第六章模拟调幅、检波与混频电路

一、普通调幅方式 1. 普通调幅信号的表达式、 波形、 频谱和功率谱
定义：载波的振幅随调制信号呈线性变化。
设载波为uc(t)=Ucmcosωct,调制信号为uΩ(t)=UΩmcosΩt(Ω《ωc),
则普通调幅信号为:
uAM(t)= (Ucm+kUΩm cos Ωt)cosωct
=Ucm(1+MacosΩt)cosωct
Ma
k
• Um ; Ucm
0 Ma 1
Ma
U max U max
U min U min
U max Ucm U cm
Ucm U min U cm
当Ma＞1时, 普通调幅波的包络变化与调制信号不再相 同, 产生了失真, 称为过调制。
uAM(t) Ucm(1 M a cos t) cosct Ucm cosct MaUcm [cos(c )t cos(c )t]
一、混频原理及特点
虽然混频电路与调幅电路、检波电路同属于线性频率变 换电路, 但它却有两个明显不同的特点:
① 混频电路的输入输出均为高频已调波信号。调幅电路是 将低频调制信号搬移到高频段, 检波电路是将高频已调波 信号搬移到低频段, 而混频电路则是将已调波信号从一个 高频段搬移到另一个高频段。
② 混频电路通常位于接收机前端, 不但输入已调波信号很 小, 而且若外来高频干扰信号能够通过混频电路之前的选 频网络, 则也可能进入混频电路。选频网络的中心频率通 常是输入已调波信号的载频。
相移法的困难在于宽带90°相移器的设计, 而单频90°相 移器的设计比较简单。
与双边带调幅信号相同, 单边带调幅信号的解调也不能 采用包络检波方式而只能采用同步检波方式。与普通调幅 与双边带调幅方式不同之处在于, 从单边带调幅信号中无 法提取同步信号。 一般可在发送单边带调幅信号的同时, 也附带发送一个功率较小的载波信号, 供接收端从中提取 作为同步信号。
思考题：
已知调制信号如图所示。载波为频率等于1MHZ的连 续正弦波。画出最大幅度等于4V，最小幅度为0V的 普通调幅波波形。
2 、普通调幅信号的产生和解调方法
uAM (t) (1 k Um cos t) •Ucm cos wct Ucm
k1[
1 k1
u
(t
)]
uc
(t
)
k1 k /Ucm
普通调幅信号的解调方法有两种, 即包络检波和同步检波。 (1) 包络检波
例 6.1 采用图6.3.1所示集电极调幅电路进行普通调幅。已知
调制信号频率范围为300Hz～4 kHz, 平均调幅指数Ma=0.3, UCC0=24V，IC0=25MA，集电极效率为70%。求输出载波功率、
边带功率、功率利用率和频带宽度。
（
边带功率 ） 总平均功率
解 PD Ucc0Ic0 24 25103 600mW
U
2 cm
2R
两个边频分量产生的平均功率相同, 均为:
PSB
1 2R
( M aUcm 2
)2
1 4
M
2 a
Pc
பைடு நூலகம்
调幅信号总平均功率为:
Pav
PC
2 PSB
(1
1 2
M
2 a
)
Pc
功率利用率为： 2PSB 33.3%
Pav
一般非周期调制信号uΩ(t)的频谱是一连续频谱, 假设其频 率范围是Ωmin～Ωmax, 如载频仍是ωc，相应的波形和频谱 如图
uQAM(t) u1(t)uc1(t) u2(t)uc2(t) U1Ucm cos 1t cos wct U2Ucm cos 2t sin wct uI(t) uQ(t)
例：已知调制信号频率范围为300Hz----4kHz，分别采 用普通调幅（Ma=0.3）、双边带调幅和单边带调幅三 种方式，如要求边带功率为10W，分别求出每种调幅方 式的频带宽度、发射总功率和功率利用率。
2
这种方法是基于单边带调幅信号的时域表达式。
uSSB(t )
k UmU cm 2
(cos
wct
cos
t
sin
wct
sin
t)
只要用两个90°相移器分别将调制信号和载波信号相移
90°, 成为sinΩt和sinωct, 然后进行相乘和相减, 就可以实现单 边带调幅。
3 相移滤波法 滤波法的缺点在于滤波器的设计困难。
第四节 检波电路
调幅信号的解调就是从调幅信号中取出低频调制 信号，幅度解调也称为检波。
从频域上来看，检波就是将幅度调制波中的边带 信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近。
检波电路分为： 1、包络检波电路 2、同步检波电路
一、包络检波电路
1. 工作原理 利用二级管的单向导电性和C的充放电过程
u=ui-u0
解：
1) 检波二极管通常选正向电阻小(500 Ω以下)、 反向电阻大 (500kΩ以上)、结电容小的点接触型锗二极管, 注意最高工 作频率应满足要求。
2) RC时间常数应同时满足以下两个条件:
RC 5 ~ 10 wc
RC
