第7章 调幅与解调
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7 振幅调制与解调
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 概述 调幅波的性质 平方律调幅 斩波调幅 模拟乘法器调幅 单边带信号的产生
7 振幅调制与解调
7.7 7.7 7.7 7.10 7.11 残留边带调幅 高电平调幅 包络检波 同步检波 单边带信号的接收
7.1 概述
7.1.1 7.1.2 振幅调制简述 检波简述
k aV V0
式中ma为调制度，
ma
常用百分比数表示。
v AM V0 (1 ma cost ) cos0t
Vm (t ) V0 (1 ma cost )
Vmax Vo (1 ma )
Vo
Βιβλιοθήκη BaiduVmin Vo (1 ma )
调幅信号的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致 调幅度 ma 反映了调幅的强弱度
须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。 音频信号: 20Hz～20kHz 波长：15 ～15000 km
天线长度: 3.75 ～3750km
2. 调制的原因 便于不同电台相同频段基带信号的同时接收
c1
c 2
频谱搬移
2. 调制的原因
可实现的回路带宽 基带信号特点：频率变化范围很大。 f max 低频（音频）: 20Hz～20kHz 1000 BW 20k 2 f min f0 10k 高频窄带信号 高频（射频）: AM广播信号: 535 ～1605kHz，BW=20kHz f max BW 20k 1 3 f min f0 1000k 50
max
调制信号
载波
Ωmax
调幅波 下边带
ω0
上边带
o
ω0-Ωmax
ω0+Ωmax
7.2.2 调幅波中的功率关系
v (t ) Vo (1 ma cosΩt) cos ot
V0
ma V0 2
0
0
2
如果将普通调幅波输送功率至 电阻R上，则载波与两个边频将分别 得出如下的功率：
ma V0 2
0- 0+
0-
1 maV0 2
0+
信号 带宽
2(
Ω ) 2π
2(
Ω ) 2π
Ω 2π
双边带调制
7.3 平方律调幅
7.3.1
7.3.2
工作原理
平衡调幅器
7.3.1 工作原理
调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也 就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。 这里将调制信号vΩ 与载波信号vω0相加后，同时加入非线 性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo 中的调幅波成分。
a0
a2 2 2 (V0 V ) 2
0
Ω 2Ω
0 Ω 0 Ω
0
2 0
End
ω
i1 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 1 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2 i2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 1 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2
图 7.3.1
非线性调幅方框图
i a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 3 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 3
a 2 2 a0 2 (V0 V ) 2
a1V
End
三种振幅调制信号
电压 表达式 普通调幅波 载波被抑制双边带调幅波 单边带信号 ma V0 cos( 0 Ω )t 2 m (或 a V0 cos( 0 Ωt ) 2
V0 (1 ma cosΩt) cos0t
maV0 cosΩt cos0t
波形图
频谱图
0- 0+
1 maV0 2
PAM PoT PDSB
1 2 (1 ma ) PoT 2
V0
ma V0 2
0
0
ma V0 2
0
当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po ；
当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po ；
0 ω
载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率 的绝大部分。
从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地 反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用， 不反映调制信号的变化规律。
v o i1 i2 R 2 R[V cos Ωt a 2V0V cos(0 Ω ) a 2V0V cos(0 Ω)]
载波抑制的双边带
图 7.3.2
串联双二极管平衡调幅器简化电路
End
二极管的伏安特性曲线
7.4 斩波调幅
7.4.1 7.4.2 工作原理 实现斩波调幅的两种电路
7.4.1 工作原理
S1 (t )
图 7.4.1
{
1 cos0t 0 0 cos0t 0
斩波调幅器方框图
图 7.4.2
斩波调幅器工作图解
1 2 2 2 S1 ( t ) cos 0t cos 30t cos 50t ... 2 3 5
v (t ) S1 (t )v (t )
0
0 ω
载波功率: PoT 上边频或下边频:
1 V0 2 R
2
PSB1 PSB2
1 maV0 1 2 1 m 2P a oT 2 R 4
在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是
PAM PoT PDSB 1 2 (1 ma ) PoT 2
1 2 v ( t ) 2
v ( t ) cos 0 t
2 3
v ( t ) cos 30 t
2 5
v ( t ) cos 50 t ...
