国广播电台所允许占用的频带宽度为广播电台所允许占用的频带宽度为9kHz。B=2 max四、四、AM调幅波中的功率关系调幅波中的功率关系 设调幅波输送功率到负载设调幅波输送功率到负载RL上上，则载波与边频产生的功则载波与边频产生的功率分别为：率分别为：（1）载波功率：载波功率：LcRVP2021=（2）上、下边频功率：上、下边频功率：P)(0=+caLaPmRVmP220)(412)2/1(0=-（3）在调制信号的一周期内，调幅波的平均输出总功率：在调制信号的一周期内，调幅波的平均输出总功率：)21(200accav

12、mPPPPP+=+=-+tVmtVa)cos(21cos0000+=tVma)cos(2100-+vAM（4）边频功率、载波功率与平均功率之间的关系：边频功率、载波功率与平均功率之间的关系：；载波功率载波功率双边频功率双边频功率22am=；载波功率载波功率单边频功率单边频功率42am=；）（平均总功率平均总功率双边频功率双边频功率2222221/2aaaammmm+=+=；）（平均总功率平均总功率单边频功率单边频功率22222421/4aaaammmm+=+=注意：注意：如果调制信号为限带信号，即含有多个频率信号如果调制信号为限带信号，即含有多个频率信号时，则总的边带功率应等于各个单一频率信号

13、的边频功时，则总的边带功率应等于各个单一频率信号的边频功率之和。即率之和。即当未调幅时，当未调幅时，ma=0，PO=Pc；)21(200accavmPPPPP+=+=-+100%调幅时，调幅时，ma=1，PO=1.5Pc；可见调幅波的输出功率随可见调幅波的输出功率随ma的增大而增大，由于信号包含在的增大而增大，由于信号包含在边频带内，因此在调幅制中应尽可能地提高边频带内，因此在调幅制中应尽可能地提高ma的值，以增强边带的值，以增强边带功率，提高传输信号的能力。但在实际传送信号时，由于信号的功率，提高传输信号的能力。但在实际传送信号时，由于信号的幅度是变化的，平均调幅度往往很小（幅度是变化的，平

14、均调幅度往往很小（2030%），这样发射机的），这样发射机的实际有用信号功率就很小，所以整机效率低。实际有用信号功率就很小，所以整机效率低。载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的大部分。如当大部分。如当ma=100%时，时，Pc=(2/3)Pav，当，当ma=50%时，时，Pc=(8/9)Pav。所以调幅波的功率浪费大，效率低，这是调幅制本身所以调幅波的功率浪费大，效率低，这是调幅制本身所固有的缺点。但调幅波的调制和解调都很方便，接收设备最简所固有的缺点。但调幅波的调制和解调都很方便，接收设备最简单，因此被广泛地应用于无线电广播

15、。单，因此被广泛地应用于无线电广播。5.2.2 调幅技术调幅技术 0+max 0-max 0 在普通调幅（在普通调幅（AM）波信号中，有用信号只携带在波信号中，有用信号只携带在边频带内，载波信号本身不含信息，但它的功率在调边频带内，载波信号本身不含信息，但它的功率在调幅波中占有很大的比重，为了提高功率的有效利用率，幅波中占有很大的比重，为了提高功率的有效利用率，在调幅系统还采用另外几种调幅方式：在调幅系统还采用另外几种调幅方式：抑制载波的双边带调制（抑制载波的双边带调制（DSB）单边带调制（单边带调制（SSB）残留边带调制（残留边带调制（VSB）一、几种不同的调幅制及其频谱一、几种不同的调幅制

16、及其频谱双边带调制（双边带调制（DSB）：在在AM调制过程中，抑制载波，仅保留上、下边带。调制过程中，抑制载波，仅保留上、下边带。单边带调制（单边带调制（SSB）：在在DSB的基础上，将其中一个边带抑制掉，只保留的基础上，将其中一个边带抑制掉，只保留一个边带。一个边带。残留边带调制（残留边带调制（VSB）：在在AM的基础上，保留一个边带及载频，对另一个的基础上，保留一个边带及载频，对另一个边带进行部分抑制。边带进行部分抑制。可以提高功率的利用率，同时可以减小信道所占据的频带，可以提高功率的利用率，同时可以减小信道所占据的频带，在短波无线电通信中得到了广泛的应用。在短波无线电通信中得到了广泛的应

