调幅检波与变频.pptx

《调幅检波与变频.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《调幅检波与变频.pptx（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、章节第一节 调幅信号的分析第二节 调幅与检波的基本原理和实现方法第三节 调幅电路第四节 检波电路第五节 正交调幅与解调第六节 变频返回目录第1页/共61页第一节：调幅信号的分析调幅信号综述：根据调幅信号所含频谱及其相对大小不同，可以分为标准调幅信号、双边带(或称抑制载频)调幅信号、单边带信号及残留边带调幅信号。直接代表语言、音乐或图像的信号称为调制信号(或基带信号)，被调制的高频信号称为载波。有些资料中称载波信号为高频信号，称基带信号为低频信号。注意其中的“高”或“低”是相对的，而不是绝对的。第2页/共61页一、普通调幅波1、波形及频谱普通调幅波也称标准调幅波或正常调幅波，即高频信号的振幅按照

2、低频信号的瞬时值变化。通常用单频简谐信号来代表实际信号：理想情况下调幅波的振幅为：比例系数，也称为调制 灵敏度第3页/共61页：调幅系数，亦称做调幅度调幅波包络的最大值和最小值可表示为：第4页/共61页则为未调制状态则为最大调制状态则为过调幅状态为了避免失真，应第5页/共61页三个频率分量：高频载波分量下边频分量上边频分量两个边频均包含低频调制信号的信息故振幅调制过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程，原高频载波信号只是起到运载低频调制信号所含信息的作用。第6页/共61页多频调制：由许多频率分量同时调制载波已调波中仍然有载频分量、上边频分量和下边频分量。且上边带各频率分量与

3、调制信号各频率分量一一对应，下边带与上边带则完全对称。注意：此时总的调制系数仍然不能大于1。第7页/共61页2.普通调幅波的功率和占据的带宽将调幅波电压加到电阻将调幅波电压加到电阻 上，即可测上，即可测得调幅波的功率。得调幅波的功率。单频调制时，调幅波在一个高频周期内的平均功率为：此时的平均功率与此时的平均功率与 有关有关调幅波在调制信号一个周期内的平均功率为：为上下边频产生的功率。两个边频为上下边频产生的功率。两个边频的功率相等，均为的功率相等，均为第8页/共61页故这种调幅波的功率利用率很低。但其优点在于检波电路很简单，可以降低接收机的造价，故仍然广泛应用于广播发送机中。多频调制调幅波的功

4、率计算可类推因此，调制信号对载波进行调制的结果是在载频功率的基础上增加了上、下边频的功率，在载频功率调制前、后不变的条件下，总功率增加了。第9页/共61页当调制信号的频谱限定在当调制信号的频谱限定在 之间之间时，调幅波的频带宽度为时，调幅波的频带宽度为 ，即调，即调幅波的频带宽度为最高调制频率的幅波的频带宽度为最高调制频率的2 2倍。倍。第10页/共61页二、双边带调幅波引入原因：载频分量不含调制信号的信息，但却占用了调幅波的大部分功率。双边带调幅：将调幅波中的载频分量抑制掉，仅将上、下边带向外发送。又称为抑制载波的双边带调幅。单频调制时，可表示为：第11页/共61页注意：双边带调幅波的包络已

5、经不能反映调制信号的变化规律。双边带调幅波的功率等于上、下边带的功率之和，带宽与普通调幅波相同。第12页/共61页三、单边带调幅波引入原因：双边带调幅波上、下两个边带均含有同等的信息量，从而可进一步提高功率利用率和频带利用率。单边带调幅：将双边带调幅波中的某一个边带抑制掉，而只传送一个边带的信号。又称为抑制载波的单边带调制。单频调制时，可表示为：返回章节第13页/共61页第二节：调幅与检波的基本原理和实现方法实现调幅和解调的基本原理：根据三角函数积化和、差的原理可知，若在模拟相乘器的两个输入端分别施加两个不同频率的信号，就可以在其输出端获取两个频率的差频与和频信号。若模拟相乘器的输入端为载频和

