高频电子电路振幅调制和解调全面资料

高频电子电路振幅调制和解调（优选）高频电子电路振幅调制和解调高频振荡高频放大话筒声音缓冲发射 天线倍频调制音频放大2.调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发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，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号:20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度:3.75 3750km4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移4可实现的回路带宽可实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）:20Hz20kHz高频（射频）高频（射频）:AM广播信号广播信号:535 1605kHz，BW=20kHz lowhigh2020k10k1000k100k3.调制的方式和分类调制的方式和分类调幅调幅调相调相调制调制连续波调制连续波调制脉冲波调制脉冲波调制脉宽调制脉宽调制振幅调制振幅调制编码调制编码调制调频调频脉位调制脉位调制4.调幅的方法调幅的方法平方律调幅平方律调幅斩波调幅斩波调幅调幅方法调幅方法低电平调幅低电平调幅高电平调幅高电平调幅集电极调幅集电极调幅基极调幅基极调幅图图图图 检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形检波器的输入输出波形1.定义：定义：从振幅受调制的高频信号中还原出原调制从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。的信号。图图图图 检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱检波器检波前后的频谱图图图图 检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分检波器的组成部分2.组成组成3.检波的分类检波的分类二极管检波器二极管检波器三极管检波器三极管检波器检波检波器件器件信号大小信号大小小信号检波器小信号检波器大信号检波器大信号检波器工作特点工作特点包络检波器包络检波器同步检波器同步检波器9.2 9.2 调幅波的性质调幅波的性质1.普通调幅波的数学表示式普通调幅波的数学表示式首先讨论单音调制的调幅波。首先讨论单音调制的调幅波。载波信号：载波信号：调制信号：调制信号：调调 幅信号（已调波）：幅信号（已调波）：由于调由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，式中，式中为比例常数为比例常数即：即：式中式中ma为调幅度，为调幅度，常用百分比数表示。常用百分比数表示。特点：特点：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致波形一致;(2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱度反映了调幅的强弱度.图图图图 由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波由非正弦波调制所得到的调幅波图 斩波调幅器工作图解一、调幅波的数学表示式与频谱检波器的直流负载电阻R与交流负载电阻不相等，而且调幅度ma又相当大时引起的。输入电阻RL后的检波电路图 各种调幅制式的频谱示意图对调制频率=minmax，要求检波电容C对高频载波短路但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。其中，是二极管电流通角，为检波器负载电阻，d为检波器内阻。图 单边带发射机方框图举例输入电阻RL后的检波电路(4)由于集电极引入 调变 ,要求调制器给出较大的功率。单边带制能获得更好的通信效果。图 单边带发射机方框图举例送部分应满足互补对称关系。直流负载电阻R上的电压为:要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。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：输入电阻RL后的检波电路（1）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲线所决定电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波 双边带调幅波双边带调幅波单边带信号单边带信号波形图波形图频谱图频谱图信号信号带宽带宽 三种振幅调制信号三种振幅调制信号2.普通调幅波的频谱普通调幅波的频谱（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频信号带宽信号带宽0(2)限带信号的调幅波限带信号的调幅波max调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带 如果将普通调幅波输送功率至如果将普通调幅波输送功率至电阻电阻R上，则载波与两个边频将上，则载波与两个边频将分别得出如下的功率：分别得出如下的功率：0载波功率载波功率:上边频或下边频上边频或下边频:在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AMAM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是在调幅波中，只有旁频（或边带）才是有用的信息量。而载波分量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。仅是起到频谱搬移的作用，不反映调制信号的变化规律。载波本身并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。不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。当当ma1时，时，PoT(2/3)PAM ；当当ma0.5时，时，PoT(8/9)PAM ；0，因而整机效率低。这是调幅制的缺点。因而整机效率低。