17、用。在电视发射技术中，为了压缩图象发射的频带，最好采用单边在电视发射技术中，为了压缩图象发射的频带，最好采用单边带调制，但为了能用接收带调制，但为了能用接收AM信号的方法来接收图象信号，避信号的方法来接收图象信号，避免电视机的成本提高，采用了残留单边带调制方式。免电视机的成本提高，采用了残留单边带调制方式。几种不同制式的调幅波频谱：几种不同制式的调幅波频谱：0 0 0 0 0 AMv DSBSSBVSB二、二、AM调幅波的产生原理框图调幅波的产生原理框图相加器相加器乘法器乘法器v 直流直流v0vAM方法方法1：方法方法2：v 乘法器乘法器相加器相加器v0vAM三、三、DSB调幅调幅 DSB是在

18、是在AM调制过程中，抑制载波，保留上、下边调制过程中，抑制载波，保留上、下边带形成的，它可以用载波和调制信号直接相乘得到。带形成的，它可以用载波和调制信号直接相乘得到。1、数学表达式、数学表达式（1）调制信号为单一频率信号时：）调制信号为单一频率信号时：v=V cos t；v0=V0cos 0t三、三、DSB调幅调幅 DSB是在是在AM调制过程中，抑制载波，保留上、下边调制过程中，抑制载波，保留上、下边带形成的，它可以用载波和调制信号直接相乘得到。带形成的，它可以用载波和调制信号直接相乘得到。1、数学表达式、数学表达式（2）调制信号为限带信号时：）调制信号为限带信号时：v0=V0cos 0t；

19、=nnntVtfvcos)()cos()cos(21000tVtVkVnnnnnn-+=ttVkVvkvvnnnDSB000coscos =2、DSB波形和频谱波形和频谱与与AM波相比，它有如下特点：波相比，它有如下特点：1）包络不同。）包络不同。AM的包络正比于调幅的包络正比于调幅信号信号f（t）的波形，而的波形，而DSB的包络正比的包络正比于于|f（t）|。v 0t0v0t0vDSBt0vAMt2）DSB信号中载波的相位反映了调制信号中载波的相位反映了调制信号的极性。信号的极性。载波相位在调制信号的载波相位在调制信号的0交点处要突变交点处要突变180，在调制信号的负在调制信号的负半周，已调

20、波载波与原载波相位相反。半周，已调波载波与原载波相位相反。因此严格地说，因此严格地说，DSB信号并非单纯的信号并非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。信号。3）功率利用率高于）功率利用率高于AM波。波。因为因为DSB信号的频谱成分中抑制了载波分量，信号的频谱成分中抑制了载波分量，全部功率为边带所占有。全部功率为边带所占有。4）占用频带）占用频带B=2 max。四、四、SSB调幅调幅1、SSB信号的表达式和频谱信号的表达式和频谱 由上两式可见，由上两式可见，SSB信号的振幅与调制信号的振幅成正比，它的信号的振幅与调制信号的振幅成正比，它的频率随调制信号频率

21、的不同而不同，因此它含有消息特征。频率随调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。SSB SSB信号是在信号是在DSBDSB信号的基础上，将其中一个边带抑信号的基础上，将其中一个边带抑制掉，只保留一个边带形成的。制掉，只保留一个边带形成的。SSB调制方式在传送信息时，不但功率利用率高，而且它占调制方式在传送信息时，不但功率利用率高，而且它占用频带为用频带为B max，比比AM、DSB减少了一半，频带利用充分，目减少了一半，频带利用充分，目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。前已成为短波通信中一种重要的调制方式。SSB调制从本质上说是幅度和频率都随调制信号改变的调制调制从本质上说是幅度和频

22、率都随调制信号改变的调制方式，既调幅又调频，但由于它产生的已调信号频率与调制信号方式，既调幅又调频，但由于它产生的已调信号频率与调制信号频率间只是一个线性变换关系，这一点与频率间只是一个线性变换关系，这一点与AM、DSB相似，因此相似，因此通常把它归于振幅调制。通常把它归于振幅调制。2、SSB信号的产生原理框图信号的产生原理框图1）滤波器法：）滤波器法：由由DSB信号经过边带滤波器滤掉一个边带形成。信号经过边带滤波器滤掉一个边带形成。v v0vSSBUvSSBL乘法器乘法器上边带滤波器上边带滤波器下边带滤波器下边带滤波器vDSB2）相移法：在调制过程直接将一个边带抵消而形成。）相移法：在调制过