1
M
2 a
M amax
可得(1.7～3.4)×10-6≤RC≤0.15×10-3
三、单边带调幅方式
单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个。如 以发送上边带为例, 则单频调制单边带调幅信号为：
uSSB(t) kUmUcm cos(wc )t 2
产生单边带调幅信号的方法主要有滤波法、 相移法以及 两者相结合的相移滤波法。
1
这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点, 先产生双 边带调幅信号, 再利用带通滤波器取出其中一个边带信号。
同步检波可由乘法器和低通滤波器实现。
ur(t)=Urmcosωct
u0(t) k2uAM (t)ur (t) k2UcmUrm(1 Ma cos t) cos2 wct
k2UcmU rm 2
[1
Ma
cos
t
cos
2wct
Ma
cos(2wc 2
)t
Ma
cos(2wc 2
)t
如果同步信号与发射端载波同频不同相, 有一相位差θ ur=Urmcos(ωct+θ),
则乘法器输出中的Ω分量为
1 k 2UcmUrmMa cos • cos t
2
二、双边带调幅方式
1 双边带调幅信号的特点
设uc(t)=Ucmcosωct, uΩ(t)=UΩm cosΩt(Ω《ωc), 则双边带调幅
信号为:
uDSB(t) ku(t)uc(t) kUmUcm cos t cos wct kUmUcm [cos(wc )t cos(wc )t]
2
2 双边带调幅信号的产生与解调方法 设同步信号为ur(t)=Urmcosωct, 则乘法器输出为:
u0(t) k 2uDSB(t)ur(t) k 2kUrmUmUcm cos t cos2 wct
k2 k UrmU mU cm 2
[cos
t
1 2
cos(2wc
)t
1 2
cos(2wc
)t]
第六章 调幅、检波与混频电路
（线性频率变换电路）
第一节 概述
在模拟系统里,高频载波通常采用正弦波,用低频调制信 号去控制载波，称为正弦波调制。
uc (t) Ucm cos(ct 0 )
用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三 个参量, 分别称为调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。
第二节 振幅调制与解调原理
第三节 调幅电路
按输出功率的高低，可以分为：
1、高电平调幅电路：一般置于发射机的最后一级； 电路除实现幅度调制外，还具有功率放大功能；用C 类功放实现；效率高；但只可以用来产生普通调幅 AM信号。
2、低电平调幅电路：一般置于发射机的前级；用模 拟乘法器实现；线性性好。
一、高电平调幅电路
丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性和集电极调 制特性两种, 据此可以分别组成基极调幅电路和集电极调幅 电路。
420mW
2
2
2PSB Pav Pc 438.9 420 18.9mW
SB 18.9 0.043 4.3%
438.9 BW 2F max 8kHz
二、低电平调幅电路
模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件, 它不仅可 以实现普通调幅, 也可以实现双边带调幅与单边带调幅。 既可以用单片集成模拟乘法器来组成低电平调幅电路, 也可以直接采用含有模拟乘法器部分的专用集成调幅电 路。
4) Cc的取值应使低频调制信号能有效地耦合到RL上, 即满足:
CC
1 min RL
取 Cc=47μF
二、同步检波电路
同步检波电路比包络检波电路复杂, 而且需要一个 同步信号, 但检波线性性好, 不存在惰性失真和底部 切割失真问题。
第五节 混 频
混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换 为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保 持其调制规律不变。
量的振幅。
3) 惰性失真
现象：输出信号的负半周斜切去一块； 原因：RC（放电时间常数）过大，跟不上幅度包络下降变 化速度。
RC 1 Ma2 Ma
4) 底部切割失真
UR
R R RL
Uim
这种失真出 现在调制信 号的底部, 故 称为底部切 割失真。
Uim(1
Ma)
R
R RL
U im或Ma
R
RL RL
ic guAM (t) • K1(wct)
gUcm(1
Ma cos t) cos wct
•[1 2
n1
(1)n1
2
(2n 1)
cos(2n 1)wct]