这是调幅制的缺点。一般9.3 9.3 平方律调幅平方律调幅 调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率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。分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。图图图图 非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图非线性调幅方框图 如果静态工作点和输入信号变换范围选择合适，非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。线性器件工作在满足平方律的区段。其中其中产生调幅作用的项是称为平方律调幅滤波后，输出电压为：调幅度：结论：（1）调幅度的大小由调制信号电压振幅及调制器的特性曲线所决定（2）通常，a2a1因此用这种方法所得到的调幅度不大。在平方律调幅中,管子工作于甲类非线性状态,效率低,只适用于低电平调幅.图图图图 串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路串联双二极管平衡调幅器简化电路总的输出电压总的输出电压:输出:滤掉输出电压没有载波分量优点:有效地抑制载波.1 AM:DSB:2 波形:AM:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于载波振幅.DSB:当调制信号等于0时,调幅波的振幅等于0.解释:1 在平衡调幅电路中,当调制信号等于零时,载波恰恰互相抵消,输出为零.2每经过一次零点,即意味着两管电流的大小关系要互换一次,因此在输出电路中高频电压的相位相反.DSB于AM的区别图图图图 斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图斩波调幅器方框图9.4 9.4 斩波调幅斩波调幅图图图图 斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解斩波调幅器工作图解图图图图 平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解平衡斩波调幅及其图解图图图图 二极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路图图图图 环形调幅器电路环形调幅器电路环形调幅器电路环形调幅器电路使所容纳的频道数目加倍，大大提高波段利用率。使所容纳的频道数目加倍，大大提高波段利用率。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制能获得更好的通信效果。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。单边带制的选择性衰落现象要轻得多。要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要要求收、发设备的频率稳定度高，设备复杂，技术要求高。求高。9.6 9.6 单边带信号的产生单边带信号的产生单边带制能大大节省发送功率。单边带制能大大节省发送功率。调幅波0+上边频0-下边频1.滤波器法滤波器法图图图图 滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图滤波器法原理方框图图图图图 滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图滤波器法单边带发射机方框图注意：提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。注意：提高单边带的载波频率决不能用倍频的方法。图图图图 单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例单边带发射机方框图举例2.相移法相移法图图图图 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图3.修正的移相滤波法修正的移相滤波法9.7 9.7 残留边带调幅残留边带调幅 在单边带调幅与双边带调幅之间，有一种折衷方在单边带调幅与双边带调幅之间，有一种折衷方式，即残留边带调幅。它传送被抑制边带的一部分，同式，即残留边带调幅。它传送被抑制边带的一部分，同时又将被传送边带也抑制掉一部分。为了保证信号无失时又将被传送边带也抑制掉一部分。为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制部分和抑制边带中的被传真地传输，传送边带中被抑制部分和抑制边带中的被传送部分应满足互补对称关系。送部分应满足互补对称关系。特点特点:所占频带比单边带略宽一些所占频带比单边带略宽一些;它在它在附近附近的一定范围内具有两个边带，因此在调制信号（例如电的一定范围内具有两个边带，因此在调制信号（例如电视信号）含有直流分量时，这种调制方式可以适用视信号）含有直流分量时，这种调制方式可以适用;残残留边带滤波器比单边带滤波器易于实现。留边带滤波器比单边带滤波器易于实现。图图图图 各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图各种调幅制式的频谱示意图9.8 9.8 高电平调幅高电平调幅 高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号信号v去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度Vcm来实现调来实现调幅的。幅的。临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)1 工作原理集电极有效电源:受到调制过压状态:振幅集电极调幅应工作于过压状态。集电极调幅电路2 能量关系集电极有效电源:其中供给的集电极电流直流分量,基波分量集电极有效电源,提供的总功率:集电极直流电源提供的功率:调制信号提供的平均功率:平均输出功率:载波输出功率(:一周期内平均集电极耗散功率)集电极效率:可见:效率与无关。故可获得较高的功率,使晶体管充分利用。注意:当时,如时,结论:(1)在一个音频周期内,各个平均功率都是相应的载波状态时的功率的 倍,(2)选管时应按 选取,且耐压要按 来选。