23、程直接将一个边带抵消而形成。90相移相移乘法器乘法器减法器减法器加法器加法器乘法器乘法器90相移相移5.3 5.3 非线性电路的分析非线性电路的分析一、非线性电路的级数展开分析方法一、非线性电路的级数展开分析方法可以证明若函数可以证明若函数f(x)的各阶导数存在，则的各阶导数存在，则f(x)可以写成：可以写成：这个公式叫做函数这个公式叫做函数f(x)在在x0处的泰勒级数，或叫幂级数展开式。处的泰勒级数，或叫幂级数展开式。非线性元件的伏安特性可用非线性函数表示为：非线性元件的伏安特性可用非线性函数表示为：一般：一般：若若f（v）的各阶导数存在，则它在的各阶导数存在，则它在V0处的泰勒级数为：处的

24、泰勒级数为：V0为静态工作点为静态工作点，v1、v2为两个输入信号电压。为两个输入信号电压。其中其中an为各次方项的系数，可以表示为：为各次方项的系数，可以表示为：1 1、单一余弦电压作用下的频率变换作用、单一余弦电压作用下的频率变换作用令令v2=0，且且v1=V1cos 1t结论：结论：单一频率的信号作用于非线性元件时，在输出电流单一频率的信号作用于非线性元件时，在输出电流 中不仅含中不仅含有输入信号的频率分量有输入信号的频率分量 1，而且还含有输入信号的各次谐波，而且还含有输入信号的各次谐波分量分量n 1。bn为为 an 和和 cosn 1t 的分解系数的乘积。的分解系数的乘积。2 2、两

25、个不同频率余弦电压作用下的频率变换作用、两个不同频率余弦电压作用下的频率变换作用v1=V1cos 1t，v2=V2cos 2t =-=02121coscosnmmnmmnmnnttVVCa =-=2010mnmmnmnnnvvCai利用三角函数的积化和差公式将上式进行变换、整理后：利用三角函数的积化和差公式将上式进行变换、整理后：经分析得经分析得 i 中所含有的频率成分为：中所含有的频率成分为：p 1、q 2|p 1 q 2|其中：其中：p、q=1，2，3输入信号及其谐波分量。输入信号及其谐波分量。输入信号的组合频率分量。输入信号的组合频率分量。经分析得经分析得 i 中所含有的频率成分为：中所

26、含有的频率成分为：p 1、q 2|p 1 q 2|其中：其中：p、q=1，2，3输入信号及其谐波分量。输入信号及其谐波分量。输入信号的组合频率分量。输入信号的组合频率分量。电流的频谱结构：电流的频谱结构：1 2输入信号频谱输入信号频谱 1 2输出电流频谱输出电流频谱2 13 12 2 2-1 2+12 2-12 2+1 2-2 1 2+2 1注意问题：注意问题：（1）在非线性函数的幂级数分析方法中，根据需要只选择前面）在非线性函数的幂级数分析方法中，根据需要只选择前面 几项进行分析即可，一般取几项进行分析即可，一般取n=2 3。（2）若幂多项式最高次数为）若幂多项式最高次数为n，则电流中的最高

27、谐波次数不超过则电流中的最高谐波次数不超过 n；组合频率组合频率p 2 q 1中，中，p+q n。例如：例如：n=2，且且 2 1则电流中的频率成分有：则电流中的频率成分有：1、2；2 1、2 2；2+1、2-1;若若n=3，且且 2 1则电流中的频率成分有：则电流中的频率成分有：1、2；2 1、2 2；3 1、3 2；2+1、2-1;2 2+1、2 2-1;2+2 1、2-2 2 1;（3）所有组合频率都是成对出现的。）所有组合频率都是成对出现的。（4）电流中的直流成分、偶次谐波以及系数之和（）电流中的直流成分、偶次谐波以及系数之和（p+q）为偶为偶 数的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数