6、调制信号，即可在输出端得到双边带调幅信号。若在输出端添加一个滤波器，滤除和频或差频之一，即可得单边带调幅信号。若在输出端添加一个相加器，将双边带调幅波和一个幅度适当的载波相加，便可得到标准调幅波。返回章节第14页/共61页各类调幅、检波电路的输入、输出信号频谱电路类型电路类型输入信号频谱输入信号频谱输出信号频谱输出信号频谱双边带调幅双边带调幅普通调幅普通调幅单边带调幅单边带调幅普通调幅波检普通调幅波检波波双边带调幅波双边带调幅波检波检波单边带调幅波单边带调幅波检波检波第15页/共61页调幅电路的基本框图双边带调幅电路双边带调幅电路标准调幅波电路标准调幅波电路单边带调幅波电路单边带调幅波电路另外

7、一种获得标准调幅波另外一种获得标准调幅波的方框图的方框图故模拟相乘器可以作为故模拟相乘器可以作为调幅电路的核心器件调幅电路的核心器件第16页/共61页调幅波的检波框图从标准调幅波中提取出载波信号，然后将此载波从标准调幅波中提取出载波信号，然后将此载波信号和标准调幅波分别加至模拟相乘器的两个输入端。信号和标准调幅波分别加至模拟相乘器的两个输入端。在模拟相乘器后面接一个低通滤波器滤除高频分量，在模拟相乘器后面接一个低通滤波器滤除高频分量，即可得到所需的解调分量频率。即可得到所需的解调分量频率。对于双边带和单边带调幅信号，只要在接收端产对于双边带和单边带调幅信号，只要在接收端产生一个和原载波相同的信

8、号，也可应用上述原理框图生一个和原载波相同的信号，也可应用上述原理框图实现检波。实现检波。故模拟相乘器也是调幅波检波电路的核心器件。故模拟相乘器也是调幅波检波电路的核心器件。第17页/共61页失真问题对于标准调幅波，由于其包络形状与调制信号形对于标准调幅波，由于其包络形状与调制信号形状相同。可设计某种电路，使其输出高频信号的包络状相同。可设计某种电路，使其输出高频信号的包络形状和低频信号的形状相同，便可作为调幅电路；而形状和低频信号的形状相同，便可作为调幅电路；而设计可以提取输入高频信号包络的电路便可作为检波设计可以提取输入高频信号包络的电路便可作为检波电路。电路。按照这种思路设计的电路存在失

9、真的问题：调制按照这种思路设计的电路存在失真的问题：调制后的已调波的包络，对调制信号不逼真；检波电路提后的已调波的包络，对调制信号不逼真；检波电路提取出来的信号波形，对高频信号包络不逼真。取出来的信号波形，对高频信号包络不逼真。第18页/共61页第三节：调幅电路u高电平调制：是指将调制信号和载波分别经过若干级放大，在功放级进行调制后直接输出的一种调制方式。该方式已应用在大功率的广播发射机中，器件是电子管。u低电平调制：是指调制信号和载波在低电平进行调制，然后再进行若干级放大的调制方式。该调制方式比较普遍。甚至一些先进的大功率广播设备也采用这类调制方式，所得到的低功率已调波可利用功率合成技术得到

10、足够大的功率输出。第19页/共61页一、双边带调幅电路右图为模拟相乘器MC1596的内部电路双边带调幅电路 仿真第20页/共61页输入和输出均采用单端不平衡的连接方式。电位器RP用以抑制载波，在调制信号为0时，调节RP滑动端的位置，使输出端的载波电压为0V。第21页/共61页二、普通调幅电路普通调幅电路仿真 第22页/共61页若若 ，会产，会产生过调幅现象，生过调幅现象，其波形如右图其波形如右图所示所示第23页/共61页采用MC1596构成的标准调幅电路与双边带调幅电路基本相同。其差别是调制信号输入端的直流电平不同。第24页/共61页三、单边带调幅电路此时要求滤波器能将不需要的边带完全滤除，且

11、通带内的传输系数为1。在实际应用中，上、下边带间的频差很小，要求滤波器的带通特性接近矩形，即矩形系数接近1，这是十分困难的。所以实际应用中常采用多次调制和滤波的方法，使电路结构变得比较复杂。第25页/共61页返回章节第26页/共61页二极管调幅电路将调制信号和载波信号叠加起来，一起送到二极将调制信号和载波信号叠加起来，一起送到二极管的两端，利用管的两端，利用PNPN结伏安特性的非线性产生许多频率，结伏安特性的非线性产生许多频率，然后用滤波器选取其中构成某种调幅波所需的频率分然后用滤波器选取其中构成某种调幅波所需的频率分量量除了所需分量之外，还有其它不需要的分量除了所需分量之外，还有其它不需要的

