调幅检波与变频备课讲稿.ppt

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1、高高频频电电子子线线路路调幅检波与变频高高频频电电子子线线路路-1-1 调幅原理调幅原理一、一、普通的调幅信号普通的调幅信号二、二、其他调幅方式其他调幅方式1、调幅信号的数学表达式和波形调幅信号的数学表达式和波形2、调幅信号的频谱与带宽调幅信号的频谱与带宽3、普通调幅波的功率普通调幅波的功率1、抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅2、单边带调幅单边带调幅高高频频电电子子线线路路正弦波的一般表达式为：正弦波的一般表达式为：其中，其中，A是振幅，是振幅，是是瞬瞬时时相相位位角角是是瞬瞬时时角角频频率率是是初初相相位位 使正弦波的振幅、角频率、初相位三个参数之一随使正弦波的振幅、角频率、初相位三

2、个参数之一随调制信号的大小而线性变化的过程，分别称为幅度调制、调制信号的大小而线性变化的过程，分别称为幅度调制、频率调制、相位调制，简称为调幅、调频、调相。频率调制、相位调制，简称为调幅、调频、调相。高高频频电电子子线线路路 *振幅调制电路振幅调制电路 振幅调制电路有两个输入端和一个输振幅调制电路有两个输入端和一个输出端，如图出端，如图5.25.2所示。输入端有两个信号：一所示。输入端有两个信号：一个是输入调制信号个是输入调制信号u(t)Umcost=Um cos2Ft，称之为调制信号，它含有所需传输，称之为调制信号，它含有所需传输的信息；另一个是输入高频等幅信号，的信息；另一个是输入高频等幅

3、信号，uc(t)Ucmcosct=Ucmcos2fct，称之为载波信号。，称之为载波信号。其中，其中，c=2fc，为载波角频率；，为载波角频率；fc为载波频为载波频率。率。图5.1 调幅电路示意图高高频频电电子子线线路路一、一、普通的调幅信号普通的调幅信号 普通调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的普通调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使高频载波的振幅随着调制信号的瞬时值的变化而振幅，使高频载波的振幅随着调制信号的瞬时值的变化而线性变化，而载波的频率和初相则保持不变，通常简称为线性变化，而载波的频率和初相则保持不变，通常简称为调幅（调幅（AM）.普通调幅电路的模型可由一个乘法

4、器和一个普通调幅电路的模型可由一个乘法器和一个加法器组成，如图加法器组成，如图5.35.3所示。图中，所示。图中，m m为乘法器的乘积常为乘法器的乘积常数，为加法器的加权系数数，为加法器的加权系数。图5.2 普通调幅电路的模型高高频频电电子子线线路路1、调幅信号的数学表达式调幅信号的数学表达式高频载波信号的表达式（设初相为高频载波信号的表达式（设初相为0）调幅时，载波的频率和相位不变，振幅随调制信号线调幅时，载波的频率和相位不变，振幅随调制信号线性的变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应等于载波性的变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应等于载波振幅，则调幅波的振幅可写成振幅，则调幅波的振幅可写

5、成式中式中ka式与调幅电路有关的比例常数。调幅波的数学表达式与调幅电路有关的比例常数。调幅波的数学表达式为式为高高频频电电子子线线路路*先假设调制信号为单频正弦波信号，即先假设调制信号为单频正弦波信号，即高频载波信号的表达式（设初相为高频载波信号的表达式（设初相为0）且且fcF，根据普通调幅电路模型可得输出调幅电压，根据普通调幅电路模型可得输出调幅电压1）单频调制单频调制高高频频电电子子线线路路为受调后载波电压振幅的最大变化量为受调后载波电压振幅的最大变化量为调幅系数或调幅度为调幅系数或调幅度它反映了载波振幅受调制信号控制的程度。它反映了载波振幅受调制信号控制的程度。是高频振荡的振幅，反映了调

6、制信号的变化规律，称是高频振荡的振幅，反映了调制信号的变化规律，称为调幅波的包络。为调幅波的包络。调幅波的最大振幅调幅波的最大振幅调幅波的最小振幅调幅波的最小振幅高高频频电电子子线线路路图5.3 普通调幅电路的波形高高频频电电子子线线路路图5.过量调幅失真高高频频电电子子线线路路2）多频调制多频调制*调制信号为多频信号，即调制信号为多频信号，即此时，调制信号为非正弦波的周期信号为此时，调制信号为非正弦波的周期信号为高高频频电电子子线线路路2、调幅波的频谱与带宽调幅波的频谱与带宽我们将上式用三角函数展开得到：我们将上式用三角函数展开得到：图5.5 普通调幅的频谱 高高频频电电子子线线路路 由上图

