第三章调幅器模块制作与测试课件

3.3调制器模块制作与测试调制器模块制作与测试传输媒质传输媒质 信息源信息源发送设备发送设备接收设备接收设备 终端装置终端装置图 通信系统基本组成框图 通信系统基本组成框图通信系统基本组成框图 AMFMPM调制调制检波检波鉴频鉴频鉴相鉴相解调解调为什么要调制？为什么要调制？调制器模块是发射机中的重要模块调制器模块是发射机中的重要模块）(a)调制信号(b)载波(c)调幅波形tu3.3.1调幅器模块制作与测试调幅器模块制作与测试1.调幅信号时域分析调幅信号时域分析图 3.3.1 调幅波的形成（正弦调制）时时域域图 非正弦波调制所得到的调幅波形调幅波数学表达式与波形调幅波数学表达式与波形n调幅波的特点是调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。这个变化作周期性的变化。这个变化的周期与调制信号的周期相同，而振幅变化则与调制信号的振幅成正比。的周期与调制信号的周期相同，而振幅变化则与调制信号的振幅成正比。假定调制信号：假定调制信号：载波：载波：已调波的振幅为：已调波的振幅为：式中为比例常数式中为比例常数n因此，已调波可以用下式表示：因此，已调波可以用下式表示：n式中式中 叫做调幅指数或调幅度，它通常以百分数来表示。叫做调幅指数或调幅度，它通常以百分数来表示。调幅波波形的画法调幅波波形的画法:包络法包络法Ma=1Ma1Ma1，振，振幅幅Ucm在某个时间在某个时间段会小于段会小于0，此时，此时的调幅称为过调幅；的调幅称为过调幅；调幅波将产生失真，调幅波将产生失真，应避免；此时调幅应避免；此时调幅波的包络已不能反波的包络已不能反映调制信号的规律；映调制信号的规律；图.不同调幅度的波形不同调幅度的波形不同调幅度的波形仿真仿真:改变改变ma对波形的影响对波形的影响Umax=U0(1+ma)Umin=U0(1-ma)Ma的求法的求法:调幅波的产生电路调幅波的产生电路u2调幅波的产生电路仿真调幅波的产生电路仿真如何用函数信号发生器产生一个调幅波？如何用函数信号发生器产生一个调幅波？上键载波fC=M Uom=2vF=1k,ma=菜单：即可选择调制波形上键调制波上键调制深度考虑调制信号为正弦波、方波、心电图信号菜单:2.方波,10.心电图1.测调幅波的最大值测调幅波的最大值Umax 最小值最小值Umin2.计算计算 ma3.改变改变ma看波形看波形用示波器对调幅波进行测量用示波器对调幅波进行测量调幅波的频谱与带宽调幅波的频谱与带宽单频调制单频调制:可见可见,单音频信号调制单音频信号调制的的AM波，有一对边频，对波，有一对边频，对称分布在称分布在 0 两边，振幅均两边，振幅均为为 maU0/2 带宽用带宽用fbw表示。显然表示。显然 fbw=(f0+F)(f0F)=2F 图3.3.3正弦调制的调幅波频谱多频信号多频信号:图 非正弦调幅波的频谱调幅过程实际上是一种频率搬移过程。经过调制后，调制信调幅过程实际上是一种频率搬移过程。经过调制后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带与下边带。号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带与下边带。频带宽度BW2Fmax线性频谱搬移线性频谱搬移调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的2倍。倍。n调调幅幅波波所所占占的的频频带带宽宽度度等等于于调调制制信信号号最最高频率的高频率的2倍。倍。n例例如如，设设最最高高调调制制频频率率为为5KHz，则则调调幅幅波波的的带带宽宽即即为为。为为了了避避免免电电台台之之间间互互相相干干扰扰，对对不不同同频频段段与与不不同同用用途途的的电电台台所所占占频频带带宽宽度度都都有有严严格格的的规定。规定。n例例如如，过过去去广广播播电电台台允允许许占占用用的的频频带带宽宽度度为为10KHz。