第6章振幅调制解调与混频
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
检波器可分为包络检波和同步检波两大类。
包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的 包络成正比的检波方法。它包括峰值包络检波和 平均包络检波。
同步检波用于解调DSB和SSB信号，须另加一个 与调制端的载波电压完全同步（同频同相）的恢 复载波信号
2、检波器的质量指标
1）电压传输系数（检波效率）Kd
Kd
U mUC
二极管调幅电路
（2）平衡调制器
平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连 接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中 不再出现，因而平衡调制器时产生DSB和SSB信 号的基本电路。
平衡调制器原理图和等效电路如下图所示：
（3）环形调制器
在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管， 使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就 是环形调制器，又称双平衡调制器。
它们实现的原理框图如下图：
由以上几种频率变换电路的原理框图和频谱图 可知，尽管各个电路所要完成的功能完全不同， 但是这些频率变换电路之间有很多相似之处：
1）它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非 线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有 用频率成分后，再用适当中心频率（或截止频率） 和适当带宽的滤波器获得所需频率分量并滤除无 用频率分量。
Pav
PoT
PDSB
Pc (1
m2 2
)
（2）抑制载波的双边带调幅波 数学表达式为：
uDSB
(t)
1 2
mUc
cos(c
)t
1 2
mUc
cos(c
)t
或 uDSB (t) kUcU cos t cosct
（3） 单边带调幅波的数学表达式为：
uSSB (t) U cos(c )t
或
uSSB (t) U cos(c )t
(b)
1
m/2
m/2
0
fc－F fc fc＋F
f
2F
(c)
单音调制时已调波的频谱
调幅过程实际
上是一种频谱
搬移过程，即
将调制信号的
频谱搬移到载
波附近，成为Biblioteka Baidu
对称排列在载
波频率两侧的
上下边频，幅
度均等于
1 2
mU
C
带宽
对于多音频的调制信号，若其频率范围是 Fmin~Fmax,则已调信号的频带宽度等于调制信号 最高频率的两倍，即
uSSB (t) U
fc＋F
0
t
单音调制的SSB信号波形
单边带调幅波的带宽
BSSB
=Fmax
=
Ωmax 2π
三、振幅调制方法与电路
幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调 幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路的原理 框图分别如图所示：
3-1 实现调幅的原理框图
1、低电平调制电路
（1）简单的二极管调幅电路 小信号调幅又称为平方律调幅，它的工作原理可用幂级 数进行分析；大信号调幅又称为开关式调幅，它的工作 原理可用折线法进行分析。
（1）工作原理
串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示：
二极管检波器的波形图
大信号的检波的原理主要是利用二极管的单向导电特 性和检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取。
（2）包络检波器的质量指标
包络检波器的几个重要质量指标是电压传输系 数（检波效率）、输入电阻和失真 1）电压传输系数（检波效率） Kd
Kd
检波器的音频输出电压U 输入调幅波包络振幅mUC
此外，Uc是调幅波的载波振幅。折线近似法可 以证明：
Kd cos
式中， 是电流通角，其值为 3 3
gDR
2）等效输入电阻Ri 检波器的等效输入电阻为：
Ri
Uim Iim
U im 2KdUim / R
R 2Kd
式中，Uim为输入高频电压的振幅，Iim 为输入高频 电流的基波振幅。
BAM =2Fmax =2(
Ωmax 2π
)(Hz)
普通调幅波的功率关系
将调幅波作用在负载电阻R上，则可求出其功
率关系为：
载波功率:
Pc
U
2 C
2RL
每个边频功率（上边频或下边频）:
P边
1 2RL
( mUC 2
)2
m2 4
Pc
上、下边频总功率:
P边
1 2
m2 Pc
在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是
如图所示：
2、高电平调制电路
根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言， 高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。 （1）集电极调幅 集电极调幅电路如图所示：
（2）基极调幅 基极调幅电路如图所示：
高电平调幅只可以用来产生普通调幅信号
四、振幅解调原理与电路
1、检波器的作用、组成和分类 振幅解调是振幅调制的逆过程，通常称为检波。 它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的 调制信号。
2.1调幅波的性质 （1）普通调幅信号的表达式
uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct
m UC kaU
UC UC 称为调幅指数即调幅度，是 调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受 调制信号控制后改变的程度。一般0<m<=1
调幅信号的频谱及带宽
•频谱 U
0F
f
(a)
Uc
f
0
fc
2）从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对 输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结 构，因而都属于所谓的线性频率变换。
3）频谱的横向平移，从时域角度看相当于输入 信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由 此参考信号的频率决定，因此都可以用乘法电路 实现。
二、振幅调制原理
振幅调制是用调制信号去控制载波的振幅，使其 随调制信号线性变化，而保持载波的角频率不变。 而在幅度调制中，又根据所取出已调信号的频谱 分量不同，分为普通调幅（标准调幅，AM）、抑 制载波的双边带调幅（用DSB表示）、抑制载波 的单边带调幅（用SSB表示）等。它们的主要区 别是产生的方法和频谱结构。在学习时要注意比 较各自特点及其应用。
2）检波器的等效输入电阻：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
Ri
Um I1
Ri 越大，对高频输入回路的影响就越小
3）检波器的失真：频率失真及非线性失真 包络检波的惰性失真和底部切削失真
3、二极管（大信号）峰值包络检波器 串联式二极管（大信号）包络检波器如图所示
串联型二极管包络检波器
第6章 振幅调制、解调与混频
学习要点
一、频谱搬移电路的特性
非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件 相乘的作用产生于输入信号波形的频谱不同的信号。 当频率变换前后，信号的频谱结构不便，只是将信号 频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变 换。具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。频谱 搬移电路完成的功能主要有调幅、检波与混频。其变 换前后的频谱图如图所示：
