通信电子电路于洪珍第五章_第1～4节1

第5章振幅调制与解调5.1概述5.2调幅信号的分析5.3调幅波产生原理的理论分析5.4普通调幅波的产生电路5.5普通调幅波的解调电路5.6抑制载波调幅波的产生和解调电路返回总目录一、本章内容三、符号————高频———低频四、三角函数复习)cos(21)cos(21coscos22sincos2cos五、数学分析方法1）幂级数分析法（小信号）2）折线近似分析法（大信号）5.1概述一、调幅1.含意----振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。2.波形图fc只有天线实际长度与电信号的波长相比拟时，这时电信号才能以电磁波形式有效地辐射。若信号频率为1kHz，其相应波长300km，若采用波1/4波长的天线，就需要75km，制造这样的天线是很困难的。这就要求原始电信号必须有足够高的频率。3.为什么要调制？对于有线通信虽然可以传输语音之类的低频信号。但一条信道只传输一路信号太不经济，利用率太低。所以有线通信也需要将各路语音信号搬移到不同的频段，以实现多路信号一线传输而又不互相干扰。采用调幅1）由于频率高，可以无线传输；2）可以实现多路信号一线传输而又不互相干扰。1）检波---调幅波的解调2）检波的波形图二、检波检波器与输入、输出波形5.2调幅信号的分析一、普通调幅波（表达式、波形、频谱、功率）图5-1调幅波的波形1．调幅波的表达式、波形调制信号：载波信号：调幅波的振幅为Ωmm()coscos2πutUtUFtccmccmc()coscos2πutUtUftAMcmaΩmmcmacmcma()cos(1cos)(1cos)UtUkUtUUktUUmt调幅波为ttmUttUtucacmcAMAMcos)cos1(cos)()(maacmUmkU调幅系数或调幅度表示载波振幅受调制信号控制的程度a,m调幅波幅度变化，1am若ma1幅波产生失真，这种情况称为过调幅.2.调幅波的频谱AMcmcacmcacmc11coscos()cos()22uUtmUtmUt单音频调制信号由三个高频分量组成：角频率为的载波称为上边频分量；称为下边频分量。ccc载波频率分量的振幅仍为Ucm,而两个边频分量的振幅为1/2maUcm因ma的最大值只能等于1，故边频振幅的最大值不能超过1/2Ucm。1）三个高频分量的振幅2）频谱图调幅波的每一个正弦分量用一个线段表示，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表其频率。调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。图5-2普通调幅波的频谱图在单频调制时，其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍，即B=2F。3）频带宽度多频调制时，调幅波方程为：相应地，其调幅波含有一个载频分量及一系列的高低边频分量等。总的频带宽度为最高调制频率的两倍，即B=2Fmax。ttmtmUuc2a21a1cmcos)coscos1(图5-3多频调制调幅波的频谱图结论：调制后调制信号的频谱被线性地搬移到载频的两边，成为调幅波的上、下边带。调幅的过程实质上是一种频谱搬移的过程。3．调幅波的功率载波分量功率：上边频分量功率：下边频分量功率：L2cmc21RUPc2aL2cm2aL2cma141811)2(21PmRUmRUmPc2aL2cm2aL2cma241811)2(21PmRUmRUmP因此，调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为c2a21c)21(PmPPPP边频功率随ma的增大而增加；当ma=1时，边频功率为最大，即P=3/2Pc，这时上、下边频功率之和只有载波功率的一半，这也就是说，用这种调制方式，发送端发送的功率被不携带信息的载波占去了很大的比例，显然，这是很不经济的。