调幅电路

晶体振荡器
♦ 电路：参见P.73图2.27，是一个由FET构
成的科耳皮兹型振荡器 ♦ 晶体的电抗特性：电路中的晶体呈容性， 还是感性？ 感性 ♦ 该振荡器类型：电容三点式，还是电感 三点式？ 电容三点式 ♦ 稳定是重要原则：作为振荡器的最重要 性能是，对温度或电源电压的变动、机 械振动等可变因素，频率变化要小，稳 定度要高
缓冲(buffer)放大器
♦ 电路：
♦ 目的：放大不是主要目的，而是为了防
止功率放大部分各电路接入以后，对振 荡器产生影响，从而影响振荡器的稳定 度
倍频放大器
♦ 电路：参见P.74图2.28 ♦ 如何实现倍频？
电路工作于非线性放大的C类状态，用 调谐滤波器从输出的失真波中获得高次 谐波，从而达到倍频目的 ♦ 开关S有何作用？ 开关的切换可以获得2倍频或3倍频，主 要是调节调谐回路中的并联电容值来达 到目的的
MCl496/MCl596
♦ 简介 ♦ 封装、引脚和规格序列 ♦ 典型应用输出波形和频谱 ♦ 调幅电路 ♦ 载波衰减和抑制电路
MCl496/MCl596简介
♦ MCl496/MCl596是一个平衡调制和解调器。 ♦ 这个器件的设计是用于输出电压是输入电压
极调制，主要由Tr4等器件完成。 ♦ 说明：功率放大器往往与调制器是合二 为一的，是发射机的末级放大器
♦ 目的：是为了将信号波和载波调制为已
调波，并为已调波经天线发射出去提供 足够的能量
声音信号放大器
♦ 电路：参见P.75图2.29 ♦ 该电路由两部分组成：其一为由Tr1等器
件组成的电压激励级，用于放大电压； 其二为由Tr2和Tr3等器件组成的B类推挽 功率放大器，用于信号波的功率放大。 然后，经变压器T2 耦合进入调制器。 ♦ 目的：是为了将信号波放大到调制器所 需要的大小，达到一定的调制度
已调波
vAM = VAM sin ω ct
= (Vcm + Vsm sin ω st )sin ω ct = Vcm (1 + m sin ω s t )sin ω ct
调制度
Vsm m= Vcm 根据P.52 A
和B的定义
A− B m= A+ B
频谱的先验知识
调幅波的频谱和占用频带宽度
♦ 当信号波为单一频率时 vAM = Vcm (1 + msinωst )sinωct = Vcm sinωct + mVcm sinωs tsinωct
调制 类型
调频
调相
调幅波的性质
♦ 调幅波如何表示 ♦ 频谱的先验知识 ♦ 调幅波的频谱和占用频带宽度 ♦ 调幅波的功率
调幅波如何表示
信号波 载波
vs = Vsm sin ω st = Vsm sin 2πf st vc = Vcm sin ω ct = Vcm sin 2πf ct
根据调幅波的定义：载波的振幅 按信号波变化而变化，即已调波 的振幅VAM是以载波的振幅Vcm为 中心按信号波的变化而变化的
单边带调制原理
♦ 问题
当信号波的最低频率非常小时，由于边 带波的一部分与载波几乎处于相同频率， 很难用滤波器滤除载波 ♦ 怎么办？ 用专用的载波抑制电路抑制载波 ♦ 如何做
信号波 载波抑制 调制电路 BSB波 载波 调谐 滤波器 SSB波
载波抑制电路
♦ 平衡调制器 ♦ 环形调制器
平衡调制器
♦ 电路和原理
调制的基本概念
♦ 为何需要调制 ♦ 通信模型与调制 ♦ 通信的种类与调制 ♦ 调制的分类
为何需要调制
若无调制，会发生什么现象？ 1. 直接通过大气层传播，衰减快， 传不远 2. 无线时需很长的天线，辐射语音 信号需几十公里长的天线 3. 多路信号不加调制一起传输，干 扰大，接收端无法辨认各路信号 4. 若多路信号分别传输，则成本大
通信模型与调制
♦ 通信模型(Communication Model)
信号 发信方 主要功能 信号波 Signal Wave 调制电路 （将信号调制 到载波上） 发射 机 传输介质 （电线、天空） 接收 机 信号 收信方
已调波 Modulated Wave
♦ 调制(Modulation) 载波
Carrier
调幅 调制器1 调谐 减法器 滤波 BSB波
信号波 反相
载波
SSB波
调幅 调制器2
♦ 特点：只在载波的正半周有输出 ♦ 作用：滤除载波、产生BSB波和SSB波
环形调制器
♦ 电路和原理
当载波 显而易 为负半 为正半 vo=0 见没有1、 没有 3 周时D 即没有 vo= e -e 信号波 载波 s s D2导通， 载波时 4 时v、D 时voo=0 4 D3v =? 2 信号波 1 即载波 截止。 被抑制 被抑制 vo=?