7、可看出来，上、下边频分量对称地排列在载波由上图可看出来，上、下边频分量对称地排列在载波分量地两侧，调幅波地频谱宽度简称带宽，用分量地两侧，调幅波地频谱宽度简称带宽，用fbw表示。表示。3、调幅波的功率关系调幅波的功率关系 将调制信号为单频正弦波地调幅波电压加到电阻将调制信号为单频正弦波地调幅波电压加到电阻R R的两端，则可分别得到载波功率和每个边频功率为的两端，则可分别得到载波功率和每个边频功率为高高频频电电子子线线路路 在调制信号的一个周期内，调幅波输出的平均总在调制信号的一个周期内，调幅波输出的平均总功率为功率为 上式表明调幅波的输出功率随上式表明调幅波的输出功率随ma增加而增加。当增加而

8、增加。当ma=1时，有时，有 高高频频电电子子线线路路二、二、其它调幅方式其它调幅方式图5.7 双边带调制电路的模型1、双边带调幅、双边带调幅DSB高高频频电电子子线线路路1)1)双边带调制双边带调制双边带调幅信号数学表达式为双边带调幅信号数学表达式为 uo(t)=Amuc(t)u(t)=AmUm cost Ucmcosct 由上式可得双边带调幅信号的波形，如图由上式可得双边带调幅信号的波形，如图5.8(a)5.8(a)所示。所示。根据上式可得双边带调幅信号的频谱表达式根据上式可得双边带调幅信号的频谱表达式为为高高频频电电子子线线路路图5.8 双边带调制信号高高频频电电子子线线路路双边带信号的

9、频谱宽度为双边带信号的频谱宽度为 BWBWDSBDSB=2F =2F 从从以以上上分分析析可可见见，双双边边带带调调制制与与普普通通调调幅幅信信号号的的区区别别就就在在于于其其载载波波电电压压振振幅幅不不是是在在UAm上上、下下按按调调制制信信号号规规律律变变化化。这这样样，当当调调制制信信号号u(t)进进入入负负半半周周时时，uAM(t)就就变变为为负负值值，表表明明载载波波电电压压产产生生180180相相移移,其其包包络络已已不不再再反反映映u(t)的变化规律。的变化规律。高高频频电电子子线线路路2)2)单边带调制单边带调制 单边带调制已成为频道特别拥挤的短波无线单边带调制已成为频道特别拥

10、挤的短波无线电通信中最主要的一种调制方式。电通信中最主要的一种调制方式。单单边边带带调调制制不不仅仅可可保保持持双双边边带带调调制制波波，节节省省发发射射功功率率的的优优点点，而而且且还还可可将将已已调调信信号号的的频频谱谱宽度压缩一半，即宽度压缩一半，即 BW BWSSBSSB=F =F 单边带调幅的波形及频谱如图单边带调幅的波形及频谱如图5.95.9所示。所示。单边带调制电路有两种实现模型。单边带调制电路有两种实现模型。一一种种是是由由乘乘法法器器和和带带通通滤滤波波器器组组成成，如如图图5.105.10所示，称为滤波法。所示，称为滤波法。高高频频电电子子线线路路图5.9 单边带调幅的波形

11、及频谱 高高频频电电子子线线路路图5.10 采用滤波法的单边带调制电路模型高高频频电电子子线线路路-2-2 调幅电路调幅电路三、三、单边带调幅电路单边带调幅电路二、二、双边带调幅电路双边带调幅电路一、一、普通的调幅电路普通的调幅电路1、模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路2、二极管平方律调幅器二极管平方律调幅器3、基极调幅和集电极调幅电路基极调幅和集电极调幅电路1、二极管平衡调幅器二极管平衡调幅器2、二极管环形调幅器二极管环形调幅器3、模拟乘法器双边带调幅电路模拟乘法器双边带调幅电路高高频频电电子子线线路路分类：分类：按产生调幅波方式的不同按产生调幅波方式的不同普通调幅电路普通调幅电路双边带调

