振幅调制学习.pptx

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1、1第五章 振幅调制电路5.1 概述5.2 调幅信号的分析（重点）5.3 调幅波产生原理的理论分析5.4 普通调幅波的产生电路（电路设计）5.6 抑制载波调幅波的产生（电路设计）第1页/共75页25.1 概 述回顾问题：（第一章 调制系统概念）3.“调制”与“解调”的方式有哪些？2.“调制”与“解调”的过程如何实现？1.什么是“调制”与“解调”？第2页/共75页31.“调制”与“解调”：调制（modulation)解调（demodulation）电信号通信中，实现低频信号远距离传输的一种主要方法。第3页/共75页42.“调制”与“解调”的过程:人飞机的参数（如重量、速度等）控制 飞机（载体）载有

2、人的飞机调制人解调低频信号高频信号（载波）载波的参数（如幅度、频率、相位）已调波还原低频信号装载卸载第4页/共75页52.“调制”与“解调”的过程：用用被传送的被传送的低频信号低频信号去去控制高频信号（载波）的参数控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），（幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。实现低频信号搬移到高频段。是调制的反过程。即：把低频信号从高频段搬移下来，还原被传送的低频信号。调制：解调：第5页/共75页63.调制的方式:控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数已调波幅度调制（简称“调幅”，AM）频率调制（简称“调频”，FM）相位调制（简称“调相”，PM）幅度频率相

3、位角度调制相角第6页/共75页73.解调的方式：控制调制低频信号高频信号（载波）载波的参数调幅波幅度频率相位调频波调相波检波低频信号解调鉴频鉴相调幅波调频波调相波第7页/共75页8信号 载波信号（高频信号）：（等幅）高频正弦波振荡信号 调制信号（低频信号）：需要传输的电信号语言图像 数据已调(波)信号（高频信号）：经过调制后的高频信号总结：（原始信号）第8页/共75页9导入1、调制器、解调器在无线电收发系统中的位置？2、为什么要通过调制来发送信号？本节问题：3、连续波调制与脉冲调制的关系？4、调幅与检波的典型电路第9页/共75页101、调制器在发射机中位置第10页/共75页111、解调器在接收

4、机中的位置第11页/共75页122.为什么要通过调制来发送信号？天线尺寸的限制 只有天线实际长度与电信号的波长可比拟时，电信号才能以电磁波形式有效辐射。可实现的回路带宽可实现的回路带宽 低频信号频率变化范围很大，很难做出参数在如此宽范围内变化的天线和调谐回路。区别不同的音频信号区别不同的音频信号 有利于接收来自不同发射机的信号（因为不同发射机有不同的载波频率）。第12页/共75页133.调制分类 连续波调制（载波调制）脉冲调制（二次调制）调幅（AM）调频（FM）调相（PM）脉幅调制（PAM）脉宽调制（PWM）脉位调制（PPM）调角第13页/共75页144、调幅与检波的典型电路第14页/共75页

5、155.1 调幅信号的分析(重点)调幅有三种方式：含载波的普通调幅（AM）（重点）抑制载波的双边带调幅（DSB/SC-AM）抑制载波的单边带调幅（SSB/SC-AM）小结第15页/共75页165.1.1 普通调幅波一、调幅波数学表达式及波形特征如何？二、调幅波的频谱有什么特征？如何根据频谱计算频带宽度？三、如何计算调幅波的功率？问题：第16页/共75页171、AM波数学表达式调制信号载波信号的幅度控制载波信号调幅波的幅度已调信号(调幅波)第17页/共75页18一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号 。若将 分解为：则有 其中：应用例1：写出调制信号为限带信号的

6、调幅波表达式第18页/共75页192、AM信号波形特征 波形特征：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致 (2)调幅波频率（即变化快慢）与载波频率一致第19页/共75页20 波形特征：(3)调幅度ma反映了调幅的强弱程度一般ma值越大调幅越深：第20页/共75页21注意：调制度ma的计算方法避免过调幅现象应用例2：已知调制信号波形如下图a所示，载波信号波形如图b所示，画出ma=1时的普通调幅波的波形。第21页/共75页223、调幅波的频谱频谱分析的方法：(1)将调幅（电压）信号的数学表达式展开成 余弦（或正弦）项之和的形式，即(2)以每一余弦（或正弦）项的频率 或 为横坐标上的

7、点，其幅度 为纵坐标上 的点，画出频谱分布图。第22页/共75页233、调幅波的频谱特征 调制信号c载波调幅波c+上边频c-下边频第23页/共75页24结论：调幅的过程就是 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。调制信号频谱、载波信号频谱、已调波频谱之间的关系。第24页/共75页25同样含有三部分频率成份应用例3：画出限带信号的调幅波频谱max c限带信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max 第25页/共75页264.普通调幅波带宽(B,Bandwidth)（1）调制信号为单一频率（=2 F）的正弦波，则，B=2Fmax即 已调波频谱所占频

