振幅调制解调及混频1.pptx

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1、1/107本章重点：各种频谱线性搬移电路的概念、原理、特点及实现方法。实用的频谱线性搬移电路。了解：第1页/共108页2/107概述概述1地位通信系统的基本电路。2特点对电路中信号频谱进行的变换，电路有新频率成分产生。为此，需引用一些信号与频谱的概念。非线性第2页/共108页3/1073信号与频谱信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图。载 波复音调制波单音调制波频 谱波形表达式信号第3页/共108页4/1074两种类型的频谱变换电路频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。例：振幅调制、解调、混频电路(本章讨论)。特点：仅频谱搬移，不产生新的频谱分量。频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进

2、行特定的非线性变换。例：频率调制与解调电路(第7章讨论)。特点：产生新的频谱分量。第4页/共108页5/107第一节振幅调制几个概念：调制：调制信号：载波：已调波：解调：用调制信号去控制载波某个参数的过程。第5页/共108页6/107由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化。(SSB-SC)：抑制载波的单边带调制。振幅调制的三种方式：(AM)：普通的调幅；(DSBSC)：抑制载波的双边带调制；是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其它参数(频率和相位)不变。什么是振幅调制？第一节振幅调制第6页/共108页7/107u=Ucost（一）调幅波的分析1、表示式及波形设载波电压为:调制

3、电压:uC=UCcosct已调波振幅：调幅度：调幅信号表达式:第7页/共108页8/107（一）调幅波的分析1、表示式及波形调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第8页/共108页9/107（一）调幅波的分析调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形已调波波形波形表示第9页/共108页10/107（一）调幅波的分析调幅度调幅信号表达式调制信号波形载波波形波形表示已调波波形过调制！第10页/共108页11/107（一）调幅波的分析1、表示式及波形调幅信号表达式连续频谱信号f(t)uAM(t)=UC1+m f(t)cosct若调制信号为：则调幅波表示式为：式中，mn=kaUn/U

4、C第11页/共108页12/107（一）调幅波的分析1、表示式及波形连续频谱信号f(t)调幅波表达式:uAM(t)=UC1+m f(t)cosct调制信号已调波第12页/共108页13/107（一）调幅波的分析1、表示式及波形AM信号的产生原理图或第13页/共108页14/1072、调幅波的频谱调幅波的三角展开：带宽BAM2F分析：单频调制(1)频谱的中心分量；(2)两个边频分量；这说明调制信号的幅度及频率消息只含于边频分量中。调制信号频谱载波频谱已调波频谱第14页/共108页15/1072、调幅波的频谱BAM=2Fmax信号带宽是决定无线电台频率间隔的主要因素，如通常广播电台规定的带宽为9k

5、Hz，VHF电台的带宽为25kHz。多频调制AM信号占用带宽：调制信号频谱已调波频谱第15页/共108页16/1073、调幅波的功率载波功率上下边频的平均功率AM信号的平均功率设：负载电阻RL两边频功率与载波功率的比值：第16页/共108页17/107AM波的缺点：（一）调幅波的分析特别是AM波解调很简单，便于接收。功率浪费大，效率低。AM波的优点：（1）设备简单。（2）AM占用的频带窄。第17页/共108页18/107（二）双边带信号1.表达式表达式为：第18页/共108页19/107（二）双边带信号2.波形调制信号波形载波波形已调波波形相位跳变！第19页/共108页20/107（二）双边带

6、信号与AM波相比，DSB信号的特点:AM波的包络正比于调制信号f(t)的波形，而DSB波的包络则正比于|f(t)|。DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压正负交替时)要突变180。双边带调制（4.3）(1)包络不同。(2)180。相位跳变。第20页/共108页21/107（三）单边带信号单边带(SSB)信号是由DSB信号经边带滤波器滤除一个边带或在调制过程中，直接将一个边带抵消而成。uDSB(t)=k uuC当取上边带时：uSSB(t)=Ucos(c+)tuSSB(t)=Ucos(c)t当取下边带时：单频调制第21页/共108页22/107（三）单边带信号当取上边带时：uSSB(

