第4章-振幅调制与解调..ppt
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1、LOGO2023/3/82023/3/81 1第四章第四章 模拟振幅调制和解调模拟振幅调制和解调光学与信息工程学院光学与信息工程学院 通信工程系通信工程系2 2概述概述o调制:制:在发射端将调制信号制信号从低频段变换到高频段,便于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用o解解调:在接收端将已已调波信号波信号从高频段变换到低频段,恢复原调制信号。o按按载波波形分:波波形分:脉冲调制:脉幅调制(PAM),脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)正弦波正弦波调制制:调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)o本章内容:本章内容:原理、电路组成(混频、调制、解调(检波)3 34.1 4.1 调幅信号的
2、基本特性调幅信号的基本特性o振幅振幅调制的方式制的方式AM(标准振幅准振幅调制制)DSBAM(抑制抑制载波的波的双双边带振幅振幅调制制)SSBAM(抑制抑制载波的波的单边带振幅振幅调制制)VSBAM(残留残留边带振幅振幅调制制)共同特性:共同特性:对频谱进行不行不 失真的搬移失真的搬移4 44.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo标准振幅准振幅调制制(AM)用低低频调制信号制信号去控制高控制高频正弦波正弦波(载波波)的振幅的振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。组成模型设载波信号为调制信号为已调信号为5 54.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo单音音
3、调制制假设ma为调幅系数6 64.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM调幅信号的最大幅信号的最大值调幅信号的最小幅信号的最小值已已调波波振幅包振幅包络若0 ma 1(过调),看图4-2,产生失真,包络变化不再与调制信号相同7 74.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMoAM信号的信号的频谱带宽上边频下边频8 84.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo若v(t)为一般非周期调制信号9 94.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AMo功率功率上边频或下边频载波调幅波的功率利用率10104.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性
4、AMoAM信号的信号的产生和解生和解调方法方法包包络检波原理波原理图同步同步检波原理波原理图 AM波波调制原理制原理图11114.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSBo抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(Double Sideband Modulation)v 包包络不再反映不再反映调制信号,但保持制信号,但保持频谱搬搬移的特征;移的特征;v在在调制信号波形制信号波形过零点零点处,高,高频已已调波波有有180 的相位突的相位突变;v所占所占带宽与与AM一一样。12124.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSBoDSB信号的产生和解调方法信号的产生和解调方
5、法同步同步检波原理波原理图 13134.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBo抑制抑制载波的波的单边带调制制(Single Sideband Modulation)下边带或上边带14144.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBoSSB信号的信号的产生和解生和解调方法方法产生频域域滤波法波法v具有陡峭过渡带的带通滤波器v这样的高频高阶带通滤波器不易制作15154.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBo当当调制波制波为频带信号,信号,对每个每个频率分量均准确移相率分量均准确移相90的的电路比路比较复复杂时域相移法域相移法16164.1 4.1
6、调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBAMo相移滤波法相移滤波法17174.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性VSBAMo残留边带调幅发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部分分(即残留一小部分即残留一小部分)v比普通调幅方式节省频带;v避免单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的困难;v 发送的载频分量便于接收端提取同步信号。v电视系统中的图像信号AM+滤波器同步解调18184.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性o普通调幅功率利用率低,但可采用简单、低成本的包络检波方式,故广泛用于电台广播系统。o双边带调幅
7、与单边带调幅功率利用率高,可用于小型通信系统,其中单边带调幅可节省一半频带,但需解决如何获得同步信号的问题。o残留边带调幅广泛用于电视广播系统。19194.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性o例:例:已知载波信号为v(t)=Vcmcosct,调制信号如图所示。其中 ,分别画出m=0.5及m=1两种情况下AM波形以及DSB波形。解 图4-3解 图4-420204.2 4.2 调幅电路调幅电路o振幅振幅调制制电路路高电平调制v在在发射机的最后一射机的最后一级直接直接产生达到生达到输出功率要求的已出功率要求的已调波,波,有利于提高有利于提高发射机的效率;射机的效率;v谐振功率放大器振功
8、率放大器结合合调制制电路路基极基极调幅幅集集电极极调幅幅低电平调制v产生小功率已生小功率已调波,再波,再经线性功率放大器放大,达到所需性功率放大器放大,达到所需的的发射功率射功率乘法器乘法器二极管二极管调制器制器21214.2 4.2 调幅电路调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放o高高电平平调幅幅电路路常用于常用于AM信号信号调制制利用丙类谐振功放的基极或集电极调制特性;集电极电源电压UCC(t)=UCC0+u(t),即一个固定直流直流电压与一个低频交流调制信号制信号之和。随着UCC变化,使静态工作点左右平移,从而使动态线左右平移。当谐振功放工作在过压状状态时,Ucm将发生变化,近似有UcmUCC
9、(t)的关系。如输入信号为高频载波cosct,输出LC回路调谐在c上,则输出信号可写成:uo(t)=Ucmcosct=kUCC0+u(t)cosct其中k为比例系数。集集电极极调制原理制原理图22224.2 4.2 调幅电路调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放o为实现深度深度调幅,放大器需始幅,放大器需始终工作于工作于过压区;区;Ucm与与UCC(t)不可能是不可能是线性关系;性关系;o效率高,但效率高,但调制信号的功率要大;制信号的功率要大;23234.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器o低低电平平调幅幅电路路常用于常用于DSB信号信号单片集成模拟乘法器则两信号相乘后的输出信号为设两个输入
10、信号分别为乘法运算能够产生两个输入信号频率的和和频与差差频,这正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。24244.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o模拟乘法器是利用模拟乘法器是利用非线性器非线性器件件完成两个模拟信号的相乘完成两个模拟信号的相乘运算。运算。o集成模拟乘法器是一种模拟集成模拟乘法器是一种模拟集成电路,它是以集成电路,它是以差分放大差分放大器器为基础构成的信号相乘电为基础构成的信号相乘电路。路。o模拟乘法器模拟乘法器主要指标主要指标有工作有工作频率、运算精度、载波抑制频率、运算精度、载波抑制比、输入信号动态范围等。比、输入信号动态范围等。乘法器的符号乘法器的符号25254.
