第五章 振幅调制

⑹ 解调方式：
振幅检波
振幅调制的逆过程
(7) 振幅调制分三种方式：
( AM ) 普 通 调 幅 幅 DSB) 抑 制 载 波 的 双 边 带 调 ( 单 过 带 调 制 ( SSB )
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2. 无线电信号的产生—调制 无线电信号的产生 高频信号： vc Vcm cos(ct ) 音频信号： v V cost 调幅信号： v (Vcm V cost ) cos(ct ) υ 称为已调波，调幅波. υ c称为载波 υ Ω 称为调制波 υ 具有如下特点 ▲频率高(易于通过天线发送 ) ω c ▲携带有声音的信息 υΩ
1.数学表达式 设： 载波： 调制信号：
vc Vcm cosct
v V且有： cost
，则: c
调幅信号： v (Vcm kaVm cost ) cosct
kaV cost ) cosct Vcm Vcm (1 ma cost ) cosct Vcm (1
5.1 概
述
5.1.1 振幅调制简述 1.声音实现无线传送的一些问题 .需要庞大的天线 .电台间无法分辨 .无法使用丙类放大器 2.解决的办法 用音频信号改变高频信号的振幅-----生成调幅波
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(1) 调制： 用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 (2) 解调： 调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。 ⑶ 振幅调制： 由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随调制 信号线性变化。 ⑷ 频率调制： 调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制信号线 性变化。 ⑸ 相位调制： 调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号 线变化。
由于在调幅波中，上下边带都包含有信息，也可以仅发送 一个边带 单边带调幅。
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如何获取调幅波?
按调制电路输出功率的高低可分为： 高电平调幅电路 一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情 况下进行调制。 低电平调幅电路 一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已 调幅信号，得到所要求功率的调幅波。
由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效 率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。
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5.3.2 平衡调幅器 设电路是完全对称的，非 线性元件的特性为：
i1 a0 a1v1 a v
其中：
i2 a0 a1v2 a v
v1 vc v v2 vc v
c 、 3c …..等频率成分。
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二极管斩波电路
v2 v1 D的导通由 v2 控制。
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平衡斩波调幅电路
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5.5模拟乘法器调幅
电子电荷
iE1 I s e
v BE 1 kT
q vBE 2 kT
q
绝对温度 波尔兹曼常数
iE 2 I s e
1. 为了得到不失真调幅，要求非线性元件特性为：
i a0 a1v a2v
由于产生调幅作用的是
2
2
a2v 项，故称为平方律调幅。
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电流在RL产生的电压，经带通滤波器滤波后，得到调幅 电压输出：
v a1Vcm cosct 1 a2VcmVm [cos(c )t cos(c )t ] 2 a1Vcm cosct 2a2VcmV cosct cost
则调幅波为：
v Vcm cosct
1 1 Vom ma1 cos( c 1 )t Vcmma1 cos( c 1 )t 2 2 1 1 Vcm ma 2 cos( c 2 )t Vcm ma 2 cos( c 2 )t 2 2
1 1 Vcmma 3 cos(c 3 )t Vcmma 3 cos(c 3 )t 2 2 ......
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1 2 2 a0 a2 (V Vcm ) 2 3 3 2 3 ( a1Vcm a3VVcm a3Vcm ) cosc t 2 4 a2VVcm [cos(c )t cos(c )t ] 1 2 a2Vcm cos2c t 2 3 2 a3V Vcm [cos(c 2)t cos(c 2)t ] 4 3 2 a3VVcm [cos(2c )t cos(2c )t ] 4 1 3 a3Vcm cos3c t 4 ...
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vc
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5.4
斩波调幅器
cosct 0 cosct 0
5.4.1 工作原理
1 s1 (t ) 0
v
S1(t)
c S1(t) 是一个振幅为１，重复频率为 的矩形波。 2
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斩波后的电流： i (t )
1 v (t ) s1 (t ) rd RL 由于S1(t) 可分解成富里叶级数：
由于电路的对称性
当v1 0 或 v2 0 时，
输出电压都是零。只
v1
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振幅调制
解调（检波)
混频（变频）
调制信号：需要传输的信号（原始信号） 信 号 定 载波信号：（等幅）高频振荡信号 义
正弦波 方波 三角波 锯齿波
语言 图像 v V cost 密码
vc Vc cos(ct )
已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）
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1 2 2 2 cos c t cos 3c t cos 5c t ... 2 3 5
s1 (t )
因而：
v (t ) 1 2 2 i (t ) [ cosct cos3ct ...] rd RL 2 3
若v (t ) Vm cost ，可知输出电压中包含有 、
可见，调幅波由三个频率分量组成，即 载波分量 ， c 上 和下边频分量 边频分量 。 c c
相 对 振 幅
c
c
调幅波频谱图
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c