12、幅电路双边带调幅电路单边带调幅电路单边带调幅电路按输出功率的高低按输出功率的高低低电平调幅电路低电平调幅电路高电平调幅电路高电平调幅电路 低电平调幅电路置于发射机的前级，产生较小的已调波低电平调幅电路置于发射机的前级，产生较小的已调波功率。该已调波功率经线性功率放大器放大后便可得到所需功率。该已调波功率经线性功率放大器放大后便可得到所需要的发射功率。常用于双边带调制和单边带调制发射机中。要的发射功率。常用于双边带调制和单边带调制发射机中。高电平调幅是将调制和功放合而为一，调制后的信号不需高电平调幅是将调制和功放合而为一，调制后的信号不需要放大就可以直接发送出去，所以常置于发射机的最后一级。要放

13、大就可以直接发送出去，所以常置于发射机的最后一级。许多广播发射机都采用这种调制，主要用于形成许多广播发射机都采用这种调制，主要用于形成AM信号。信号。高高频频电电子子线线路路一、一、普通的调幅电路普通的调幅电路1 1、模拟乘法器调幅电路、模拟乘法器调幅电路uucKMXYXYuZRRRRAu0图5.11模拟乘法器普通调幅电路调制信号调制信号u(t)Umcost=Um cos2Ft高频等幅信号即载波信号高频等幅信号即载波信号uc(t)Ucmcosct=Ucmcos2fct所以，乘法器的输出电压所以，乘法器的输出电压Uz(t)=KMu(t)uc(t)高高频频电电子子线线路路则输出电压则输出电压 为保

14、证不失真，要求为保证不失真，要求|K|KM MU Umm|1.|1.该电路的输出信号该电路的输出信号为普通的调幅波。为普通的调幅波。高高频频电电子子线线路路2 2、二极管平方律调幅器、二极管平方律调幅器VCLUc(t)U(t)U(t)U0(t)Ui(t)图图5.12二极管平方律调幅器原理图二极管平方律调幅器原理图 U为偏置电压，使二极管的静态工作点位于特性曲为偏置电压，使二极管的静态工作点位于特性曲线的非线性较严重的区域，线的非线性较严重的区域，高高频频电电子子线线路路若忽略输出电压的反作用，则二极管两端电压若忽略输出电压的反作用，则二极管两端电压流过二极管的电流为流过二极管的电流为上式中含有

15、无限多个频率成分，其一般表达式为上式中含有无限多个频率成分，其一般表达式为高高频频电电子子线线路路 该组合频率中含有该组合频率中含有fc,fcF的频率成分，被中心频率为的频率成分，被中心频率为fc通频带宽度为通频带宽度为2F的带通滤波器选出，而其他组合频率成的带通滤波器选出，而其他组合频率成分被滤掉，则分被滤掉，则u0(t)为普通调幅波。为普通调幅波。设设L、C回路的谐振电阻为回路的谐振电阻为R0,且且i=f(u)的幂级数展开式的幂级数展开式只取前三项，推出：只取前三项，推出：其中其中 由于由于i中有用的相乘项的存在才能得到调幅波，而有用中有用的相乘项的存在才能得到调幅波，而有用相乘项是由幂级

16、数展开式中二次方项产生的，所以该电路相乘项是由幂级数展开式中二次方项产生的，所以该电路称为平方律调幅器。称为平方律调幅器。高高频频电电子子线线路路3 3、基极调幅和集电极调幅电路、基极调幅和集电极调幅电路（1）基极调幅电路基极调幅电路 基极调幅是基极调幅是利用三级管的非利用三级管的非线性特性，用调线性特性，用调制信号来改变基制信号来改变基极偏压，从而实极偏压，从而实现调幅的。现调幅的。图5.13 基极调幅电路高高频频电电子子线线路路（2）集电极调幅电路集电极调幅电路图5.1 集电极调幅电路高高频频电电子子线线路路二、二、双边带调幅电路双边带调幅电路1.二极管平衡调制器二极管平衡调制器图5.15