集电极线性调制电路
♦ 因何而得名：与基极调制不同的是，信号波加
于晶体管的集电极侧而调制载波，故称集电极 (collector)调制 ♦ 电路和波形：参见P.63图2.15 ♦ 原理：由于电路工作在饱和状态，且负载线随 信号波的变化而变化，从而决定了饱和点也随 信号而变化，因此载波因饱和而削顶的包络线 形状象信号波，参见P.64图2.16波形 ♦ 如何获得已调波：可用调谐电路滤出 ♦ 特点：调制输出与输入全功率之比高，构成线 性好，失真少，调制度可以加到100%，用于大 功率调制
♦ 实际中信号波
会占用一定的 频率范围
例1
♦ 用频率为2kHz的信号波对振幅Vcm=10V，
频率fc=1MHz的载波进行调幅，调制度为 40%， (1) 用怎样的表达式表示已调波？ (2) 上边带波、下边带波的振幅? (3) 上边带波、下边带波的频率? (4) 占用带宽为多少？
♦ 解：
已调波的表达式：
sin ω ct sin ω s t = 1 [cos (ω c − ω s )t − cos (ω c + ω s )t ] 2
vAM
m m = Vcm sin ω c t − Vcm cos 2 π ( f c + f s )t + Vcm cos 2 π( f c − f s )t 2 2
载波 上边带波 下边带波
vAM=10×(1+0.4sin2π×103t)sin2π×106t(V)
上边带波、下边带波的振幅：=2V 上边带波的频率：1000+2=1002kHz； 下边带波的频率：1000−2=998kHz 占用带宽：2fs=4kHz
调幅波的功率
♦ 功率定义：P=V2/R，其中的V是什么？
vAM m m 是加在负载R上电压v的 = Vcm sin ω ct − Vcm cos 2 π( f c + f s )t + Vcm cos 2 π( f c − f s )t (1) 瞬时值 (2) 最大值 (3) 有效值 2 2
单边带发射机
♦ 电路框图：参见P.77图2.31
fSB SSB波 发生器 fi1 = fSB+ fo1 第一频 率变换 fi2 = fo2 - fi1 功率 放大
第二频 率变换
fo1
fΒιβλιοθήκη Baidu2
♦ 优点：占用频率带宽窄、发送功率小、
装置小型化、发送频率可变
练习三
1. 练习题11自己练习； 2. 练习题12~18做在练习本上。
(mV =
R
)
2R
2
2
♦ 结论：边带波为调幅波的有用波，占总
功率的比例较小，效率低
练习一
1. 练习题1自己练习； 2. 练习题2~7做在练习本上。
调幅电路
vAM =Vcm(1+ msinωst)sinωct
vs
相加器 乘法器
vAM
直流
vc
♦ 仿真电路 ♦ 非线性调制电路 ♦ 线性调制电路
1. 基极调制 2. 集电极调制
非线性调幅电路(续)
♦ 如何获得已调波：用谐振回路取出已调波，就
能实现调幅调制 ♦ 因何而得名：此种调制为非线性(nonlinear)调 制或平方律(square)调制，又由于信号加于晶体 管的BE之间，故亦称基极(base)调制 ♦ 优缺点 优点：由于传输特性中弯曲部分范围较小，故 适合于载波振幅小的场合，灵敏度高，用小功 率就可以调制，因此可以用小容量的元器件 缺点：有谐波失真；不适合大振幅调制，不能 加深调制度
节间放大器
♦ 电路说明：节间放大器(driver amplifier)
属于激励级或驱动级，简单的共射电路 就能实现之。一般用于电压放大，目的 是为了驱动末级功率放大器，因此通常 工作于A类，而不是书上说的AB类或B 类
♦ 目的：是为了驱动末级功率放大器
功率放大器和调制器
♦ 电路：参见P.75图2.29，该电路为集电
♦ 调制电路中的晶体管工作于非线性区域
在传输特性中表现为：输出电流与输入 电压成非线性关系，即