若调制信号为非正弦时，设：
v Vm1 cos1t Vm2 cos2t Vm3 cos3t ....
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5.3 平方律调幅
5.3.1 工作原理
v
＋
vi
非线性 电路
v'
vc
平方律调幅框图
带通 滤波器
v
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调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特 性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振 回路调谐于c ，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。
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设非线性元件的特性为：
1 e
qv1 kT
ic 2
qv1 z kT
i0
1 e
qv1 kT
令
则有：
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ic1 ic 2
i0
1 e z
i0
1 ez
由图可见，在
z 1
的范围内， ic1、ic 2
与输入电压成线性关系。 由于在Ｔ＝300K时，
v1 26m V
KT 26 mV ，因而线性范围内的 q
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ma 0
不 同 调 制 度 的 调 幅 波
ma 1 ma 1 ma 1
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不 同 调 制 度 的 调 幅 波
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3.频谱与频带
v Vcm (1 ma cost ) cosct
1 1 Vcm cos c t Vcmma cos( c )t Vcmma cos( c )t 2 2
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非正弦调制时，调幅波的频谱
c n
c 1 …
c 1
…
c n
c

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4.调幅波中的功率关系 载波功率：
POT
2 1 Vcm 2 R
上边频功率： P
c
maVcm 2 maVcm 2
1 1 2 ma P OT 2R 4 1 1 2 ma P OT 2R 4
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。
在线性放大区内：
ic1 g m 0 v1 ic 2 g m 0 v1
ic1 ic 2 v1 v1
式中Hale Waihona Puke Baidu
g m0
当z很小时，
e e
z
z
1
g m0
qi0
4kT
差分放大器输出电压为：
v0 ic 2 Rc 2 ic1 Rc1 2 g m 0 v1 Rc
2
2
下边频功率：
P c
调幅波总功率： P0 POT
1 2 1 2 1 2 ma POT ma POT POT ma POT 4 4 2
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一般情况下，广播电台的平均调幅度仅为20-30%，
从调幅波的功率关系可知，载波虽不包含信息，但它占有 整个调幅波功率的大部分。
2 2 1 2 2 2
vc
c
把 v1 、
v2代入非线性元件特性方程，得：
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v0 (i1 i2 ) R
2R(a1v 2a2vcv )
2 R[a1Vm cost a2VcmVm cos(c )t a2VcmVm cos(c )t ]
从以上表达式来看，输出电压没有载波分量，只 有上下边频。平衡调幅器输出的是载波被抑制的双 边带调幅波。
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3.调制的方法 幅度调制 频率调制 相位调制
连续波调制 模拟 脉冲波调制 基带调制
调制 数字
脉幅调制 脉宽调制 脉位调制
频带调制
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4.选择调制方式主要考虑如下几个问题
.抗干扰性
.实现调制的简易程度
.已调波所占的频带宽度
.效率与输出功率
.保真度
.解调简易程度
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5.2 调幅波的性质
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kaV ma Vcm
称为调制指数。
2.波形
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调幅波是载波振幅 按调制信号的大小 成线性变化；载波 频率不变。 Vmax
Vmax Vcm (1 ma ) Vmin Vcm (1 ma )
Vmax Vmin ma Vmax Vmin
Vmin
ma应小于１，若ma大于１，将产生波形失真。
q
2kT
Rc i0 v1
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由于i0受控于v2,可以写成
i0 I 0 i0 I 0 gv2 q
v0 2kT v0 K 0 v1 K1v2 v1
Rc ( I 0 gv2 )v1
若 v1 选为载波， v2 选为调制电压，模拟乘法器就可以 实现调幅。
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直流项 载波频率
上、下边频
载波二次谐波
上、下边频失真
载波二次谐波的 上下边频 载波三次谐波 高频电子线路
非线性元件特性的各项系数作用为：
a0 直流项，产生直流分量。 2. a1 线性项，不产生新频率，只再现原有频率。 3. a2 平方项，产生直流分量、上下边频、二次谐波等。 4. a3 三次项，产生谐波、失真。
2a2V a1Vcm [1 cost ] cosct a1 2a2V ma 调幅度 a1
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从上分析可知：
1.调幅度由调制信号的振幅和非线性元件特性决定。
2.由于往往
a<< 2
a1 ，因而调幅度不大。
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经分类整理可知： c 是我们所需要的上、下边频。这对 边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为 有害的分量是 项。 c 2
i0 iE1 iE 2 iE1 (1 e
或：
iE 2 iE1 (1 ) iE 1 )
i0 1 e
qv1 kT
qv 1 kT
v1
i0
iE1
v2
v1 vBE1 vBE2
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同理，可得：
iE 2
i0 1 e
qv1 kT
管子集电极电流
ic1
i0
i a0 a1v a2v a3v ...
2 3
Ω
a0 a1 (v vc ) a2 (v vc ) a3 (v vc )3 ...
2
0
0
a0 a1 (Vm cos t Vcm cos c t ) a2 (Vm cos t Vcm cos c t ) 2 a3 (Vm cos t Vcm cos c t )3 ...