第五章 振幅调制电路

(2) 工作原理分析：
u uc
Um cos t
Ucm cosct
且Ucm Um
i1
i2
rd rd
1 2RL
1 2RL
K (ct )uc (t ) K (ct )uc (t )
u (t ) u (t )
1 而 K(ct) 0
uc 0 uc 0
i1
rd
1 2RL
K (ct )uc (t )
ma 2 2
(4) 边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：
双边带功率 载波功率
ma 2 2
双边带功率 平均总功率
ma2
2 1 ma2
ma2 2 ma2
2
双边带功率 载波功率
ma 2 2
双边带功率 平均总功率
ma2
2 1 ma2
ma2 2 ma2
2
分析：有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但 它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费 大，效率低。如当100%调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的1/2， 只占用了调幅波功率的1/3。
cosct
id 的频谱成份：
B=2Ω
,c , 2nc
2n 1c
c
c
Ω
ωc
2 ωc
3 ωc
c
B=2Ω
c
Ω
ωc
2 ωc
3 ωc
uL
gd ZL
1 2
2
cos c t
2 3
cos 3ct
... Um
cos t
Ucm
cosct
如果选频回路工作在ωc 处，且带宽为B = 2Ω。 而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压为uL(t)。
U m (t) Ucm kaU cos t ka：比例常数
即：Um (t)
Ucm(1
kaU Ucm
cos t)
Ucm (1
ma
cos t)
ma为调制度，
ma
kaU U cm
常用百分比数表示。
uAM Ucm(1 ma cos t) cosct
一般实际传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续 频谱的限带信号 f(t) 。
（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振 幅随调制信号线性变化。
（4）频率调制：由调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调 制信号线性变化。
（5）相位调制：由调制信号控制载波相位，使已调波的相位随 调制信号线性变化。 （6）解调方式：
振幅检波 振幅调制的逆过程 鉴 频 频率调制的逆过程 鉴 相 相位调制的逆过程
5
cos 52t
...
(U1m cos1t U2m cos2t )
id 的频谱成份：
1. 1,2
23..
2 1
2n 12 1
4. 2n2
5. 直流
1. 单二极管开关状态调幅电路（产生AM信号）
设: u Um cos t uc Ucm cos ct
D
ZL
且: Ucm Um 回路电流: id gd K (ct )ud
ωc-Ωmax
ωc+Ωmax
(1) DSB信号的包络随调制信号 U cos t 变化 。
(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调 波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是 既调幅又调相的信号。高频振荡的相位在f(t)=0瞬间有180o突变。 (3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率 高于AM波。
ud Um cos t Ucm cos ct
uΩ+uc+-
+
ud
RL L
id -
+ uL
C
-
而:
1 gd rd Z L
1
K(ct) 0
uc 0 uc 0
uL id ZL gd ZL K (ct )ud
uL
gd ZL
1 2
2
cos c t
2
3
cos 3ct
... Um
cos t
Ucm
则：
uAM Ucm[1 ka f (t)] cosct
若将 f (t) 分解为： f (t) Un cos(nt n ) n1
则有 uAM Ucm 1 mn cos(nt n ) cosct 其中： mn kaU n n1
2. 调幅信号波形
uAM Ucm (1 ma cos t)cosct
cos 32t
2
5
cos 52t
...
1 2
n1
2(-1)n1
(2n 1)
cos(2n 1)2t
id
rd
1 RL
1 2
2
cos 2 t
2
3
cos 32t
2
5
cos 52t
...
(U1m cos1t U2m cos2t )
id
rd
1 RL
1 2
2
cos 2 t
2
3
cos 32t
2
5. 调制波的功率
设调幅波传输信号至负载电阻R上，那么调幅波各分量功率为：
(1) (2)
R上消耗的载波功率： Pc 上、下边带的平均功率：
P上边
1 2
U
2 cm
R
P下边
1 2
maU
cm
2R
2
ma 2 4
Pc
(3) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率：
PAM
Pc
P上边
P下边
Pc 1
u U cos t
U cm
uc Ucm cosct
Umax Ucm(1 ma )
Umin Ucm(1 ma )
波形特点：
ma
1 2
U max U min Ucm
maa 1
(1) 调幅波的振幅（包络）变化规律与
调制信号波形一致;
(2) 调幅度ma反映了调幅的强弱程度
。 一般m可a值以越看大出调：幅越深：mmaa
uDSB kUmUcm cos t cosct
1 2
kU mU cm
cos(c
)t
cos(c
)t
若调制信号为限带信号：
uDSB kUcm
U
n
cos
nt
cos
c
t
n
1
2 kUcm
n
Un cos(c n )t
n
U n
cos(c
n
)t
（2）波形与频谱
调制信号
下边频
载波 c 上边频
c
t
U cm
cos
c
t
n
1 2
mn
cos(c
n )t
1 2
mn
cos(c
n )t
Ucm cosct
n
1 2
mn
cos(c
n
)t
n
1 2
mn
cos(c
n
)t
同样有三部 分频率成份
限带信号
载 波 分 量 (ωc) ：不含传输信息 上变频分量 (ωc+Ωn) ：含传输信息 下变频分量 (ωc-Ωn) ：含传输信息
(4) 占用频带 B 2max 2Fmax
7. 单边带( single side band，SSB)信号
为节约频带，提高系统功率和带宽效率，常采用单边带调制系统 。
单边带(SSB)信号：由双边带调幅信号中取出其中的任一个边带 部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时表示式为：
uDSB (t )
第5章 振幅调制
5.1 概述 5.2 低电平调幅电路 5.3 高电平调幅电路 5.4 单边带调幅信号的产生 5.5 数字信号调幅 5.6 模拟乘法器
教学要求
了解调制的作用。掌握调幅信号的定义、 表示式、波形、频谱等基本特征。
掌握典型的幅度调制电路的结构、工作 原理、分析方法和性能特点。
了解数字调幅的基本概念、典型方法和 实现电路。
DSB
信号
:
uDSB
kUUc
cos
t
cos ct
调幅,调相
SSB
信号
:
uSSB
U (cos t cos ct
sint sinct)
调幅,调频
分析：三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制 电路的实现是以乘法器为核心的线性频谱搬移电路。
9. 振幅调制电路的分类
低电平调制：先调制后功放，调制低功率在下进行，输出功率、 效率不是主要技术指标；提高调制线性，减小不需要的分量的产 生和提高滤波性能。主要用于DSB、SSB以及FM信号。
u (t )
i2
rd
1 2RL
K (ct )uc (t )
u (t )
i
i1
i2
2u (t ) rd 2RL
K (ct )
2Um cos t rd 2RL
1 2
2
cos c t
2 3
cos 3ct
...