28、的偶次项系数的各种组合频率成分，其振幅均只与幂级数的偶次项系 数（包括常数项）有关，而与奇次项系数无关。数（包括常数项）有关，而与奇次项系数无关。（5）m次谐波以及系数之和等于次谐波以及系数之和等于m的个组合频率成分，其振幅的个组合频率成分，其振幅 只与幂级数中等于及高于只与幂级数中等于及高于m次的各项系数有关。次的各项系数有关。（6）在实际工作中，非线性元件的主要作用在于进行频率变）在实际工作中，非线性元件的主要作用在于进行频率变 换，线性网络的主要作用在于选频或滤波。所以常用具换，线性网络的主要作用在于选频或滤波。所以常用具 有选频作用的某种线性网络作为非线性元件的负载，以有选频作用的某种

29、线性网络作为非线性元件的负载，以 便从非线性元件的输出电流中取出所需要的频率成分，便从非线性元件的输出电流中取出所需要的频率成分，滤除无用的干扰频率成分，从而实现频率的搬移功能。滤除无用的干扰频率成分，从而实现频率的搬移功能。类似地，奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成类似地，奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成分，其振幅只与幂级数的奇次项系数有关，而与偶次项系分，其振幅只与幂级数的奇次项系数有关，而与偶次项系数无关。数无关。二、线性时变电路分析方法二、线性时变电路分析方法1 1、晶体管时变跨导电路、晶体管时变跨导电路 晶体管在高频小信号工作状态下，如果忽略晶体管在高频小信号工作状

30、态下，如果忽略yre 和和yoe的的影响，则集电极电流影响，则集电极电流iC为：为：gm为定常跨导，此时晶体管作为线性元件使用，无变频作用。为定常跨导，此时晶体管作为线性元件使用，无变频作用。时变参量电路：时变参量电路：电路中仅有一个参量受外加信号的控制而按电路中仅有一个参量受外加信号的控制而按 一定规律变化，外加信号为控制信号。一定规律变化，外加信号为控制信号。如果设法使如果设法使gm按某一频率随时间变化，则函数按某一频率随时间变化，则函数iC中就会出现中就会出现不同频率的两个三角函数的乘积项，必然会形成两个不同频率不同频率的两个三角函数的乘积项，必然会形成两个不同频率的和频和差频分量，从而

31、提供了实现频率变换的可能性。的和频和差频分量，从而提供了实现频率变换的可能性。+-vSCL 时变跨导原理电路时变跨导原理电路+-v0V0mVSm 这时可认为晶体管的工作点由这时可认为晶体管的工作点由v0控制，控制，是一个时变的工作点，是一个时变的工作点，vS以时变工作点以时变工作点为参量处于线性工作状态。为参量处于线性工作状态。vB时变的工作点电压为：时变的工作点电压为：vBE+-vSCL 时变跨导原理电路时变跨导原理电路+-v0vBvBEvS很小，可忽略二次方项及其以上各项，很小，可忽略二次方项及其以上各项，iC在时变工作点在时变工作点vB处的泰勒级数展式为：处的泰勒级数展式为：为时变静态电

32、流，受为时变静态电流，受v0控制，与控制，与vS无关。无关。为时变跨导，受为时变跨导，受v0的控制，但与的控制，但与vS无关。无关。iC的表达式可以写成：的表达式可以写成：可以看出可以看出iC与与vS之间为线性的关系，但它们的系数之间为线性的关系，但它们的系数g(t)是时是时 变的，故称为线性时变电路。变的，故称为线性时变电路。式中的式中的 iC0(t)和和 g(t)仍是非线性的时间函数，仍是非线性的时间函数，受受v0=V0mcos 0t的控制，利用傅立叶级数展开可得：的控制，利用傅立叶级数展开可得：代入代入 iC(t)的表达式可得：的表达式可得：iC(t)包含的频率分量为：包含的频率分量为：

33、电流的频谱结构：电流的频谱结构：S 02 0 0-S 0+S2 0-S2 0+S相对于非线性电路，该电路输出电流中的组合频率分量大大减少，相对于非线性电路，该电路输出电流中的组合频率分量大大减少，且没有且没有 S的的谐波分量，使得所需的有用信号能量集中，损失减少，谐波分量，使得所需的有用信号能量集中，损失减少，同时也为滤波提供了方便。同时也为滤波提供了方便。1 2非线性电路输出电流频谱非线性电路输出电流频谱2 13 12 2 2-1 2+12 2-1 2-2 1 2+2 12 2+1 以上分析说明，当两个不同频率的信号同时作用于一个以上分析说明，当两个不同频率的信号同时作用于一个非线性器件，其