自自1978年年11月月23日日起起，我我国国广广播播电电台台所所允允许许占占用用的的带带宽宽已已改改为为9KHz，亦亦即即最最高高调调制制频频率率限限在在4.5KHz以内。以内。例例3.3.1 已知已知:已调幅信号的频谱图如图已调幅信号的频谱图如图3.3.4所示所示 写出已调信号的电压数字表达式。写出已调信号的电压数字表达式。已调波的频带宽度。已调波的频带宽度。解解（1）根据频谱图知）根据频谱图知:fC=1000K,F=100Hz已调波的频带宽度已调波的频带宽度:n如果将式(3.3.5)所代表的调幅波电源输送功率至电阻R上，则有：n载波功率:n下边频功率:n上边频功率:n调幅波的平均输出总功率(在调制信号一周期内)2.普通调幅波中的功率关系普通调幅波中的功率关系ma=0.3时，有用信号占%有用信号只占4.3%发射机简单，但发射机的效率很低发射机简单，但发射机的效率很低无信息量由公式（由公式（3.3.9）可知，）可知，调幅波的功率和幅波的功率和调幅指幅指标 成正比，增加成正比，增加 便可增加便可增加输出功率。出功率。由此可知当由此可知当载波幅度不波幅度不变的情况下，增大的情况下，增大 ,可增大可增大但但实际情况下情况下调制信号的制信号的电压幅度幅度变化很大。化很大。当当 为最大值时，调幅指标可以为为最大值时，调幅指标可以为1；当当为最小最小值时调幅指幅指标可能只有可能只有10%。一般只有一般只有30%左右，想要将左右，想要将做的更高很做的更高很难。因此实际的因此实际的结论：结论：n调幅波的平均功率调幅波的平均功率Po和边频功率随和边频功率随ma的增大而的增大而增加；增加；n载波不包含待传输的调制信号；载波不包含待传输的调制信号；n所要传输的信息所要传输的信息(即调制信号即调制信号)只存在于边频功率只存在于边频功率中；中；n调幅波平均功率中真正有用的是边频功率，载波调幅波平均功率中真正有用的是边频功率，载波功率是没有用的；功率是没有用的；n有用的边频功率占整个调幅波平均功率的比例很有用的边频功率占整个调幅波平均功率的比例很小，发射机的效率很低；小，发射机的效率很低；n调幅波的最大振幅为调幅波的最大振幅为Uo(1+ma)，故其最大瞬时功率故其最大瞬时功率Pmax=(1+ma)2P0Tn如果调制信号为多频信号，则调幅波平均功率等如果调制信号为多频信号，则调幅波平均功率等于载波和各边频功率之和。于载波和各边频功率之和。n为了克服为了克服AMAM调幅波的缺点，即载波不含有用信息，又占整个调幅调幅波的缺点，即载波不含有用信息，又占整个调幅波平均功率的很大比重；在调幅系统中采用抑制载波的双边带调波平均功率的很大比重；在调幅系统中采用抑制载波的双边带调幅和单边带调幅；幅和单边带调幅；n在传输前将载波抑制掉，可大大节省发射机的发射功率；在传输前将载波抑制掉，可大大节省发射机的发射功率；n传输两个边带的调幅方式简称双边带调幅，用传输两个边带的调幅方式简称双边带调幅，用DSBDSB表示；表示；n只传输一个边带的调幅方式简称单边带调幅，用只传输一个边带的调幅方式简称单边带调幅，用SSBSSB表示；表示；3.抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅DSB和单边带调幅和单边带调幅SSB（1）抑制载波的双边带调幅原理）抑制载波的双边带调幅原理 DSB（Double Side Band）1)单频调制单频调制图3.3.5 DSB波形图和频谱图频谱宽度：频谱宽度：fbw=2F时域时域频域频域双边带的包络不能反映调制信号双边带的包络不能反映调制信号仿真仿真n当调制信号为单频时，单边带调幅信号就是等幅波，当调制信号为单频时，单边带调幅信号就是等幅波，数学表达式为：数学表达式为：（上边带）（上边带）（下边带）（下边带）(2)抑制载波的单边带调幅抑制载波的单边带调幅SSB2SSB(Single Side Band)上面所说的DSB抑制了载频，节省了功率但频带利用率没有提高。