1、第5章 振幅調(diào)制與解調(diào),5.1 概述 5.2 調(diào)幅信號(hào)的分析 5.3 調(diào)幅波產(chǎn)生原理的理論分析 5.4 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路 5.5 普通調(diào)幅波的解調(diào)電路 5.6 抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路,一、本章內(nèi)容,三、符號(hào),高頻 低頻,四、三角函數(shù)復(fù)習(xí),五、數(shù)學(xué)分析方法,1）冪級(jí)數(shù)分析法（小信號(hào)） 2）折線近似分析法（大信號(hào)）,5.1 概述,一、調(diào)幅 1 .含意-振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波信號(hào)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)成正比地變化。 2 .波形圖,只有天線實(shí)際長(zhǎng)度與電信號(hào)的波長(zhǎng)相比擬 時(shí)，這時(shí)電信號(hào)才能以電磁波形式有效地輻射。 若信號(hào)頻率為1kHz，其相應(yīng)波長(zhǎng)300km，若 采用

2、波1/4波長(zhǎng)的天線，就需要75km，制造這樣 的天線是很困難的。 這就要求原始電信號(hào)必須有足夠高的頻率。,3.為什么要調(diào)制？,對(duì)于有線通信雖然可以傳輸語(yǔ)音之類(lèi)的低頻信號(hào)。但一條信道只傳輸一路信號(hào)太不經(jīng)濟(jì)，利用率太低。 所以有線通信也需要將各路語(yǔ)音信號(hào)搬移到不同的頻段，以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)一線傳輸而又不互相干擾。 采用調(diào)幅 1）由于頻率高，可以無(wú)線傳輸； 2）可以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)一線傳輸而又不互相干擾。,1）檢波-調(diào)幅波的解調(diào) 2）檢波的波形圖,二、檢波,檢波器與輸入、輸出波形,5.2 調(diào)幅信號(hào)的分析,一、普通調(diào)幅波 （表達(dá)式、波形、頻譜、功率）,圖5-1 調(diào)幅波的波形,1調(diào)幅波的表達(dá)式 、波形,調(diào)制信號(hào)

3、： 載波信號(hào)： 調(diào)幅波的振幅為,調(diào)幅波為,調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度,表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度,調(diào)幅波幅度變化，,若ma 1幅波產(chǎn)生失真，這種情況稱(chēng)為過(guò)調(diào)幅.,2. 調(diào)幅波的頻譜,單音頻調(diào)制信號(hào),由三個(gè)高頻分量組成： 角頻率為 的載波 稱(chēng)為上邊頻分量； 稱(chēng)為下邊頻分量。,載波頻率分量的振幅仍為Ucm , 而兩個(gè)邊頻 分量的振幅為 1/2 maUcm 因ma的最大值只能等于1，故邊頻振幅的 最大值不能超過(guò)1/2Ucm 。,1）三個(gè)高頻分量的振幅,2）頻譜圖,調(diào)幅波的每一個(gè)正弦分量用一個(gè)線段表示，線段的長(zhǎng)度代表其幅度，線段在橫軸上的位置代表其頻率。,調(diào)幅的過(guò)程就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻載波

4、分量?jī)蓚?cè)的過(guò)程。,圖5-2普通調(diào)幅波的頻譜圖,在單頻調(diào)制時(shí)，其調(diào)幅波的頻帶寬度為 調(diào)制信號(hào)頻譜的兩倍，即 B=2F。,3）頻帶寬度,多頻調(diào)制時(shí)，調(diào)幅波方程為： 相應(yīng)地，其調(diào)幅波含有一個(gè)載頻分量及一系 列的高低邊頻分量等?？偟念l帶寬度為最 高調(diào)制頻率的兩倍，即B=2Fmax。,圖5-3 多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜圖,結(jié)論： 調(diào)制后調(diào)制信號(hào)的頻譜被線性地搬移 到載頻的兩邊，成為調(diào)幅波的上、下邊 帶。 調(diào)幅的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜搬移的 過(guò)程。,3調(diào)幅波的功率,載波分量功率： 上邊頻分量功率： 下邊頻分量功率：,因此，調(diào)幅波在調(diào)制信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)給出的平均功率為,邊頻功率隨 ma 的增大而增加；當(dāng) ma =

