第4章幅度调制与解调电路.ppt
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1、第第4章幅度调制与解调电路章幅度调制与解调电路 4.1概述概述 4.2幅度调制电路幅度调制电路 4.3幅度解调电路幅度解调电路 4.4混频器混频器 4.5幅度调制和解调电路的制作、调试及检测幅度调制和解调电路的制作、调试及检测 4.1概述概述4.1.1幅度调制原理幅度调制原理 幅度调制是由调制信号去控制载波的振幅幅度调制是由调制信号去控制载波的振幅.使它按调制信号的规使它按调制信号的规律变化律变化.严格地讲严格地讲.是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系.其频其频率和相位不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。幅度调率和相位不变。这是使高频振荡的振幅
2、载有消息的调制方式。幅度调制分为制分为3种方式种方式:普通调幅普通调幅(AM)方式、抑制载波的双边带调幅方式、抑制载波的双边带调幅(DSB)方方式及抑制载波的单边带调幅式及抑制载波的单边带调幅(DSB)方式。所得到的已调信号分别称为方式。所得到的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号及单边带信号。调幅波信号、双边带信号及单边带信号。1.普通调幅普通调幅(AM)1)普通调幅信号数学表达式与波形普通调幅信号数学表达式与波形假设调制信号是正弦信号假设调制信号是正弦信号.其表示式为其表示式为:若载波信号电压为若载波信号电压为下一页返回4.1概述概述根据定义根据定义.在理想情况下在理想情况下.普通调幅波
3、的振幅为普通调幅波的振幅为因此因此.普通调幅波可以表示为普通调幅波可以表示为图图4-1所示为普通调幅所示为普通调幅(AM)调制过程中的信号波形。调制过程中的信号波形。下一页上一页返回4.1概述概述2)普通调幅信号频谱与带宽普通调幅信号频谱与带宽将式将式(4-2)用三角公式展开用三角公式展开.可得可得下一页上一页返回4.1概述概述 由此可见由此可见.单音信号调制的普通调幅信号包含单音信号调制的普通调幅信号包含3个不同频率的正个不同频率的正弦波弦波:第一项为末调幅的载波第一项为末调幅的载波;第二项的频率等于载波频率与调制频率第二项的频率等于载波频率与调制频率之和之和.叫做上边频叫做上边频;第三项的
4、频率等于载波频率与调制频率之差第三项的频率等于载波频率与调制频率之差.叫做叫做下边频。后两个频率显然是由于调制产生的新频率。把这下边频。后两个频率显然是由于调制产生的新频率。把这3组正弦波组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来的相对振幅与频率的关系画出来.就得到了就得到了图图4-2所示的频谱图。由于所示的频谱图。由于M的最大值只能等于的最大值只能等于1.因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的1/2。调制信号的幅度及频率信息只包含于边频分量中。其频带宽度为调制信号的幅度及频率信息只包含于边频分量中。其频带宽度为下一页上一页返回4.1概述概述3)调幅信号的功率分
5、配调幅信号的功率分配 由式由式(4-3)知知.普通调幅信号普通调幅信号uAM(t)C)在负载电阻在负载电阻RL上产生的功上产生的功率如下所列。率如下所列。载波功率载波功率 上边频上边频(或下边频或下边频)功率功率 上、下边频总功率上、下边频总功率 普通调幅信号总平均功率普通调幅信号总平均功率下一页上一页返回4.1概述概述4)普通调幅的实现方法普通调幅的实现方法根据普通调幅波的数学表达式根据普通调幅波的数学表达式.即即 可得实现普通调幅的电路模型如可得实现普通调幅的电路模型如图图4-4所示所示.关键在于用模拟乘法关键在于用模拟乘法器实现调制信号与载波的相乘。器实现调制信号与载波的相乘。下一页上一
