Chapter7振幅调制与解调解析.ppt

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1、无线电发射机方框图无线电发射机方框图Chapter 7 振幅调制与解调振幅调制与解调调制：调制：将要传送的信息装载到某一高频振荡将要传送的信息装载到某一高频振荡 (载频载频)信号上去的过程。信号上去的过程。按调制信号的形式分按调制信号的形式分模拟调制模拟调制数字调制数字调制按载波的不同按载波的不同连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制调幅调幅(AM)调频调频(FM)调相调相(PM)脉冲振幅调制脉冲振幅调制(PAMPAM)脉宽调制脉宽调制(PWMPWM)脉位调制脉位调制(PPMPPM)脉冲编码调制脉冲编码调制(PCMPCM)2023/3/5Copyrights yaoping.All righ

2、ts reserved.3解调：解调：将接收到的信号经过反调制的过程，把载波所将接收到的信号经过反调制的过程，把载波所 携带的信号取出来，得到原来的信号的过程。携带的信号取出来，得到原来的信号的过程。检波器的作用：检波器的作用：从振幅受调制的高频信号中还原出原从振幅受调制的高频信号中还原出原 调制信号。调制信号。检波检波调幅波的解调：振幅检波，简称检波调幅波的解调：振幅检波，简称检波调频波的解调：频率检波，简称鉴频调频波的解调：频率检波，简称鉴频调相波的解调：相位检波，简称鉴相调相波的解调：相位检波，简称鉴相实现调幅的方法实现调幅的方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅平方律调幅平方律调

3、幅斩波调幅斩波调幅集电极集电极(阳极阳极)调幅调幅基极基极(控制栅极控制栅极)调幅调幅2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.4Chapter 7 振幅调制与解调振幅调制与解调7.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性7.2 振幅调制原理振幅调制原理7.3 振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路7.4 振幅解调（检波）原理与电路振幅解调（检波）原理与电路2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.5 当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失

4、真在频率轴上搬移，则称之是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。频谱搬移电路。7.1 频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性(a)混频原理混频原理2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.6(b)调幅原理调幅原理(c)检波原理检波原理2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.77.2 振幅调制原理振幅调制原理一、调幅波的性质一、调幅波的性质设简谐调制信号设简谐调制信号 载波信号载波信号 1.调幅波的数

5、学表达式调幅波的数学表达式则则 调幅信号振幅为：调幅信号振幅为：是调幅波的主要参数之一，它表示载波电是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度压振幅受调制信号控制后改变的程度调幅指数调幅指数(调幅度调幅度)2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.82.普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图(a)调制信号调制信号(b)已调波形已调波形2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.9 若若ma 1，AM信号波形某一段时间振幅为将信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。为

6、零，称为过调制。过调制波形图过调制波形图2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.103.调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到将调幅波的数学表达式展开，可得到未调幅的载波未调幅的载波上边频上边频下边频下边频正弦调制的调幅波频谱单频调制时，其调幅波的频单频调制时，其调幅波的频谱宽度为调制信号的两倍，谱宽度为调制信号的两倍，2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.11非正弦波调幅信号的频谱图非正弦波调幅信号的频谱图 由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过由图

7、看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频。为对称排列在载波频率两侧的上、下边频。调制信号频谱调制信号频谱下边带下边带上边带上边带2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.124.普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R上上载波功率：载波功率：上边频功率：上边频功率：在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM 信号的平均输出功率：信号的平均输出功率：边频功率之和占总输出功率是很小的，整机效率很边频功

8、率之和占总输出功率是很小的，整机效率很低，但其调制设备简单，解调更简单，便于接收。通低，但其调制设备简单，解调更简单，便于接收。通常无线电广播就是采用这种方法。常无线电广播就是采用这种方法。下边频功率：下边频功率：2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.13二、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波二、抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1.1.抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。率利用率，可以不发送载

9、波，而只发送边带信号。这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅(DSB)其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即频率的两倍，即进入进入其数学表达式为其数学表达式为2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.14单频调制双边带调幅波及其频谱单频调制双边带调幅波及其频谱返回返回2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.152.单边带调幅波单边带调幅波单边带调幅：既抑制载波，又只传送一个边单边带调幅：既抑制载波，又

10、只传送一个边 带的调制方式，用带的调制方式，用SSB表示。表示。其表达式为：其表达式为：其频带宽度为：其频带宽度为：或或2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.16电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波 载波被抑制载波被抑制双边带调幅波双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽表表7-1 三种振幅调制信号三种振幅调制信号2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.173.残留边带调幅残留边带调幅 残留边带调幅残留边带调幅(记为记为VSB)：在发射端发送一个：在

11、发射端发送一个完整的边带信号，但载波信号和边带信号部分完整的边带信号，但载波信号和边带信号部分被抑制的调制方式。被抑制的调制方式。这样它保留了单边带调幅节省频带的优点，且这样它保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号采用残留边带调幅。在广播电视系统中图象信号采用残留边带调幅。2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.18例例7.1已知两个信号电压的频谱如图所示，要求：已知两个信号电压的频谱如图所示，要求：写出两个信号电压的数学表达式，并指出已调波