7、t)=Ucos(c+)t分析：SSB信号的振幅与调制信号的幅度（振幅）成正比，它的频率随调制信号频率的不同而不同，因此它含有消息特征。SSB信号的包络与调制信号的包络成正比第22页/共108页23/107（三）单边带信号语音调制的SSB信号频谱第23页/共108页24/107（三）单边带信号SSB波的优点：（1）功率利用率高。（2）频带利用充分。BSSBFm目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第24页/共108页25/107二、振幅调制电路可分为高电平调制和低电平调制。是将功放和调制合二为一，调制后的信号不需再放大就可直接发送出去。是将调制和功放分开，调制后的信号电平较低，还需经功率放大后

8、达到一定的发射功率再发送出去。调制效率高、调制线性范围大、失真要小等。高电平调制：低电平调制：对调制器的主要要求：第25页/共108页26/107（一）AM调制电路高电平调制和低电平调制。目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。1、高电平调制主要用于AM调制，是在高频功放中进行的。基极调幅；集电极调幅；集电极-基极(或发射极)组合调幅。利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。基本工作原理：第26页/共108页27/107（一）AM调制电路1、高电平调制（1）集电极调幅图6-12集电极调幅电路第27页/共108页28/107（一）AM调制电路1、高电平调制（1）集

9、电极调幅第28页/共108页29/107（一）AM调制电路1、高电平调制（2）基极调幅LB1是高频扼流圈LB为低频扼流圈第29页/共108页30/107（一）AM调制电路1、高电平调制（2）基极调幅但因其工作在欠压状态，集电极效率低是其一大缺点。一般只用于功率不大，对失真要求较低的发射机中。而集电极调幅效率较高，适用于较大功率的调幅发射机中。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，调制信号的放大电路比较简单，这是基极调幅的优点。第30页/共108页31/107作 业6-16-66-7第31页/共108页32/107（一）AM调制电路2、低电平调制(1)二极管电路产生AM波单二极

10、管电路平衡二极管电路(2)利用模拟乘法器载波调制信号第32页/共108页33/1072、低电平调制(1)二极管电路单二极管电路流过二极管的电流i D为:其频谱图:（一）AM调制电路产生AM波！第33页/共108页34/1072、低电平调制(1)二极管电路平衡二极管电路产生AM波！（一）AM调制电路载波调制信号第34页/共108页35/107平衡二极管电路载波调制信号a)b)VD1导通，VD2截止；VD1截止，VD2导通；总电流：第35页/共108页36/107总电流：其频谱图:平衡二极管电路产生AM波！第36页/共108页37/1072、低电平调制(2)利用模拟乘法器产生AM波对单差分电路若将

11、uc加至uA，u加到uB，则有（一）AM调制电路调制信号载波其中：第37页/共108页38/1072、低电平调制若集电极滤波回路的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则经滤波后的输出电压：（一）AM调制电路(2)利用模拟乘法器产生AM波为AM波！第38页/共108页39/107图6-17差分对AM调制器的输出波形(2)利用模拟乘法器产生AM波第39页/共108页40/107对双差分电路(2)利用模拟乘法器将调制信号叠加上直流成分，即可得到AM信号输出。（一）AM调制电路第40页/共108页41/107对双差分电路（一）AM调制电路第41页/共108页42/107（二）DSB调制电路DS

12、B信号的获得，关键在于调制电路中的乘积项。单二极管电路只能产生AM信号，不能产生DSB信号。1)二极管调制电路二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。载波调制信号第42页/共108页43/107（二）DSB调制电路1)二极管调制电路输出变压器的次级电流i L为：条件：可获得DSB！第43页/共108页44/107（二）DSB调制电路1)二极管调制电路输出变压器的次级电流iL为：若输出滤波器的中心频率fc，带宽2F，谐振阻抗RL，则：第44页/共108页45/107二极管平衡调制器波形第45页/共108页46/107（二）DSB调制电路1)二极管调制电路调制线性好、载漏小(输出端的残留