6、页返回4.1概述概述2.双边带调幅双边带调幅(DSB)1)双边带调幅信号数学表达式双边带调幅信号数学表达式下一页上一页返回4.1概述概述 2)双边带调幅信号波形与频谱双边带调幅信号波形与频谱 图图4-5所示为双边带调幅信号的波形与频谱图。双边带信号的包所示为双边带调幅信号的波形与频谱图。双边带信号的包络仍然是随调制信号变化的络仍然是随调制信号变化的.但它的包络已不能完全准确地反映低频但它的包络已不能完全准确地反映低频调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周调制信号的变化规律。双边带信号在调制信号的负半周.已调波高频已调波高频与原载频反相与原载频反相;调制信号的正半周调制信号的正半周.已
7、调波高频与原载频同相。也就是已调波高频与原载频同相。也就是双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变双边带信号的高频相位在调制电压零交点处要突变180 因为双边带信号不包含载波因为双边带信号不包含载波.它的全部功率都为边带占有它的全部功率都为边带占有.所以所以发送的全部功率都载有信息发送的全部功率都载有信息.功率有效利用率高于功率有效利用率高于AM制。另外制。另外.双边双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的为带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的为2下一页上一页返回4.1概述概述 3)双边带调幅的实现方法双边带调幅的实现方法 实现双边带调幅的电路模型如实现双边带调幅的电路模型
8、如图图4-6所示所示 3.单边带调幅单边带调幅(SSB)单边带信号是由双边带信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制单边带信号是由双边带信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中过程中.直接将一个边带抵消而成的。直接将一个边带抵消而成的。1)单边带调幅信号数学表达式单边带调幅信号数学表达式 由双边带调制信号的表达式可知由双边带调制信号的表达式可知.当取上边带时有当取上边带时有 取下边带时有取下边带时有下一页上一页返回4.1概述概述 2)单边带调幅信号波形与频谱单边带调幅信号波形与频谱 单边带调幅信号的波形与频谱如单边带调幅信号的波形与频谱如图图4-8所示所示 3)单边带调幅信号的实现方法单边带调幅
9、信号的实现方法 要获得单边带信号要获得单边带信号.首先就要产生载波被抑制的双边带首先就要产生载波被抑制的双边带.然后再然后再设法除去一个边带设法除去一个边带.只让一个边带发射出去。获得单边带信号的方法只让一个边带发射出去。获得单边带信号的方法有有:滤波法和相移法。滤波法和相移法。(1)滤波法。在乘法器后面加上一个合适的带通滤波器滤波法。在乘法器后面加上一个合适的带通滤波器.把不需要的边把不需要的边带滤除带滤除.只让一个边带输出只让一个边带输出.如如图图4-9所示所示.这就叫滤波法。这就叫滤波法。(2)相移法。相移法是利用移相的方法相移法。相移法是利用移相的方法.消去不需要的边带。消去不需要的边
10、带。图图4-10为为表示这种方法的方框图。表示这种方法的方框图。下一页上一页返回4.1概述概述4.1.2幅度解调原理幅度解调原理 1.检波电路的功能检波电路的功能 振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号。振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号。当输入信号是高频等幅波时当输入信号是高频等幅波时.检波器输出为直流电压检波器输出为直流电压.如如图图4-11(a)所示。所示。当输入信号是正弦调制的调幅信号时当输入信号是正弦调制的调幅信号时.检波器输出电压为正弦波检波器输出电压为正弦波.如如图图4-11(b)所示。当输入信号是脉冲调制的调幅信号时所示。当输入信号是脉冲调制
11、的调幅信号时.检波器输出电压检波器输出电压为脉冲波为脉冲波.如如图图4-11(c)所示。所示。下一页上一页返回4.1概述概述 2.检波电路的分类检波电路的分类 振幅检波的方法有两类振幅检波的方法有两类:一类是包络检波一类是包络检波.另一类是同步检波。包另一类是同步检波。包络检波是从已调波振幅变化的包络中提取出调制信号的方法。由于双络检波是从已调波振幅变化的包络中提取出调制信号的方法。由于双边带调制与单边带调制信号的振幅变化不同于调制信号边带调制与单边带调制信号的振幅变化不同于调制信号.因此不能用因此不能用包络检波方法解调。包络检波只适用于普通调幅包络检波方法解调。包络检波只适用于普通调幅(AM
