北邮信通院通信电子电路第4章_调制、解调与变频电路

第四章：调制、解调与变频电路信息与通信工程学院高频放大高频调制及功放高频振荡声音话筒音频放大高频放大解调音频放大综述与内容提要综述与内容提要基带信号与基带传输调制解调的定义高频放大高频调制及功放高频振荡声音话筒音频放大高频放大解调音频放大调制解调的作用：提高频率以便于辐射实现信道复用：频分、时分、码分复用改善系统性能调制解调的分类及本章的讨论内容变频必须牢记载波、调制信号的定义频率变换过程及其分类调幅原理(一)第一节：振幅调制与解调00()cos()cos(2)ccmcmvtVtVft高频载波为：调幅波的表达式及波形图(一)设初始相位为零调幅的定义调制信号为：()coscos2mmvtVtfVt已调波：0co)(coss()cAmMmVkvtVttt()vtmVt()cvtcmVcmV()AMvtmacmkVmVmaxAMVminAMVt第一节：振幅调制与解调调幅原理(二)调幅波的表达式及波形图(二)调幅度(调幅系数)：/amcmmkVV000()(cos)cos1coscos1coscosmAMcmmcmcmcmakVvtVkVttVttVVmttmaxmin(1),(1)AMcmaAMcmaVVmVVmmaxmin100%2AMAMacmVVmV(0,1]amt()vtmVt()cvtcmVcmV()AMvtmacmkVmVmaxAMVminAMVt()AMvttab0载波已调波过调幅现象调幅原理(三)调幅波的频谱及频谱宽度调幅过程实际上是一种频率搬移过程调幅波的频谱宽度BW是调制信号最高频率的两倍实际上调制信号常常不是简单的单频信号，而是由许多频率分量组成的第一节：振幅调制与解调0000()1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtmVtmVtfmV调制信号12acmmVcmV调幅波0ff0f0ff0电压振幅,ccffff分别为上下边频12acmmV0ff0电压振幅1f2f01ff02ff调幅原理(四)调幅波的功率LR设负载为，则：212cmCLVPR214SSBacPmP2122DSBSSBacPPmP212aAMCDSBCmPPPP已调波的输出功率大于载波功率，增加的部分就是上、下边频功率之和，也是用于传送信息的有用功率所增加的功率与的关系am调幅波中包含有用信息的边带功率很小第一节：振幅调制与解调调幅原理(五)双边带调制和单边带调制方式(一)若在传输前将载频抑制掉，就可以在不影响信息传输的条件下大大节省发射机的发射功率只传输两个边带的调制方式即为抑制载频的双边带调制，简称为双边带调制，DSB00()[cos()cos()]2acmDSBmVvttt第一节：振幅调制与解调fmV调制信号12acmmVcmV调幅波0ff0f0ff0电压振幅,ccffff分别为上下边频12acmmV0000()1coscos11coscos()cos()22AMcmacmacmacmvtVmttVtmVtmVttcmV0f0ffcfftt12acmmV普通调幅波双边带波单边带波12acmmV12acmmV12acmmV12acmmV0f0ffcff0f0ffcff调幅原理(六)双边带调制和单边带调制方式(二)双边带调制的时域波形双边带调制的带宽单边带调制，SSB单边带调制的带宽及优点单边带调制要求收、发两端的载波严格同步第一节：振幅调制与解调调幅原理(七)残留边带调制方式请自行学习第一节：振幅调制与解调低电平调幅电路简介主振倍频放大调制能量转换放大功放低电平调幅电路是在发射机的末前级产生已调波，再经过线性高频功率放大器放大后达到所需要的发射功率由于起调制作用的非线性器件工作在中、小信号状态，因此较易获得高度线性的调幅波，可用来产生普通调幅、单双边带波质量较好、采用较多的是用乘法器构成的调幅电路第一节：振幅调制与解调kxyxy'0v0vcvVv普通振幅调制电路载波电压加在4端输入馈通电压调零电路接在8端调制电压加在9端外加可调直流电压加在12端0()cos(1cos)()()cosymaxccmvtVVtVmtvtvtVt第一节：振幅调制与解调'00000()(1cos)coscos[cos()cos()]2acmacmcmvtkVmtVtmkVVkVVttt/ammVV故可通过调整偏压改变调幅系数的大小kxy4x9ycvxosv812314BG214v0v'0v15V10k5.1kEkxyxy'0v0vcvVv双边带调幅(平衡调幅器)电路0()cos()cosxmycmvtVtvtVt'0000()coscos[cos()cos()]mcmmcmvtkVtVtkVVtt乘法器的8端和12端必须加入馈通电压调零电路以便进行精确调零，否则在输出端会出现很大的载漏电压第一节：振幅调制与解调kxy4x9ycvxosv812314BG214v0v'0vyosvkxyxy'0v0vcvv单边带调幅电路(一)可在左图所示电路后面使用适当的滤波器以得到单边带调幅信号，即滤波法滤波法要求带通滤波器具有极为陡峭的、接近于矩形的衰减特性解决方法之一为采用移相法第一节：振幅调制与解调kxy4x9ycvxosv812314BG214v0v'0vyosvkxyxy'0v0vcvv单边带调幅电路(二)单音调制的上边带信号可以表示为：移相法不再需要制作衰减特性极其陡峭的滤波器000()cos()coscossinsincmmcmmcmmvtKVVtKVVttKVVtt移相法的缺点：要求移相网络在整个频带范围内都要准确地移相90°第一节：振幅调制与解调0sinccmvVtsinmvVt90°移相网络90°移相网络0coscmVtcosmVt1v2v()svSSB二极管调幅电路第一节：振幅调制与解调单二极管调幅电路二极管平衡调幅电路二极管环形调幅电路其原理均利用了二极管器件的非线性可自学或参照4.4(变频原理与电路)中的相关内容高电平调幅电路(一)第一节：振幅调制与解调主振倍频放大调制能量转换放大高电平调幅电路是由发射机最后一级直接产生满足发射功率要求的已调波为获得大的输出功率和高效率，用调制信号控制谐振放大电路的输出功率来实现调幅，即直接利用功放级晶体管工作在乙类或丙类的非线性状态实现频谱的搬移作用主要用来产生普通调幅波。