34、中一个振幅很小，处于线性工作状态，另非线性器件，其中一个振幅很小，处于线性工作状态，另一个为大信号工作状态时，可以使这一非线性系统等效为一个为大信号工作状态时，可以使这一非线性系统等效为一个线性时变系统。一个线性时变系统。+-vSCL 时变跨导原理电路时变跨导原理电路+-v0V0mVSm2 2、差分对模拟乘法器电路、差分对模拟乘法器电路模拟乘法器可以实现频谱搬移，如下图所示：模拟乘法器可以实现频谱搬移，如下图所示：如果：如果：v1=V1 cos 1t；v2=V2 cos 2t；相乘器相乘器k kv1vOv2vO=k v1 v2=V1 V2 cos 1t cos 2t 可见，乘法器是一个理可见，

35、乘法器是一个理想的线性频谱搬移电路，想的线性频谱搬移电路，而实际中的线性频谱搬移而实际中的线性频谱搬移电路所要解决的核心问题电路所要解决的核心问题正是使该电路的性能更接正是使该电路的性能更接近理想乘法器。近理想乘法器。1 2输入信号频谱输入信号频谱输出信号频谱输出信号频谱 2-1 2+1VCCRC1RC2v0+-+-v1+-v2vBE1vBE2iE1iE2ReVEE(1)(1)、单差分对电路、单差分对电路 电路中电路中T1、T2和和RC1、RC2精密配对，组成差分对放大器精密配对，组成差分对放大器,T3为受为受v2控制的恒流源。控制的恒流源。由晶体管的特性：由晶体管的特性：i0T3的集电极电流

36、的集电极电流i0为：为：为差模信号输入电压。为差模信号输入电压。)1()1(/11212101TVvEEEEEEeiiiiiii-+=+=+=根据上式可得：根据上式可得：TV-vOEeii/111+=TVvOEeii/211+=因为：因为：所以：所以：TV-vOCe ii/111+=TVv OCe ii/211+=-ZOe i1+=ZOe i1+=Ci1-ZOe i1+=Ci2ZOe i1+=下图为归一化电流下图为归一化电流 ic1/iO、ic2/iO 与与Z的关系曲线，的关系曲线，在在|Z|1的范围内，的范围内，ic1、ic2与与Z（v1）近似成线性关系，由近似成线性关系，由于常温下于常温下

37、VT=26mV，所以在所以在线性范围内，线性范围内，v1的最大值约的最大值约为为26mV，所以允许的所以允许的v1值是值是很小的。此时有：很小的。此时有：ic1/iOic2/iO0.511 2 3-3-2-1Z12110vivigCCm -=由于由于i0是受交流信号是受交流信号v2控制的，可以写成：控制的，可以写成：I0表示静态直流分量，表示静态直流分量，g为为T3的跨导，若的跨导，若Re足够大，则：足够大，则：式中具有式中具有v1v2的乘积项，所以称为模拟乘法器。的乘积项，所以称为模拟乘法器。若若Kv2=K（t），），则则K（t）为为v1的时变电压放大系数，可见的时变电压放大系数，可见是时变

38、参数电路的一种。这种模拟乘法器广泛应用于调幅、混是时变参数电路的一种。这种模拟乘法器广泛应用于调幅、混频、解调等进行频率变换的系统中。频、解调等进行频率变换的系统中。(2)(2)、双差分对（四象限）模拟乘法器、双差分对（四象限）模拟乘法器 单差分对电路要求单差分对电路要求v1要小于要小于26mV，且且v2必须为正必须为正值，为二象限乘法器，虽然能够完成相乘作用，但要值，为二象限乘法器，虽然能够完成相乘作用，但要求在两个象限内工作，对于许多通信设备来说，这种求在两个象限内工作，对于许多通信设备来说，这种限制是很苛刻的。大多数实际应用的乘法器应能在四限制是很苛刻的。大多数实际应用的乘法器应能在四个

