高频电子线路(第四版)第9章振幅调制与解调.ppt

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1、9.1 概述,9.1.1 振幅调制简述,9.1.2 检波简述,9.1.1 振幅调制简述,将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。,声音,1.定义,2.调制的原因,从切实可行的天线出发,为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。,音频信号:20Hz20kHz,波长：15 15000 km,天线长度:3.75 3750km,9.1.1 振幅调制简述,2.调制的原因,便于不同电台相同频段基带信号的同时接收,频谱搬移,9.1.1 振幅调制简述,2.调制的原因,可实现的回路带宽,基带信号特点：频率变化范围很大。,高频窄带信号,频谱搬移,低频（音

2、频）:20Hz20kHz,高频（射频）:,AM广播信号:,535 1605kHz，BW=20kHz,9.1.1 振幅调制简述,3.调制的方式和分类,调幅,调相,调制,连续波调制,脉冲波调制,脉宽调制,振幅调制,编码调制,调频,脉位调制,9.1.1 振幅调制简述,End,4.调幅的方法,平方律调幅,斩波调幅,调幅方法,低电平调幅,高电平调幅,集电极调幅,基极调幅,9.1.1 振幅调制简述,9.1.2 检波简述,从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。,1.定义,图 9.1.1 检波器的输入输出波形,9.1.2 检波简述,图 9.1.2 检波器检波前后的频谱,9.1.2 检波简述,图 9.1.

3、3 检波器的组成部分,9.1.2 检波简述,2.组成,End,3.检波的分类,二极管检波器,三极管检波器,检波,器件,信号大小,小信号检波器,大信号检波器,工作特点,包络检波器,同步检波器,9.1.2 检波简述,9.2 调幅波的性质,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,9.2.2 调幅波中的功率关系,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,1.普通调幅波的数学表示式,首先讨论单音调制的调幅波。,载波信号：,调制信号：,调幅信号（已调波）：,由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：,即：,式中ma为调制度，,常用百分比数表示。,波形特点：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一

4、致(2)调幅度ma反映了调幅的强弱度,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,图 9.2.2 由非正弦波调制所得到的调幅波,2.普通调幅波的频谱,（1）由单一频率信号调 幅,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,信号带宽,(2)限带信号的调幅波,调制信号,载波,End,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,9.2.2 调幅波中的功率关系,如果将普通调幅波输送功率至电阻R上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是,当ma1时，PoT(2/3)Po；

5、,当ma0.5时，PoT(8/9)Po；,End,9.2.2 调幅波中的功率关系,三种振幅调制信号,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,9.8 高电平调幅,9.8.1 集电极调幅,9.8.2 基极调幅,9.8 高电平调幅,高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调幅的。,集电极调幅电路,9.8.1 集电极调幅,9.8.1 集电极调幅,9.8.2 基极调幅,基极调幅电路,End,iC,vAM（t）,9.8.2 基极调幅,9.3 平方律调幅,9.3.1 工作原理,9.3.2 平衡调幅器,9.3.1 工作原理,调幅波的共同之处都是在调幅

6、前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。,这里将调制信号v与载波信号v0相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为0的带通滤波器取出输出电压vo中的调幅波成分。,图 9.3.1 非线性调幅方框图,9.3.1 工作原理,End,如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。,9.3.1 工作原理,9.3.2 平衡调幅器,如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式,总的输出电流,总的输出电压,End,图 9.3.2 串联双二极管平衡调幅器简化电路,9.3.2 平衡调幅器,9.4 斩波调幅,9.4.1 工作原理,9.4.2 实现斩波

7、调幅的两种电路,9.4.1 工作原理,图 9.4.1 斩波调幅器方框图,图 9.4.2 斩波调幅器工作图解,9.4.1 工作原理,图 9.4.3 平衡斩波调幅及其图解,9.4.1 工作原理,9.4.2 实现斩波调幅的两种电路,图 9.4.4 二极管电桥斩波调幅电路,End,图 9.4.5 环形调幅器电路,9.4.2 实现斩波调幅的两种电路,三种振幅调制信号,9.6 单边带信号的产生,9.6.1 单边带通信的优缺点,9.6.2 产生单边带信号的方法,9.6.1 单边带通信的优缺点,使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高短波波段利用率。,单边带制能获得更好的通信效果。,单边带制的选择性衰落现象要轻得