5、1 時(shí)，邊頻功率為最大，即P = 3/2Pc，這時(shí) 上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半， 這也就是說(shuō)，用這種調(diào)制方式，發(fā)送端發(fā)送 的功率被不攜帶信息的載波占去了很大的比 例，顯然，這是很不經(jīng)濟(jì)的。但由于這種調(diào) 制設(shè)備簡(jiǎn)單，特別是解調(diào)更簡(jiǎn)單，便于接 收，所以它仍在某些領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。,二、抑制載波雙邊帶調(diào)幅 DSB/SC-AM,1.DSB/SC-AM 調(diào)幅波頻譜與波形圖,圖5-5 DSB/SC-AM的頻譜圖,圖5-5 DSB/SC-AM的波形圖,2.DSB/SC-AM 的特點(diǎn),1）DSB/SC-AM 信號(hào)的幅值仍隨調(diào)制信號(hào)而變化，但與普通調(diào)幅波不同， DSB/SC-AM 的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號(hào)的

6、形狀，仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。 2）在調(diào)制信號(hào)的正負(fù)半周，載波的相位反相，即高頻振蕩的相位在 f (t)=0 瞬間有1800 的突變。 3）信號(hào)仍集中在載頻 附近，所占頻帶為 BDSB=2Fmax,雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。 由于調(diào)制抑制了載波，輸出功率是有用信號(hào)，它比普通調(diào)幅經(jīng)濟(jì)。但在頻帶利用率上沒(méi)有什么改進(jìn)。為進(jìn)一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊傳輸方式。,由 通過(guò)邊帶濾波器后，可得上邊帶或下邊帶： 下邊帶信號(hào) 上邊帶信號(hào),三、抑制載波單邊帶調(diào)幅SSB/SC-AM,單邊帶調(diào)幅的數(shù)學(xué)模型,圖5-6 實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅信號(hào)的數(shù)學(xué)模型,5.3 調(diào)幅

7、波產(chǎn)生原理的理論分析,該節(jié)相關(guān)內(nèi)容插在5.5及5.6節(jié)中，例如： 5.5中，小信號(hào)平方律檢波用冪級(jí)數(shù)分析法； 5.6中，大信號(hào)調(diào)幅的數(shù)學(xué)分析用開(kāi)關(guān)函數(shù)近似分析法。,5.4 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路,一、引言 疊加波=調(diào)幅波？ 必須通過(guò)非線性器件 提出兩個(gè)思考題。 1）若在電阻R兩端加入一個(gè)正弦波信號(hào)，此時(shí)在示 波器觀察R兩端的波形應(yīng)該是一個(gè)什么波形？,2）若在電阻R兩端加入一個(gè)調(diào)制信號(hào)和一個(gè)載波電壓， 此時(shí)在示波器觀察兩端的波形是什么波形呢？,看到的是一個(gè)疊加波。疊加波調(diào)幅波，要得到調(diào)幅波， 、 必須通過(guò)非線性器件。,1.疊加波=調(diào)幅波？ ， 必須通過(guò)非線性器件。 2.調(diào)幅的方法 1）二、三極管

8、2）大、小信號(hào) 3）高、低電平 4） 從哪個(gè)極加入（基極、集電極、發(fā)射極調(diào)幅） 3. 實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的方框圖 4. 數(shù)學(xué)分析法 大信號(hào)折線近似法 小信號(hào)冪級(jí)數(shù)分析法,按功率電平的高低分為：高電平和低電平調(diào)幅電路 高電平調(diào)幅電路（用于發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)） 低電平調(diào)幅電路（用于發(fā)射機(jī)的前級(jí)） (1) 低電平調(diào)幅電路 特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，輸出功率小 一般用模擬相乘器產(chǎn)生 。 (2) 高電平調(diào)幅電路 特點(diǎn)：輸出功率大，可提高整機(jī)效率。 一般以調(diào)諧功率放大器為基礎(chǔ)。即為輸出電壓幅 度受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)諧功率放大器。 分為： 基極調(diào)幅 集電極調(diào)幅,1.電路,圖5-9 基極調(diào)幅電路,二、大信號(hào)基極調(diào)幅電路,在調(diào)制過(guò)程中

