w第5章振幅調(diào)制電路

1、高頻電路高頻電路第五章 振幅調(diào)制電路高頻電路高頻電路第一節(jié)第一節(jié) 概述概述基帶信號(hào)調(diào)制信號(hào)高頻電路高頻電路基帶信號(hào)基帶信號(hào)：需要傳送的信息（聲音、圖像）通：需要傳送的信息（聲音、圖像）通過換能器（傳感器）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此電信號(hào)過換能器（傳感器）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此電信號(hào)是占有一定頻譜寬度的是占有一定頻譜寬度的低頻信號(hào)低頻信號(hào)，通常稱為基，通常稱為基帶信號(hào)。帶信號(hào)。調(diào)制調(diào)制：將需傳送的基帶信號(hào)加載到高頻信號(hào)上：將需傳送的基帶信號(hào)加載到高頻信號(hào)上的過程稱為調(diào)制。調(diào)制分為的過程稱為調(diào)制。調(diào)制分為模擬調(diào)制模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)和數(shù)字調(diào)制。制。模擬調(diào)制模擬調(diào)制: 用需傳送的信息電壓用需傳送的信息電壓u(t)作為調(diào)

2、制作為調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波震蕩信號(hào)的某一參量，使信號(hào)去控制高頻載波震蕩信號(hào)的某一參量，使其隨其隨u(t) 線性關(guān)系變化。線性關(guān)系變化。高頻電路高頻電路一、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其頻譜一、普通調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其頻譜定義定義：用需傳送的信息：用需傳送的信息電壓電壓u(t) （調(diào)制信號(hào)）去控（調(diào)制信號(hào)）去控制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)制高頻載波振蕩電壓的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)u(t)線線性關(guān)系變化。性關(guān)系變化。( )coscos2( )cos( )mmccmcccmcmautUtUFtu tUtUUk ut 假設(shè):單音信號(hào)載波信號(hào)普通調(diào)幅波的振幅，包絡(luò)比例系數(shù)高頻電路高頻電路max

3、minmaxminmaxmin( )( ) cos( ) cos(cos) cos(1cos) cos(1cos) cos(1)(1),1mccmaccmamcamcmccmcmacamacmmcmamcmammaammu tUttUk uttUk Uttk UUttUUmttk UmUUUmUUmUUmmUU調(diào) 幅 指 數(shù) (調(diào) 幅 度 )不失真調(diào)制時(shí)高頻電路高頻電路過量調(diào)幅波形過量調(diào)幅波形( )(1cos) cos1,cos-1(1cos)0cmacacmau tUmttmtUmt當(dāng)時(shí) ，過量調(diào)制振幅為負(fù)包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號(hào)的波形高頻電路高頻電路tmUtmUtUttmUtucacmcac

4、mccmcacm)cos(21)cos(21coscos)cos1 ()(單音頻信號(hào)調(diào)制的普通調(diào)幅單音頻信號(hào)調(diào)制的普通調(diào)幅波由三個(gè)頻率分量組成波由三個(gè)頻率分量組成: 載載波波c、上邊頻、上邊頻c +和下邊和下邊頻頻c- 。載波分量不包含。載波分量不包含信息，調(diào)制信號(hào)的信息只包信息，調(diào)制信號(hào)的信息只包含在上、下邊頻分量?jī)?nèi)，含在上、下邊頻分量?jī)?nèi)，邊邊頻的振幅反映了調(diào)制信號(hào)幅頻的振幅反映了調(diào)制信號(hào)幅度的大小度的大小，邊頻的頻率雖屬，邊頻的頻率雖屬于高頻的范疇，但反映了調(diào)于高頻的范疇，但反映了調(diào)制信號(hào)頻率與載波的關(guān)系。制信號(hào)頻率與載波的關(guān)系。kaUm普通調(diào)幅波的頻譜普通調(diào)幅波的頻譜amacmk UmU