8、多。,要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。,9.6.2 产生单边带信号的方法,1.滤波器法,图 9.6.1 滤波器法原理方框图,图 9.6.2 滤波器法单边带发射机方框图,必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。因为倍频后，音频频率也跟着成倍增加，使原来的调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。,9.6.2 产生单边带信号的方法,上、下边带之间的频率间距等于调制信号最低频率Fmin的2倍，故滤波时相对带宽2 Fmin/fc要很小，这样的滤波器制作很困难。,为什么要逐级滤波？,图 9.6.3 单边带发射机方框图举例,9.6.2 产生单边带信号的方法,9.6

9、.2 产生单边带信号的方法,9.6.2 产生单边带信号的方法,图 9.6.3 单边带发射机方框图举例,9.6.2 产生单边带信号的方法,2.相移法,9.6.2 产生单边带信号的方法,如何得到单一频率分量,2.相移法,图 9.6.4 相移法单边带调制器方框图,9.6.2 产生单边带信号的方法,电压,f/Hz,移相法的主要缺点,移相法的改进,3.第三种方法修正的移相滤波法,图 9.6.5 产生单边带信号的第三种方法,9.6.2 产生单边带信号的方法,End,图 9.7.1 各种调幅制式的频谱示意图,9.7 残留边带调幅,9.9 包络检波,9.9.1 包络检波器的工作原理,9.9.2 包络检波器的质

10、量指标,9.9.1 包络检波器的工作原理,从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号,输入 AM信号,检出包络信息,End,串联型二极管包络检波器,9.9.1 包络检波器的工作原理,9.9.2 包络检波器的质量指标,下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。,1)电压传输系数(检波效率),定义：,1)电压传输系数(检波效率),用分析高频功放的折线近似分析法可以证明,其中，是二极管电流通角，为检波器负载电阻，d为检波器内阻。,9.9.2 包络检波器的质量指标,2)等效输入电阻,考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（Q），下面分析其等

11、效电阻,其中，Vim是输入高频电压振幅，Iim是输入高频电流振幅。,9.9.2 包络检波器的质量指标,End,1.2.3 无线电信号的接收,图 1.2.11 超外差式接收机方框图,2)等效输入电阻,如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）,9.9.2 包络检波器的质量指标,3)失真,产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非线性失真；频率失真。,如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。,惰性失真(对角线切割失真),9.9

12、.2 包络检波器的质量指标,惰性失真(对角线切割失真),调幅波包络,如图所示，在某一点，如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度，就可能发生惰性失真。,包络变化率,电容放电,9.9.2 包络检波器的质量指标,惰性失真(对角线切割失真),放电速率,假定此时,9.9.2 包络检波器的质量指标,电容放电,为避免失真,惰性失真(对角线切割失真),实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足,9.9.2 包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率交流短路，电路

13、达到稳态时，其两端电压VCVim。,失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将通过R和RL缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压VCVim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为,9.9.2 包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),9.9.2 包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,负峰切割失真(底边切割失真),要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足,交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。,9.9.2 包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的

14、检波电路,非线性失真,这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。,如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。,9.9.2 包络检波器的质量指标,考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路,频率失真,如左图所示，检波器中存在检波电容C和隔直电容Cc两个电容。检波电容C用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容Cc用于去除载波分量对应的直流输出。,对调制频率=minmax，要求检波电容C对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。,End,9.9.2 包络检波器的质量指标,9.10 同步检波,同步检波器用于对载波被抑止的双边

15、带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。同步检波的名称即由此而来。,图 9.10.1 同步检波器方框图,载波信号相位对检波结果的影响,1.乘积检波器,9.10 同步检波,图 9.10.2 输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱,9.10 同步检波,2.叠加型同步检波器,9.10 同步检波,9.10 同步检波,9.10 同步检波,本地载波与输入信号载波相位相同而频率不同对检波结 果的影响,9.10 同步检波,本地载波与输入信号载波频率相同而相位不同对检波结 果的影响,9.11 单边带信号的接收,图 9.11.1 单边带接收机方框图,单边带接收有如下的特点,9.11 单边带信号的接收,接收机的本振频率与发射机的频率严格保持一致。对接收机的线性要求高。检波器不能用包络检波器，而应采用同步检波器。,