S2 (t ) {
图 7.4.3
1 cos0t 0 1 cos0t 0
平衡斩波调幅及其图解
End
4 4 S 2 (t ) cos 0t cos 30t cos 50t ... 3 5
f0 BW Q
low
20
10k
20k
频谱搬移
100k
1000k
high
3. 调制的方式和分类
连续波调制 调制 脉冲波调制
调幅 调频 调相 振幅调制 脉宽调制 脉位调制 编码调制
4. 调幅的方法 平方律调幅 斩波调幅 模拟乘法器调幅 集电极调幅 高电平调幅 基极调幅
低电平调幅
调幅方法
End
7.1 检波简述
1 (Vmax Vmin ) V V V Vmin ma 2 max 0 0 V0 V0 V0
图 7.2.2
由非正弦波调制所得到的调幅波 Vmax V0 m上 V0 V0 Vmin m下 V0
2. 普通调幅波的频谱 （1）由单一频率信号调 幅
v AM (t ) V0 (1 ma cos Ωt) cos0t V0 cos0t
a1V0
3 3 3 2 a3V0 a3V0V 4 2
a2 2 V0 2
3 3 3 2 a3V a3V0 V 4 2 3 3 2 a2 21 a2V0V a2V0V a3V0 V a3V0 2V 3 V a3V 4 4 2 4 3 3 2 2 a3V0V a3V0V 4 4
i1 a0 a1 (V0 cos0t V cosΩt) a2 (V0 cos0t V cosΩt)2
i2 a0 a1 (V0 cos0t V cosΩt) a2 (V0 cos0t V cosΩt)2
总的输出电流 总的输出电压
i i1 i2 v o i1 i2 R
1 1 i1 i2 2V cos Ωt 4a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2V cos Ωt 2a 2V0V cos(0 Ω) 2a 2V0V cos(0 Ω)
End
7.3.2 平衡调幅器
如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示 式
7.1 振幅调制简述
1.定义
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
调幅是将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。
2. 调制的原因 从切实可行的天线出发
为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必
调制信号 Ω
1 1 ma cos(0 Ω)t ma cos(0 Ω)t 2 2
载波
调幅波
ω0
下边频 上边频
ω0-Ω
ω0+Ω
(2) 限带信号的调幅波
v AM (t ) V0 1 mn cos Ωn t cos0t n 1 1 V0 cos0t mn cos(0 Ωn )t mn cos(0 n )t 2 n 2 1 1 V0 cos0t mn cos(0 n )t mn cos(0 n )t n 2 n 2 信号带宽 B 2Ω
调 幅信号（已调波）： v AM Vm (t ) cos0t
由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：
Vm (t ) V0 kaV cost ，式中 k a 为比例常数
即：
Vm (t ) V0 (1 kaV cost ) V0 (1 ma cost ) V0
检波器的组成部分
3. 检波的分类
二极管检波器
器件 三极管检波器 小信号检波器 检波
信号大小
大信号检波器 包络检波器 工作特点 同步检波器
End
7.2 调幅波的性质
7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱
7.2.2
调幅波中的功率关系
7.2.1 调幅波的数学表达式与频谱
1. 普通调幅波的数学表示式 首先讨论单音调制的调幅波。 载波信号： v 0 V0 cos0t 调制信号： v V cost
20 Ω 20 Ω 0 Ω 0 Ω 2 0 2Ω 0 2Ω 0 0
a3 3 V0 4
0
Ω 2 Ω 3Ω
3 0ω
如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。
i a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt )2 1 1 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2 a 0 + 1 a 2V0 2 1 a 2V 2 2 2 1 a 2V0 2 cos 20t 2 a1V cos Ωt 1 a 2V 2 cos 2t 2 +a 2V0V cos(0 Ω) a1V0 cos 0t a 2V0V cos(0 Ω)
1.定义
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。
图 7.1.1
检波器的输入输出波形
图 7.1.2
检波器检波前后的频谱
2. 组成
图 7.1.3
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 概述 调幅波的性质 平方律调幅 斩波调幅 模拟乘法器调幅 单边带信号的产生
7 振幅调制与解调
7.7 7.7 7.7 7.10 7.11 残留边带调幅 高电平调幅 包络检波 同步检波 单边带信号的接收
7.1 概述
7.1.1 7.1.2 振幅调制简述 检波简述
