高频 电子 线路ch9

,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,9 振幅调制与解调,9.1,概述,9.2 调幅波的性质,9.3,平方律调幅,9.4,斩波调幅,9.5,模拟乘法器调幅,9.6,单边带信号的产生,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,1,End,9.7 残留边带调幅,9.8 高电平调幅,9.9 包络检波,9.10,同步检波,9.11 单边带信号的接收,9 振幅调制与解调,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,2,9.1 概述,9.1.1,振幅调制简述,9.1.2 检波简述,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,3,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,将要传送的信息装载到某一高频,载频信号上去的过程。,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,1.定义,4,2. 调制的原因,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，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。,音频信号: 20Hz20kHz,波长：15 15000 km,天线长度: 3.75 3750km,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,5,2. 调制的原因,便于不同电台相同频段基带信号的同时接收,频谱搬移,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,6,2. 调制的原因,可实现的回路带宽,基带信号特点：频率变化范围很大。,高频窄带信号,频谱搬移,低频（音频）: 20Hz20kHz,高频（射频）:,AM广播信号:,535 1605kHz，,BW,=20kHz,low,high,20,20k,10k,1000k,100k,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,7,3. 调制的方式和分类,调幅,调相,调制,连续波调制,脉冲波调制,脉宽调制,振幅调制,编码调制,调频,脉位调制,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,8,End,4. 调幅的方法,平方律调幅,斩波调幅,调幅方法,低电平调幅,高电平调幅,集电极调幅,基极调幅,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.1 振幅调制简述,9,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.2 检波简述,从振幅受调制的高频信号中,还原出原调制的信号。,1.定义,10,图 9.1.1 检波器的输入输出波形,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.2 检波简述,11,图 9.1.2 检波器检波前后的频谱,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.2 检波简述,12,图 9.1.3 检波器的组成部分,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.2 检波简述,2. 组成,13,End,3. 检波的分类,二极管检波器,三极管检波器,检波,器件,信号大小,小信号检波器,大信号检波器,工作特点,包络检波器,同步检波器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.1.2 检波简述,14,9.2 调幅波的性质,9.2.1,调幅波的数学表示式与频谱,9.2.2 调幅波中的功率关系,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,15,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,1. 普通调幅波的数学表示式,首先讨论单音调制的调幅波。,载波信号：,调制信号：,调 幅信号（已调波）：,由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：,，式中,为比例常数,即：,式中m,a,为调制度，,常用百分比数表示。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,16,波形特点：,调,(1) 幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致,(2) 调幅度m,a,反映了调幅的强弱度,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,17,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,18,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,图 9.2.2 由非正弦波调制所得到的调幅波,19,电压,表达式,普通调幅波,载波被抑制双边带调幅波,单边带信号,波形图,频谱图,信号,带宽,三种振幅调制信号,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,20,2. 普通调幅波的频谱,（1）由单一频率信号调 幅,调制信号,0,载波,调幅波,0,+,上边频,0,-,下边频,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,21,信号带宽,0,(2) 限带信号的调幅波,max,调幅波,max,max,max,max,调制信号,载波,0,+,max,上边带,0,-,max,下边带,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.1 调幅波的数学表示式与频谱,22,9.2.2 调幅波中的功率关系,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：,0,载波功率:,上边频或下边频:,在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,23,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。,当m,a,1时，,P,oT,(2/3)P,o,；,当m,a,0.5时，,P,oT,(8/9)P,o,；,从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地反映调制信号的频谱结构，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。,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.2.2 调幅波中的功率关系,0,24,9.3 平方律调幅,9.3.1 工作原理,9.3.2 平衡调幅器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,25,9.3.1 工作原理,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。,这里将调制信号,v,与载波信号,v,0,相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为,0,的带通滤波器取出输出电压,v,o,中的调幅波成分。