9、，基極電壓隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，(調(diào)制信號(hào)相當(dāng)于一個(gè)緩慢變化的偏壓) 使放大器的集電極脈沖電流的最大值icmax 和導(dǎo)通角 也按調(diào)制信號(hào)的大小而變化。,思路,2 .基本工作原理,偏壓往正向 時(shí)，icmax 和 增大； 使 偏壓往反向 時(shí)，icmax 和 減少， 使 故輸出電壓幅值正好反映調(diào)制信號(hào)的波形。,基極調(diào)幅波形圖,圖5-11 基極調(diào)幅調(diào)制特性測(cè)試和調(diào)制特性曲線,線性段很小，只在ma很小時(shí)可得到較好的線 性調(diào)制。,1）關(guān)于放大器的工作狀態(tài)。 2）放大器的最佳集電極負(fù)載電阻 3）晶體管的選擇 4）對(duì)激勵(lì)的要求 5）對(duì)調(diào)幅放大器的要求 6）基極調(diào)幅波的失真波形,3.設(shè)計(jì)要求,1）關(guān)于放大器的

10、工作狀態(tài),放大器應(yīng)工作于欠壓狀態(tài) 為保證放大器工作在欠壓狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使放大器最大工作點(diǎn)（調(diào)幅波幅值最大處叫最大工作點(diǎn)或調(diào)幅波波峰；反之，調(diào)幅波幅值最小處叫最小工作點(diǎn)或調(diào)幅波波谷）剛剛處于臨界狀態(tài)。,設(shè)調(diào)幅系數(shù) ma = 1，則 最大工作點(diǎn)，電壓幅值為 (Ucm) max=Ec-Uces 載波狀態(tài)電壓幅值為 (Ucm)c=1/2 (Ucm) max =1/2(Ec-Uces) 2）放大器的最佳集電極負(fù)載電阻,3）晶體管的選擇,放大器的工作情況在調(diào)制過(guò)程中是變化的，應(yīng)根據(jù)最不利情況選選擇晶體管。 電流脈沖和槽路電壓都是在最大工作點(diǎn)處最大，故 (1) (PC )c 載波狀態(tài)下的管耗。 (2)在載波

11、狀態(tài)下，放大器工作于欠壓狀態(tài)，其電壓利用系數(shù)和集電極效率低，管耗很大，所以管子的功率容量應(yīng)按載波狀態(tài)選取。,(3)分析,由,可得,而,因?yàn)?所以,一般激勵(lì)電壓幅度是不變的，但由干基流脈沖大小是隨調(diào)制信號(hào)改變的，所以所需功率也在變。激勵(lì)電壓可按調(diào)諧功率放大器的方法進(jìn)行初步估算。但在調(diào)整時(shí)，應(yīng)以達(dá)到在載波狀態(tài)下的槽路電壓為準(zhǔn)。 關(guān)于激勵(lì)功率。因?yàn)樽畲蠊ぷ鼽c(diǎn)處的基流脈沖最大，所以應(yīng)根據(jù)該處的基流幅值(Ib1m)max確定激勵(lì)功率，即,4）對(duì)激勵(lì)的要求,主要是確定調(diào)制電壓和調(diào)制功率的大小，以及變壓器的等效負(fù)載電阻，以滿(mǎn)足匹配之需要。 調(diào)制電壓 大，則調(diào)制度加深，但過(guò)大則出現(xiàn)過(guò)調(diào)失真。在正常情況下，為不

12、造成過(guò)調(diào)，讓 與 大小配合好。,5）對(duì)調(diào)幅放大器的要求,（1）電壓： （2）電流： 在ma 1 的情況下，調(diào)制電流的幅值近似等于載波狀態(tài)的直流分量，即 （3）調(diào)制功率： （4）等效負(fù)載電阻：,由上述可見(jiàn): 基極調(diào)幅電路的優(yōu)點(diǎn)是 （1）所需調(diào)制信號(hào)功率很?。ㄓ捎诨鶚O調(diào)幅電路基極電流小，消耗功率也?。? （2）調(diào)制信號(hào)的放大電路比較簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)是因其工作在欠壓狀態(tài)，集電極效率低。,失真現(xiàn)象有兩種：一種是波谷變平;一 種是波腹變平。,6）基極調(diào)幅波的失真波形,由于過(guò)調(diào)或激勵(lì)電壓過(guò)小，造成管子在波谷處截止所致。因此，減少反偏壓的大小或加大激勵(lì)電壓的值都可改善過(guò)調(diào)，但加大激勵(lì)以不引起波腹失真為原則。,產(chǎn)