但由于这种调制设备简单，特别是解调更简单，便于接收，所以它仍在某些领域广泛应用。])cos()[cos(21coscoscccmmΩccmmΩcΩDSBttUAUttUAUuAuu二、抑制载波双边带调幅DSB/SC-AM1.DSB/SC-AM调幅波频谱与波形图图5-5DSB/SC-AM的频谱图图5-5DSB/SC-AM的波形图2.DSB/SC-AM的特点1）DSB/SC-AM信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，DSB/SC-AM的包络不再反映调制信号的形状，仍保持调幅波频谱搬移的特征。2）在调制信号的正负半周，载波的相位反相，即高频振荡的相位在f(t)=0瞬间有1800的突变。3）信号仍集中在载频附近，所占频带为BDSB=2Fmaxc双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。由于调制抑制了载波，输出功率是有用信号，它比普通调幅经济。但在频带利用率上没有什么改进。为进一步节省发送功率，减小频带宽度，提高频带利用率，下面介绍单边传输方式。由通过边带滤波器后，可得上边带或下边带：下边带信号上边带信号tUAUu)cos(21ccmΩmSSBLtUAUu)cos(21ccmΩmSSBHttUAUuAuuccmΩmcΩDSBcoscos三、抑制载波单边带调幅SSB/SC-AM单边带调幅的数学模型图5-6实现单边带调幅信号的数学模型5.3调幅波产生原理的理论分析该节相关内容插在5.5及5.6节中，例如：5.5中，小信号平方律检波用幂级数分析法；5.6中，大信号调幅的数学分析用开关函数近似分析法。5.4普通调幅波的产生电路一、引言叠加波=调幅波？必须通过非线性器件提出两个思考题。1）若在电阻R两端加入一个正弦波信号，此时在示波器观察R两端的波形应该是一个什么波形？uu,c2）若在电阻R两端加入一个调制信号和一个载波电压，此时在示波器观察两端的波形是什么波形呢？看到的是一个叠加波。叠加波≠调幅波，要得到调幅波，、必须通过非线性器件。ucu1.叠加波=调幅波？，必须通过非线性器件。2.调幅的方法1）二、三极管2）大、小信号3）高、低电平4）从哪个极加入（基极、集电极、发射极调幅）3.实现调幅的方框图4.数学分析法大信号——折线近似法小信号——幂级数分析法ΩuΩucu按功率电平的高低分为：高电平和低电平调幅电路高电平调幅电路（用于发射机的最后一级）低电平调幅电路（用于发射机的前级）(1)低电平调幅电路特点：电路简单，输出功率小一般用模拟相乘器产生。(2)高电平调幅电路特点：输出功率大，可提高整机效率。一般以调谐功率放大器为基础。即为输出电压幅度受调制信号控制的调谐功率放大器。分为：基极调幅集电极调幅1.电路图5-9基极调幅电路二、大信号基极调幅电路在调制过程中，基极电压随调制信号的变化而变化，(调制信号相当于一个缓慢变化的偏压)使放大器的集电极脉冲电流的最大值icmax和导通角也按调制信号的大小而变化。思路2.基本工作原理偏压往正向时，icmax和增大；使偏压往反向时，icmax和减少，使故输出电压幅值正好反映调制信号的波形。cmax1c1mII)(cc1mcmcmc1mRIUUIcmc1mUI基极调幅波形图图5-11基极调幅调制特性测试和调制特性曲线线性段很小，只在ma很小时可得到较好的线性调制。1）关于放大器的工作状态。2）放大器的最佳集电极负载电阻3）晶体管的选择4）对激励的要求5）对调幅放大器的要求6）基极调幅波的失真波形3.设计要求1）关于放大器的工作状态放大器应工作于欠压状态为保证放大器工作在欠压状态，设计时应使放大器最大工作点（调幅波幅值最大处叫最大工作点或调幅波波峰；反之，调幅波幅值最小处叫最小工作点或调幅波波谷）刚刚处于临界状态。