5、高頻電路高頻電路實(shí)際調(diào)制信號(hào)實(shí)際調(diào)制信號(hào)往往是含有多個(gè)頻往往是含有多個(gè)頻率比較復(fù)雜的信號(hào)。如調(diào)幅廣播率比較復(fù)雜的信號(hào)。如調(diào)幅廣播所傳送的語言信號(hào)頻率約為所傳送的語言信號(hào)頻率約為50 Hz至至3.5 kHz，經(jīng)調(diào)制后，各個(gè)語言，經(jīng)調(diào)制后，各個(gè)語言頻率產(chǎn)生各自的上邊頻和下邊頻，頻率產(chǎn)生各自的上邊頻和下邊頻，迭加后形成了迭加后形成了上邊頻帶上邊頻帶和和下邊頻下邊頻帶帶，而且相對(duì)于載波是對(duì)稱的。，而且相對(duì)于載波是對(duì)稱的。)cos()cos(2cos)(1ttUtUtuicicnicmccm由調(diào)幅波的頻譜圖可以看出，調(diào)制過程實(shí)質(zhì)上是一種由調(diào)幅波的頻譜圖可以看出，調(diào)制過程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜搬移過程。經(jīng)過調(diào)制

6、后，調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻頻譜搬移過程。經(jīng)過調(diào)制后，調(diào)制信號(hào)的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶（高頻）。被搬移到載頻附近，成為上、下邊頻帶（高頻）。實(shí)際的調(diào)制信號(hào)頻譜下邊頻帶上邊頻帶高頻電路高頻電路二、普通調(diào)幅波的功率關(guān)系二、普通調(diào)幅波的功率關(guān)系假設(shè)將調(diào)幅波電壓加在負(fù)載電阻假設(shè)將調(diào)幅波電壓加在負(fù)載電阻R兩端兩端22222211( )coscos()cos()22(1)12(2)1111()2284(3)(1)2cccccmccmaccmaccmoTacmcmaaoTaoavoToTu tUtU mtU mtUPRmUUPPmm PRRmPPPPP 載波功率 每個(gè)邊頻功率 調(diào)制一周內(nèi)平

7、均總功率 高頻電路高頻電路oToTaoToavoToTaaPPmPPPPPPmPPmcccc23)21(4141122時(shí)當(dāng)ma=1時(shí)，包含信息的上、下邊頻功率之和只占總輸出功率的1/3，而不含信息的載波功率卻占了總輸出功率的2/3，這是一種很大的浪費(fèi)。實(shí)際的平均調(diào)幅指數(shù)ma為0.3，POT = 95.7% Poav，2Pc+ = 4.3% Poav載波本身不包含信息，為了減少不必要的功率浪費(fèi)，可以只發(fā)射上、下邊頻。高頻電路高頻電路三、雙邊帶調(diào)幅信號(hào)和單邊帶調(diào)幅信號(hào)三、雙邊帶調(diào)幅信號(hào)和單邊帶調(diào)幅信號(hào)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)(DSB)定義和頻譜定義和頻譜( )( )( )coscos1cos(

8、)cos() 2cmcmcmcmccu tut u tUt UtUUtt 雙邊帶信號(hào)的雙邊帶信號(hào)的包絡(luò)包絡(luò)仍然是隨調(diào)制信號(hào)變?nèi)匀皇请S調(diào)制信號(hào)變化的，但它的包絡(luò)化的，但它的包絡(luò)已不能已不能準(zhǔn)確反映低頻準(zhǔn)確反映低頻調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。雙邊帶信號(hào)在調(diào)制信號(hào)的負(fù)半周，已調(diào)雙邊帶信號(hào)在調(diào)制信號(hào)的負(fù)半周，已調(diào)波高頻與原載頻波高頻與原載頻反相反相；調(diào)制信號(hào)的正半；調(diào)制信號(hào)的正半周，已調(diào)波高頻與原載頻同相。周，已調(diào)波高頻與原載頻同相。因?yàn)殡p邊帶信號(hào)不包含載波，功率有效因?yàn)殡p邊帶信號(hào)不包含載波，功率有效利用率高于利用率高于AM調(diào)制。調(diào)制。頻譜？頻譜？反相包絡(luò)高頻電路高頻電路因?yàn)閮蓚€(gè)邊帶（因?yàn)?/p>

9、兩個(gè)邊帶（DSB)的任何一個(gè)邊帶已經(jīng)包含調(diào)的任何一個(gè)邊帶已經(jīng)包含調(diào)制信號(hào)的全部信息，所以可以進(jìn)一步把其中的一制信號(hào)的全部信息，所以可以進(jìn)一步把其中的一個(gè)邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個(gè)邊帶，這就是個(gè)邊帶抑制掉，而只發(fā)射一個(gè)邊帶，這就是SSB單單邊帶調(diào)幅波。邊帶調(diào)幅波。1( )cos()21( )cos()2mcmcmcmcu tUUtu tUUt 或單邊帶調(diào)幅波（單邊帶調(diào)幅波（SSB）定義和頻譜）定義和頻譜單音頻調(diào)制時(shí)，單音頻調(diào)制時(shí)，SSB是等幅波，但含有傳送信息。是等幅波，但含有傳送信息。高頻電路高頻電路四、振幅調(diào)制電路的功能四、振幅調(diào)制電路的功能振幅調(diào)制電路的振幅調(diào)制電路的功能功能是將輸入的調(diào)制信