k aV V0
式中ma为调制度，
ma
常用百分比数表示。
v AM V0 (1 ma cost ) cos0t
Vm (t ) V0 (1 ma cost )
Vmax Vo (1 ma )
Vo
Βιβλιοθήκη BaiduVmin Vo (1 ma )
调幅信号的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致 调幅度 ma 反映了调幅的强弱度
须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。 音频信号: 20Hz～20kHz 波长：15 ～15000 km
天线长度: 3.75 ～3750km
2. 调制的原因 便于不同电台相同频段基带信号的同时接收
c1
c 2
频谱搬移
2. 调制的原因
可实现的回路带宽 基带信号特点：频率变化范围很大。 f max 低频（音频）: 20Hz～20kHz 1000 BW 20k 2 f min f0 10k 高频窄带信号 高频（射频）: AM广播信号: 535 ～1605kHz，BW=20kHz f max BW 20k 1 3 f min f0 1000k 50
max
调制信号
载波
Ωmax
调幅波 下边带
ω0
上边带
o
ω0-Ωmax
ω0+Ωmax
7.2.2 调幅波中的功率关系
v (t ) Vo (1 ma cosΩt) cos ot
V0
ma V0 2
0
0
2
如果将普通调幅波输送功率至 电阻R上，则载波与两个边频将分别 得出如下的功率：
ma V0 2
0- 0+
0-
1 maV0 2
0+
信号 带宽
2(
Ω ) 2π
2(
Ω ) 2π
Ω 2π
双边带调制
7.3 平方律调幅
7.3.1
7.3.2
工作原理
平衡调幅器
7.3.1 工作原理
调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也 就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。 这里将调制信号vΩ 与载波信号vω0相加后，同时加入非线 性器件，然后通过中心频率为ω0的带通滤波器取出输出电压vo 中的调幅波成分。
a0
a2 2 2 (V0 V ) 2
0
Ω 2Ω
0 Ω 0 Ω
0
2 0
End
ω
i1 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 1 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2 i2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 1 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2
图 7.3.1
非线性调幅方框图
i a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 2 a 3 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 3
a 2 2 a0 2 (V0 V ) 2
a1V
End
三种振幅调制信号
电压 表达式 普通调幅波 载波被抑制双边带调幅波 单边带信号 ma V0 cos( 0 Ω )t 2 m (或 a V0 cos( 0 Ωt ) 2
V0 (1 ma cosΩt) cos0t
maV0 cosΩt cos0t
波形图
频谱图
0- 0+
1 maV0 2
PAM PoT PDSB
1 2 (1 ma ) PoT 2
V0
ma V0 2
0
0
ma V0 2
0
当ma＝1时，PoT＝(2/3)Po ；
当ma＝0.5时，PoT＝(8/9)Po ；
0 ω
载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率 的绝大部分。
从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地 反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用， 不反映调制信号的变化规律。
v o i1 i2 R 2 R[V cos Ωt a 2V0V cos(0 Ω ) a 2V0V cos(0 Ω)]
载波抑制的双边带
图 7.3.2
串联双二极管平衡调幅器简化电路
End
二极管的伏安特性曲线
7.4 斩波调幅
7.4.1 7.4.2 工作原理 实现斩波调幅的两种电路
7.4.1 工作原理
S1 (t )
图 7.4.1
{
1 cos0t 0 0 cos0t 0
斩波调幅器方框图
图 7.4.2
斩波调幅器工作图解
1 2 2 2 S1 ( t ) cos 0t cos 30t cos 50t ... 2 3 5
v (t ) S1 (t )v (t )
0
0 ω
载波功率: PoT 上边频或下边频:
1 V0 2 R
2
PSB1 PSB2
1 maV0 1 2 1 m 2P a oT 2 R 4
在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是
PAM PoT PDSB 1 2 (1 ma ) PoT 2
1 2 v ( t ) 2
v ( t ) cos 0 t
2 3
v ( t ) cos 30 t
2 5
v ( t ) cos 50 t ...
