调制解调课件

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Chapter5振幅调制电路§5.1概述§5.2低电平调幅电路§5.3高电平调幅电路§5.4单边带调制

1Chapter6调幅信号的解调电路§6.1概述§6.2二极管大信号包络检波器§6.3二极管小信号检波器§6.4同步检波器

26.1概述振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于频谱搬移电路。检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普通调幅波。

3包络检波同步检波检波器分类:平方率检波峰值包络检波平均包络检波载波被抑制的已调波解调原理

46.2二极管(大信号)峰值包络检波器二极管(大信号)包络检波器串联型二极管包络检波电路并联型二极管包络检波电路C++vWRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器如图所示串联型二极管包络检波器RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。

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6失真①惰性失真(对角线失真）惰性失真由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。也就是要求>或写成在工程上可按maxRC≤1.5计算。

7②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻Rg后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求则检波过程中，在R上得到的直流电压为：

8对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。负峰切割失真波形为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度Vim(1–ma)必须大于VR即：

9低通滤波器vsvtvWi乘积检波电路6.4同步检波器乘积检波平衡同步检波1.乘积检波器(1)工作原理包络检波器vsvtvWv平衡同步检波电路经过低通滤波后

10低通滤波器VsV0iVt乘积检波器

112.三极管同步检波电路采用包络检波器构成同步检波电路，它的实现模型如图所示。同步检波实现模型其原理电路见右同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带本地振荡信号则它们的合成信号故当时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。

12实际应用电路常采用平衡调制器构成同步检波电路。D1D2CCRLRLv01(t)vsv02(t)vr(t)Vs(t)Vs(t)+–+–+–+–+–+V0–平衡滤波检波器如图

131.混频器的作用与组成混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一固定的频率上(常称为中频)，而保持原信号的特征(如调幅规律)不变。混频器的电路组成如图所示§9混频电路

142为什么要变频？变频的优点：1)变频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性3)工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰

153.混频器的分类平衡混频、按器件分：二极管混频器、三极管混频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应管变频器模拟乘法器混频器按工作特点分：单管混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、乘积型混频器

16所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：1.晶体三极管混频器它有一定的混频增益2.场效应管混频器交调、互调干扰少3.二极管平衡混频器和环形混频器它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点

17叠加型混频器实现模型图示中的非线性器件具有如下特性：对其2次方进行分析：在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到(0+s)和(0-s)。若用带通滤波器取出所需的中频成分(和频或差频)，可达到混频的目的。

18乘积型混频器实现模型乘积型混频器由模拟乘法器和带通滤波器组成其实现模型如图所示设输入信号为普通调幅波采用中心频率不同的带通滤波器(0–s)t或(0+s)t则可完成低中频混频或高中频混频。

19fi+–+–vsvo(a)fi+–+–vsvo(b)如图所示为晶体三极管混频器的原理电路图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小。但因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大(直接耦合)，可能产生频率牵引现象。图(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，产生牵引现象的可能性小。对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。但需要较大的本振注入功率。4晶体三极管混频器

20fi+–+–vsvo(c)fi+–+–vsvo(d)图(c)和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时(几十MHz)，因为共基电路的截止频率f比共发电路的f要大很多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时采用这种电路。

21晶体三极管混频器的实际电路(1)混频电路下图是电视机中的混频器电路。由高频放大器输入的信号，经双调谐电路耦合加到混频管的基极，本振电压通过耦合电容C1也加到基极上。本振信号的频率要比信号的图像载频高38MHz，为了减小两个信号之间的相互影响，耦合电容C1的值取得很小。电视机的混频电路

22为使输出电路在保证带宽下具有良好的选择性，常采用双调谐耦合回路，并在初级回路中并联电阻R，用以降低回路Q值，满足通带的要求。次级回路用C2，C3分压，目的是与75电缆特性阻抗相匹配。

23下图为晶体管混频器实用电路的交流通路。应用在日立CTP-236D型彩色电视机ET-533型VHF高频头内。图中的V1管用作混频器，输入信号(即来自高放的高频电视信号，频率为fs)由电容C1耦合到基极；本振信号由电容C2也耦合到基极，构成共射混频方式，其特点是所需要的信号功率小，功率增益较大。混频器的负载是共基式中频放大器(V2构成)的输入阻抗。晶体管混频器实用电路

24(2)变频电路下图是晶体管中波调幅收音机常用的变频电路，其中本地振荡和混频都由三极管3AG1D完成。

25图中，R1，R2，R3是偏置电阻，L4，C4，C1B，C6组成振荡回路，L3是反馈线圈。中频回路L5C5的并联阻抗对本振频率而言可视为短路，因此，3AG1D构成共基极变压器耦合振荡器。由磁性天线接收到的无线电信号经过L1，C1A，C2组成的输入回路，选出所需频率的目标信号，再经L1与L2的变压器耦合，送到晶体管的基极。本振信号经C7注入晶体管的发射极，混频后由集电极输出。L3对中频可视为短路，C5，L5调谐于中频，以便抑制混频输出电流中的无用频率分量(如fs,f0,f0+fs,2f0fs等)。输出中频分量fi=f0-fs，经L6耦合至后级中频放大器。

26二极管可以工作在小信号非线性状态，也可以工作在受大信号v0控制的开关状态。小信号时平衡混频器的分析采用幂级数分析法，混频时输入信号，输出回路则谐振在中频i上。二极管平衡混频器和环型混频器平衡混频器原理电路二极管的伏安特性可用幂级数表示：为简化分析，忽略输出电压对二极管的反作用，则1.平衡混频器

