《振幅调制》PPT课件.ppt

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1、1,第5章振幅调制电路,2,本章知识点及结构,振幅调制,调幅波的性质（数学表达式、频谱特征、功率）5.2,调幅波的产生（原理，电路，评价指标）5.3，5.4,3,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）,4,5.1 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”？,5,1.“调制”与“解调”：,调制（modulation)解调（demodulation）,电

2、信号通信中，实现低频信号远距离传输的一种主要方法。,6,2.“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,7,2.“调制”与“解调”的过程：,用被传送的低频信号去控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），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：,8,3.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

3、）,频率调制（简称“调频”，FM）,相位调制（简称“调相”，PM）,幅度,频率,相位,角度调制,相角,9,3.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,10,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,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）,11,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

4、波的典型电路,12,1、调制器在发射机中位置,13,1、解调器在接收机中的位置,14,2.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 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 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）。,15,3.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,16,4、调幅与检波的典型电路,17,5.1

5、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,18,5.1.1 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：,19,1、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),20,一般，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。,则有,其中：,应用例1：写出调制信号为限带信号的调幅波表达式,21,2、AM信号波形特征,

6、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,22,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：,23,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。,24,3、调幅波的频谱,频谱分析的方法：,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 为横坐标上的点，其幅度 为纵坐标上 的点，画出频谱分布图。,25,3、调幅波的频谱特征,26,结论：调幅的

7、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。,27,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,28,4.普通调幅波带宽(B,Bandwidth),（1）调制信号为单一频率（=2F）的正弦波，,则，B=2Fmax,即 已调波频谱所占频带宽度,（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,29,5、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,30,此时,表明:对单频调制的调幅波，最大调制时的功

8、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,31,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：,32,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。,33,5.1.2 抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）,34,1、DSB/SC-AM波数学表达式,抑制载波

9、后,35,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：,36,DSB波的频谱成份中抑制了载波分量,调制信号,载波,3、DSB/SC-AM波频谱特征,结论2：,37,4、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：,38,5、DSB/SC-AM波功

10、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,结论4：,全部功率为边带占有，功率利用率高于AM波。,39,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。,40,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。,

11、根据：,41,5.1.3 抑制载波的单边带调幅波（SSB/SC-AM）,与普通AM波、DSB/SC-AM相比，SSB/SC-AM不同的地方。,注意总结：,42,由,通过边带滤波器,提示一、数学表达式,43,上边带信号,下边带信号,可得,44,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。,45,调制信号,载波,已调波,调幅器,小结：,46,指出下列电压是什么已调波？写出

12、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：,47,五、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。,48,六、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

13、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。,49,七、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。,50,第二节 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,51,经中心频率为，

14、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),52,1、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,53,2、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,54,3、通过带通滤波器取出双边带调幅波,结论:双二极管开关状

15、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。,55,三、二极管环形调幅电路,56,1、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：,1:2,2:1,57,2、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：,在无带通滤波器的条件下，流过负载的总电流：,1:2,2:1,58,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、

16、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,59,四、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 式中，K乘法器的增益系数，单位为1/V。,60,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

17、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.,61,2、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。,62,一、集电极调幅电路,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,63,2、调幅原理,64,式中，称为调幅指数。,根据理想化调幅特性可得,输

18、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,65,3、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,66,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：在调制信号波峰处，所有功率都是载波状态的 倍，而集电极效率不变。,67,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,68,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

19、,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,69,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。,70,二、基极调幅电路,1、基极调幅原理,71,2、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

20、。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。,72,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,73,二、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,74,平衡调幅,三、滤波法产生的单边带信号,边带滤波器,75,2、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。,76,三、移相法产生单边带信号,