10、號(hào)是將輸入的調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)通過電路，和載波信號(hào)通過電路，變換成高頻調(diào)幅信號(hào)變換成高頻調(diào)幅信號(hào)輸出。輸出。調(diào)幅電路的調(diào)幅電路的分類分類：按：按實(shí)現(xiàn)調(diào)幅級(jí)（載波）實(shí)現(xiàn)調(diào)幅級(jí)（載波）電平的高低分為電平的高低分為低電低電平調(diào)幅電路平調(diào)幅電路和和高電平高電平調(diào)幅電路調(diào)幅電路。高頻電路高頻電路第二節(jié)第二節(jié) 低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅低電平調(diào)幅是先在低功率電平級(jí)進(jìn)行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過高是先在低功率電平級(jí)進(jìn)行振幅調(diào)制，然后再經(jīng)過高頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。頻功率放大器放大到所需要的發(fā)射功率。調(diào)制重點(diǎn)是提高調(diào)制的調(diào)制重點(diǎn)是提高調(diào)制的線性線性，減少不需要的頻率分量的產(chǎn)生和，減少不需要的

11、頻率分量的產(chǎn)生和提高濾波性能。提高濾波性能。調(diào)制過程把調(diào)制信號(hào)的頻譜從低頻搬移到載頻的兩側(cè)，即產(chǎn)生調(diào)制過程把調(diào)制信號(hào)的頻譜從低頻搬移到載頻的兩側(cè)，即產(chǎn)生了新的頻譜分量，所以必須采用非線性器件才能實(shí)現(xiàn)。了新的頻譜分量，所以必須采用非線性器件才能實(shí)現(xiàn)。高頻電路高頻電路一、單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路一、單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路開關(guān)狀態(tài)是指二極管在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)開關(guān)狀態(tài)是指二極管在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)行頻率變換時(shí)，其中一個(gè)行頻率變換時(shí)，其中一個(gè)電壓振幅電壓振幅足夠大，另一個(gè)足夠大，另一個(gè)電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通或截止將完全受大振電壓振幅較小，二極管的導(dǎo)通或截止將完全受大振幅電壓的控制。可

12、近似認(rèn)為二極管處于一種理想的幅電壓的控制?？山普J(rèn)為二極管處于一種理想的開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)狀態(tài)。u1(t) = U1m cos1t = Um cost小小信號(hào)，低頻調(diào)制信號(hào)信號(hào)，低頻調(diào)制信號(hào)u2(t) = U2mcos2t = Ucm cosc t振幅振幅足夠大的信號(hào)，高頻載波信號(hào)足夠大的信號(hào)，高頻載波信號(hào)高頻電路高頻電路由于由于u2(t)振幅足夠大，所以二極管振幅足夠大，所以二極管D主要受主要受u2(t)控制，控制，工作在開關(guān)狀態(tài)。工作在開關(guān)狀態(tài)。0)(0)(0)()(12221tutututuRriLd高頻電路高頻電路)()()(10)(0)(01)(0)(0)(0)()(1212222222

13、1tututKRritututKtutututuRriLdLd定義開關(guān)函數(shù)22221222()coscos3cos5235Ktttt高頻電路高頻電路21222211221()( )( )11222(coscos3cos5)235(coscos)dLdLmmiKtu tutrRtttrRUtUt 電流電流i中包含以下頻譜成分中包含以下頻譜成分1、1和和2 2、2+1和和2-13、(2n-1)2+1和和(2n-1)2-14、2n25、直流分量、直流分量2是高頻載波頻率是高頻載波頻率c，1是低頻調(diào)制信號(hào)頻率是低頻調(diào)制信號(hào)頻率如果用中心頻率為如果用中心頻率為c，通頻帶寬度略大于通頻帶寬度略大于2的帶通