13、载波电压要小，一般应比有用边带信号低20dB以上)，同时希望调制效率高及阻抗匹配等。对平衡调制器的主要要求:实用的平衡调制器电路。第46页/共108页47/107实用的平衡调制器电路（二）DSB调制电路VD1、VD2同时导通；a)当时b)当时VD1、VD2同时截止；C1对高频短路、对音频开路分析：第47页/共108页48/107（二）DSB调制电路1、二极管调制电路双平衡调制器电路：调制信号与载波的位置可以互换！波形第48页/共108页49/107（二）DSB调制电路1、二极管调制电路双平衡调制器电路经滤波后，有DSB信号！第49页/共108页50/1072、差分对调制器（二）DSB调制电路设

14、uB=uC，uA=u，则双端输出电流i0(t)为：经滤波后的输出电压u0(t)为：单差分对DSB信号！载波调制信号第50页/共108页51/1072、差分对调制器（二）DSB调制电路单差分对图6-24差分对DSB调制器的波形第51页/共108页52/107（二）DSB调制电路单差分对并不是理想乘法器！1）信号的注入必须是uA=u，uB=uC，且U26mV；分析：2）要得DSB信号，必须加接滤波器以滤除不必要的分量;3）必须双端差动输出，单端输出只能得到AM信号;4）当输入信号为零时，输出并不为零。载波调制信号第52页/共108页53/1072、差分对调制器（二）DSB调制电路双差分对差动输出电

15、流为：若U、UC均很小，则：双差分对调制器克服了单差分对调制器上述大部分的缺点。第53页/共108页54/107图6-25：彩色电视发送机中的双差分对调制器的实际电路第54页/共108页55/107用MC1596实现DSB电路DSB信号第55页/共108页56/107产生方法主要有滤波法和移相法两种。（三）SSB调制电路1、滤波法滤波法的关键是边带滤波器的制作。第56页/共108页57/107（二）SSB调制电路2、移相法/2相移网络是移相法的关键部件。第57页/共108页58/107作 业6-8（c、d）6-116-14第58页/共108页59/107第二节调幅信号的解调一、调幅解调的方法2

16、.同步检波1.包络检波只适用于AM波。DSB和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检波，必须使用同步检波。恢复载波应与调制端的载波电压完全同步(同频同相)。同步检波的含义？第59页/共108页60/107其原理框图如图所示。第二节调幅信号的解调一、调幅解调的方法1.包络检波第60页/共108页61/107一、调幅解调的方法2.同步检波同步解调器的框图第61页/共108页62/107一、调幅解调的方法2.同步检波乘积型叠加型ur:恢复的载波信号。第62页/共108页63/107二、二极管峰值包络检波器1原理电路及工作原理RC低通滤波器（1）组成输入回路二极管VD末级中放的输出回路。导通电压

17、小、rD小的锗管。(a)作为检波器的负载，在其两端产生调制频率电压;(b)起到高频电流的旁路作用。RC网络须满足:第63页/共108页64/107二、二极管峰值包络检波器（2）工作原理二极管串联型大信号峰值包络检波器。信号源、非线性器件二极管及RC 网络三者为串联。：该检波器工作于大信号状态。故全称：这种电路也可工作在小信号情况：小信号检波器。第64页/共108页65/107二、二极管峰值包络检波器（2）工作原理检波过程分析：二极管截止二极管导通第65页/共108页66/107检波过程分析u i(t)为等幅波时：uo=uC=Uav+u检波器输出电压充电过程放电过程高频纹波电压包络为常数，只要直

18、流调制信号为低频调制信号第66页/共108页67/107检波过程是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R 放电的交替重复过程；导通时间很短，电流通角很小，二极管电流是一窄脉冲序列；二极管电流i D包含平均分量（直流分量）及高频分量。二、二极管峰值包络检波器检波过程总结：uo=uC=Uav+u第67页/共108页68/107大信号检波器在稳定状态电流电压波形二极管伏安特性二极管两端电压（输入等幅波时）二极管电流解调包络，只需要直流第68页/共108页69/107(2)工作原理分析+uD-+-uoiduD=ui-uoi充+-uoi放载波正半周时二极管正向导通，对电容C 充电，充电时间常数为rdC