8、带宽度（2）实际上，调制信号是包含若干频率分量的 复杂波(F=FminFmax)-多频调制情况则 B=2F第26页/共75页275、调幅波的功率计算方法：(设调幅波电压加于负载电阻R上）载波功率每一边频功率调制一周内的平均总功率第27页/共75页28此时表明:对单频调制的调幅波，最大调制时的功率为载波功率的1.5倍。其中边频功率是载波功率的一半。当 时，边频功率最大第28页/共75页29 在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。抑制载波的双边带调幅波 （DSB/SC-AM）可见：第29页/共

9、75页30结论变吗？此节讲述及学习方法比较法5.1.2 抑制载波的双边带调幅波 （DSB/SC-AM）与普通调幅波相比：对DSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率的分析及计算方法不变。第30页/共75页315.1.2 抑制载波的双边带调幅波 （DSB/SC-AM）一、数学表达式、波形二、频谱、带宽三、功率第31页/共75页321、DSB/SC-AM波数学表达式抑制载波后第32页/共75页33(1)DSB信号的包络正比于调制信号的 绝对值(2)DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是

10、既调幅又调相的信号。2、DSB/SC-AM波形特征(3)高频振荡的相位在u(t)=0瞬间有180o突变。结论1：第33页/共75页34DSB波的频谱成份中抑制了载波分量调制信号载波上边频下边频3、DSB/SC-AM波频谱特征结论2：第34页/共75页35max 限带信号 c载波调幅波c-max 下边频带c+max上边频带max max max 4、DSB/SC-AM波带宽即 已调波频谱所占频带宽度BDSB=2Fmax在频域上，DSB 与普通调幅波AM，所占带宽相同。结论3：第35页/共75页365、DSB/SC-AM波功率比普通调幅波节省了发射功率，即不发射载波。调制信号载波上边频下边频结论4

11、：全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。第36页/共75页37 在现代电子通信系统的设计中，为节约频带，提高系统的功率和带宽效率，常采用单边带（SSB）调制系统 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。第37页/共75页38此节主要为自学，学习方法比较法 对SSB/SC-AM的数学表达式、波形、频谱、带宽、功率进行分析及计算5.1.3 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）单边带(SSB)信号是由双边带(DSB)调幅信号中取出其中的任一个边带部分而成。根据：第38页/共75页395.1.3 抑制载波的

12、单边带调幅波（SSB/SC-AM）一、数学表达式二、调幅波的频谱三、调幅波的功率与普通AM波、DSB/SC-AM相比，SSB/SC-AM不同的地方。注意总结：第39页/共75页40由通过边带滤波器提示一、数学表达式第40页/共75页41上边带信号下边带信号可得第41页/共75页42提示二总结：SSB/SC-AM单边带调幅波的特点：1.比普通调幅波、抑制载波的双边带调幅波，都要节省发射功率，即只发送一个边带的功率。2.在频域上，所占带宽仅为一个边带的宽度，节约了频带。3.但在电路实现上，单边带的产生和接收，比普通调幅波和DSB/SC-AM要复杂。第42页/共75页43调制信号载波已调波调幅器小结

13、：第43页/共75页44 指出下列电压是什么已调波？写出已调波电压的表达式，并指出它们在单位电阻上消耗的平均功率Pav及频谱宽度BWAM综合例：第44页/共75页45五、振幅调制电路的功能1、振幅调制电路的功能将输入的调制信号和载波信号通过电路变换成高频调幅信号输出。2、功能的表示当载波为 调制信号为时，三种振幅调制电路的功能可以用频谱表示，如右图所示。第45页/共75页46六、振幅调制电路的分类及要求1、分类：分低电平调幅和高电平调幅两大类2、要求低电平调幅是在低功率电平级进行振幅调制，输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。高电平调幅是直

14、接产生满足发射机输出功率要求的已调波。利用丙类高功放改变来实现调幅。其优点是效率高。设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。第46页/共75页47七、振幅调制电路的基本组成一般来说，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器三部分组成。非线性器件：用来产生新的频率。输入回路：将载波信号和调制信号耦合到非线性器件上。带通滤波器：取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率。第47页/共75页48第二节第二节 低电平调幅电路低电平调幅电路一、单二极管开关状态调幅电路 1、开关状态 当二极管在两个不同频率电压下进行频率变换时，其中一个电压振幅足够大，另一个电压振幅较小，二极管的导通或截止将完全受

15、大振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。二极管的导通电阻 2、电路原理第48页/共75页49经中心频率为 ，通频带略大于 的带通滤波器取出 的普通调幅波信号输出。流过二极管电流中含有:直流、3、通过带通滤波器选出调幅波输出结论:单二极管开关状态调幅电路只能实现普通调幅波(AM)第49页/共75页501、电路特点图中变压器为理想变压器:B1为1:1；B2为1:2 B3为2:1载波信号 是大信号,调制信号 是小信号，二极管D1、D2均工作于受uc(t)控制的开关状态。二、二极管平衡调幅电路第50页/共75页512、在无带通滤波器的条件下，流过二极管D1、D2的电流为根据变压器B3的同