14、濾波器作為負(fù)載，的帶通濾波器作為負(fù)載，負(fù)載上得到的輸出電壓負(fù)載上得到的輸出電壓將只包含三個(gè)頻率分量將只包含三個(gè)頻率分量c、c+ 、c- ，這正是一個(gè)普通調(diào)幅波。這正是一個(gè)普通調(diào)幅波。高頻電路高頻電路二、二極管平衡調(diào)幅電路二、二極管平衡調(diào)幅電路1:22:1uc(t)=Ucmcosc t足夠大，足夠大，二極管二極管D1、D2均均工作于受工作于受uc(t)控控制的開關(guān)狀態(tài)，制的開關(guān)狀態(tài)，D1、D2導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻rd。21LLRRp 高頻電路高頻電路12312121()( )( )21()( )( )22( )()22cos122(coscos 3)22322coscos()cos()22cos(3

15、3ccdLccdLcdLmccdLmccdLciKtututrRiKtututrRBiiutiiiKtrRUtttrRUtttrR 次 級(jí) 線 圈 同 樣 感 應(yīng) 出 相 同 的 、2)cos(3)3ctt 通過中心頻率為通過中心頻率為c，帶寬為，帶寬為2的帶通濾波器，只有的帶通濾波器，只有c+ 、c-頻率成分的電流流過負(fù)載頻率成分的電流流過負(fù)載RL，在，在RL上建立雙邊帶調(diào)上建立雙邊帶調(diào)幅波的電壓。幅波的電壓。高頻電路高頻電路三、二極管環(huán)形調(diào)幅電路三、二極管環(huán)形調(diào)幅電路)(2)(221tKRrtuiiicLdI)(2)(234tKRrtuiiicLdII高頻電路高頻電路12432()()22

16、()()2122()c o sc o s 323122()c o sc o s 3232()()() 22c o s44(c o sc o s 323IcdLI IcdLccccccII IccdLmccdLutiiiKtrRutiiiKtrRKtttKtttutiiiKtKtrRUtttrR )44c o s ()c o s ()244c o s ( 3)c o s ( 3)33mccdLccUttrRtt 與平衡調(diào)制器比進(jìn)一步抵消了與平衡調(diào)制器比進(jìn)一步抵消了分量，通過帶通濾波器可取出頻率分量，通過帶通濾波器可取出頻率c+ 、c-成分的電流在負(fù)載成分的電流在負(fù)載RL上建立的雙邊帶調(diào)幅波電壓。

17、上建立的雙邊帶調(diào)幅波電壓。振幅翻倍。振幅翻倍。End一次課高頻電路高頻電路四、模擬乘法器調(diào)幅電路四、模擬乘法器調(diào)幅電路DSB雙邊帶調(diào)幅信號(hào)( )( )( )coscos1cos()cos() 2cmcmcmcmccu tut u tUt UtUUtt )()()(0tutKutuyx模擬乘法器是一模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬種完成兩個(gè)模擬信號(hào)相乘作用的信號(hào)相乘作用的電子器件。電子器件。高頻電路高頻電路（一）雙差分對(duì)管振幅調(diào)制電路（一）雙差分對(duì)管振幅調(diào)制電路高頻電路高頻電路準(zhǔn)備知識(shí)PN結(jié)的結(jié)的V-I 特性的表達(dá)式特性的表達(dá)式（模擬電路（模擬電路P74）/(1):/26(1)DTTBETTBEBE

18、BEvVDSsTTCBuVCSuVuVSSqukTSiIeIVVkTqmViiiIeI eI eI e反 向 飽 和 電 流溫 度 的 電 壓 當(dāng) 量xxxxxxxxxxxxeeeeeeeextheeeethx11)1(21)21(21tanhth2222222雙曲線正切函數(shù)或xthxy 11高頻電路高頻電路566522256056565()5502500260,(1/)(1)(1)/(1)(1)22/(1)(1)22bebebebeqquukTkTSSqquuukTkTqukTqukTiI eiI eIiiiiiieieIquiIethkTIquiIethkT同理載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)11(1)2

19、21xxthe高頻電路高頻電路2202500260/(1)(1)22/(1)(1)22qukTqukTIquiIethkTIquiIethkT載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)121511512613614111324124356,26112156000.52(1),22(1),22(1),22(1)22()()()()22()2222IIIuumVqukTiquithkTiquithkTiquithkTiquithkTququiiiiiiiiiiii thi thkTkTququququthiiI ththIkTkTkTk2122MquKu uTkT高頻電路高頻電路i = KM u1 u2將將u1用載波電壓用