,图 9.3.1 非线性调幅方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,26,0,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.3.1 工作原理,27,0,End,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。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.3.1 工作原理,28,0,平衡调幅电路,9.3.2 平衡调幅器,如果要获得抑制载波的双边带信号，观察输出电流表示式,总的输出电流,总的输出电压,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,29,End,图 9.3.2 串联双二极管平衡调幅器简化电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.3.2 平衡调幅器,30,9.4 斩波调幅,9.4.1 工作原理,9.4.2 实现斩波调幅的两种电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,31,9.4.1 工作原理,图 9.4.1 斩波调幅器方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,32,图 9.4.2 斩波调幅器工作图解,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.4.1 工作原理,33,图 9.4.3 平衡斩波调幅及其图解,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.4.1 工作原理,34,9.4.2 实现斩波调幅的两种电路,图 9.4.4 二极管电桥斩波调幅电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,35,End,图 9.4.5 环形调幅器电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.4.2 实现斩波调幅的两种电路,36,9.5 模拟乘法器调幅,调制信号（音频）,被调信号（射频）,已调信号幅度,0,0,频谱搬运,0,已调信号,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,37,图 9.5.1 模拟乘法器电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.5 模拟乘法器调幅,38,图 9.5.2 限幅特性,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.5 模拟乘法器调幅,39,End,图 9.5.3 XFC1596的内部电路（虚线框内）,及由它构成的双边带调制电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.5 模拟乘法器调幅,40,9.6 单边带信号的产生,9.6.1 单边带通信的优缺点,9.6.2 产生单边带信号的方法,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,41,End,9.6.1 单边带通信的优缺点,使所容纳的频道数目增加倍，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，技术要求高。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,42,调幅波,0,+,上边频,0,-,下边频,9.6.2 产生单边带信号的方法,1. 滤波器法,图 9.6.1 滤波器法原理方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,43,图 9.6.2 滤波器法单边带发射机方框图,必须强调指出，提高单边带的载波频率决不能用倍频的,方法。因为倍频后，音频频率,也跟着成倍增加，使原来的,调制信号变了样，产生严重的失真。这是绝对不允许的。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.6.2 产生单边带信号的方法,44,图 9.6.3 单边带发射机方框图举例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.6.2 产生单边带信号的方法,45,2. 相移法,图 9.6.4 相移法单边带调制器方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.6.2 产生单边带信号的方法,46,End,3. 第三种方法修正的移相滤波法,图 9.6.5 产生单边带信号的第三种方法,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.6.2 产生单边带信号的方法,47,9.7 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,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,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。,特点:,所占频带比单边带略宽一些; 它在,附近,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; 残,留边带滤波器比单边带滤波器易于实现。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,48,End,图 9.7.1 各种调幅制式的频谱示意图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.7 残留边带调幅,49,9.8 高电平调幅,9.8.1 集电极调幅,9.8.2 基极调幅,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,50,9.8 高电平调幅,高电平调幅电路能同时实现调制和功率放大，即用调制信号,v,去控制谐振功率放大器的输出信号的幅度,V,cm,来实现调幅的。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,临界,过压,欠压,V,CC,（,t,）,临界,过压,欠压,V,BB,(,t,),51,集电极调幅电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.8.1 集电极调幅,52,End,i,C,i,C1,临界,过压,欠压,V,CC,（,t,）,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.8.1 集电极调幅,53,9.8.2 基极调幅,基极调幅电路,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,54,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,i,C,v,AM,（,t,）,临界,过压,欠压,V,BB,(t),9.8.2 基极调幅,55,9.9 包络检波,9.9.1 包络检波器的工作原理,9.9.2 包络检波器的质量指标,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,56,9.9.1 包络检波器的工作原理,非线性 电路,低通,滤 波器,从已调波中检出包络信息,，只适用于AM信号,输入 AM信号,检出包络信息,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,57,End,V,DC,C,+,+,v,W,R,L,+,+,充电,放电,i,D,v,i,串联型二极管包络检波器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.1 包络检波器的工作原理,58,9.9.2 包络检波器的质量指标,下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数,（检波效率）、输入电阻和失真。