i 的频谱成份：(2n 1)c (n 0,1,2,...)
载 波 分 量 (ωc) ：不含传输信息 上变频分量 (ωc+Ω) ：含传输信息 下变频分量 (ωc-Ω) ：含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
ω U cm c
下边频
1 2 maU cm
1 2
maU
cm上边频
ωc - Ω ωc +Ω
(2) 限带信号的调幅波
uAM Ucm 1
n
mn
cos
n
t
cos
K(t)
t
周期方波——开关函数
K (2t )
1 2
2
cos 2 t
2
3
cos 32t
2
5
cos 52t
...
1 2
n1
2(-1)n1
(2n 1)
cos(2n 1)2t
D
id
rd
1 RL
K (t )(u1(t ) u2 (t ))
u1+u2+-
RL
K (2t)
1 2
2
cos 2 t
2
3
高电平调制：功放和调制同时进行，一般在大信号下工作，要兼 顾输出功率、效率和调制线性的要求。主要用于AM信号。
10. 振幅调制电路的基本组成原理
一般，振幅调制电路由输入回路、非线性器件和带通滤波器 三部分组成。
输入回路：将载波信号和调制信号直接耦合或相加后直接 加到非线性器件上。
非线性器件（二极管、三极管、乘法器）：产生新的频率。 二极管和乘法器多用于低电平振幅调制；三极管多用于高 电平振幅调制。
（7）振幅调制分三种方式：
普通调幅（AM） 抑制载波的双边带调幅（DSB） 单边带调幅（SSB）
1. AM调幅波的数学表达式
设：载波信号： uc=Ucmcosωct 调制信号： uΩ =UΩcosωΩt
则：调幅信号(已调波)为：uAM=Um(t)cosωct
由于调幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：
带通滤波器：取出调幅波的频率成分，抑制不需要的频率 成分。
5.2 低电平调幅电路
D
0. 开关函数
u1+-
u2正半周：D导通
id
rd
1 RL
u1(t )
u2 (t )
u2+-
RL
u2负半周：D截止 id 0
id
rd
1 RL
K (t )(u1(t )
u2 (t ))
u2
t
K
( t
)
1 0
u2 (t ) 0 u2 (t ) 0
0时 1时
未调幅 最大调幅(百分之百)
ma 1时 过调幅,包络失真,实际电路中必须避免
3. 调幅波的频谱
（1）由单一频率信号调幅
uAM Ucm (1 ma cos t ) cosct
Ucm
cos c t
1 2
ma
cos(c
)t
1 2
ma
cos(c
)t
可见：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：
载波
Ωmax
调幅波
ωc
ω
下边频带 上边频带
ωc-Ωmax ωc ωc+Ωma ω
4. AM信号的产生原理框图
由于： uAM Ucm1 ma costcosct
Ucm cosct ma cost Ucm cosct
u
相加器
乘法器
uAM
直流
uc
u
乘法器
相加器
uLeabharlann BaiduM
uc So: 要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。
5.1 概述
定义：
语言
调制信号：需要传输的信号（原始信号） 图像 u U cos t
密码
信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号
正弦波 方波 三角波 uc Uc cos(ct )
锯齿波
已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）
(1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 (2) 解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。
1 2
kU mU cm
cos(c
)t
cos(c
)t
上边带信号：
uSSBU (t )
1 2
kU mU cm
cos(c
)t
U cos(c )t
下边带信号：
uSSBL (t )
1 2
kU mU cm
cos(c
)t
U cos(c )t
限带信号
载波
Ωmax 上边频带信号
ωc-Ωmax ωc ωc+Ωmax ω
g do
rd
1 RL
uL (t )
1 2
gdoUcm
RL
cosct
1
gdoUm
RL
cos c
t
cos c
t
1 2
gdoUcm
RL
1
4
Um Ucm
cos
t
cos c t
U0 1 m cos t cosct
为一个AM信号
2. 二极管平衡调幅电路
(1) 电路结构： 上半部分与下半部分电路对称
下边频带信号
ωc+Ωmax ω
ω ωc-Ωmax
上边带信号：
uSSBU (t )
1 2 kUmUcm
cos(c
)t
U cos(c )t
uSSB (t) U
0
fc＋F t
单音调制的SSB信号波形
8. 振幅调制电路的功能
输入：调制信号和载波信号 输出：调幅信号
AM信号 : uAM Uc (1 m cos t)cos ct 纯调幅
但AM波调制方便，解调方便，便于接收。
6. 双边带（double side band，DSB）调幅信号
（1） 数学表达式
在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波 的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号 直接相乘得到，即：
uDSB ku (t ) uc (t )
若调制信号为单一频率信号：