调幅、检波与变频

§6.1调幅波的性质一、普通调幅波的性质ttUkUcmaCmcos)cos(1、数学表达式)(AMtuttmUcacmcos)cos1(幅度调制（调幅）：用调制信号的大小去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号的大小而变化的过程。普通调幅（标准调幅）普通调幅波（标准调幅波）(AM)双边带调幅双边带调幅波(DSB)单边带调幅单边带调幅波(SSB)残留边带调幅残留边带调幅波(VSB)幅度调制的方式：设载波为uc=UcmcosωCt，调制信号为uΩ=UΩmcosΩt调幅度（调幅系数）Ma=KaUΩm/Ucm调幅灵敏度Ka：表示单位调制电压引起高频载波幅度的变化。3、频谱与带宽2、波形：如右图所示（a）调制信号（b）载波信号（c）ma1时（d）ma1时，出现过调失真4、功率cP载波功率:L2cm21RUSSBP上(下)边频功率:c2a4PmL2cma21)21(RUmc2a21PmDSBP上下边频总功率:SSB2Pc2a)211(PmavP调幅信号总功率:DSBcPP单一频率调制信号调制得到的调幅波的带宽BW=2F或2Ω复合频率调制信号调制得到的调幅波的带宽BW=2Fmax或2ΩmaxtUmtUmtUttmU)cos(5.0)cos(5.0coscos)cos1(ccmaccmaccmcacm)(AMtutUmtUmu)cos(21)cos(21ccmaccmaDSBtUmu)cos(21)(ccmaSSB上边带双边带——抑制载波只传送上下边带单边带——抑制载波和其中一个边带二、双边带调幅波的性质c2a21PmDSBP功率:SSB2P带宽BW=2F或2Ω三、单边带调幅波的性质SSBP功率:c2a4PmL2cma21)21(RUm带宽BW=Fmax或Ωmax四、残留边带调幅波的性质0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a)广播电视台系统发端滤波器特性(b)电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅(记为VSBAM)它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。例：已知已调信号的频谱图如图所示。（1）说明各频谱所表示的已调信号类型；（2）写出它们的数学表达式和频谱宽度；（3）计算在单位电阻上消耗的各已调信号的平均功率。解：（1）图（a）为单频率调制信号的普通调幅波；图（b）为双频率调制信号的普通调幅波；图（c）为二次调制的普通调幅波。（2）图（a）调幅波的数学表达式为频谱宽度BW=1003－997=6（kHZ）图（b）调幅波的数学表达式为频谱宽度BW=1010－990=20（kHZ）图（c）中，第一次调制：两路频率为F=3kHZ的音频信号分别调制到f1=10kHZ和f2=30kHZ的载频（称为副载频）上，第二次调制：将两路已调信号叠加，再调制到主载频fc=1000kHZ的载频上。第一次调制：第二次调制：频谱宽度BW=1033－967=66（kHZ）（3）图（a）：（W）图（b）：（W）图（c）：（W）§6.2调幅电路普通调幅电路双边带调幅电路单边带调幅电路按调幅方式分基极调幅电路残留边带调幅电路集电极调幅电路二极管平衡调幅电路高电平调幅电路低电平调幅电路模拟乘法器调幅电路平方律调幅电路斩波调幅电路按调制信号的幅度分一、二极管平衡调幅电路1、非线性器件平方律调幅原理2210ububbi(幂级数展开式)tUatUatUUatUUatUatUaUaUaatUtUatUtUaauauaauauaaucmcmoΩΩ)Ω)ΩΩΩmccmcmcmcmmccmmmccmmccm2cos5.02cos5.0cos(cos(coscos5.05.0coscoscoscos2222221122220221022102210）（）（晶体管工作于非线性不太严重的区域时2121101ububbi上式是在忽略高次方项后得出的，可见含有频率分量F、fc±F，只要在输出端用一中心频率为fc、带宽为2F的带通滤波器，就可以取出分量fc±F，实现双边带调幅。tUtuΩmΩcos)(设tUtuccmccos)(2222102ububbittUUbtUbR)cos()cos(cos2ccmcm2m1Ωc1uuu其中Ωc2uuuRiiu)(:21o则)2(2Ωc2Ω1uububR2、二极管平衡调幅电路当UcmUΩm时，实现斩波调幅ttttkcccc5cos523cos32cos221(101））（）（）（）ttttkcccc5cos523cos32cos221(011tttccc5cos523cos32cos221ttttktktkcccccc5cos543cos34cos4(((11112）））在大信号情况应用时，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。单向开关函数:双向开关函数:uo含有频谱：Ω，ωc±Ω，3ωc±Ω，……，经中心角频率为ωc，带宽为2Ω的LC带通滤波器后，可在负载R上得到频谱ωc±Ω电压分量，即实现了DSB调制。将二极管看成是一个受载波uc控制的开关(用单向开关函数)与一电阻Rd串联。uc单独作用时，uΩ看作短接，此时uΩ单独作用时，uc看作短接，此时）tkRRuiicdc(1/2/1）tkRRuicd(1//1）tkRRuicd(1//2)5cos523cos32cos221(2(2)(121tttRRRutkRRRuRiiucccdcdo）YXMOuuKu二、模拟乘法器调幅电路3、二极管环形调幅电路)5cos543cos34cos4(2(22tttRRRutkRRRuucccLdLcLdLo）三、基极调幅电路（欠压状态）)()(tuUtUΩBB0BB用调制信号控制丙类谐振功放的基极偏压，从而实现调幅。