第五章振幅调制及解调3

(a)
图5.32
第5章
振幅调制及解调
输出电压uo与u1和u2的乘积成线性关系。
当U1m>>2UT时
u1 th k2 (1t ) 2U T RC uo 2 u2 k2 (1t ) RE
(5.4―19)
当UT≤U1m≤10UT时
U1m th( cos 1t ) 2 n 1 ( x ) cos(2n 1)1t 2UT n 1
I o u1 iC 9 iE 7 2 RE1 I o u1 iC10 iE 8 2 RE1 I Ik
第5章
振幅调制及解调
为了保证iC9和iC10大于零，u1的动态范围应满足
I 0 U1m I 0 2 RE1 2
电流分别为
(5.4―21)
晶体管V7和V8是cb结短路的差分对管，各管的
边带调制信号。

n 1

2 n1 ( x)U m cos t cos(2n 1)C t
其频谱如图5.33所示。通过带通滤波器可取出双
第5章
振幅调制及解调
Uo ()
0
C－
C
C＋
C C－ C＋
C－
C
C＋

图5.33 u1=uC, u2=uΩ时输出电压频谱
R uo 2 C RE

n 1

2 n 1 ( x )u2 cos(2n 1)1t
(5.4―20)
第5章
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利用XFC1596实现振幅调制，调制信号uΩ(t)与载波
信号uC(t)由不同的输入端接入，输出信号的失真情况 不同。
u1 uC (t ) UCm cos C t , u2 u (t ) U m cos t RC uo 2 RE
第5章
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若恒流源电路是受电压u2控制的受控恒流源，如图
5.28(b)所示，则
E E u2 Io RE
E E u2 u1 iC1 (1 th ) I CQ iC1 I CQ iC 2 RE 2U T iC 2
其中
E E u2 u1 (1 th ) I CQ iC 2 I CQ iC 2 RE 2U T E E u2 u1 iC th 2 RE 2U T
iE 7 iE 8
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当u1=uΩ(t)=UΩmcosΩt, u2=uC(t)=UCmcosωCt时
RC uo 2 RE

n 1

2 n1 ( x)UCm (2n 1)t cos C t
其频谱如图5.34所示。同样通过带通滤波器可以取 出双边带调制信号，但是这种情况存在着非线性失真。
(5.4―4)
(5.4―5)
第5章
振幅调制及解调
当U1m>>2UT时 u1 th k2 (1t ) 2UT
(5.4―6) (5.4―7)
EE RC RC uo k2 (1t ) u2 k2 (1t ) RE RE
氏级数展开。
U1m th[ cos 1t ] 2 n1 ( x)cos(2n 1)1t 2UT n 1
第5章
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则双端输出电压
uo [(iC1 iC 3 ) (iC 2 iC 4 )]Rc u1 (iC 5 iC 6 ) Rcth 2U T u2 u1 I o Rcth th 2U T 2U T
当U1m<<2UT，U2m<<2UT时 (5.4―10)
I o Rc uo u u2 2 1 4U T
RE 1 k
u1 u2
＋ 1 0 F
0 .1 F
10 k
R7
100
R6
2 3 6 8 0 .1 F 10 XFC1 5 96 1 4 12 14 5 RB 10 k 2 5 F R5 1 00
＋ 10 4 － u2 ＋ 1
V5 3
R
V6 2
51 k RW
R4
Io
Io 14 (b)
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3. 四象限模拟乘法器BG314
为了扩大输入信号的动态范围，减小失真，实现 理想的信号相乘运算。在三差分模拟乘法器的基础上，
加入了一个反双曲正切函数电路，就构成了四象限模
拟乘法器BG314的内部电路。反正切双曲函数电路如 图5.35所示。图中射极负反馈电阻RE1>>2re ，则V9 和 V10的集电极电流
Io u2 iC 5 (1 th ) 2 2UT iC 6 Io u2 (1 th ) 2 2UT
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iC 5 u1 iC1 (1 th ) 2 2U T iC 2 iC 3 iC 4 iC 5 u1 (1 th ) 2 2U T iC 6 u1 (1 th ) 2 2U T iC 6 u1 (1 th ) 2 2U T
iC1 iC 2
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双端输出电压
uo ( iC1 iC 2 ) RC 2iC RC EE u2 u RC th 1 (5.4―3) RE 2UT
若u1=U1mcosω1t, u2=U2mcosω2t，当 U1m<<2UＴ时
u1 u1 th 2U T 2U T EE RC RC uo u1 u1 u2 2 REU T 2 REU T
iC2
iC3 V3 V4
iC4
iC6 V6 ＋ u2 － Io
(a)
iC5 V5
iC6 RE V6
Io
(b)
图5.29 三差分放大器
第5章
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2. 集成模拟乘法器XFC1596
集成模拟乘法器XFC1596的内部结构电路如图5.30 所示，并列直插式封装的外部管脚分布如图5.31所示， 利用它构成的实用电路如图5.32所示。下面根据图5.30 和图5.32来说明XFC1596的工作原理。
为了保证iE5、iE6始终大于零，u2的动态范围为
Io U 2m Io 2 RE 2
相应的双端输出电压
(5.4―14)
2 Rc u1 uo u2 RE 2U T
(5.4―15 )
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＋EC RC RC ＋ uo －
iC1 ＋ u1 － ＋ u2 － iC5 V5 V1 V2
所以利用XFC1596实现振幅调制时，调制信号应由①、
④端输入，载波应由⑧、10端输入。调制信号的幅度应 限定在式(5.4―17)所限定的范围之内。
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Uo ()
0
C－7
C－3 C ＋3 C＋7 C C－ C＋ C－5 C＋5