13、生波谷變平的原因,產(chǎn)生波腹變平的原因,（1）放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)。(造成過(guò)壓原因激勵(lì)過(guò)強(qiáng)或阻抗匹配不當(dāng)。) （2）激勵(lì)功率不夠或激勵(lì)信號(hào)源內(nèi)阻過(guò)大，造成波腹處的基流脈沖增長(zhǎng)不上去。 （3）管子在大電流下輸出特性不好，造成波腹處集電極電流脈沖增長(zhǎng)不上去。 此外，假如調(diào)諧電路失諧，也可造成調(diào)幅波包絡(luò)失真。,三、集電極調(diào)幅,圖5-14 集電極調(diào)幅電路,1）高頻載波信號(hào) 仍從基極加入，而調(diào)制信號(hào) 加在集電極。調(diào)制信號(hào)與Ec串接在一起，故可將二者合在一起看作一個(gè)緩慢變化的綜合電源Ecc 。 所以，集電極調(diào)制電路就是一個(gè)具有緩慢變化電源的調(diào)諧放大器。 2）R1C1 是基極自給偏壓環(huán)節(jié)。,1.電路特點(diǎn),集電

14、極調(diào)幅uce、ic 、ib 、Eb 的波形如圖示。 1）圖5-15（a）表示綜合電源電壓Ecc及集電極uce的波形。 Ecc和諧振回路電壓幅值Ucm 都隨調(diào)制信號(hào)而變化，Ucm的包絡(luò)線反映了調(diào)制信號(hào)的波形變化。 2）圖5-15 （b）表示脈沖的波形。 由于工作在過(guò)壓狀態(tài)，ic 脈沖波形下凹。 Ecc 愈小，過(guò)壓愈深，脈沖下凹愈甚； Ecc 愈大，過(guò)壓程度下降。脈沖下凹輕。,3）圖5-15 （c）表示 ib 脈沖的波形。 它的幅值變化規(guī)律剛好與 ic 相反，過(guò)壓愈深，輸入特性曲線左移愈多，ib 脈沖愈大 4）圖5-15 （d）繪出了Eb 的波形。它與Ib0 的波形是一致的。 集電極調(diào)幅的調(diào)制特性

15、雖比基極調(diào)幅好，但也并不理想，即在Ecc 較低時(shí)，晶體管進(jìn)入嚴(yán)重過(guò)壓狀態(tài)，Ic1m 隨Ecc 的下降很快。 而當(dāng)Ecc很大時(shí)，晶體管進(jìn)入欠壓狀態(tài)，Ic1m 隨 Ecc的增大變化緩慢，從而使調(diào)幅產(chǎn)生失真。,為了進(jìn)一步改善調(diào)制特性，可在電路中引入補(bǔ)償措施，補(bǔ)償?shù)脑瓌t是在調(diào)制過(guò)程中，隨著綜合電源電壓變化，輸入激勵(lì)電壓也作相應(yīng)的變化。 例如: 綜合電源電壓降低時(shí)，激勵(lì)電壓幅度也隨之減小，調(diào)幅器不進(jìn)入強(qiáng)過(guò)壓區(qū)，而當(dāng)電源電壓提高時(shí)，激勵(lì)電壓也隨之增大，調(diào)幅器也不進(jìn)入欠壓區(qū)，始終保持在弱過(guò)壓臨界狀態(tài)。這樣不但改善了調(diào)制特性，而且還保持較高的效率。實(shí)現(xiàn)的方法有以下幾種：,如何改善調(diào)制特性？,方法1 采用基極自