其突出优点是整机效率高，适用于大型通信或广播设备的普通调幅发射机主要有集电极调幅、基极调幅以及集电极-基极(或发射极)组合调幅高电平调幅电路(二)第一节：振幅调制与解调集电极调幅电路即用调制信号改变高频谐振功率放大器的集电极电源电压，以实现调幅CCVcosmVt0coscmVtBBV调幅波输出()cosCCCmvtVVtCCVcosmVt0coscmVtBBV调幅波输出基极调幅电路即用调制信号改变高频谐振功率放大器的基极电源电压，以实现调幅()cosBBBmvtVVt检波器综述调幅波的解调又称作振幅检波，把高频已调波还原为低频信号的装置叫做幅度检波器，简称为检波器检波方式的分类及其适用场合：平方律检波和峰值包络检波适用于解调普通的调幅波；乘积检波还可以解调双边带及单边带调幅信号检波器必须利用非线性元件来完成检波器的技术指标：检波效率要高dK检波器的输入电阻要大iR检波失真要小检波器的滤波器的滤波性能要好第一节：振幅调制与解调大信号峰值包络检波的工作原理(一)线性检波的含义大信号二极管检波的物理过程第一节：振幅调制与解调CLR0v充电放电()AMvtDDi()AMvtt0v0大信号峰值包络检波的工作原理(二)由于电容上的波动电压略小于载波电压的峰值，只要设法把波动的高频部分滤除掉，就可以得到有用的检波输出信号电压，如选择较大的时间常数输出电压既包含低频分量、直流分量，也包含锯齿型电压第一节：振幅调制与解调CLR0v充电放电()AMvtDDi()AMvtt0v0大信号峰值包络检波的性能指标(一)电压传输系数dK峰值包络检波时，输出电压的大小接近于输入电压的振幅。一般地说，这种检波方式电压传输系数较大，可达0.9以上输入电阻iR对于串联检波电路来说，在大信号检波时，当负载电阻远大于二极管正向导通时的等效电阻时，检波器的输入电阻大约等于负载电阻的一半。因此负载电阻越大，则检波器的输入电阻也越大，它对前级的影响也越小决定电压传输系数的因素为和drLR第一节：振幅调制与解调CLR0v充电放电()AMvtDDi大信号峰值包络检波的性能指标(二)惰性失真(对角切割失真)产生原因防止方法：必须在任何一个高频信号周期内输入信号包络下降最快的时刻，保证电容器通过负载的放电速度大于包络下降速度CLR2max1aLamRCm5~10LcRC第一节：振幅调制与解调()AMvtt0v01t2t2max15~10aLcamRCm大信号峰值包络检波的性能指标(三)负峰切割失真电路结构说明22LiLLiRrRRRr负峰切割失真的产生原理避免负峰切割失真的条件和方法第一节：振幅调制与解调VDACCCLR2ir0v()AMvttLRv0(1cos)cmaVmt()AMvt()vtt0mV1222122LLLLiLLiRRRRrRRRr22iaLiLrRmRrR()AMvtVDC1LR2LRCC2ir大信号峰值包络检波的性能指标(四)还需要考虑电容对调制信号上限频率以及电容对下限频率的影响，必须保证和，才能避免检波器的频率失真CCCmaxminmax1/()LRC2max1/()iCrC第一节：振幅调制与解调乘积型同步检波器(一)可用于解调抑制载波的双边带及单边带信号rv其特点为在接收端提供一个与载波同步的本地振荡信号，又称相干信号可使用由模拟乘法器构成的乘积检波或由二极管构成的平衡同步检波电路普通调幅波的解调电路0时：相干解调的原理第一节：振幅调制与解调xykxy()AMvtrvcv'ov0()vt限幅器普通乘法器低通滤波器普通调幅波检测器'00001()cos22211cos(2)cos(2)1s44co2cmrmcmrcmrmmcmrmamracmkVVkVVvtkVVtkVVmtttkVmV00()(1cos)cos,()cos()AMcmarrmvtVmttvtVt乘积型同步检波器(二)'001()cosco1os2s22cacmramcmrmkmVVtvtkmVVtt模拟乘法器检波的优点：检波线性好；对同步信号的幅度大小无严格要求为何不做限幅？第一节：振幅调制与解调低通滤波器ivrv'0v0v双(单)边带信号的解调00()coscos,()cosDSBacmrrmvtmVttvtVt正交振幅调制与解调(一)第一节：振幅调制与解调使用两个独立的基带信号对两个频率相同，但相位相差90°的正弦载波分别进行抑制载波的双边带调制。QuadratureAmplitudeModulation,QAMQAM由两路振幅调制构成，这两路振幅调制的载波同频正交，调制信号相互独立，在同一带宽内利用频谱的正交性质实现两路并行的数字信息传输正交振幅调制与解调(二)第一节：振幅调制与解调()Ivt相乘器移相/20cost0sint相乘器()Qvt相加器()ovt()Ivt相乘器移相/20cost0sint滤波()Qvt()ovt相乘器滤波0()coscvtt