第六章模拟调幅、检波与混频电路

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。
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
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
ic guAM (t) • K1(wct)
gUcm(1
Biblioteka Baidu
Ma cos t) cos wct
•[1 2
n1
(1)n1
2
(2n 1)
cos(2n 1)wct]
其中的直流和低频分量是: 1
gUcm (1 M a cos t)
(2) 同步检波 同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相(或固定相位 差)的信号, 称为同步信号。
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
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]
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。
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。
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]
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]
集电极调制特性是指 固定丙类谐振功放的 VBB和RΣ, 当输入一个 等幅高频正弦波时, 输出高频正弦波的振 幅Ucm将随集电极电 源电压的变化而变化。
uo(t)=Ucmcosωct=k• ［VCC0+uΩ(t)］ • cosωct
基极调幅电路必须工作在欠压区
高电平调幅电路的优点是调幅、 功放合一, 整机效率高, 可直接产生很大功率输出的调幅信号； 但也有一些缺点和 局限性： 一是只能产生普通调幅信号, 二是调制线性度差。
P 1 (MaUcc0)2 / RD 1 Ma2PD 1 0.32 600 27mW
2
2
2
其中，RD UCC0 / IC0
P P PD 600 27 627mW
Pav c(PD P) 0.7 627 438.9mW
Pc
(1
Pav 1 Ma2 )
438.9 (1 1 0.32 )
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
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
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
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
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。
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),
四、残留边带调幅方式
残留边带调幅是指发送信号中包括一个完整边带、 载波 及另一个边带的小部分(即残留一小部分)。
五、正交调幅方式 1、正交调幅信号的特点
正交调幅是采用两个频率相同但相位差为90度的正弦载波， 以双边带调幅的方法同时传送两路相互独立信号的一种方 式。
uc1(t) Ucm1cos wct, uc2(t) Ucm2 sin wct, u1(t) Um1cos 1t, u2(t) Um2 cos 2t
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
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
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。
二、混频干扰的产生和解决方法
R R
3、 参数设计
设计要求：
1）二极管采用点接触锗二极管；
2）正确选择R，Ri=0.5R；
3）不产生失真： RC 5 ~ 10 wc
RC
1
M
2 a
M amax
Ma R R
4）低频调制信号能有效地耦合到RL上：
CC
1 min RL
例 6.3已知普通调幅信号载频fc=465kHz, 调制信号频率范 围为300 Hz～3400 Hz, Ma=0.3, RL=10 kΩ, 如何确定图6.4.5 所示二极管峰值包络检波器有关元器件参数?
gDu(u 0) i(t) 0(u 0)
仅适用于大信号工作
2 性能指标
主要有检波效率、输入电阻、 惰性失真和底部切割失真
几项。
1) 检波效率ηd d Uom cos 3 3
MaUim
gDR
2) 等效输入电阻Ri Ri Uim 1 R
I1m 2
其中Uim是输入等幅高频载波的振幅， I1m即为其中基波分
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。
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。
(3)设 R1 0.2,则R1 R / 6, R2 5R / 6
R2
R
Ma
R
其中R R1 R2RL R2 RL
可得R≤63 kΩ
Ri 1 R 2
取R=6kΩ, 另取C=0.01 μF, 这样, RC=0.06×10-3, 满足上一步
对时间常数的要求。 因此, R1=1kΩ, R2=5kΩ。
2
例一：
已调波的频谱如图所示。 1、写出该已调波的表达式u(t)； 2、画出该已调波的波形并标出其振幅的最大值和最 小值 。
uAM(t) Ucm cos wct MaUcm [cos(wc )t cos(wc )t] 2
若此单频调幅信号加在负载R上, 则载频分量产生的平均功
率为:
Pc
1