用调制信号控制丙类谐振功放的集电极电压，从而实现调幅。)()(tuUtUΩCC0CC四、集电极调幅电路（过压状态）五、产生单边带信号的方法1、滤波法vucuDSBc带通滤波器uSSBc+(或)c–单边带输出cc–maxc+maxc+maxcc–max滤波器法实现单边带调制FBM1音频1BM22BM33强放f2+f1+Ff1Ff1+Ff2(f1+F)f2(f2+f1+F)OSC1OSC2OSC3f1f0+Ff1+f2+f3+F=f0+Ff2f3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c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。2、相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示调制信号UΩmsint调制信号90移相网络载波90移相网络平衡调幅器A平衡调幅器BUcmcosctu2=UcostcosctUcmsinctu1=Usintsinct合并网络u3单边带输出载波振荡器相移法单边带调制器方框图图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是互相移相90°。Ω)t]cos(ωΩ)tU[cos(ωcc21sinsin1tωtUcu])cos()ω[cos(21ωcosΩcosc2ttUttUccu输出电压为tKUKC)cos()(213uuu要准确地移相90°实际上很难做到。3、修正的移相滤波法BM1u1=uu低通滤波器BM390移相网络u=cos1tBM2低通滤波器BM4u2=uΩuu=sin1t音频振荡器BM-平衡调幅器音频输入u(t)=sint90移相网络u0=cos2tu0=sin2t载波振荡器合并网络u5u6SSB输出u1=sintsin1tu3=cos(1–)tu5=u0u3=sin2t·cos(1-)tu2=sintcos1tu4=sin(1–)tu5=u0u4=cos2tsin(1–)tSin(1-)t修正的移相滤波法这种方法所用的90°移相网络工作于固定频率，因而克服了实际的移频网络在很宽的音频范围内不能准确地移相90°的缺点。这种方法所需要的移相网络工作于固定频率1与2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。§6.3检波器3、电路分类一、检波器概述1、作用：2、电路组成：从高频调幅波中解调出原调制信号高频信号输入电路、非线性器件和低通滤波器。检波器按所用器件分二极管检波器三极管检波器模拟乘法器检波器小信号检波器大信号检波器包络检波器按信号大小分按工作特点分同步检波器串联型二极管检波器并联型二极管检波器二、大信号包络检波器1、电路组成及原理分析2、质量指标检波效率KdimaΩU输入调幅波包络振幅mU检波器的低频输出电压3LdR3πRθcosθ——只能用于对普通调幅波检波amax2aLL21mFmCR惰性失真（对角切割失真）形成原因：放电时间常数RLCL过大使二极管在截止期间CL的放电速度太慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度，出现的失真现象。不产生惰性失真的条件：dimim幅I输入高频电流的基波振输入高频电压振幅U等效输入电阻RiddLLimdimOim2KRRU2KU2IU/推导过程见课本P339im2iLLRLURRRU负峰切割失真（底边切割失真）形成原因：Cc的存在相当于给检波二极管V加了一额外的反偏电压URL，当RL比Ri2大得多时，URL很大，使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于URL，导致V在这段时间截止，输出波形的底部被切去，形成“负峰切割失真”。)1(aimmUim2iLLRLURRRU即产生负峰切割失真的原因：检波器交、直流负载不等而引起。)(LΩ（直流负载交流负载）RR2iL2iaRRRmLL2i//RRRLR2L1LRRΩR2i2L1L//RRR避免产生负峰切割失真的方法：减小交、直流负载的差别。非线性失真：由二极管的非线性所引起的失真。当RL足够大时可忽略。频率失真：由耦合电容Cc和滤波电容CL所引起的失真。Cc使下限频率升高，CL使上限频率下降。例1．二极管大信号包络检波器的RL=220kΩ，CL=100pF，设Fmax=6kHZ，为避免出现惰性失真，最大调幅系数应为多少？解：根据不产生惰性失真的条件RLCL≤得≤≈0.77例2．二极管检波电路如图所示。输入信号ui=Ucm(1+0.3cosΩt)cosωct(V)（1）试定性地画出ui，u1，u2和u3各点的波形；（2）如R1=2kΩ，R2=3kΩ，R3=20kΩ，R4=27kΩ，若要求不产生负峰切割失真，试求调幅波的最大调幅系数ma。解：（1）ui是普通调幅波，u1是ui经检波和高频滤波后的波形，u2是u1经C4隔直流和对低频Ω耦合而得的波形，u3是ui经检波和高频滤波后所得直流和低频Ω信号，再经R3和C2对Ω滤波而得的直流信号。各点波形如图所示。（2）要求不产生负峰切割失真，必须使检波器的调幅系数ma≤uz(t)中含有频率为0、F、2fc、(2fc±F)分量，用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。tUtucrmrcos)()()()(riMztutuKtu三、同步检波器1、电路特点①对AM、