因此出现了SSB单边带调幅，其原理和DSB基本相同，只是在DSB基础上通过滤波器滤除了一个边带，利用剩下的边带保留的信息进行传送，频带利用率提高了一倍，因而得到广泛应用。由于其电路实现比较复杂这里不再介绍，有兴趣的同学可参考相关书籍。小结小结小结小结n普通调幅发射机和接收机都较简单，但所占频带普通调幅发射机和接收机都较简单，但所占频带宽，还要传输不含信息的载波；在广播系统中，宽，还要传输不含信息的载波；在广播系统中，多采用普通调幅，以降低接收机成本；多采用普通调幅，以降低接收机成本；n双边带调幅可大大节省发射机的功率，但所占频双边带调幅可大大节省发射机的功率，但所占频带宽，发射机和接收机都较复杂，应用很少；带宽，发射机和接收机都较复杂，应用很少；n单边带调幅既可大大节省发射机的功率，又能节单边带调幅既可大大节省发射机的功率，又能节约频带，但发射机和接收机较复杂，在短波无线约频带，但发射机和接收机较复杂，在短波无线通信中得到广泛应用。通信中得到广泛应用。调幅波的表达式调幅波的表达式:波形波形复习复习功率关系功率关系实现调幅的方法，大约有以下几种：实现调幅的方法，大约有以下几种：n1.低电平调幅低电平调幅(Low-level AM)调制过程是在低电平级进行的，因而需调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率小。属于这种类型的调制方法有：要的调制功率小。属于这种类型的调制方法有：(1)平方律调幅平方律调幅(Square law AM)利用电子器件的伏安特性曲线的平方利用电子器件的伏安特性曲线的平方律部分的非线性作用进行调幅。律部分的非线性作用进行调幅。(2)斩波调幅斩波调幅(On-off AM)将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。n2.高电平调幅高电平调幅(high-level AM)调制过程在高电平级进行，通常是在丙调制过程在高电平级进行，通常是在丙类放大器中进行调制。属于这一类型的调制方法有：类放大器中进行调制。属于这一类型的调制方法有：(1)集电极集电极(阳极阳极)调幅调幅。(2)基极基极(控制栅极控制栅极)调幅调幅。调幅波如何产生调幅波如何产生?uc,u 通通过过非非线线性器件性器件产产生生载载波、和波、和频频与差与差频频等各种等各种频频率率分量分量.经带经带通通滤滤波器波器产产生生输输出。出。1.平方律调幅平方律调幅-低电平调幅低电平调幅n假设非线性器件为二极管，它的特性可表示假设非线性器件为二极管，它的特性可表示n式中，输入电压为式中，输入电压为 平方律调幅电路仿真仿真2.模拟乘法器调幅模拟乘法器调幅MC1496ucuu0 xyzu0=Km ux uy=Km uc(u+E0)=Km Uo cosCt(E0+Umcost)=Km Ucm E0(1+Um/E0 cost )cosCt=U0（1+ma cost)cosCt-普通调幅波普通调幅波u0=Km ux uy=Km uc u=Km Ucm cosCt Umcost=U0cost cosCt -双边带调幅双边带调幅MC1496ucu+E0u0 xyz模拟乘法器实现模拟乘法器实现双边带调幅双边带调幅DSB模拟乘法器实现模拟乘法器实现普通调幅普通调幅AM集成电路应用于调制电路，通常是采用模拟乘法器集成电路应用于调制电路，通常是采用模拟乘法器(Analog Multiplier)的形式的形式 带恒流源的双差动模拟乘法器XFCl596内部电路国产集成电路双差分对模拟乘法器XFCl596 调制信号 负反馈电阻以扩大的线性动态范围 3.9 k电阻为两管的集电极负载电阻 提供基极偏置电压 输入载波电压 载波调零电位器n测测试试电电路路：如如图图所所示示为为由由MC1496(与与 XFCl596的的 功功 能能及及内内部部电电路路基基本本相相同同)构构成成的的模模拟拟乘乘法法器器混混频频电电路路。图图中中，VCC=12V，电电阻阻及及电电容容取取值值如如图图所所示示。