12、)信号的解调。同信号的解调。同步检波是利用一个与载波同步的本地振荡信号与已调波进行差拍步检波是利用一个与载波同步的本地振荡信号与已调波进行差拍.从从而实现检波的方法。本地振荡信号简称本振信号而实现检波的方法。本地振荡信号简称本振信号.所谓的同步就是本所谓的同步就是本振信号与已调波的载波同频同相。这种方法适用于各种振幅调制信号振信号与已调波的载波同频同相。这种方法适用于各种振幅调制信号的解调。的解调。3.检波电路的组成检波电路的组成 调幅信号的频谱由载频和边频分量组成调幅信号的频谱由载频和边频分量组成.它包含有调制信号的信它包含有调制信号的信息息.但并不包含调制信号本身的频率。检波电路的组成如但
13、并不包含调制信号本身的频率。检波电路的组成如图图4-12所示所示.应由应由3部分组成部分组成.即高频信号输入回路、非线性器件和低通滤波器。即高频信号输入回路、非线性器件和低通滤波器。上一页返回4.2幅度调制电路幅度调制电路4.2.1高电平调幅电路高电平调幅电路 高电平调幅主要用于高电平调幅主要用于AM调制调制.这种调制是在高频功率放大器中进这种调制是在高频功率放大器中进行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极一基极行的。通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极一基极(或发射极或发射极)组合调幅。其基本工作原理就是利用改变某一电极的直流电压以控制组合调幅。其基本工作原理就是利用改变某一电极的直
14、流电压以控制集电极高频电流振幅。集电极高频电流振幅。集电极调幅电路如集电极调幅电路如图图4-13所示所示 由高频功率放大器的分析可知由高频功率放大器的分析可知.当功率放大器工作于过压状态时当功率放大器工作于过压状态时.集电极电流的基波分量与集电极偏置电压呈线性关系。因此集电极电流的基波分量与集电极偏置电压呈线性关系。因此.要实现要实现集电极调幅集电极调幅.应使放大器工作于过压状态。应使放大器工作于过压状态。图图4-14(a)给出了集电极电给出了集电极电流基波振幅流基波振幅IC1幅随幅随UCC变化的曲线变化的曲线.即集电极调幅时的静态调制特性即集电极调幅时的静态调制特性.图图4-14(b)给出了
15、集电极电流脉冲以及基波分量的波形。给出了集电极电流脉冲以及基波分量的波形。图图4-15是基极调幅电路是基极调幅电路下一页返回4.2幅度调制电路幅度调制电路 由于基极电路电流小、消耗功率小由于基极电路电流小、消耗功率小.故所需调制信号功率很小故所需调制信号功率很小.调调制信号的放大电路比较简单制信号的放大电路比较简单.这是基极调幅的优点。但因该电路工作这是基极调幅的优点。但因该电路工作在欠压状态在欠压状态.集电极效率低是它最大的缺点集电极效率低是它最大的缺点.一般只适用于功率不大且一般只适用于功率不大且对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率较高对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率较高.
16、适用于较大功适用于较大功率的调幅发射机中。率的调幅发射机中。4.2.2低电平调幅电路低电平调幅电路 现在多采用模拟乘法器来实现低电平调幅。模拟乘法器是利用非现在多采用模拟乘法器来实现低电平调幅。模拟乘法器是利用非线性器件完成两个模拟信号的相乘运算。集成模拟乘法器是一种模拟线性器件完成两个模拟信号的相乘运算。集成模拟乘法器是一种模拟集成电路集成电路.它是以差分放大器为基础构成的信号相乘电路它是以差分放大器为基础构成的信号相乘电路.可以用来实可以用来实现调幅、检波、调频、鉴频、调相、鉴相、倍频、混频等功能。现调幅、检波、调频、鉴频、调相、鉴相、倍频、混频等功能。图图4-17所示是用所示是用MC15
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