12、分量第27页/共61页使用带通滤波器，可以滤取使用带通滤波器，可以滤取 三三个分量，得到标准调幅波。个分量，得到标准调幅波。使用下图所示双平衡调幅器，可以进一步使用下图所示双平衡调幅器，可以进一步滤除滤除 分量，得到双边带调幅波。分量，得到双边带调幅波。第28页/共61页三极管调幅电路简介使用三极管调幅时有以下两种方法：使用三极管调幅时有以下两种方法：将调制信号和载波信号一起加到晶体管的发射极和将调制信号和载波信号一起加到晶体管的发射极和基极之间。此时三极管调幅器多了一个放大作用。基极之间。此时三极管调幅器多了一个放大作用。将载波加在器件的基、射极之间，而将调制信号和将载波加在器件的基、射极之

13、间，而将调制信号和集电极直流供电电压叠加，作为一个可变的供电电压，集电极直流供电电压叠加，作为一个可变的供电电压，器件始终工作于过压状态。器件始终工作于过压状态。和模拟相乘器相比，三极管调幅器的输入信号和和模拟相乘器相比，三极管调幅器的输入信号和输出信号相对地要大一些，故也称高电平调幅器输出信号相对地要大一些，故也称高电平调幅器第29页/共61页第四节：检波电路一、二极管峰值包络检波器1、工作原理电流源i及并联LC谐振回路代表检波器的信号源VD为起检波作用的非线性器件C为检波负载电容R为检波负载电阻双边带同步检波 仿真第30页/共61页工作原理简述：二极管仅在变压器次级高频电压正半周的峰值附近

14、一部分时间导电。二极管导电期间，电容C被充电，其电位逐渐升高。二极管截止期间，电容C对电阻R放电，电容C上电位逐渐下降。第31页/共61页图(a)中波形2所示锯齿形包络线可分解为图(d)中按高频调幅波包络变化的低频信号和图(e)所示直流分量之和直流分量取决于无调制的载波幅度的大小低频信号不但与载波幅度有关，而且与调制系数有关，反映了低频调制信号第32页/共61页2.失真u二极管伏安特性非线性引起的失真可将二极管包络检波器看作是有负反馈的电路。由于检波器中的负反馈电压是输入高频调幅信号的包络，故可改善包络失真可适当加大检波电阻R的值以加深包络负反馈需要注意二极管死区电压的影响以及相应的解决方法第

15、33页/共61页u检波负载时间常数过大引起的惰性失真二极管截止期间，检波负载的时间常数若过小，则不但会使输出电压中的载波高频残余分量增大，还会使检波器输出低频有用信号减小若时间常数过大，则当高频调幅波的包络减小的速度比电容上电压减小的速度快时，检波二极管的正极电位将在高频的正半周峰值瞬间仍维持比其负极电位低而不能导电推导可得临界时间常数：第34页/共61页u检波负载交、直流值不等造成的平底切削失真 上有上正上有上正下负的直流下负的直流电压：电压：当输入调幅波的幅度低于此值时，检波二极管便不再导通，从而使得检波负载电容上的电压不能跟随输入调幅波幅度变化，并保持为一常数调制信号的下限工作角频率应满

16、足：第35页/共61页3.电压传输系数直流电压传输系数：交流电压传输系数：第36页/共61页由于施加于二极管上的电压既有高频调幅波，又有解调输出电压，从而电压传输系数的分析是一个非线性问题文献中有平方律法和折线法两种方法，但其可信度都很低，从而不推荐使用检波输出电压与输入高频调幅波包络的差别有：二极管的导通电压二极管的导通电压变化的充电电流在二极管等小微变电阻上的变化的充电电流在二极管等小微变电阻上的压降压降电容电容 对对 放电使放电使 减小减小第37页/共61页故：直流电压传输系数比交流传输系数小直流电压传输系数比交流传输系数小输入高频电压增大时，检波电压传输系输入高频电压增大时，检波电压传

17、输系数有所增大数有所增大检波负载电阻增大时，检波传输系数增检波负载电阻增大时，检波传输系数增大大 放电时间常数减小时，传输系数减小放电时间常数减小时，传输系数减小但若但若 放电时间常数过大，出现惰性失放电时间常数过大，出现惰性失真时，输出低频解调电压反而减小真时，输出低频解调电压反而减小第38页/共61页4.高频输入电阻检波器的输入电阻没有固定值高频输入电阻则是从能量的角度，定义为检波器对高Q选频网络提供的高频能量的损耗从而可用接在选频网络两端的线性电阻从而可用接在选频网络两端的线性电阻 来等效来等效推导可得：推导可得：需要注意高频输入电阻是等效电阻。上述分析过程中假定输入信号幅度为等幅波，而