,1) 电压传输系数(检波效率),定义：,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,59,1) 电压传输系数(检波效率),v,D,i,D,-,v,C,V,im,用分析高频功放的折线近似分析法可以证明,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。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,60,2),等效输入电阻,考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必影响回路选频特性（,Q,），下面分析其等效电阻,其中，,V,im,是输入高频电压振幅，,I,im,是输入高频电流振幅。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,61,2),等效输入电阻,如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）,即有,，而,V,o,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,62,3),失真,产生的失真主要有：惰性失真；负峰切割失真；非线性失真；频率失真。,如果检波电路的时间常数,RC,太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作,惰性失真,。,惰性失真(,对角线切割失真,),高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,63,惰性失真(,对角线切割失真,),调幅波包络,如图所示，在某一点，如果电容两端电压的放电速度小于包络的下降速度，就可能发生惰性失真。,包络变化率,电容放电,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,64,惰性失真(,对角线切割失真,),放电速率,假定此时,为避免失真,包络变化率,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,65,惰性失真(,对角线切割失真,),实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即,=,min,max,。为了保证不产生失真，必须满足,或,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,66,考虑了耦合电容,C,c,和低放,输入电阻,R,L,后的检波电路,负峰切割失真,(底边切割失真),隔直电容,C,c,数值很大，可认为它对调制频率,交流短路，电路达到稳态时，其两端电压,V,C,V,im,。,失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，,C,c,将通过,R,和,R,L,缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压,V,C,V,im,将在,R,和,R,L,上分压。直流负载电阻,R,上的电压为,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,67,考虑了耦合电容,C,c,和低放,输入电阻,R,L,后的检波电路,负峰切割失真,(底边切割失真),V,i m,（1-m）,V,i m,V,R,V,R,V,R,V,R,V,R,V,R,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,68,考虑了耦合电容,C,c,和低放,输入电阻,R,L,后的检波电路,负峰切割失真,(底边切割失真),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，m,a,越大，越容易发生该失真。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,69,考虑了耦合电容,C,c,和低放,输入电阻,R,L,后的检波电路,非线性失真,这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。,非线性,实现原理：,i,D,v,，,v,i,不变,v,D,如果负载电阻,R,选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。,i,D,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,70,考虑了耦合电容,C,c,和低放,输入电阻,R,L,后的检波电路,频率失真,所谓频率失真（线性失真）是指由阻抗随频率变化的线性电抗元件电容、电感引起的失真。,如左图所示，检波器中存在检波电容,C,和隔直电容,C,c,两个电容。检波电容,C,用于跟踪调幅波包络变化，隔直电容,C,c,用于去除载波分量对应的直流输出。,对调制频率,=,min,max,，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,C,c,对低频调制波短路。,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.9.2 包络检波器的质量指标,71,9.10 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。,图 9.10.1 同步检波器方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,72,载波信号相位对检波结果的影响,1.,乘积检波器,乘积检波电路,低通,滤波器,v,s,V,0,i,v,r,乘积检波器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.10 同步检波,73,图 9.10.2 输入双边带信号时乘积检波器,的有关波形和频谱,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.10 同步检波,74,2.,叠加型同步检波器,包,络,检波器,v,s,v,r,v,W,v,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.10 同步检波,75,End,2.,叠加型同步检波器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.10 同步检波,76,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.11 单边带信号的接收,图 9.11.1 单边带接收机方框图,77,单边带接收有如下的特点,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.11 单边带信号的接收,接收机的本振频率与发射机的频率严格保持一致。,对接收机的线性要求高。,检波器不能用包络检波器，而应采用同步检波器。,78,End,图 9.11.2 单边带接收机方框图举例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,9.11 单边带信号的接收,79,