信号的调幅与解调

信号的调幅与解调任务3调幅与检波信号的调幅与解调3.1调制概述3.2调幅信号分析3.3调幅电路3.4收音机中的检波电路信号的调幅与解调高频放大混频本机振荡中频放大检波低频放大收音机中必不可少的电路调幅信号信号的调幅与解调3.1调制概述所要传输的原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用表示)(tu高频振荡信号是用来携带低频信号的高频振荡信号,称为载波，用uc(t)表示，载波通常采用高频正弦波。受调后的信号称为已调波，用u(t)表示。一、什么是调制调制：将要传输的低频信号装载的高频信号上。解调：将低频信号从高频信号上还原出来。调制信号载波已调波几个概念信号的调幅与解调（1）为了提高信号的频率，以便更有效地将信号从天线辐射出去。由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸与辐射的信号波长相比拟时，才能进行有效的辐射。而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制，提高其频率，以便于天线辐射。二、为什么要进行调制信号的调幅与解调（2）为了实现信道复用。如果多个同频率范围的信号同时在一个信道中传输必然会相互干扰，若将它们分别调制在不同的载波频率上，且使它们不发生频谱重迭，就可以在一个信道中同时传输多个信号了，这种方式，称为信号的频分复用。信号的调幅与解调调制就是用调制信号控制载波的某个参数,并使其与调制信号的变化规律成线性关系。三、怎样进行调制对模拟信号具有三种调制方式：调幅、调频和调相。tUtucmcos)(调幅频率随调制信号改变调频调相振幅随调制信号改变相位随调制信号改变信号的调幅与解调一.调幅信号的波形3.2调幅信号分析信号的调幅与解调信号的调幅与解调设载波uC(t)的表达式和调制信号u(t)的表达式分别为：tUtuccmccos)(tUtumcos)(调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，ttUkUtucmacmAMcos)cos()(ttUUkUccmmacmcos)cos1(ttMUcacmcos)cos1(二.调幅信号的数学表达式调幅波表达式为调幅cmUtUkUmacmcos幅度变化量调幅系数信号的调幅与解调Umax表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的最小值。Ma表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤Ma≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。Ma1的情况称为过调制,信号的调幅与解调不同Ma时的已调波波形信号的调幅与解调1.已知：Umax＝10，Umin＝6，求Ma。2.已知：Umax＝12，Ucm＝10，求Ma。3.已知：Ucm＝10，Umin＝6，求Ma。若fc＝200kHz。F＝5kHz，写出表达式。tttu63102cos)1032cos4.01(10)(4.已知：求：Ma，Ucm,fc，F。问题与思考信号的调幅与解调三.调幅信号的频谱ttMUtucacmAMcos)cos1()(ttMUtUcacmccmcoscoscostUMtUccmaccm)cos(21costUMccma)cos(21下边频上边频载频下边频上边频载频信号的调幅与解调tttuAM10002cos)1002cos5.01(10)(tttuAM63102cos)1032cos4.01(12)(已知：画出它们的频谱图。例题一信号的调幅与解调已知频谱图，写出表达式。例题二u0f（kHz）1001059510v4v4v信号的调幅与解调调制过程为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。调幅波的频带宽度为：BW=2Fn复杂调制信号调幅的频谱上边带下边带信号的调幅与解调复杂调制信号调幅的频谱1.调幅的实质是频谱的线性搬移2.调幅必须采用非线性电路实现信号的调幅与解调例题三u0f（kHz）5005104908v4v4v5304703v3v已知频谱图，写出表达式。信号的调幅与解调1.载波的功率四、调幅波的功率分配LcmcRUP2212.上、下边频功率3.总平均功率4.最大瞬时功率LcmaRUMPP221)21(21caPM241caPMPPP22121CaccPMPPPPP22121caPM)211(2LcmaRUMP2)1(22maxLcmaRUM222141信号的调幅与解调设载波功率PC=150W，问调幅系数为1及0.3时，总边频功率，总平均功率及已调波最大瞬时功率各为多少？由本例可以得出如下结论：（1）调幅信号的边频功率与调幅系数有关，调幅系数越大，边频功率越大。（2）在实际的通信系统中，由于信号的幅度是变化的，平均的调幅系数较小，因此，在已调波的总功率中，载波功率占了绝大部分，边频功率只占极小部分。（3）由于有用信息（调制信号）只包含在边频（边带）中，载频并不包含有用信息，故一般调幅在功率利用方面存在极大浪费。例题四信号的调幅与解调已知：调幅波表达式为uAM（t）=10(1+0.6cos2π×3×102t+0.3cos2π×3×103t)cos2π×106t(v)求：1、调幅波中包含的频率分量与各分量的振幅值。2、画出该调幅波的频谱图并求出其频带宽度BW。例题五信号的调幅与解调五.双边带信号由于载波不包含有用信息，但又占据很大的功率分配，因此，为了提高功率的有效利用率，在传输时，可以仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带调制。)()()(tutKutucDSBttUKUcccmm)cos()cos(21双边带信号的频谱中无载频成份，只有上、下边频（边带）ttMUtucacmAMcos)cos1()(ttMUtUcacmccmcoscoscos信号的调幅与解调1.双边带信号的包络不反映调制信号变化规律2.