第7章 振幅调制与解调

AM u(t)
AMUcm u(t) cosct
Ucmcosct
波形和频谱：
频带宽度：
BW=2Fmax
三、 单边带调幅（SSB AM）
下边频
1 uSSB (t ) maucm cos(c )t 2
1 maVo 2
o
上边频
t
o
0
DSB和SSB信号的包络线都已不再反映基带 信号的变化，但仍保持频谱搬移的特性。
第七章
重点：
振幅调制与解调
1.振幅调制波的基本特性(数学表达式，波 形 图，频谱图，带宽，功率)。 2.振幅解调的基本原理
3.混频的基本原理
4.峰值包络检波电路的性能分析
难点：
1.峰值包络检波器的工作原理
2.三极管混频器的工作原理
通信系统的基本组成电路： 振幅调制、解调、混频、调频、鉴频等电路。 这些电路的共同特点是： 将输入信号进行频谱变换，以获得所需要的 频谱输出信号。故称之为频率（频谱）变换电路。 根据频谱变换的不同特点，频谱变换电路有：
Ma Pmin Pmax Pav
P0
P0/Pav
Pav 1 1 M a2 2 PSB/Pav
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0.01 0.04 0.09 0.16 0.25 0.36 0.49 0.64 0.81
4 3.61 3.24 2.89 2.56 2.25 1.96 1.69 1.44 1.21
2、 二极管包络检波电路
（1）原理电路：
（2）检波的物理过程：
1）充电过程： 在ui的正半周( ui>uo)，V导通，向C充电，充电时间常数 为(RL//RD)C RDC 。 2）放电过程： 在ui的负半周( ui<uo) ，V截止，C放电，放电时间常数为 RLC(>> RDC)。
3) 平衡过程：充电电荷等于放电电荷。

4U m [cos(3 c )t cos(3 c )t ] 3 除不含有直流分量外，频谱与平衡调制电路相同。
波形：
7.4 调幅信号解调原理
振幅调制波的解调，简称检波，其作用是从振幅 调制波中不失真地检出调制信号来，它是调制的逆过 程。
振幅调制波有三种信号形式：普通调幅波、双 边带信号和单边带信号。对不同的调幅波，频谱结 构不同，因此应该有不同的解调方式。一般来说， 有两种基本的解调方法：包络检波和同步检波。所 谓的包络检波是指检波器的输出电压直接反映输入 高频电压振幅包络变化规律的一种检波方式。包络 检波又分为平均包络检波和峰值包络检波，它们只 适用于普通调幅波的解调。而同步检波器对三种调 幅波都适用。
v v1 v2 umucm cos( c )t v v1 v2 umucm cos( c )t
实现模型
滤波法
AM
u(t)
i
i的频谱
带通滤波器
uo
Ucmcosct i的频谱
带通滤波器的频率特性
c-max
c
输出频谱
c+max
7.3
调幅电路
2 U cm 输入功率：Pi 2 Ri
（3）RLC对电路的影响
二极管的导通与RLC的值有关。 RL或C增大，放电 时常数增大，放电过程释放电电荷减少，动态平衡时， 充电电荷减少，V的导通时间减少，输出电压Uav增大，
波动减小。
RL大 RL小 C大
C小
C一定
RL一定
（4）技术指标
1） 电压传输系数 当RLC取值足够的大，即RLC>>Tc或 RL
5、 调幅（AM）电路实现模型
1+ u(t) AM AMUcm[1+ u(t) ]cosct
U
窄 带 乘法器 f o AM
U
Ucmcosct
o
fc 普 通 调幅波
2fc
f
1+ u(t))
带通滤波器 fc
U o
UCmcosct
fc
f
fc
f
二、 双边带调幅（DSB AM）
AM的表达式： u(t)=Ucm (1+Macost) coswct uDSB(t)=Ucm Macost coswct 实现模型：

3 RD RL
并且RLC>> RDC，则：UAVUcm，d 1(d =cos) 2）输入阻抗
3
Tc 1 cC 2 C
电流导通角
电路平衡时,流过检波二极管的电流为周期脉冲序列,其付 氏级数可近似表示为: sin n / 2
i I AV (1 2
n 1
即：I c1m 2 I AV由于: U AV U cm 所以:
Ucm Ri I c1m
1 Ri RL 2
输入阻抗为负 载阻抗的一半
3. 非线性失真
定义：