11、2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o差分放大器原理差分放大器原理差模放大、共模抑制,信号差模放大、共模抑制,信号噪声比优噪声比优单差分放大器单差分放大器单差分放大器差分放大器直流状直流状态下下 1时晶体三极管工作在放大区晶体三极管工作在放大区时的的转移特移特性曲性曲线的指数函数表达式的指数函数表达式为:其中:其中:Is为发射极反向射极反向饱和和电流;流;热电压UT26mV26264.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器交流状交流状态下下单差分放大器差分放大器可得:可得:2727单差分放大器差分放大器4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器若,恒流源若,恒流源电路是受路是受电压u2
12、控制的受控制的受控恒流源控恒流源28284.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器u u1为小信号时,uo中含两输入电压的相乘项u u1为中等大小信号时,thx用傅立叶系数展开;u1为大信号时,thx近似双向开关函数,不管u1大小如何,uo中都含两输入电压的相乘项,因此单差分电路可用于调制、解调、混频等频谱搬移的场合;u uo与u2呈线性关系,即下输入端为线性。uo与u1为双曲正切关系,即上输入端是非线性,将产生高次谐波。减小上输入端信号电平,将改善非线性u uo不仅有相乘项,还有其他成分,因此单差分对乘法电路不是理想的乘法器;29294.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器o双差分对乘
13、法电路双差分对乘法电路双差分双差分电路路30304.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器p具有射极反具有射极反馈电阻的双差分阻的双差分对乘法乘法电路路加入加入负反反馈电阻解决阻解决输入信号入信号线性范性范围太小的太小的问题RE远大于大于V5、V6的的发射射结电阻阻reu2不是以双曲正切函数自不是以双曲正切函数自变量的形式出量的形式出现在在输出出电压表达式中,表达式中,对u2取取值只受限于受控恒流源。只受限于受控恒流源。i为了保证ic5、ic6始终大于零,u2的动态范围为31314.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器p 常用的单片集成模拟乘法器Motorola公司MC1496/1596
14、(国内同类型号是XFC-1596),MC1495/1595(国内同类型号是BG314)和MC1494/15943232恒流源恒流源在在 脚脚间接入接入负反反馈电阻阻Ry,ux小于小于26 mV时 加入加入负反反馈电阻阻Ry以后,以后,uy的的动态范范围可以可以扩大,但大,但ux的幅度大小仍受限制的幅度大小仍受限制。Motorola公司公司MC1496/159633334.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器X通道两通道两输入端入端、脚直流脚直流电位位为6V,可作可作为载波波输入通道入通道Y通道两通道两输入端入端、脚之脚之间外接有外接有调零零电路路,可通可通过调节50k电位器使位器使脚脚电位
15、比位比脚高脚高UY,调制信号制信号u(t)与直流与直流电压UY迭加后迭加后输入入Y通道通道输出端出端、12脚外脚外应接接调谐于于载频的的带通通滤波器波器也可作也可作为双双边带调幅幅电路路,区区别在于在于调节电位器的目的是:使位器的目的是:使Y通道通道、脚之脚之间的的直流直流电位差位差为零零,即即Y通道通道输入信号入信号仅为交交流流调制信号制信号34344.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅o单个二极管调制单个二极管调制二极管内部特性iD=f(uD)二极管可看成一个受输入电压控制的开关,等效电路35354.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅o开关开关调
16、幅开关函数法幅开关函数法当vc正半周,导通当vc负半周,截止二极管受vc(t)的控制,工作在开关状态。36364.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅37374.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 上式包含 (AM波),没有包含 最有害的项,其他成分易于滤除。38384.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器(AM,DSB,SSB)等效等效p 二极管特性二极管特性实际是指数曲是指数曲线,所以,所以实际单个二极管个二极管调制制电路中路中存在着非存在着非线性失真性失真。为了减小失真,采用了平衡了减小失真,采用了平衡对消技消技术,将两个
17、完全相同的,将两个完全相同的单个二极管个二极管调制器制器电路路组成平成平衡式二极管衡式二极管调制器。制器。39394.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器经滤波,得到波,得到用于用于产生生DSB波、波、SSB波波40404.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器例:二极管平衡调制器如图所示,已知例:二极管平衡调制器如图所示,已知 (1)(1)写出写出vo(t)=?(2)若若vc与与v 位置互换,输出位置互换,输出vo(t)=?(3)(3)若将此电路产生若将此电路产生SSB信号,电路应如何变化信号,电路应如何变化?41414.2 4.2 调幅电路二极
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