在调制信号过零点处，发生相位突变（反相）信号的调幅与解调1.为什么说普通调幅波的功率利用率低？要提高功率利用率，可以采用什么方法？2.双边带调幅相比普通调幅的优势是什么？3.双边带调幅信号的包络是否与调制信号的波形相同？4.双边带调幅与普通调幅的共同点是什么？问题与思考信号的调幅与解调一、调幅电路的实现模型3.3调幅电路调幅过程是频谱的线性搬移过程，在这个过程中，有新的频率分量出现，这个过程也称为频率变换，显然，频率变换不可能由线性电路实现，而必须由非线性电路才能完成。有新的频率产生频率变换作用线性电路非线性电路没有新的频率产生有新的频率产生信号的调幅与解调1.非线性元件的频率变换作用一个信号通过线性元件和非线性元件产生频率：ω，2ω，3ω等谐波信号的调幅与解调两个信号通过线性元件和非线性元件产生组合频率：ω=|±pω1±qω2|(p、q=0，2，3……)信号的调幅与解调1.一个正弦信号通过非线性元件产生基波和多次谐波。2.两个信号通过非线性元件产生组合频率。产生频率：ω，2ω，3ω等谐波产生组合频率：ω=|±pω1±qω2|(p、q=0，2，3……)结论信号的调幅与解调2.调幅电路模型调幅关键在于获得调制信号与载波的相乘项，而相乘项的获得，必须采用非线性电路才能实现。普通调幅电路可以采用二极管、三极管等非线性元件实现，也可以采用集成模拟相乘器实现。Ff=|±pfc±qF|fc±F,fcfc信号的调幅与解调3.集成模拟相乘器模拟相乘器是实现两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路，它通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络。集成模拟相乘器是实现频率变换的重要部件。差分电路是模拟相乘器的基本电路单元，通用型的集成模拟相乘器的实用电路一般采用双差分电路，外加一个补偿网络以扩大输入信号的动态范围，例如BG314。uo=Kuxuy信号的调幅与解调差分电路是模拟相乘器的基本电路单元信号的调幅与解调实用模拟集成相乘器举例：BG314内部电路双差分放大器扩展电路：扩展动态范围信号的调幅与解调问题与思考1.有哪几种调幅方式？2.调幅的实现模型是怎样的？3.调幅的实质是什么？4.为什么调幅必须采用非线性电路才能实现？信号的调幅与解调二、调幅电路的类型普通调幅电路双边带调幅电路单边带调幅电路二极管调幅电路集成模拟相乘调幅电路高电平调幅电路平衡调幅电路环形调幅电路集成模拟相乘调幅电路滤波法移相法单边带调幅单边带信号。普通调幅调幅信号抑制载波的双边带调幅双边带信号信号的调幅与解调三.低电平调幅电路由于二极管的非线性频率变换作用，在二极管的电流中包含各种组合频率分量，其中有ωC和ωC的分量。只要调谐回路谐振于ωC，且带宽为2Ω，其输出即为普通调幅波。非线性元件带通滤波器信号的调幅与解调频谱分析：nnEunEfEuEfEuEfEfufi)(!)()(!2)('')(!1)(')()()(22210)()(EuaEuaaiu=u+uC+E)()(210ccuuauuaaicCCuuauauauauaa2222211022cos212cos21coscos212122221122220tUatUatataUaUaaccmmccmmtUUatUUaccmmccmmcoscos21信号的调幅与解调四、集成模拟相乘普通调幅电路调节调幅系数信号的调幅与解调五.双边带调幅电路1.二极管平衡调幅电路二极管平衡调幅电路工作波形电路中要求各二极管特性完全一致，电路完全对称信号的调幅与解调频谱分析：uuuCD1uuuCD2)(2tKugiCD)(11tKugicDD)(22tKugicDD21iii)3cos32cos221(cos2tttUgiCCmDttttKCCCC5cos523cos32cos221)(信号的调幅与解调2.二极管环形调幅电路信号的调幅与解调六.单边带调幅电路由于双带边信号中的两个边带所包含信息是相同的，因此，在传输时，也可以只传送一个边带而将另一个边带滤掉，这就是单边带调幅。这样做的好处在于，频带可以节省一半，这对于日益拥挤的短波波段来说，有着极其重大的意义，因为这样就能在同一波段内，使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高了短波波段的利用率。获得单边带信号的方法主要为滤波法和移相法。信号的调幅与解调下边带上边带带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。滤波法：难点：边带能否滤干净信号的调幅与解调移相法：难点：精确地移相90°信号的调幅与解调(a)节省发射机的发射功率。(b)单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半,带宽利用率高。(c)双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律.单边带信号的主要特点：信号的调幅与解调问题与思考1.普通调幅电路一般有哪几种？2.双边带调幅电路一般有哪几种？3.单边带调幅一般有哪几种方式？信号的调幅与解调画出下图中u1和u2的波形和频谱图。例题六信号的调幅与解调3.4收音机中的检波电路一、收音机中的检波过程1、什么是检波器从高频调幅波中解调出原调制信号检波器是收音机中一个必不可少的单元电路。信号的调幅与解调2.实现检波的电路模型（1）.包络检波（2）.同步检波信号的调幅与解调二、大信号包络检波器1.大信号检波器的电路大信号，是指输入高频电压的振幅在0.5V以上，这时可忽略二极管的导通电压，即认为二极管工作在开关状态。二极管两端的电压为正时，二极管导通;为负时，二极管截止。检波二极管低通滤波器检波负载电阻信号的调幅与解调2.大信号检波器的原理正半周时，充电，内阻rd小，充电时间常数rdC很小，充电很快。负半周时，放电，负载电RL大，放电时间常数RLC很大放电很慢。去向低功放去向AGC电路放电充电信号的调幅与解调3.大信号检波器的检波效率cmamdUMUK幅输入调幅信号的包络振输出调制信号振幅增大负载电阻RL阻值；增加