18、没有考虑其变化。否则问题会更加复杂第39页/共61页二、平均值包络检波器 用来提取用来提取 的正半周信号的正半周信号 组成低通滤波器，滤除组成低通滤波器，滤除 中的中的高频分量高频分量引入运放的优势：良好的检波线性和很低的门限工作引入运放的优势：良好的检波线性和很低的门限工作电压电压检波器的上限工作频率决定于运放的上限工作频率。检波器的上限工作频率决定于运放的上限工作频率。低通滤波器的上截止频率应低于载波频率而高于调制低通滤波器的上截止频率应低于载波频率而高于调制信号频率。信号频率。第40页/共61页三、相乘检波电路设输入信号与本设输入信号与本机载波信号分别机载波信号分别为：为：相乘器的输相乘

19、器的输出为：出为：可以看出，该输出中同时包含了有用分量和无用分量可以看出，该输出中同时包含了有用分量和无用分量最终输出的有用最终输出的有用信号为：信号为：检波器的传输系数检波器的传输系数：双边带调幅波检波电路第41页/共61页为增大检波器的传输系数，本机振荡电压应：为增大检波器的传输系数，本机振荡电压应：幅度尽可能大，但不能超过相乘器的最大容许输入电压。幅度尽可能大，但不能超过相乘器的最大容许输入电压。采用相干检波采用相干检波(同步检波同步检波)，即本机振荡与原载波同频同相。，即本机振荡与原载波同频同相。第42页/共61页三种检波电路的比较电路形式电路形式工作工作频率频率检波检波线性线性电路电

20、路结构结构适用场合适用场合平均值包络检波电路高高低低中中差差很好很好中中简单简单复杂复杂中中普通调幅波检普通调幅波检波波较低载频的普较低载频的普通调幅波和等通调幅波和等幅波检波幅波检波普通调幅波检普通调幅波检波、双边带调波、双边带调幅波检波和单幅波检波和单边带调幅波检边带调幅波检波波二极管峰值包络检波电路相乘检波电路第43页/共61页第五节 正交调幅与解调若接收端加入的载波和原调幅波的载波在相位上相差90，则输出的解调信号为零因此，对频率相同、相位相差90的载波，分别用不同调制信号进行调幅，便可实现用一个载波传输两个互不干扰信号，收到节约频带的效果。这种方案称为正交调制第44页/共61页返回章

21、节第45页/共61页第六节：变 频变频：将原信号的各分量搬移至新的频域，各分量的频率间隔和相对幅度保持不变新频率等于原信号频率与某一参考频率之和或差，取其和者称为上变频，取其差者称为下变频参考频率通常称为本机振荡频率，可由独立的信号源产生，也可以用特种技术从原信号中提取包含本机振荡电路在内的频率变换电路称为变频器，不包含本机振荡电路的频率变换电路为混频器第46页/共61页一、相乘混频电路模拟相乘器加滤波器，用滤波器滤除不需要的分量，取和频或差频二者之一，即构成混频器设原信号是载波频率为设原信号是载波频率为 的普通调幅的普通调幅波，本机振荡频率为波，本机振荡频率为模拟相乘器混频 仿真第47页/共

22、61页超外差式接收机：采用变频技术使本机振荡随接收到的高频载波频率变化，保持其差值为常数，混频后的载频为二者之差-中频，并保持固定值优点：放大器频率较低、中心工作频率固定、增益较高、选频特性较好第48页/共61页增大本振信号的幅度可使混频器获得较大的输出信号。但其过大会使相乘器中的部件进入强非线性区在上图中，取出差频称为下混频，取出和频称为上混频。在接收系统中通常使用下变频器，在发送系统中通常使用上变频器混频器框图与滤波法框图的主要区别：前者待变换信号与本振频率的和与差不是很接近，而后者则非常接近。从而前者的滤波难度要更小一些第49页/共61页模拟相乘器构成的混频电路原理图第50页/共61页具