17、 二极管平衡调幅器（1 1）工作原理）工作原理高高频频电电子子线线路路 平衡调幅器可以看成是两个平方律调幅器连接而成平衡调幅器可以看成是两个平方律调幅器连接而成的。二极管的。二极管V1，V2的伏安特性分别为的伏安特性分别为由简化电路所知，当忽略输出电压的反作用时，由简化电路所知，当忽略输出电压的反作用时，若若 ，则由上式可得到，则由上式可得到U0中的组合频率中的组合频率 高高频频电电子子线线路路如果上述幂级数展开式取前三项，可得到如果上述幂级数展开式取前三项，可得到 若用中心频率为若用中心频率为fc,通频宽度为通频宽度为2F的带通滤波器接在的带通滤波器接在输出端，则得到只含有（输出端，则得到只

18、含有（fcFF）的上、下边频分量，即）的上、下边频分量，即实现了双边带调幅。实现了双边带调幅。（2 2）斩波调幅）斩波调幅 实际运用时，通常满足条件：实际运用时，通常满足条件：UCMUm,并且并且UCMUj (二极管导通电压二极管导通电压)，因此二极管工作在大信号开关状态，因此二极管工作在大信号开关状态，其导通与截止受载波其导通与截止受载波UC(t)的控制。的控制。即即UC(t)0，二极管导通，其导通电阻为，二极管导通，其导通电阻为rd,在在UC(t)0，二极管截止。，二极管截止。高高频频电电子子线线路路二极管二极管D1中流过的电流中流过的电流i1,可表示为可表示为 S(t)称作开关常数，是振

19、幅等于称作开关常数，是振幅等于1 1，重复角频率为，重复角频率为c的矩形的矩形波。波。同理，二极管同理，二极管D2中流过的电流中流过的电流i2,可表示为可表示为高高频频电电子子线线路路输出电压输出电压U0为为将将s(t)s(t)展开为傅立叶级数后，输出电压为展开为傅立叶级数后，输出电压为 式子第二项实现了调制信号与载波信号的乘法运算，式子第二项实现了调制信号与载波信号的乘法运算，即实现了抑制载波的双边带调制。如果在输出端接一个即实现了抑制载波的双边带调制。如果在输出端接一个中心频率为中心频率为fc,通频宽度为通频宽度为2F的带通滤波器，即可获得双的带通滤波器，即可获得双边带调制信号。边带调制信

20、号。U0(t)的波形可由的波形可由U(t)与与S(t)相乘得到，好似用相乘得到，好似用s(t)斩U(t)所得，故称斩波调幅。所得，故称斩波调幅。高高频频电电子子线线路路高高频频电电子子线线路路2.二极管环形调制器二极管环形调制器 二极管平衡调幅电路输出信号中含有较大的调制信号二极管平衡调幅电路输出信号中含有较大的调制信号分量，因此，采用环形调制电路将其抑制掉。分量，因此，采用环形调制电路将其抑制掉。图中四个特性相同的二极管首尾相接，组成一个环路，图中四个特性相同的二极管首尾相接，组成一个环路，故称为环形调幅器。其工作时亦满足故称为环形调幅器。其工作时亦满足UCMUm条件，四个条件，四个二极管工

21、作于开关状态。二极管工作于开关状态。当当u uc c(t)0(t)0时，二极管时，二极管D D1 1、D D2 2导通，导通，D D3 3、D D截止，产截止，产生电流生电流i i1,1,i i2 2 当当uc(t)0uc(t)0时，二极管时，二极管D D3 3、D D导通，导通，D D1 1、D D2 2截止，产截止，产生电流生电流i i3 3,i,i 因此，可将环形调幅电路视作两个平衡调制电路。因此，可将环形调幅电路视作两个平衡调制电路。高高频频电电子子线线路路高高频频电电子子线线路路3.模拟乘法器双边带调幅电路模拟乘法器双边带调幅电路高高频频电电子子线线路路.3 检波检波器器(3)分类1

22、、检波器概述、检波器概述(1)作用作用(2)实质实质从高频调幅波中解调出原调制信号从高频调幅波中解调出原调制信号检波器实际上是一种频谱搬移电路检波器实际上是一种频谱搬移电路高高频频电电子子线线路路2、大信号包络检波器、大信号包络检波器.3 检波器检波器(1)电路组成电路组成(2)工作原理工作原理高高频频电电子子线线路路.3 检波器检波器3、大信号包络检波器的惰性失真、大信号包络检波器的惰性失真 RL CL过大使二极管在截止期间过大使二极管在截止期间CL的放电速度太的放电速度太慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度，出现如，出现如图所示的失真现象。图所示的失真现象。