S2 (t ) {
图 7.4.3
1 cos0t 0 1 cos0t 0
平衡斩波调幅及其图解
End
4 4 S 2 (t ) cos 0t cos 30t cos 50t ... 3 5
f0 BW Q
low
20
10k
20k
频谱搬移
100k
1000k
high
3. 调制的方式和分类
连续波调制 调制 脉冲波调制
调幅 调频 调相 振幅调制 脉宽调制 脉位调制 编码调制
4. 调幅的方法 平方律调幅 斩波调幅 模拟乘法器调幅 集电极调幅 高电平调幅 基极调幅
低电平调幅
调幅方法
End
7.1 检波简述
1 (Vmax Vmin ) V V V Vmin ma 2 max 0 0 V0 V0 V0
图 7.2.2
由非正弦波调制所得到的调幅波 Vmax V0 m上 V0 V0 Vmin m下 V0
2. 普通调幅波的频谱 （1）由单一频率信号调 幅
v AM (t ) V0 (1 ma cos Ωt) cos0t V0 cos0t
a1V0
3 3 3 2 a3V0 a3V0V 4 2
a2 2 V0 2
3 3 3 2 a3V a3V0 V 4 2 3 3 2 a2 21 a2V0V a2V0V a3V0 V a3V0 2V 3 V a3V 4 4 2 4 3 3 2 2 a3V0V a3V0V 4 4
i1 a0 a1 (V0 cos0t V cosΩt) a2 (V0 cos0t V cosΩt)2
i2 a0 a1 (V0 cos0t V cosΩt) a2 (V0 cos0t V cosΩt)2
总的输出电流 总的输出电压
i i1 i2 v o i1 i2 R
1 1 i1 i2 2V cos Ωt 4a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2V cos Ωt 2a 2V0V cos(0 Ω) 2a 2V0V cos(0 Ω)
End
7.3.2 平衡调幅器
如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示 式
7.1 振幅调制简述
1.定义
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
调幅是将要传送的信息装载到某一高频载频信号上去的过程。
2. 调制的原因 从切实可行的天线出发
为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必
调制信号 Ω
1 1 ma cos(0 Ω)t ma cos(0 Ω)t 2 2
载波
调幅波
ω0
下边频 上边频
ω0-Ω
ω0+Ω
(2) 限带信号的调幅波
v AM (t ) V0 1 mn cos Ωn t cos0t n 1 1 V0 cos0t mn cos(0 Ωn )t mn cos(0 n )t 2 n 2 1 1 V0 cos0t mn cos(0 n )t mn cos(0 n )t n 2 n 2 信号带宽 B 2Ω
调 幅信号（已调波）： v AM Vm (t ) cos0t
由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：
Vm (t ) V0 kaV cost ，式中 k a 为比例常数
即：
Vm (t ) V0 (1 kaV cost ) V0 (1 ma cost ) V0
检波器的组成部分
3. 检波的分类
二极管检波器
器件 三极管检波器 小信号检波器 检波
信号大小
大信号检波器 包络检波器 工作特点 同步检波器
End
7.2 调幅波的性质
7.2.1 调幅波的数学表示式与频谱
7.2.2
调幅波中的功率关系
7.2.1 调幅波的数学表达式与频谱
1. 普通调幅波的数学表示式 首先讨论单音调制的调幅波。 载波信号： v 0 V0 cos0t 调制信号： v V cost
20 Ω 20 Ω 0 Ω 0 Ω 2 0 2Ω 0 2Ω 0 0
a3 3 V0 4
0
Ω 2 Ω 3Ω
3 0ω
如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非线性器件工作在满足平方律的区段。
i a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) a 2 (V0 cos 0t V cos Ωt )2 1 1 a 0 a1 (V0 cos 0t V cos Ωt ) 1 a 2V0 2 (1 cos 20t ) 1 a 2V 2 (1 cos 2t ) 2a 2V0V [ cos(0 Ω) cos(0 Ω)] 2 2 2 2 a 0 + 1 a 2V0 2 1 a 2V 2 2 2 1 a 2V0 2 cos 20t 2 a1V cos Ωt 1 a 2V 2 cos 2t 2 +a 2V0V cos(0 Ω) a1V0 cos 0t a 2V0V cos(0 Ω)
1.定义
话 筒 音频 放大器 调制器 变频器 激励放大 输出功 率放大
载波 振荡器 天线开关 扬 声 器
音频 放大器
解调器
中频放大 与滤波
混频器
高频放大
本地 振荡器
从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。
图 7.1.1
检波器的输入输出波形
图 7.1.2
检波器检波前后的频谱
2. 组成
图 7.1.3