12、的性质；写出两个信号电压的数学表达式，并指出已调波的性质；计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及调幅波计算在单位电阻上消耗的边带功率和总功率以及调幅波 的频带宽度。的频带宽度。解：解：(a)为普通调幅波，为普通调幅波，(b)为抑制载波的双边带调幅波。为抑制载波的双边带调幅波。(a)(b)2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.19 载波功率：载波功率：双边带信号功率：双边带信号功率：故故 普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的频普通调幅波和抑制载波的双边带调幅波的频谱宽度相等，即谱宽度相等，即 作业：作业：7-5 7-82023/3/5C

13、opyrights yaoping.All rights reserved.21非线性调幅原理框图如下：非线性调幅原理框图如下：7.3 振幅调制方法与电路振幅调制方法与电路按调制电路输出功率的高低可分为：按调制电路输出功率的高低可分为：一般置于发射机的前级，再由线性一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调信号，得到所功率放大器放大已调信号，得到所要求功率的调幅波。要求功率的调幅波。一般置于发射机的最后一级，是在一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。功率电平较高的情况下进行调制。高电平调幅电路：高电平调幅电路：低电平调幅电路：低电平调幅电路：2023/3/5Copy

14、rights yaoping.All rights reserved.22一、低电平调幅电路一、低电平调幅电路1.简单的二极管调幅电路简单的二极管调幅电路二极管调幅电路(1)平方律调幅平方律调幅 信号较小时的工作状态信号较小时的工作状态当当vD很小时，级数可只取前四项很小时，级数可只取前四项 经分类整理可知：经分类整理可知：0是我们所需要的上、下边是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是幅。其中最为有害的分量是02 项。项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调由于二极管不容易得到较理想的平方特

15、性，因而调制效率低制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.23(2)斩波调幅斩波调幅由两个二极管组成的平衡斩波调幅器由两个二极管组成的平衡斩波调幅器2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.24平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形输出调幅波有用电流分量输出调幅波有用电流分量2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.252.环形调制器环形调制器

16、 在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中电路中4个二极管个二极管首尾相接构成环形，首尾相接构成环形，这就是环形调制器。这就是环形调制器。环行调制器原理图环行调制器原理图 振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频 分量，因而获得了广泛应用。分量，因而获得了广泛应用。环形调制器输出电流的有用分量环形调制器输出电流的有用分量3.模拟相乘器调幅电路（自学）模拟相乘器调幅电路（自学）2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.264.产生单边带信号的方法产生单边带

17、信号的方法(1)滤波器法滤波器法滤波器法实现单边带调制实际滤波器法单边带发射机方框图实际滤波器法单边带发射机方框图 为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？进行频率搬移？2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.27(2)相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图故输出电压为故输出电压为2023/3/5Co

18、pyrights yaoping.All rights reserved.28(3)修正的移相滤波法修正的移相滤波法2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.29二、高电平调幅电路二、高电平调幅电路 集电极调幅电路集电极调幅电路集电极调幅电路集电极调幅电路 为了获得有效的调幅，集电极调幅电路为了获得有效的调幅，集电极调幅电路必须总是工作在过压状态。必须总是工作在过压状态。放大器的有效集放大器的有效集电极电源电压等于电极电源电压等于(Vcc+v)，它随调它随调制信号的波形变化制信号的波形变化而变化。而变化。2023/3/5Copyrights

19、yaoping.All rights reserved.30集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率：集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率：集电极平均耗散功率集电极平均耗散功率直流输入功率：直流输入功率：总输入功率：总输入功率：总输出功率：总输出功率：调幅器供给的调制功率：调幅器供给的调制功率：集电极效率集电极效率2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.31故：故：总输入功率分别由总输入功率分别由VCC与与v 所供给，所供给，VCC供给用以供给用以 产生载波功率的直流功率产生载波功率的直流功率P=T，v 则供给用以产生则供给用以产生 边

20、带功率的平均功率边带功率的平均功率PDSB。平均功率均为载波点各功率的平均功率均为载波点各功率的()()倍倍 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的 ()倍，应根据这一平均耗散功率来选择倍，应根据这一平均耗散功率来选择 晶体管，以使晶体管，以使PCMPcav。2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.32例例7.2 有一载波输出功率等于

21、有一载波输出功率等于15W的集电极被调放大的集电极被调放大器，它在载波点器，它在载波点(未调制时未调制时)的集电极效率的集电极效率T=75%。试求各项功率试求各项功率(包括未调幅与包括未调幅与100调幅调幅时的功率时的功率)。解：解：直流输入功率直流输入功率未调幅时的集电极耗散功率未调幅时的集电极耗散功率100调幅时调幅器供给的调制功率为：调幅时调幅器供给的调制功率为：边带功率边带功率2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.33总输出功率：总输出功率：总输入功率：总输入功率：集电极平均耗散功率集电极平均耗散功率集电极效率集电极效率2023/