39、象限内工作。个象限内工作。VCCRC1RC2v0+-+-v1+-v2vBE1vBE2iE1iE2i0ReVEEVCCRC1RC2v2v1iC3i0iC4iC5iC6iC1iC2T1T2T6T5T4T3vO+-+-+-ii双双差差分分对对四四象象限限模模拟拟乘乘法法器器(3)(3)、实用集成模拟乘法器、实用集成模拟乘法器 集成模拟乘法器是继运算放大器之后，又一种很重要集成模拟乘法器是继运算放大器之后，又一种很重要的非线性函数运算电路，以四象限模拟乘法器为核心，的非线性函数运算电路，以四象限模拟乘法器为核心，可以进行频率变换，使用方便、性能优良，价格便宜。可以进行频率变换，使用方便、性能优良，价格

40、便宜。MC1596G：MC1596G23510691874VCCv1v2三、开关函数分析法三、开关函数分析法原理电路如图示：原理电路如图示：vd=v1+v2v1=V1m cos 1t；1、二极管、二极管D受受v2（t）的控制工作在大信号开关状态的控制工作在大信号开关状态V1m 0.5V）+-v1v2DRLvdid忽略二极管的正向导通压降，忽略二极管的正向导通压降，rd为二极管正向电阻为二极管正向电阻v2=V2mcos 2t；10取开关函数：取开关函数：10回路电导回路电导时变电导时变电导10由于由于v2（t）是周期信号，所以开关是周期信号，所以开关函数函数 S（t）亦为周期函数，其周期亦为周期

41、函数，其周期与与v2相同，波形如图示，是一个振相同，波形如图示，是一个振幅为幅为1的矩形脉冲序列。的矩形脉冲序列。将将S（t）展开为傅立叶级数：展开为傅立叶级数：v2(t)0t0tS(t)1将上式代入电流将上式代入电流id的表达式：的表达式：输出电流频谱输出电流频谱经分析可知，流过二极管的电流经分析可知，流过二极管的电流id中的频率成分有：中的频率成分有：（1）v1、v2的频率成分：的频率成分：1，2（2）v1、v2的和频、差频：的和频、差频：1+2、1-2（3）v1 和和v2奇次谐波的和频和差频奇次谐波的和频和差频:(2n+1)2 1（4）v2的偶次谐波频率：的偶次谐波频率：2n 2（5）直

42、流成分直流成分 1 2（2-1）（2+1）（3 2-1）（3 2+1）2 25.4 振幅调制电路振幅调制电路AM信号：信号：DSB信号：信号：SSB信号：信号：纯调幅纯调幅调幅、调相调幅、调相调幅、调频调幅、调频 三种调幅信号都含有一个调制信号和载波的乘积项，所以振三种调幅信号都含有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制的实现是以乘法器为核心的频谱的线性搬移电路。幅调制的实现是以乘法器为核心的频谱的线性搬移电路。调制的方法可以分为两大类：调制的方法可以分为两大类：高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于AM 调制，许多广播发射机都采用它。调制，许多广播

43、发射机都采用它。低电平调制：先调制后功放，主要用于低电平调制：先调制后功放，主要用于DSB、SSB及及 FM信号。信号。一、一、AM调制电路调制电路1、高电平调幅、高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅 高电平调幅将功放和调制合二为一，调制后的高电平调幅将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可以直接发送出去。这个过程通信号不需再放大就可以直接发送出去。这个过程通常是在丙类放大器中进行的。根据调制信号控制的常是在丙类放大器中进行的。根据调制信号控制的电极不同，高电平调幅可分为：电极不同，高电平调幅可分为：AM信号的产生可以用高电平调制和低电平调制信号的产生可以用高电平调制和低电平

44、调制两种方式。目前，两种方式。目前，AM信号大多都用于无线电广播，信号大多都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。因此多采用高电平调制方式。用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。压，以实现调幅。1）集电极调幅）集电极调幅集电极调幅的基本电路：集电极调幅的基本电路：低频调制信号低频调制信号v 与与VCC相串联，因此放大器的有效相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。波形而变化。v v0CL调幅波调幅波输出输出VCCVBB 丙类功