16、給偏壓 由圖（c）知道，Ib0 隨調(diào)制信號(hào)而變，它造成的自給偏壓（ Ib0 R1 ）也相應(yīng)地變化。 當(dāng)Ecc 降低時(shí)，過(guò)壓深度增大, Ib0 增大，反偏壓也增大，相當(dāng)于激勵(lì)電壓變小，從而使過(guò)壓深度減輕。 當(dāng)Ecc 提高時(shí)，則情況相反，放大器也不會(huì)進(jìn)入欠壓區(qū)工作。因此，采用基極自給偏壓在一定程度上改善了放大器的調(diào)制特性。,方法2采用雙重集電極調(diào)幅,圖5-17 雙重集電極調(diào)幅,調(diào)制信號(hào)同時(shí)對(duì)兩級(jí)調(diào)幅器進(jìn)行集電極調(diào)制，調(diào)幅器（）的輸出作為調(diào)幅器（）的激勵(lì)號(hào)。 當(dāng)調(diào)幅器（）受調(diào)制信號(hào)控制集電極電源電壓升高時(shí)，它的激勵(lì)信號(hào)也在增大；反之，調(diào)幅器（）電源電壓降低，激勵(lì)也相應(yīng)減小，達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?，使調(diào)特性

17、得到改善。適當(dāng)控制激勵(lì)極的調(diào)制深度，可使總的調(diào)制特性接近線性。 因?yàn)檫@種調(diào)制方式調(diào)制信號(hào)源同時(shí)控制兩個(gè)調(diào)幅器，所以它必須能給出足夠的輸出功率。,雙重集電極調(diào)幅工作原理,3.設(shè)計(jì)要點(diǎn),1) 放大器的工作狀態(tài)。 2) 選管子 3）對(duì)激勵(lì)的要求 4）對(duì)調(diào)制信號(hào)的要求 5）對(duì)輸出 LC 回路的通頻帶和品質(zhì)因數(shù) Q 要求,最大工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)在臨界狀態(tài)，那么便可保證其余時(shí)間都處于過(guò)壓狀態(tài)。,1）放大器的工作狀態(tài),（1）管子電流的ICM 應(yīng)根據(jù)最大工作點(diǎn)電流脈沖幅值來(lái)定，即 式中(Icmax)max是最大工作點(diǎn)電流脈沖ic 最大值。 （2）管子耐壓應(yīng)根據(jù)最大集電極電壓來(lái)定。集電極電壓是綜合電源電壓和高頻電壓之

18、和。 在最大工作點(diǎn)處，Ecc可接近 2Ec ， 集電極瞬時(shí)電壓最大值約為4Ec，故BVceo 4Ec,2）選管子,圖5-18 集電極瞬時(shí)電壓波形,（3）管子最大集電極容許損耗 集電極平均耗損功率為 設(shè)ma =1 時(shí)，,3）對(duì)激勵(lì)的要求,在過(guò)壓狀態(tài)下，激勵(lì)是有余量的，余量最小瞬間是在最大工作點(diǎn)。為保證放大器工作在過(guò)壓狀態(tài)，激勵(lì)的強(qiáng)度（電壓、功率）應(yīng)滿(mǎn)足最大工作點(diǎn)（且ma =1)工作在臨界狀態(tài)。 如激勵(lì)不足，在Ecc 較高的時(shí)間內(nèi)，放大器將進(jìn)入欠壓狀態(tài)，這時(shí)uce幅值將不隨Ecc變化，從而造成調(diào)幅波包絡(luò)線腹部變平。,4）對(duì)調(diào)制信號(hào)的要求,（1）為了獲得 ma =1 的深度調(diào)制，調(diào)制電壓 應(yīng)接近Ec 即 再大，則產(chǎn)生過(guò)調(diào)失真。,原因：工作在欠壓,過(guò)調(diào)失真的波形,當(dāng) 為負(fù)，且其值大于Ec 時(shí)，綜合電源電壓（Ec+ ）為負(fù)值，即其極性與正常工作時(shí)相反。此時(shí)，當(dāng)基極電位為正時(shí)，集電結(jié)（b-c）處于正向狀態(tài)，原來(lái)的集電極實(shí)際上變成了“發(fā)射極”，產(chǎn)生“發(fā)射極”電流（此