22、3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.34直流输入功率直流输入功率直流输出功率直流输出功率集电极耗散功率集电极耗散功率效率效率结论：结论：不管调制与否，集电极的效率保持不变！不管调制与否，集电极的效率保持不变！2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.35一、概述一、概述 检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，非线性器件，RC低通滤波器。低通滤波器。7.4 振幅解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制

23、的已调波解调原理2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.36检波器的分类方法有很多种检波器的分类方法有很多种:根据所用器件的不同，分为根据所用器件的不同，分为三极管检波器三极管检波器二极管检波器二极管检波器并联式并联式串联式串联式根据信号大小的不同，分为根据信号大小的不同，分为大信号检波器大信号检波器小信号检波器小信号检波器根据信号特点的不同，分为根据信号特点的不同，分为脉冲波检波器脉冲波检波器连续波检波器连续波检波器根据工作特点的不同，分为根据工作特点的不同，分为同步检波器同步检波器包络检波器包络检波器平方律检波平方律检波峰值包络检波峰值

24、包络检波平均包络检波平均包络检波包络检波器包络检波器2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.37二、包络检波器二、包络检波器连续波串联式二极管大信号包络检波器连续波串联式二极管大信号包络检波器串联型二极管包络检波器串联型二极管包络检波器图中：图中：R负载电阻，值很大负载电阻，值很大C负载电容，负载电容，低频时低频时:ZcR高频时高频时:ZcRd时，时，0，cos 1。即检波效率。即检波效率Kd接接近于近于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。电流通角电流通角2)等效输入电阻等效输入电阻Rid2023/3/5Copyright

25、s yaoping.All rights reserved.39 由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容 C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从从而产生失真。而产生失真。3)失真失真 惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)惰性失真惰性失真 为了防止惰性失真，必须减小为了防止惰性失真，必须减小RC的数值，加快电的数值，加快电容器的放电速度，使检波器能跟上高频信号电压包络容器的放电速度，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化。的变化。也就是要求也就是要求或写成或写成 在工程上可

26、按在工程上可按 RC max1.5 计算。计算。不产生惰性不产生惰性失真的条件失真的条件2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.40负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)由于交、直流负载电阻不由于交、直流负载电阻不同所产生的失真。同所产生的失真。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻ri2后的检波电路 检波过程中，检波过程中，Cc 两端建立两端建立了直流电压经电阻了直流电压经电阻R和和ri2分压，分压，在在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：负峰切割失真波形为了避免这种失真，必须满足为了避免这种失真，必须满足不产生负峰切割失真

27、的条件不产生负峰切割失真的条件2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.41 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。由于耦合电容由于耦合电容Cc和滤波电容和滤波电容C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频率上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：失真，必须满足下列条件：电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路

28、作用时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：，即它应满足下列条件：2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.42乘积型检波电路三、同步检波器三、同步检波器乘积型同步检波乘积型同步检波叠加型同步检波叠加型同步检波1.乘积型同步检波器乘积型同步检波器叠加型检波电路经过低通滤波后经过低通滤波后2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.432.叠加型同步检波器叠加型同步检波器叠加型检波电路 合成信号为不失真的调合成信号为不失真的调幅波，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。幅波，通过包络检波器便可检

29、出所需的调制信号。若输入信号为若输入信号为SSB信号，则信号，则可推导出可推导出其中其中2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.44 可见，当两个不同频率的高频信号电压叠加后的可见，当两个不同频率的高频信号电压叠加后的合成电压，是振幅和相位都随时间变化的调幅合成电压，是振幅和相位都随时间变化的调幅(调相调相)波。当两者幅度相差较大时，近似为波。当两者幅度相差较大时，近似为AM波。波。同步检波原理电路平衡滤波检波器 作业：作业：7-7 7-9 7-242023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved

30、.46本章小结1.频谱搬频谱搬 移电路移电路双边带幅度调制及解调双边带幅度调制及解调普通幅度调制及解调普通幅度调制及解调单边带幅度调制及解调单边带幅度调制及解调 幅度调制幅度调制与解调电路与解调电路 混频电路混频电路 倍频电路倍频电路2.振幅调制的原理振幅调制的原理 AM调幅波调幅波 DSB调幅波调幅波 SSB调幅波调幅波3.振幅调制电路振幅调制电路 高电平调幅高电平调幅 低电平调幅低电平调幅 集电极调幅集电极调幅 基极调幅基极调幅 平方律调幅平方律调幅 斩波调幅斩波调幅2023/3/5Copyrights yaoping.All rights reserved.474.单边带信号的产生方法单边带信号的产生方法 滤波器法滤波器法 相移法相移法 修正的移相滤波法修正的移相滤波法5.振幅的解调振幅的解调 包络检波法包络检波法 同步检波法同步检波法 乘积型同步检波法乘积型同步检波法 叠加型同步检波法叠加型同步检波法