45、放工作在过压状态时，集电极电流的基波分丙类功放工作在过压状态时，集电极电流的基波分量随集电极电源电压成正比变化。因此集电极输出的高量随集电极电源电压成正比变化。因此集电极输出的高频电压振幅将随调制信号的波形而变化。于是得到调幅频电压振幅将随调制信号的波形而变化。于是得到调幅波输出。波输出。工作原理：工作原理：用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。实现调幅。2）基极调幅）基极调幅基极调幅的基本电路：基极调幅的基本电路：低频调制信号低频调制信号v 与与VBB相串联，因此放大器的有效偏相串联，因此放大器的有效偏压等于上述两个电压之和

46、，它随调制信号的波形而变化。压等于上述两个电压之和，它随调制信号的波形而变化。v v0CL调幅波调幅波输出输出VCCVBB 丙类功放工作在欠压状态时，集电极电流的基波分量丙类功放工作在欠压状态时，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化。因此集电极输出的高频电压振随基极电压成正比变化。因此集电极输出的高频电压振幅将随调制信号的波形而变化。于是得到调幅波输出。幅将随调制信号的波形而变化。于是得到调幅波输出。工作原理：工作原理：两种高电平两种高电平AM调幅方式的特点：调幅方式的特点：集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅丙类功放的工丙类功放的工作状态作状态过压状态过压状态欠压状态欠压状态效率效率效率

47、高效率高效率低效率低所需调制信号所需调制信号的功率的功率较大较大很小很小二、低电平调制二、低电平调制1）单二极管电路）单二极管电路vL(t)v0(t)+-+v(t)DRLLC+-vdid设：设：v=V mcos t；v0=V0mcos 0t且且V0m(数百数百mV)V mD受受v0(t)的控制工作在大信号开关状态。的控制工作在大信号开关状态。主要用于主要用于DSB、SSB调幅调幅）（tVtVttgimmdd00 00coscos)3cos23cos221(+p p-p p+=电流电流id的频谱成分有：的频谱成分有：vL(t)v0(t)+-+v(t)DRLLC+-vdid如果选频回路调谐于频率如

48、果选频回路调谐于频率 0，且带宽为，且带宽为B=2，0（0-）（0+）（3 0-）（3 0+）2 0id的频谱的频谱则电流则电流id的频谱成分只剩下的频谱成分只剩下 0，0+，0-。与与AM波的频率成分相同。波的频率成分相同。）（tVtVttgimmdd00 00coscos)3cos23cos221(+p p-p p+=经滤波后，经滤波后，id的频谱成分为的频谱成分为 0，0+，0-。vL(t)v0(t)+-+v(t)DRLLC+-vdid因回路谐振时，负载电阻为因回路谐振时，负载电阻为RL，则输出电压为：则输出电压为：为一个为一个AM信号。信号。2）二极管平衡电路）二极管平衡电路设：设：v

49、=V mcos t；v0=V0mcos 0t且且V0m V mvL(t)RL+-+-+v0(t)D1L1C1vd1id1+-v(t)L2C2vd2id2D2v(t)+-vO1+-vO221121LdddRrgg+=D1D1、D2 D2受受v v0 0(t)(t)的控制工作在大信号开关状态，两者同时导通，的控制工作在大信号开关状态，两者同时导通，同时截止，其电导值也相同。同时截止，其电导值也相同。vL(t)RL+-+-+v0(t)D1L1C1vd1id1+-v(t)L2C2vd2id2D2v(t)+-vO1-+vO2222)(dddvtSgi=111)(dddvtSgi=；LdORiv2111=

50、；LdORiv2122=)(212121ddLOOLiiRvvv-=-=vL的频谱成分有：的频谱成分有：单二极管电路单二极管电路的频谱成分：的频谱成分：与单二极管电路相比，频谱中减少了载波及载波的偶次谐波分量。与单二极管电路相比，频谱中减少了载波及载波的偶次谐波分量。如果选频回路的谐振频率为如果选频回路的谐振频率为 0，且带宽为，且带宽为B=2，（0-）（0+）（3 0-）（3 0+）vL的频谱的频谱则电压则电压vL的频谱成分只剩下的频谱成分只剩下 0+，0-。与与DSB调幅波的频率成分相同。调幅波的频率成分相同。二极管平衡调制电路二极管平衡调制电路采用平衡方式，将载波采用平衡方式，将载波抑制