27由于元器件的非线性作用，单管输出电流中产生了输入电压中不曾有的新频率成分，如输入频率的谐波20和2s、30和3s；输入频率及其谐波所形成的各种组合频率0+s、0–s、0+2s、0–2s、20+s、20–s。平衡混频器输出电流的频率成份为：s、0+s、0–s、20+s、20–s、3s

282.环形混频器环形混频器由两个平衡混频器构成，其主要优点是输出中频信号是平衡混频器的两倍，而且抵消了输出电流中的某些组合频率分量，从而减小混频器中所特有的组合频率干扰。

29由平衡混频器得：环型混频器输出电流的频率成份为：0+s、0–s

30两信号相乘可以得到其和、差频分量，因此两信号相乘实现混频是最直观的方法，利用模拟相乘器可构成乘积型混频器。MCI596构成的集成混频电路3、模拟相乘器混频电路MCI596是集成化模拟乘法器芯片，由它构成的混频电路，可大大减小由组合频率分量产生的各种干扰，另外还具有体积小、重量轻、调整容易、稳定可靠等优点。

31§5.1概述信息传输的应用基带信号调制的概念与方法解调的概念与种类调制解调的本质是频谱变换过程调制技术的优点便于发射与接收天线理论便于实现信道复用便于改善系统性能

32调制的作用（1）提高频率以便于辐射：无线电通信系统是利用天线向空间辐射电磁波的方式来传输信号的。由天线理论，只有当天线的尺寸大于信号波长的1/10时，信号才能被天线有效地辐射。如1m的天线，辐射频率至少需要30MHz。（2）实现信道复用：通过调制可以把不同信号的频谱搬移到不同的位置，互不重叠，即可以实现在同一个信道里同时传输许多信号——频分复用。（3）改善系统性能：通过调制使信号占有较大的带宽，可以提高它的抗干扰能力，从而改善系统的性能。

33频谱变换的实现非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。

34例子1调幅的频谱搬迁

35例子2检波原理的频谱搬迁

36例子3混频的频谱搬迁

372)从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。1)它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分量。3)频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。

38§5.1.1调幅波的概念调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正弦波)调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度A，频率或相位。因而有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)三种方式。

39设简谐调制信号载波信号1.调幅波的数学表达式则调幅信号为通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。

40称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般0＜ma≤1。(a)调制信号由非正弦波调制所得到的调幅波形

41当载波频率调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。(a)调制信号(b)已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图

42普通调幅

43当时ma＝1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若ma>1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。(a)调制信号(b)已调波形由非正弦波调制所得到的调幅波形过调制波形图

445.1.2普通调幅信号的频谱、带宽和功率将调幅波的数学表达式展开，可得到非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度均等于

45对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度B=2或B=2F(=2F)，对于多音频的调制信号，若其频率范围是，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍。普通调幅波的功率关系将作用在负载电阻R上载波功率每个边频功率(上边频或下边频)

46在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是因为ma≤1，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。

475.1.3DSB和SSB4月28日1.抑制载波的双边带调幅波为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。这就是抑制载波的双边带调幅波(DSBAM)，其数学表达式为其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即

48抑制载波调幅

492.单边带调幅波上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。其表达式为：或其频带宽度为：

50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表5-1三种振幅调制信号

51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。(a)普通调幅波实现框图

52(b)抑制载波的双边带调幅波(c)单边带调幅波实现框图

53高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：

545.2低电平调幅电路5.2.1单二极管调幅电路二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在电流i中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐，便能取出和的成分，这便是普通调幅波。

55二极管信号较小时的工作状态当vD很小时，级数可只取前四项经分类整理可知：是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是项。由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。

565.2.2二极管平衡调幅电路（认识电路）在大信号情况时，依靠二极管的导通和截止来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。由两个二极管组成的平衡开关调幅器平衡调制器输出的电压波形满足的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。

57普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180的突变，这是因为双边带波是由v0和v相乘而产生的。输出调幅波有用电流分量

585.2.3环形调制器（认识电路）在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中4个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。环行调制器原理图=gDV[cos(0)t+cos(0–)t]从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流的有用分量

59环型调制器等效电路5.2.4集成模拟相乘器调幅电路

60模拟乘法器可以实现频谱搬移，如下图所示：如果：v1=V1cos1t；v2=V2cos2t；相乘器kv1vOv2vO=kv1v2=V1V2cos1tcos2t可见，乘法器是一个理想的线性频谱搬移电路，而实际中的线性频谱搬移电路所要解决的核心问题正是使该电路的性能更接近理想乘法器。12输入信号频谱输出信号频谱2-12+1

61实用集成模拟乘法器集成模拟乘法器是继运算放大器之后，又一种很重要的非线性函数运算电路，以四象限模拟乘法器为核心，可以进行频率变换，使用方便、性能优良，价格便宜。MC1596G：MC1596G23510691874VCCv1v2

625.3高电平调幅电路高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。5.3.1集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号经低频变压器加在集电极上，并与直流电源电压VcT相串馈。高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器加在基极回路中。

63集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1)集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率2)集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为3)调制信号源V供给的平均功率4)平均输出功率5)集电极平均耗散功率

646)集电极效率故：2)总输入功率分别由VCC与V所供给，VC供给用以产生载波功率的直流功率P=T，V则供给用以产生边带功率的平均功率PDSB。1)平均功率均为载波点各功率的()倍3)集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的()倍，应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCM≥Pcav。4)输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。

655.3.2基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电路同样的分析，可以认为VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基极等效低频供电电源。因为VB(t)随调制信号v(t)变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压Vc(t)按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。

665.4单边带调制5.4.1单边带通信的优缺点（P127)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

675.4.2产生单边带信号的方法滤波器法实现单边带调制实际滤波器法单边带发射机方框图DSB信号经过带通滤波器后，滤除了下边带，就得到了SSB信号。由于0>>max，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。