23、有自动增益控制功能的放大器构成的混频电路原理图第51页/共61页二、二极管双平衡混频电路利用二极管的非线性产生众多频率，从中选取和频与差频之一，便可实现混频为使混频效果好，还须抑制那些不需要的频率分量待变频的高频待变频的高频信号信号 由接于左由接于左端的变压器输入端的变压器输入本振信号本振信号 通通过接于右端的变过接于右端的变压器输入压器输入混频后的输出混频后的输出信号从两个变压信号从两个变压器次级的中心抽器次级的中心抽头取出头取出高频信号与本振信号分别处于二极管电桥的两个对角线，互不干扰仿真第52页/共61页由于本振信号远大于输入信号，因而本振信号的极性决定了哪一对二极管导通，从而可对上图进

24、行分拆第53页/共61页分析可知，二极管环形混频器除对消了分析可知，二极管环形混频器除对消了 和和 分量以外，还对消了由于伏安特性高分量以外，还对消了由于伏安特性高次方项产生的次方项产生的 (为偶数为偶数)分量分量第54页/共61页三、三极管混频电路第第第第六六六六节节节节：变变变变频频频频三极管实现混频的原理与二极管混频原理相似，即利三极管实现混频的原理与二极管混频原理相似，即利用器件特性曲线的非线性。用器件特性曲线的非线性。由于场效应管的伏安特性是平方律，故和晶体管的指由于场效应管的伏安特性是平方律，故和晶体管的指数伏安特性相比，以幂级数表示时，前者无高阶项，数伏安特性相比，以幂级数表示时

25、，前者无高阶项，故无用产物少。故无用产物少。构成三极管混频电路时，应注意电路中除直流外，还构成三极管混频电路时，应注意电路中除直流外，还有三种有用频率成分，通常用滤波器将其分开，最简有三种有用频率成分，通常用滤波器将其分开，最简单的滤波器就是谐振回路。用得较多的是并联谐振回单的滤波器就是谐振回路。用得较多的是并联谐振回路。路。调谐于某一频率的谐振电路，对离谐振频率较远调谐于某一频率的谐振电路，对离谐振频率较远(相对相对值值)的频率，一般可视为近似短路。的频率，一般可视为近似短路。第55页/共61页四、混频时产生的干扰信号经混频后，只应有频谱搬移，其相对关系不应改变，不应出现新的、并且落在有用频

26、谱内的分量，否则称做产生了干扰造成混频时产生干扰的原因来自两个方面：u混频器件的非理想相乘特性u有用信号频率、本振频率和干扰信号频率构成某种特殊关系有些干扰和噪声是由上面两种原因之一造成的，有些则是上面两种原因综合影响的结果第56页/共61页1.哨叫干扰当接收机接收某一电台音频信号时，除了能听到有用信号外，还同时能听到等幅音频的哨叫声当当 的幅度均较大时，混频器输出的幅度均较大时，混频器输出为：为：设设F F为小于中频放大器通频带为小于中频放大器通频带1/21/2有效带宽有效带宽的某个频率，若的某个频率，若 即会形成哨叫即会形成哨叫干扰。且干扰。且 的值越小，哨叫干扰越严重的值越小，哨叫干扰越

27、严重为防止严重哨叫干扰存在，应合理设计接收机的中频频率，将较强的哨叫干扰移到有效波段以外；也可适当减小输入信号幅度和本机振荡幅度，但这样会使混频增益下降，输出信号减小第57页/共61页2.副波道干扰副波道干扰和混频级前的选频电路的选择性不够好有关若中频频率进入了混频级的输入端，则由于混频级的非线性，中频频率会最终输出，从而形成中频干扰若：则从而形成镜像干扰第58页/共61页4.交叉调制干扰由于干扰信号的调制频率对有用信号载波产生的调制而形成的干扰当不接收频率为当不接收频率为 的信号时，干扰即消失的信号时，干扰即消失5.互相调制干扰由于两个或更多个干扰信号同时进入混频级输入端而产生的干扰第59页/共61页减小干扰的方法:提高变频级前端选频电路的选择性，以减弱各干扰信号的幅度适当提高中频频率，使其离前端选频电路的截止频率更远，对减小中频干扰和镜像干扰十分有效合理选用混频器件，器件的特性应该使两个输入信号相乘项的系数和其他非相乘项系数之比尽可能大合理选择器件的工作点及动态运用范围，以使得相乘项产物与其他非相乘项产物的比值尽可能大返回章节第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页