(3)因为,所以只要载波状态的 高,则 也高。(4)由于集电极引入 调变 ,要求调制器给出较大的功率。改善线性的措施:采用双重调制。(5)非线性失真比较大。当 较小时,工作在严重过压区,下凹显著急剧下降;当 较大时,对 的控制较弱。iCiC1临临界界过压过压欠压欠压VCC（t）1 工作原理在基极电路里,高频振荡、低频调制信号和激励电源串连起来构成基极 发射级电压 ,受 的控制,集电极谐振回路取出调幅波。输出+-基极调幅电路2 工作状态的选择:在欠压区:工作状态:基极调幅电路应工作于欠压状态。当时,工作状态不能超过临界状态。临界过压欠压iCvAM（t）临界临界过压过压欠压欠压V BB(t)非线性非线性 电路电路低通低通滤滤 波器波器从已调波中检出包络信息，只适用于从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息9.9 9.9 包络检波包络检波VDCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载波负载RCRC的充放电过程的充放电过程电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。电压传输系数（检波效率）、输入电阻和失真。1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)定义：定义：vDi D-vCVim 用用分分析析高高频频功功放放的的折折线线近似分析法可以证明近似分析法可以证明其其中中，是是二二极极管管电电流流通通角角，为为检检波波器器负负载载电电阻阻，d为检波器内阻。为检波器内阻。2)等效输入电阻等效输入电阻 考考虑虑到到包包络络检检波波电电路路一一般般作作为为谐谐振振回回路路的的负负载载，它势必影响回路选频特性（它势必影响回路选频特性（Q），分析其等效电阻），分析其等效电阻:其其中中，Vim是是输输入入高高频频电电压压振振幅幅，Iim是是输输入入高高频频电流基波振幅。电流基波振幅。由由于于二二级级管管输输入入电电阻阻的的影影响响，使使输输入入谐谐振振回回路路的的Q值值降降低低，消消耗耗一一些高频功率。些高频功率。3)失真失真 产生的失真主要有：产生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；负峰切割失负峰切割失真；真；非线性失真；非线性失真；频率失真。频率失真。如如果果检检波波电电路路的的时时间间常常数数RC太太大大，当当调调幅幅波波包包络络朝朝较较低低值值变变化化时时，电电容容上上的的电电荷荷来来不不及及释释放放以以跟跟踪踪其其变变化化，所所造造成的失真称作惰性失真。成的失真称作惰性失真。惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)调幅波包络调幅波包络 如如图图所所示示，在在某某一一点点，如如果果电电容容两两端端电电压压的的放放电电速速度度小小于于包包络络的的下下降降速速度度，就就可可能能发发生惰性失真。生惰性失真。包络变化率包络变化率电容放电电容放电放电速率放电速率假定此时假定此时为避免失真为避免失真包络变化率包络变化率 实实际际上上，调调制制波波往往往往是是由由多多个个频频率率成成分分组组成成，即即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足 或或考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路负峰切割失真负峰切割失真(底边切割失真底边切割失真)隔隔直直电电容容Cc数数值值很很大大，可可认认为为它它对对调调制制频频率率交交流流短短路路，电电路路达达到稳态时，其两端电压到稳态时，其两端电压VCVim。失失真真最最可可能能在在包包络络的的负负半半周周发发生生。假假定定二二极极管管截截止止，Cc将将通通过过R和和RL缓缓慢慢放放电电，相相对对于于高高频频载载波波一一个个周周期期内内，其其电电压压VCVim将在将在R和和RL上分压。直流负载电阻上分压。直流负载电阻R上的电压为上的电压为:检检波波器器的的直直流流负负载载电电阻阻R与与交交流流负负载载电电阻阻不不相相等等，而而且且调调幅幅度度ma又相当大时引起的。又相当大时引起的。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足:交、直流负载电阻越悬殊，交、直流负载电阻越悬殊，ma越大，越容易发生该失真。越大，越容易发生该失真。不产生负峰切割失真的条件：不产生负峰切割失真的条件：考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 非线性失真非线性失真由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。如如果果负负载载电电阻阻R选选得得足足够够大大，则则检检波波管管非非线线性性特特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 频率失真频率失真（线性失真）（线性失真）（线性失真）（线性失真）由由阻阻抗抗随随频频率率变变化化的的线线性性电电抗抗元元件件电电容容、电电感感引起的失真。引起的失真。检检波波器器中中存存在在检检波波电电容容C和和隔隔直直电电容容Cc两两个个电电容容。检检波波电电容容C用用于于跟跟踪踪调调幅幅波波包包络络变变化化，隔隔直直电电容容Cc用用于于去去除除载波分量对应的直流输出。载波分量对应的直流输出。对对调调制制频频率率=minmax，要要求求检检波波电电容容C对对高高频频载载波波短短路路但但不不能能对对低低频频调调制制波波旁旁路路，隔隔直直电电容容Cc对对低低频频调制波短路。调制波短路。9.10 9.10 同步检波同步检波 同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。同步检波的名称即由此而来。相同的电压。同步检波的名称即由此而来。图图图图 同步检波器方框图同步检波器方框图同步检波器方框图同步检波器方框图载波信号相位对检波结果的影响载波信号相位对检波结果的影响1.1.乘积检波器乘积检波器乘积检波电路低通滤波器 vsV0ivr乘积检波器图图图图 输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