ic = k0 + k1vi + k 2vi + L + k n vi
2 n
sin 2 ωt =
♦ 现将信号波和载波叠加后输入电路，即 vi = Vcm sin ω ct + Vsm sin ω st
1 (1 − cos 2ωt ) 2
通信的种类与调制
市内电话 载波电话 有线 通信 数据通信 有线电视 通信 无线广播 电视广播 无线 通信 业余电台 移动通信 寻呼机 需要调制 无需调制
调制的分类
调幅 Amplitude Modulation，简称AM 是使载波的振幅按信号波的振幅 变化的方法。波形见P.50 Frequency Modulation，简称FM 是使载波的频率按信号波的振幅 变化的方法。波形见P.50 Phase Modulation，简称PM 是使载波的相位按信号波的振幅 变化的方法。波形见P.51
调幅电路
♦ 调制的基本概念 --- 调制的作用 ♦ 调幅波的性质 --- 如何将信息载于载波上
练习一 --- 各种调幅电路的功能、特征 ♦ 调幅电路 ♦ 边带调制电路 --- 省频带、功率的单边带调制 练习二 ♦ 调幅发射机 --- 调幅发射机的构成和概要 ♦ 单边带发射机 --- 单边带发射机的构成和概要 练习三 ♦ MC1496/MC1596 ♦ 本章讨论题 ♦ 本章复习内容 ♦ 下一章预习内容
基极线性调制电路
♦ 因何而得名：电路与非线性基极调制电路一样，
但工作点设置不同，使电路工作在传输特性的 线性段，故称线性(linear)调制 ♦ 电路和波形：参见P.59图2.12电路 和P.61图2.13 波形 ♦ 原理：输出电流为半波整流电流，具有载波的 频率，包络表示信号成份，可用调谐电路滤出 已调波，参见P.62图2.14电路和波形 ♦ 特点：线性调制使用传输特性的直线部分，因 此调制失真少，调制度可以很深，可作为大振 幅调制使用
仿真电路
XSC1
2
R1 10kΩ
3
R3 10kΩ U1
V1 3V 1kHz 0Deg
0 4
Tektronix
P G 1 2 3 4 T
R2 10kΩ OPAMP_3T_VIRTUAL
A1
1
Y
5 V3
X
6
V2 5.656 V
0
0
0
4V 1 V/V 0 V 50kHz 0Deg
非线性调幅电路(参见P.59)
2 2 2 k2 Vcm + Vsm ic = k0 + k2 + k1Vsm sin ω st + k1Vcm 1 + Vsm sin ω st sin ω ct 2 k1 2 2 Vcm Vsm − k2 cos 2ω ct − k2 cos 2ω st 2 2
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♦ 特点：载波的正负半周交替输出 ♦ 作用：滤除载波和信号波、产生BSB波
和SSB波
练习二
练习题8~10自己练习。
调幅发射机
载波的基波 振荡部分 晶体 振荡器 缓冲 放大器 倍频 放大器 声音信号 载波 功率放大部分 节间 放大器 声音信号 放大器 功率 放大器 兼 调制器
调制部分
调幅发射机的构成
♦ 调幅波包括载波、上边带波和下边带波
其功率P=Pc+ Ps1 + Ps2 其中：P = V = (V 2 ) = V
2 2 c cm c
2
cm
R
m 2Vcm 2 2 cm Ps1 = Ps2 = R 8R m2 Pc P = Pc + Ps1 + Ps2 = 1 + 2
单边带调制电路
♦ 何为单边带 ♦ 单边带调制原理 ♦ 载波抑制电路
何为单边带?
♦ 调幅的已调 单边带(SSB， 双边带(BSB，
Single SideBoth Side波频谱中哪 Band)调制 些分量包含 信号波成份？
♦ 单边带调制和双边带调制都是载波抑制(carrier
suppressed)调制 ♦ 边带调制效率高，小功率就能达到调幅那样的 效果