U
n 2

2 nm
U m
式中，Unm为输出信号中调制信号的n次谐波振幅， Um为输出信号中调制信号基波的振幅。
一、包络检波
1、三极管包络检波
（1）工作原理
设输入信号为：
us=Ucm(1+Macost)cosct 集电极电流为：受cosct控制的半周导通的余弦脉冲 iC=gmusK1(ct) 1 平均分量为： icAV g mU cm (1 M a cos t )
振幅检波电路的指标
1. 电压传输系数（检波效率d）：
当检波器输入信号为等幅波时，电压传输系数的 定义为 ： 检波器输出平均电压U av η = d 检波器输入电压振幅U cm 当检波器输入信号为普通调幅波时，电压传输系
数的定义为： 检波器输出低频电压振幅U Ωm η = d 检波器输入调幅波包络电压振幅M a U cm 用折线法分析可得 d =cos 3RD
3、频谱
u0 ucm (1 M a cos t ) cosct 1 1 ucm cosct M aucm cos(c )t M aucm cos(c )t 2 2 载波 上边频 下边频
1
Ucm
2 MaUcm 0
1
2 MaUcm

o o o
调制的方法有两种，如图所示。
振幅调制方法 （a）高电平调制 （b）低电平调制
一、 高电平调幅
用于普通调幅发射机中，采用谐振功 率放大器，效率高，谐波分量大，调制 线性差，常用基极调幅电路和集电极调 幅电路和双重调幅电路。
高电平调幅可分为：基极调幅、发射极调幅和集
电极调幅。
电路工作在欠压状态
电路工作在过压状态
振幅调制电路 频谱搬移电路（沿频率轴不失真搬移）调幅信号解调电路 混频电路
非线性频率变换电路
7.2 振幅调制原理
振幅调制电路的功能：
在输入调制信号（包含欲传输的信息） u 和未经调 制的输入高频振荡（即载波）信号uc的共同作用下产生 所需的振幅调制信号uo
u uc 振幅调制 电路 uo

BW 2F
0
1
2
o 2
o o 1 o 1

o 2
BW 2Fmax 2
下边带
上边带

4、功率
将一调幅信号加到电阻R两端，得：
2 1 Vcm 载波功率： Po 2 R
2 1 ma 1 ma 边频功率： P P2 Vcm Po 1 2 2 4 R
1、 基极调幅和发射极调幅
基极调幅波形
2、 集电极调幅
集电极调幅电路波形
3、高电平调幅电路实例
3、高电平调幅电路实例
二、低电调制器
等效电路和工作原理
V1、V2在uc控制下，以开关方式工作。 在uc负半周时，V1、V2均截止；在uc正
半周时，V1、V2均导通，加在两个二
极管上的电压为 u1 = uc + uW u2 = uc - uW
V1、V2两个二极管的电流为：
i1 gu1S (t ) i2 gu2 S (t )

负载电流：
iL =i1 – i2 = 2guS(t)
令：u =Umcost
1 2 2 iL 2 gU m cos t ( cos ct cos3ct ) 2 3 2 gU m gU m cos t [cos(c )t cos(c )t ] 2 gU m [cos(3c )t cos(3c )t ] 3
Um(t)=Ucm +kaU m cost=Ucm (1+Macost)
Ummax=Ucm(1+ma) Ummim=Ucm (1-ma) 调幅度
M a ka U Ωm U cm
1
调幅波的数学表示式：
调制频率
u(t)=Ucm (1+Macost) coswct
载波振幅 调幅度 载频
2、波形图
二极管平衡调制电路的频谱：
二极管平衡调制电路的波形：
平衡调制器实用电路：
平衡调制器实用电路：
(2) 二极管环行调制器
输出电流：
i1 - i2 = 2guS(t) Tc i3 - i4 = -2guS(t - ） 2 iL (i1 i2 ) (i3 i4 )
2 gu [ S (t ) S (t T / 2)] 4 2 gU m cos t ( cos ct cos 3 ct ) 3 4 gU m [cos( c )t cos( c )t ] 4
普通调幅波（AM） 抑制载波的双边带（D SB） 振幅调制波 抑制载波的单边带（S SB） 残留边带（VSB）
一、 普通调幅（AM）