16、名端及假设的次级电流的流向。由于i1和i2流过B3初级方向相反，所以电流i为第51页/共75页523、通过带通滤波器取出双边带调幅波结论:双二极管开关状态调幅电路能实现平衡调幅(DSB)由于i中包含 ，等频率成分，经中心频率为 ，带宽略大于 的带通滤波器取出 的频率成分电流在负载 上建立双边带调幅电压输出。第52页/共75页53三、二极管环形调幅电路第53页/共75页541、在 的正半周，D1和D2导通，D3和D4截止。D1和D2的开关函数为在无带通滤波器的条件下，流过负载的总电流：1:22:1第54页/共75页552、在 的负半周，D1和D2截止，D3和D4导通。而D3和D4的开关函数为：在

17、无带通滤波器的条件下，流过负载的总电流：1:22:1第55页/共75页56结论:二极管环形调幅电路能实现平衡调幅(DSB)与双二极管调幅电路相比输出信号的频谱少了 的成份，且幅度为其二倍。4、通过带通滤波器取出双边带调幅波流过负载 的总电流 中含有 等频率分量。经过中心频率为 ，通带略大于 的带通滤波器，则在 上只取 的双边带调幅电压。则3、负载RL中的电流第56页/共75页57四、模拟乘法器调幅电路1、模拟乘法器模拟乘法器是有两个输入端对(即X和Y输入端对)和一个输出端对的非线性有源器件。模拟乘法器符号 模拟乘法器是完成两个模拟信号（电压或电流）相乘作用的电子器件。模拟乘法的传输特性方程为

18、式中，K乘法器的增益系数，单位为1/V。第57页/共75页58分类根据输入信号的极性可分为：四象限模拟乘法器一象限模拟乘法器二象限模拟乘法器常用于频率变换的模拟乘法器的型号国外同类产品：MC1496 MC1596 MC1495 MC1496 LM1496 LM1596.AD834（宽带）、AD630（多功能）、AD734（高精度）.国内同类产品：CB1595 CB1596 BG314.第58页/共75页59 2、双差分对管振幅调制电路它由两个单差分对管电路T1、T2、T5和T3、T4、T6组合而成。输入信号u1加在两个单差分对管的输入端，u2加在T5和T6的输入端。第59页/共75页60一、集

19、电极调幅电路1、集电极调幅原理电路。具有下列特点：集电极回路调谐在 ，带宽略大于 丙类放大器工作于过压状态。有效电源随 变化。第三节高电平调幅电路第60页/共75页612、调幅原理第61页/共75页62式中，称为调幅指数。根据理想化调幅特性可得输出电压丙类功率放大器在不变的条件下，改变时，集电极电流在欠压区可认为不变，而在过压区将随变化而线性变化，具有调幅特性。有效电源第62页/共75页633、集电极调幅电路的功率与效率时，直流电源提供的输入功率载波输出功率集电极损耗功率 集电极效率载波状态第63页/共75页64调制最大状态有效电源输入功率高频输出功率集电极损耗功率集电极效率结论：在调制信号波

20、峰处，所有功率都是载波状态的 倍，而集电极效率不变。第64页/共75页65调制一周的平均功率有效电源 提供的平均输入功率直流电源 提供的平均输入功率调制信号源 提供的平均输入功率第65页/共75页66有效电源 提供的平均输入功率调制一周的平均功率平均输出功率其中，载波输出功率为 ；边频功率为 平均集电极损耗功率平均集电极效率第66页/共75页67集电极平均损耗功率是载波状态损耗功率的 倍，选管子时，应采用管子的允许损耗功率 。载波输出功率是由直流电源 提供，而边频输出功率是由调制信号源 提供。总输入功率分别由直流电源 和调制信号源 提供。因而调制信号源应是功率源。4、集电极调幅电路的特点必须工

21、作于过压区。调制过程中效率不变，可保持在高效率下工作。在调制一周内的平均功率都是载波状态对应功率的 倍。第67页/共75页68二、基极调幅电路1、基极调幅原理第68页/共75页692、基极调幅电路的特点必须工作于欠压区。载波输出功率和边频功率都由直流电源提供。调制过程中，效率是变化的。调制线性范围小，只能用于输出功率小，对失真要求不严的发射机中。第69页/共75页70调幅电路总结高电平调幅低电平调幅基极调幅集电极调幅单二极管开关状态调幅双二极管开关状态调幅环形调幅模拟乘法器调幅普通调幅波双边带调幅波第70页/共75页71二、单边带信号的产生方法单边带信号产生的方法有滤波法和移相法。第四节 单边带信号的产生一、单边带信号的特点1、占有频带窄2、节省功率3、选择性衰落小4、所需收、发设备复杂第71页/共75页72平衡调幅三、滤波法产生的单边带信号边带滤波器第72页/共75页732、在实际应用中是适当降低第一次调制的载波频率，这就增大了边带滤波器的相对带宽，使边带滤波器便于制作。然后再经过多次平衡调幅和滤波逐步把载频提高到要求的数值，如下图所示，虽然设备复杂些，但性能比较可靠。第73页/共75页74三、移相法产生单边带信号第74页/共75页75感谢您的观看！第75页/共75页