19、。uD=ui-uo当uD=ui-uo0，二极管导通当uD=ui-uo0，二极管导通当uD=ui-uo0，二极管截止uo(t)=u(t)+UDCUDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t)u i(t)与uo(t)tu i(t)为调幅波时：二极管VD两端电压：检波器的有用输出电压：第70页/共108页71/107二、二极管峰值包络检波器输入为AM信号时，检波器二极管的电压及电流波形：二极管伏安特性二极管两端电压（输入调幅波时）二极管电流 uD=ui-uo=uAM-uouo(t)=u(t)+UDC第71页/共108页72/107包络检波器的输出电路如果只需输出调制频率电压，则可在原电路上增加隔

20、直电容Cg和负载电阻Rg。若需要检波器提供与载波电压大小成比例的直流电压，则可用低通滤波器取出直流分量，如图:第72页/共108页73/1072、性能分析（传输系数、输入阻抗）1)传输系数Kd（或称检波系数、检波效率）若输入载波电压若输入 AM 信号（设：载波电压振幅为Um，输出直流电压为Uo！）检波器输出低频电压振幅与输入高频已调波包络振幅之比。这两个定义是一致的。第73页/共108页74/1071)传输系数Kd利用两个特殊点：，：二极管导通角！下面以等幅波为例推导Kd的表达式。Kd为Uo和Um的比值，为cosUmUo趋于0时，Kd 近似为1，Uo=Um第74页/共108页75/1072、性

21、能分析1)传输系数Kd分析:Kd当电路一定(管子与R一定)时，在大信号检波器中是恒定的，它与输入信号大小无关。越小，Kd越大，并趋近于1。越贴近峰值由图可知，当gDR50时，Kd变化不大，且Kd0.9。第75页/共108页76/1072、性能分析1)传输系数Kd2)输入电阻Ri输入载波电压的振幅Um与检波器电流的基频分量振幅I1之比值，即由此可见，输入电阻与二极管检波器负载电阻R有关。R越大，Ri越大，对前级的影响就越小。输入电阻定义：不能太大，也不能太小，为什么？第76页/共108页77/1073检波器的失真在二极管峰值包络检波器中，存在着两种特有的失真：惰性失真和底部切削失真。1)惰性失真

22、是由电容放电的惰性引起的。产生原因：惰性失真的波形不失真的条件：可见，m、越大，包络下降速度就越快，要求的RC就越小。惰性失真第77页/共108页78/1073检波器的失真调幅波的最小幅度：UC(1m)。避免失真的条件：失真的原因：R=R 2)底部切削失真（又称为负峰切削失真）因此必须限制交、直流负载的差别。直流负载为R交流负载为R/Rg直流开路，电容上的电压恒定，很小时，近似等于载波振幅uo第78页/共108页79/1072)底部切削失真（又称为负峰切削失真）在工程上，减小检波器交、直流负载的差别采取的措施：在检波器与低放级间插入高输入阻抗的射极跟随器;R=R1+R2将R分成R1和R2R=R

23、1+R2直流负载：交流负载：R=R1+R2Rg第79页/共108页80/107(1)回路 要大。(2)输出的高频纹波小。即检波器设计及元件参数的选择(3)减少输出信号的频率失真。要求：minmax(4)避免惰性失真。(5)避免底部切割失真。或+-u中放末级RiRLCVDRCsLsRsisCd第80页/共108页81/1074实际电路及元件选择LPF音量控制第81页/共108页82/1075.二极管并联检波器(a)原理电路(b)波形关系输入电阻：(c)实际电路Kd同串联检波器；输出端除需隔直电容外，还需加高频滤波电路。第82页/共108页83/107(c)并联检波器实际电路C1：高频滤波电容Cg

24、：隔直电容(a)原理电路(b)波形关系5.二极管并联检波器第83页/共108页84/1076小信号检波器小信号检波是指输入信号振幅在1100mV范围内的检波。二极管的伏安特性:a0为uD=0时的静态电流;在uD=0时的斜率;在uD=0上的二次导数。第84页/共108页85/107（1）输入信号等幅波i D的平均分量：平均电流增量：6小信号检波器二极管的伏安特性:二极管两端电压：电压传输系数：第85页/共108页86/107（1）输入信号等幅波6小信号检波器二极管的伏安特性:二极管两端电压：高频基波分量振幅：电压传输系数：输入电阻：电压传输系数Kd和输入电阻Ri都小！第86页/共108页87/1