图5.34 u1=uΩ，u2=uC时输出电压的频谱
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6 12
V1 10 8 4 1
V2
V3
V4
V5
V6 2 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5
R
V7 R
V8 R
14 接－EE 或接地
图5.30 XFC1596内部电路
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INx RE RE INx BI OUT
1 2 3 4 5 6 7
XFC 1 59 6
当UT≤U1m≤10UT时，正切双曲线函数可以用傅
(5.4―8)
EE u2 uo RC 2 n 1 ( x )cos(2n 1)1t (5.4―9) RE n 1
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第5章
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2) 三差分放大器
三差分放大器如图5.29(a)所示。V1 和V2 、V3 和V4 、 V5和V6分别组成三个差分放大器。V5是V1、V2差分放 大器的恒流源，V6 是V3 、V4 差分放大器的恒流源。若 所有晶体管的α≈1，根据单差分放大器的分析可知
1
EC 0.7
(5.4―16)
图5.32(b)画出了相应的XFC1596的电路图。由图可
见，当②、③脚之间接入负反馈电阻RE ，其值远大于
V5、V6发射结电阻re时，晶体管V5和V6的发射极电流
u2 iE 5 I o RE iE 6 u2 Io RE
第5章
振幅调制及解调
由于iE5、iE6必须大于零，所以u2的动态范围应限制在
第5章
振幅调制及解调
第5章 振幅调制及解调
5.1 概述 5.2 振幅调制信号分析
5.3 振幅调制方法
5.4 振幅调制电路
5.5 振幅解调方法
5.6 振幅解调电路
第5章
振幅调制及解调
5.4 振幅调制电路
5.4.1 模拟乘法器 乘法器是完成两个信号相乘的器件，它的符号如 图5.27所示。理想的乘法器输出电压uo(t)与输入电压 u1(t)，u2(t)的关系为 uo(t)=KM·u1(t)·u2(t)
14 13 12 11 10 9 8
－EE
OUT INy INy
图5.31 XFC管脚分布图
第5章
振幅调制及解调
根据低频电子线路的分析可知，恒流源提供的偏
置电流 由图5.30中所示电路可以求出：
iC 7 iC 8
EC 0.7 I0 2 RE RB RE RB (1 ) 1
U 2m Io Io RE
(5.4―17)
把图5.32(b)和图5.29比较，可以看出，XFC1596
脚⑥和12两端的输出电压与三差分放大器双端输出 电压相同：
RC u1 uo 2 u2th RE 2UT uo与电压u1是双曲正切函数关系。当
(5.4―18)
u１=U1mcosω1t，U1m<<2UT时 u1 u1 th 2U T 2U T
交流状态下
Io I CQ 2
iC1 iC 2 I o u1 uBE1 uBE 2 iE 1 I s e
uBE 1 UT uBE 2 UT
iC1 iC 2
(5.4―1) (5.4―2)
iE 2 I s e
由此可得
Io u1 iC1 (1 th ) 2 2UT iC 2 Io u1 (1 th ) 2 2UT
(5.4―11)
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图5.29(b)所示。在V5 和V6 两支晶体管发射极之间 接入负反馈电阻RE，取RE的值远远大于V5和V6的发射 结电阻re，即RE>>2re。在此条件下
iE 5 iE 6
I o u2 2 RE I o u2 2 RE
(5.4-12) (5.4-13)
要参数列于表5.2中。
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振幅调制及解调
表5.2 两种模拟乘法器性能比较
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振幅调制及解调
1.差分放大器的基本原理
1)单差分放大器 构成模拟集成电路的基本电路是差分放大器。差分 放大器的主要特点是“差模放大、共模抑制”。一般情 况下，干扰和噪声都是以共模方式输入的，而信号可以 人为控制以差模方式输入。所以差分放大器输出端的信 号噪声比优于其他放大器。最基本的差分放大器都是由 两支性能完全相同的晶体管用恒流源偏置方式构成的， 如图5.28(a)所示。图中V1、V2构成差分放大器，Ｖ３为V1、 V2两管的恒流源。当所有管子的α≈1时
EE Io RE
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＋EC RC i C1 V1 － Io V3 RE －EE
(a)
RC ＋ uo － ＋ u BE2 Io ＋ u2 －
(b)
＋ u1 －
＋
u BE1
i C2 V2 －
V3 RE －EE
图5.28 单差分放大器
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直流状态下，即u1=0时
I C1Q I C 2Q
RC uo u1 u2 REU T
第5章
R2 3 20 R3 1 k 2 5 F
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R1 1 .3 k ＋1 2 V R R8 3 k R9 3 k uo OUT － u1 R 12 8 V1 V2 V3 V4 ＋ uo －
C1
＋1 2 V 6
0.1 F 51
KM是乘法器的增益。
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u1 u2 uo
图5.27 乘法器符号
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模拟乘法器是利用非线性器件完成两个模拟信号的
相乘运算。数字乘法器是利用数字逻辑器件完成两个数 字信号的相乘运算。在此仅研究模拟乘法器。集成模拟 乘法器是一种模拟集成电路，它是以差分放大器为基础 构成的信号相乘电路。模拟乘法器主要指标有工作频率、 运算精度、载波抑制比、输入信号动态范围等。 目前集成模拟乘法器已作为商品在市场上销售，国 内的代表产品有XFC1596和BG314。这两种乘法器的主