包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的 包络成正比的检波方法。它包括峰值包络检波和 平均包络检波。
同步检波用于解调DSB和SSB信号，须另加一个 与调制端的载波电压完全同步（同频同相）的恢 复载波信号
2、检波器的质量指标
1）电压传输系数（检波效率）Kd
Kd
U mUC
二极管调幅电路
（2）平衡调制器
平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连 接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中 不再出现，因而平衡调制器时产生DSB和SSB信 号的基本电路。
平衡调制器原理图和等效电路如下图所示：
（3）环形调制器
在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管， 使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就 是环形调制器，又称双平衡调制器。
它们实现的原理框图如下图：
由以上几种频率变换电路的原理框图和频谱图 可知，尽管各个电路所要完成的功能完全不同， 但是这些频率变换电路之间有很多相似之处：
1）它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非 线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有 用频率成分后，再用适当中心频率（或截止频率） 和适当带宽的滤波器获得所需频率分量并滤除无 用频率分量。
Pav
PoT
PDSB
Pc (1
m2 2
)
（2）抑制载波的双边带调幅波 数学表达式为：
uDSB
(t)
1 2
mUc
cos(c
)t
1 2
mUc
cos(c
)t
或 uDSB (t) kUcU cos t cosct
（3） 单边带调幅波的数学表达式为：
uSSB (t) U cos(c )t
或
uSSB (t) U cos(c )t
(b)
1
m/2
m/2
0
fc－F fc fc＋F
f
2F
(c)
单音调制时已调波的频谱
调幅过程实际
上是一种频谱
搬移过程，即
将调制信号的
频谱搬移到载
波附近，成为Biblioteka Baidu
对称排列在载
波频率两侧的
上下边频，幅
度均等于
1 2
mU
C
带宽
对于多音频的调制信号，若其频率范围是 Fmin~Fmax,则已调信号的频带宽度等于调制信号 最高频率的两倍，即
uSSB (t) U
fc＋F
0
t
单音调制的SSB信号波形
单边带调幅波的带宽
BSSB
=Fmax
=
Ωmax 2π
三、振幅调制方法与电路
幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调 幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路的原理 框图分别如图所示：
3-1 实现调幅的原理框图
1、低电平调制电路
（1）简单的二极管调幅电路 小信号调幅又称为平方律调幅，它的工作原理可用幂级 数进行分析；大信号调幅又称为开关式调幅，它的工作 原理可用折线法进行分析。
（1）工作原理
串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示：
二极管检波器的波形图
大信号的检波的原理主要是利用二极管的单向导电特 性和检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取。
（2）包络检波器的质量指标
包络检波器的几个重要质量指标是电压传输系 数（检波效率）、输入电阻和失真 1）电压传输系数（检波效率） Kd
Kd
检波器的音频输出电压U 输入调幅波包络振幅mUC
此外，Uc是调幅波的载波振幅。折线近似法可 以证明：
Kd cos
式中， 是电流通角，其值为 3 3
gDR
2）等效输入电阻Ri 检波器的等效输入电阻为：
Ri
Uim Iim
U im 2KdUim / R
R 2Kd
式中，Uim为输入高频电压的振幅，Iim 为输入高频 电流的基波振幅。
BAM =2Fmax =2(
Ωmax 2π
)(Hz)
普通调幅波的功率关系
将调幅波作用在负载电阻R上，则可求出其功
率关系为：
载波功率:
Pc
U
2 C
2RL
每个边频功率（上边频或下边频）:
P边
1 2RL
( mUC 2
)2
m2 4
Pc
上、下边频总功率:
P边
1 2
m2 Pc
在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是
如图所示：
2、高电平调制电路
根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言， 高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。 （1）集电极调幅 集电极调幅电路如图所示：
（2）基极调幅 基极调幅电路如图所示：
高电平调幅只可以用来产生普通调幅信号
四、振幅解调原理与电路
1、检波器的作用、组成和分类 振幅解调是振幅调制的逆过程，通常称为检波。 它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的 调制信号。
2.1调幅波的性质 （1）普通调幅信号的表达式
uAM(t)=UC(1+mcosΩt)cosωct
m UC kaU
UC UC 称为调幅指数即调幅度，是 调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受 调制信号控制后改变的程度。一般0<m<=1
调幅信号的频谱及带宽
•频谱 U
0F
f
(a)
Uc
f
0
fc
2）从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对 输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结 构，因而都属于所谓的线性频率变换。
3）频谱的横向平移，从时域角度看相当于输入 信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由 此参考信号的频率决定，因此都可以用乘法电路 实现。
二、振幅调制原理
振幅调制是用调制信号去控制载波的振幅，使其 随调制信号线性变化，而保持载波的角频率不变。 而在幅度调制中，又根据所取出已调信号的频谱 分量不同，分为普通调幅（标准调幅，AM）、抑 制载波的双边带调幅（用DSB表示）、抑制载波 的单边带调幅（用SSB表示）等。它们的主要区 别是产生的方法和频谱结构。在学习时要注意比 较各自特点及其应用。
2）检波器的等效输入电阻：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
Ri
Um I1
Ri 越大，对高频输入回路的影响就越小
3）检波器的失真：频率失真及非线性失真 包络检波的惰性失真和底部切削失真
3、二极管（大信号）峰值包络检波器 串联式二极管（大信号）包络检波器如图所示
串联型二极管包络检波器
第6章 振幅调制、解调与混频
学习要点
一、频谱搬移电路的特性
非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件 相乘的作用产生于输入信号波形的频谱不同的信号。 当频率变换前后，信号的频谱结构不便，只是将信号 频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变 换。具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。频谱 搬移电路完成的功能主要有调幅、检波与混频。其变 换前后的频谱图如图所示：