23、(1)形成原因形成原因(2)波形现象波形现象(3)避免条避免条件件高高频频电电子子线线路路相当于给V加了一额外的反偏电压，当RL比Ri2大得多的情况下，URL就很大使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于URL，导致V在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“负峰切割失真”。.3 检波器检波器、大信号包络检波器的负峰切割失真、大信号包络检波器的负峰切割失真图中：波形：高高频频电电子子线线路路也就是说，负峰切割失真本质上是由于检波也就是说，负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。图的措施来减小

24、交直流负载的差别。.3 检波器检波器5、克服负峰切割失真的方法、克服负峰切割失真的方法为了避免负峰切割失真，必须为了避免负峰切割失真，必须因而：因而：高高频频电电子子线线路路分析可知其中含有频率分量分析可知其中含有频率分量0、F、2fc、(2fcF)用一低通滤波器后再隔直便得到低用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。频调制信号。.3 检波检波器器6、同步检波器、同步检波器(1)电路特点电路特点 对对AM、DSB、SSB等调幅波均适用。等调幅波均适用。工作时需要有一同步参考信号工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相与载波同频同相)。(2)同步检波原理同步检波原理设：设：则：则：高高频频电

25、电子子线线路路U同步检波器应用电路：同步检波器应用电路：原原理理：调调幅幅信信号号ui(t)加加到到1脚脚，同同步步信信号号ur(t)加加到到8脚脚。检检波波输输出出信信号号从从9脚脚输输出出，经经过过型型低低通通滤滤波波器器滤滤除除高高频频分分量量，最最后后由由隔隔直直电电容容去去除除直直流流后，得到所需的低频输出信号后，得到所需的低频输出信号uo(t)。高高频频电电子子线线路路.7 混频器混频器变频是指将高频已调波经过频率变换，变为变频是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。固定中频已调波。1、变频器的作用、变频器的作用(1)文字描述文字描述(2)框图描述框图描述(3)表达式描述

26、表达式描述高高频频电电子子线线路路(5)频谱描述频谱描述.7 混频器混频器1、变频器的作用、变频器的作用()波形描述波形描述高高频频电电子子线线路路.7 混频器混频器经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其中频电流为：中频电流为：2、混频的基本原理、混频的基本原理设：设：根据非线性器件的幂级数展开式：根据非线性器件的幂级数展开式：代入两信号分析可得其中含有代入两信号分析可得其中含有频率分量：频率分量：高高频频电电子子线线路路失真：输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同失真：输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同干扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量干

27、扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量.7 混频器混频器3、主要性能指标、主要性能指标(1)混频增益混频增益(2)选择选择性性要求选频网络的选择性好要求选频网络的选择性好,矩形系数接近于矩形系数接近于1。(3)失真与干扰失真与干扰高高频频电电子子线线路路、混频电路、混频电路模拟乘法器混频器模拟乘法器混频器.7 混频器混频器分析如下：分析如下：经中心频率为经中心频率为fI，带宽为，带宽为2F的带通滤波器滤波后，得：的带通滤波器滤波后，得：高高频频电电子子线线路路、混频电路、混频电路二极管平衡混频二极管平衡混频.7 混频器混频器分析如下：分析如下：带通后得：带通后得：高高频频电电子子线线路路、混

28、频电路、混频电路三极管混频三极管混频(1)(1)基本原理基本原理利用三极管利用三极管ic和和uBE的非线性来进行频率的非线性来进行频率变换变换(2)(2)几种基本形式几种基本形式.7 混频混频器器高高频频电电子子线线路路5、混频干扰、混频干扰(1)组合频率干扰组合频率干扰混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰扰(2)副波道干扰副波道干扰由于接收机前端选择性不好由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引外界干扰信号窜入而引起起的干扰的干扰(最强两个最强两个:中频干扰和镜像干扰中频干扰和镜像干扰)(3)交叉调制干扰交叉调制干扰在有用中频信号的

29、包络上叠加了干扰信号的包络而在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起引起()互调干扰互调干扰干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起起.7 混频器混频器高高频频电电子子线线路路学习小结：学习小结：调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。包络反映了调制信号变化的规律。调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。合。检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失真。真。常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。高高频频电电子子线线路路此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