25、07（2）输入信号为AM波6小信号检波器（1）输入信号等幅波小信号检波器输出的平均电压Uav与输入信号电压振幅Um的平方成正比。电压传输系数Kd和输入电阻Ri都小，且还有非线性失真。小信号检波器的缺点：平方律检波器：第87页/共108页88/107小信号检波器的原理电路和波形第88页/共108页89/107三、同步检波(乘积型和叠加型)1乘积型要求：恢复载波与发端的载波同频同相。设输入信号：低通滤波器输出：本地恢复载波：乘法器输出：第89页/共108页90/107三、同步检波1乘积型低通滤波器的输出：分析：有一定的频差有一定的相差产生振幅失真！，即恢复载波与发射载波同频同相则无失真！第90页/

26、共108页91/1072.叠加型三、同步检波将DSB或SSB信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号，再利用包络检波器将调制信号恢复出来。分析SSB信号的叠加型同步检波。设：单边带信号(上边带)为：恢复载波为：二极管端电压：经包络检波器后，输出电压：第91页/共108页92/1072.叠加型（同步检波）图6-50平衡同步检波电路则总的输出：第92页/共108页93/107如何提取载波？AM波通过限幅器就能去除其包络变化，得到等幅载波信号，这就是所需同频同相的恢复载波。对DSB信号，将其取平方，从中取出角频率为2c的分量，再经二分频器，就可得到角频率为c的恢复载波。对于SSB信号，发射导频信号

27、。第93页/共108页94/107作 业6-20第94页/共108页95/107第三节混频一、混频的概述混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程。1混频器的功能时域波形：频谱图：混频动画4.5常用的中频数值为:465(455)、500kHz;1、1.5、4.3、5、10.7、21.4、30、70、140MHz等第95页/共108页96/107第三节混频图6-52三种频谱线性搬移功能调制解调混频第96页/共108页97/1072混频器的工作原理第三节混频一、混频的概述图6-53混频器的组成框图图6-53混频器的组成框图输入已调信号us本振电压uL中频电压:混频器是超外差接收机中的关键部件。第9

28、7页/共108页98/1073混频器的主要性能指标1)变频增益定义：变频器中频输出电压振幅UI与高频输入信号电压振幅Us之比，即2)噪声系数3)失真与干扰失真有频率失真和非线性失真。除此之外，还会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞和倒易混频等干扰。第98页/共108页99/1074)变频压缩(抑制)3混频器的主要性能指标5)选择性二、混频电路1晶体三极管混频器2二极管混频电路3其它混频电路中频输出回路应有较理想的谐振曲线(矩形系数接近1)第99页/共108页100/107二、混频电路1晶体三极管混频器fI=fLfc时变偏置电压：且有UsUL输出回路对中频谐振，则集电极电流

29、第100页/共108页101/1071晶体三极管混频器集电极电流：gC=gm1/2变频跨导：gC是变频器的重要参数，不仅直接决定着变频增益，还影响到变频器的噪声系数。定义：它与普通放大器的跨导有相似的含义，表示输入高频信号电压对输出中频电流的控制能力。第101页/共108页102/107二、混频电路1晶体三极管混频器图6-57给出了变频跨导与本振电压的关系曲线。第102页/共108页103/107二、混频电路1晶体三极管混频器图6-58给出了变频跨导与偏置电压的关系曲线。第103页/共108页104/107混频器的本振注入方式第104页/共108页105/107第四节混频器的干扰主通道：寄生通道：混频器存在下列干扰：信号与本振的自身组合干扰。外来干扰与本振的自身组合干扰。外来干扰互相作用形成的。：外来干扰与信号形成的。互调干扰：交叉调制干扰副波道干扰：干扰哨声：阻塞、倒易混频干扰等。第105页/共108页106/107第106页/共108页107/107第107页/共108页108/107感谢您的观看！第108页/共108页