输输入入载载波波信信号号uc(从从10脚脚与与8脚脚输输入入)，输输入入信信号号us（从从1脚脚与与4脚脚输输入入），信信号号输输入入端端还还加加一一直直流流差差分分电电压压E0（即即1,4脚脚之之间间电电位位差差）。当当调调节节电电位位器器RP时时，即即可可改改变变E0的的大大小小，从从而而使使载载波波的的幅幅度度发发生生变变化化，起起到到调调整整载波的作用。载波的作用。nRW为载波调零电位器，其作用是：将调制信号移去，只加载波电压，调节RW，使输出载波电压UO=0。双差分对的工作特性取决于载波输入电压振幅U1m的大小。当U1m26mV时，电路工作于开关状态；当U1m26mV时，电路工作于线性状态。当同时加入u1与u后，输出回路电压即为载波被抑制的双边带调幅波（double side band-suppressed carrier简写为DSBSC)。n若想获得标准的调幅波输出，则只要在u=0时，调整Rw，使输出载波电压UO为适当数值，则在加入u后即可获得标准的调幅输出。任务任务3.3.1模拟乘法器调幅特性测试模拟乘法器调幅特性测试MC1496测试电路：测试电路：连接图连接图高频信号发生器函数信号发生器示波器稳压电源8v+12v+ABDSBAM1.将所有仪器的各个旋钮均放在适当位置上，按连将所有仪器的各个旋钮均放在适当位置上，按连接图接好电路，检查无误，打开电源接图接好电路，检查无误，打开电源2.在在A和地之间用和地之间用DDS函数信号发生器函数信号发生器输入高频信输入高频信号，频率为号，频率为465KHz，幅度为，幅度为500mV的正弦波的正弦波；在在B和地之间用函数信号发生器和地之间用函数信号发生器EE1641B输入低输入低频信号，频率为频信号，频率为1KHz，幅值为，幅值为0.2V的正弦波的正弦波。用示波器观察输出波形，调节用示波器观察输出波形，调节RW，画出，画出m1，m1和和m1的输出波形。的输出波形。3.将将B和地之间短路，调节和地之间短路，调节Rw，使示波器观察的波，使示波器观察的波形为一条直线，此时载波幅度被抑制掉。形为一条直线，此时载波幅度被抑制掉。4.去掉短路线，在去掉短路线，在B和地之间输入低频信号，频率为和地之间输入低频信号，频率为1KHz，幅值为，幅值为0.2V。这时看到的是双边带调制波形。这时看到的是双边带调制波形。5.调节调节Rw，使，使m1，这时输出波形为，这时输出波形为m1的调幅波，的调幅波，在示波器上看到输出的波形，当在示波器上看到输出的波形，当Uc=0.5v,U=0.2v时，时，计算计算m值？值？0.296.Rw不变，调节不变，调节Uc=0.7v,U=0.2v时，计算时，计算m值值0.297.调节调节Uc=0.5v,U=0.3v时，计算时，计算m值？值？0.43结论：结论：模拟乘法器模拟乘法器 （可以可以/不可以）实现调幅。不可以）实现调幅。Ma=Um/E03.集电极调幅集电极调幅n所谓集电极所谓集电极(阳极阳极)调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集调幅，就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极电极(阳极阳极)直流电源电平，以实现调幅。它的基本电路如图直流电源电平，以实现调幅。它的基本电路如图5.29所示。所示。由图可知，低频调制信号由图可知，低频调制信号 与直流电源与直流电源 相串联，因此相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号放大器的有效集电极电源电压等于上述两个电压之和，它随调制信号波形而变化。根据丙类功放的特点，在过压状态下，集电极电流的基波形而变化。根据丙类功放的特点，在过压状态下，集电极电流的基波分量波分量 随集电极电源电压成正比变化。因此，集电极回路输出的随集电极电源电压成正比变化。因此，集电极回路输出的高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。图图515 基极调幅的波形基极调幅的波形