设调幅系数ma=1，则最大工作点，电压幅值为(Ucm)max=Ec-Uces载波状态电压幅值为(Ucm)c=1/2(Ucm)max=1/2(Ec-Uces)2）放大器的最佳集电极负载电阻co2cesccp)()(81PUER3）晶体管的选择放大器的工作情况在调制过程中是变化的，应根据最不利情况选选择晶体管。电流脉冲和槽路电压都是在最大工作点处最大，故(1)(PC)c——载波状态下的管耗。(2)在载波状态下，放大器工作于欠压状态，其电压利用系数和集电极效率低，管耗很大，所以管子的功率容量应按载波状态选取。maxmaxcCM)(IIcceo2EBVcCCM)(PP(3)分析ScSav()()PPCMCc()PPcocScCavoavSavC)()()()()()(PPPPPPoSCPPP由可得)21()()(2acoavomPP而因为所以一般激励电压幅度是不变的，但由干基流脉冲大小是随调制信号改变的，所以所需功率也在变。激励电压可按调谐功率放大器的方法进行初步估算。但在调整时，应以达到在载波状态下的槽路电压为准。关于激励功率。因为最大工作点处的基流脉冲最大，所以应根据该处的基流幅值(Ib1m)max确定激励功率，即maxb1mωmω)(21IUP4）对激励的要求主要是确定调制电压和调制功率的大小，以及变压器的等效负载电阻，以满足匹配之需要。调制电压大，则调制度加深，但过大则出现过调失真。在正常情况下，为不造成过调，让与大小配合好。ΩmUΩmUωmU5）对调幅放大器的要求（1）电压：（2）电流：在ma＝1的情况下，调制电流的幅值近似等于载波状态的直流分量，即（3）调制功率：（4）等效负载电阻：cb0Ωm)(IIΩmΩmΩ21IUPΩmΩmΩIURjΩmωmUUU由上述可见:基极调幅电路的优点是（1）所需调制信号功率很小（由于基极调幅电路基极电流小，消耗功率也小）;（2）调制信号的放大电路比较简单。缺点是因其工作在欠压状态，集电极效率低。失真现象有两种：一种是波谷变平;一种是波腹变平。6）基极调幅波的失真波形由于过调或激励电压过小，造成管子在波谷处截止所致。因此，减少反偏压的大小或加大激励电压的值都可改善过调，但加大激励以不引起波腹失真为原则。产生波谷变平的原因产生波腹变平的原因（1）放大器工作在过压状态。(造成过压原因——激励过强或阻抗匹配不当。)（2）激励功率不够或激励信号源内阻过大，造成波腹处的基流脉冲增长不上去。（3）管子在大电流下输出特性不好，造成波腹处集电极电流脉冲增长不上去。此外，假如调谐电路失谐，也可造成调幅波包络失真。三、集电极调幅图5-14集电极调幅电路1）高频载波信号仍从基极加入，而调制信号加在集电极。调制信号与Ec串接在一起，故可将二者合在一起看作一个缓慢变化的综合电源Ecc。所以，集电极调制电路就是一个具有缓慢变化电源的调谐放大器。2）R1C1是基极自给偏压环节。uΩuΩcccuEE1.电路特点集电极调幅uce、ic、ib、Eb的波形如图示。1）图5-15（a）表示综合电源电压Ecc及集电极uce的波形。Ecc和谐振回路电压幅值Ucm都随调制信号而变化，Ucm的包络线反映了调制信号的波形变化。2）图5-15（b）表示脉冲的波形。由于工作在过压状态，ic脉冲波形下凹。Ecc愈小，过压愈深，脉冲下凹愈甚；Ecc愈大，过压程度下降。脉冲下凹轻。3）图5-15（c）表示ib脉冲的波形。它的幅值变化规律刚好与ic相反，过压愈深，输入特性曲线左移愈多，ib脉冲愈大4）图5-15（d）绘出了Eb的波形。它与Ib0的波形是一致的。集电极调幅的调制特性虽比基极调幅好，但也并不理想，即在Ecc较低时，晶体管进入严重过压状态，Ic1m随Ecc的下降很快。而当Ecc很大时，晶体管进入欠压状态，Ic1m随Ecc的增大变化缓慢，从而使调幅产生失真。为了进一步改善调制特性，可在电路中引入补偿措施，补偿的原则是在调制过程中，随着综合电源电压变化，输入激励电压也作相应的变化。例如:综合电源电压降低时，激励电压幅度也随之减小，调幅器不进入强过压区，而当电源电压提高时，激励电压也随之增大，调幅器也不进入欠压区，始终保持在弱过压——临界状态。