20、載波電壓uc(t) = Ucm cosc t ，u2用調(diào)制電壓用調(diào)制電壓u(t) = Um cos t 代替，代替，則可實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅。則可實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅。在實(shí)際中負(fù)載仍是一個(gè)中心頻在實(shí)際中負(fù)載仍是一個(gè)中心頻率為率為c的帶通濾波器。的帶通濾波器。缺點(diǎn)：公式要成立必須滿足缺點(diǎn)：公式要成立必須滿足u1 26mv、u2 26mv，這限制了信號(hào)的范圍。這限制了信號(hào)的范圍。載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)高頻電路高頻電路為了擴(kuò)大u2的動(dòng)態(tài)范圍，可以在T5與T6的發(fā)射極之間接入負(fù)反饋電阻Ry，并將恒流源I0分為兩個(gè)I0/2的恒流源。565055656256565655656652566556/2()/2()/2()/2,

21、ln1ln()21()ln2bebeyeeeeeebeyybebebeeeyququekTkTeSeSbebeeeeeyeeeyeyeIiIiiiiiuuR IuuuiiRikTiI eiI euuqiikTuiiRqiikTiiRqiR足夠大，當(dāng)條滿足件深度負(fù)反饋622565656211()()22eeyyyuuiiRii RiiR對(duì)u2大小有限制？u2可以含直流和交流成分電路改進(jìn)電路改進(jìn)156()2quithiikT，2122yqiu thuRkT高頻電路高頻電路為了擴(kuò)大u2的動(dòng)態(tài)范圍，可以在T5與T6的發(fā)射極之間接入負(fù)反饋電阻Ry，并將恒流源I0分為兩個(gè)I0/2的恒流源。對(duì)u2大小有限制

22、？u2可以含直流和交流成分電路改進(jìn)電路改進(jìn)2122yqiu thuRkT公式適用條件？22560000200222-yyyyyuuiiIIRRIIuRIIRuR，高頻電路高頻電路（二）（二）MC1596平衡調(diào)幅電路平衡調(diào)幅電路)()(2221tuutuuukTqthuRiccy調(diào)直流電壓V高頻電路高頻電路cyukTqthuRi222( )cos()122132()22444coscos3cos52352244coscoscos323ccmccmccccccccmccyykTutUtUqtquthkTtquthtttkTqiu thuUtttRkTR（1）假定：，是大信號(hào)輸入通過中心頻率為c，帶

23、寬為2的帶通濾波器，經(jīng)濾波取出的電流分量為雙邊帶信號(hào)。討論：高頻電路高頻電路2( )cos,2244()(cos)coscos323ccmccmcmccyykTu tUt UqqiuV thuUtVttRkTR 假定，是大信號(hào)輸入思考：通過中心頻率為c，帶寬為2的帶通濾波器，經(jīng)濾波取出的電流分量為?信號(hào)。212( )( )cuutVuu t討論：（ ）假定（直流）高頻電路高頻電路第三節(jié)第三節(jié) 高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅電路高電平調(diào)幅是直接產(chǎn)生滿足發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波。為了獲得大的輸出功率，是用調(diào)制信號(hào)去控制處于丙類工作的末級(jí)諧振功率放大器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。它的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)效率高。合二為一合二為一高頻

24、電路高頻電路知識(shí)回顧知識(shí)回顧pmccmmcpccnmmcmcccRIUtIRutnItItIIi11210coscos2coscos 高頻電路高頻電路Vcc對(duì)工作狀態(tài)的影響（對(duì)工作狀態(tài)的影響（P51）在欠壓和臨界區(qū)，Vcc的改變對(duì)ic沒有影響在過壓區(qū)，Vcc的改變將改變ic的大小高頻電路高頻電路Vcc對(duì)電流和功率的影響對(duì)電流和功率的影響PPPPPRIPIVPIIIIococpmcocccccMmcccMc,21,),(),(2101100可用于可用于集電極集電極調(diào)幅調(diào)幅高頻電路高頻電路一、集電極調(diào)幅電路一、集電極調(diào)幅電路對(duì)于丙類高頻功率放大器在不變的Vcc下，Ic1m不變，輸出u(t)為等幅高頻正弦波。設(shè)ub = Ubmcosct（載波）則u(t) = RpIc1mcosct在過壓狀態(tài)，Ic0、Ic1m隨Vcc變化而變化。設(shè)u(t) = UmcostVccttmIRtutmIItmVtUVVcaTcpaTcmcacTmcTcccos)cos1()()cos1()cos1(cos111形成普通調(diào)幅波