通信電子線路課件：Chapter 5 振幅調(diào)制電路

1、Chapter 5 振幅調(diào)制電路5.1 概述5.2 低電平調(diào)幅電路5.3 高電平調(diào)幅電路5.4 單邊帶調(diào)制5.1 概述信息傳輸?shù)膽?yīng)用基帶信號調(diào)制的概念與方法解調(diào)的概念與種類調(diào)制解調(diào)的本質(zhì)是頻譜變換過程 調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 便于發(fā)射與接收 天線理論 便于實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用 便于改善系統(tǒng)性能調(diào)制的作用（1）提高頻率以便于輻射：無線電通信系統(tǒng)是利用天線向空間輻射電磁波的方式來傳輸信號的。由天線理論，只有當(dāng)天線的尺寸大于信號波長的1/10時，信號才能被天線有效地輻射。如1m的天線，輻射頻率至少需要30MHz。（2）實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用：通過調(diào)制可以把不同信號的頻譜搬移到不同的位置，互不重疊，即可以實(shí)現(xiàn)在同一個信道里同時

2、傳輸許多信號頻分復(fù)用。（3）改善系統(tǒng)性能：通過調(diào)制使信號占有較大的帶寬，可以提高它的抗干擾能力，從而改善系統(tǒng)的性能。頻譜變換的實(shí)現(xiàn) 非線性電路具有頻率變換的功能，即通過非線性器件相乘的作用產(chǎn)生與輸入信號波形的頻譜不同的信號。 當(dāng)頻率變換前后，信號的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號頻譜無失真在頻率軸上搬移，則稱之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱之為頻譜搬移電路。 例子1 調(diào)幅的頻譜搬遷例子2 檢波原理的頻譜搬遷 例子3 混頻的頻譜搬遷2) 從頻譜結(jié)構(gòu)看，上述頻率變換電路都只是對輸入信號頻譜實(shí)行橫向搬移而不改變原來的譜結(jié)構(gòu)，因而都屬于所謂的線性頻率變換。1) 它們的實(shí)現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性

3、器件對輸入信號頻譜實(shí)行變換以產(chǎn)生新的有用頻率成分后，濾除無用頻率分量。3) 頻譜的橫向平移從時域角度看相當(dāng)于輸入信號與一個參考正弦信號相乘，而平移的距離由此參考信號的頻率決定，它們可以用乘法電路實(shí)現(xiàn)。5.1.1 調(diào)幅波的概念 調(diào)制是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。 按照所采用的載波波形區(qū)分，調(diào)制可分為連續(xù)波(正弦波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。 連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，可用數(shù)學(xué)式表示，受控參數(shù)可以是載波的幅度A，頻率或相位。因而有調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。設(shè) 簡諧調(diào)制信號 載波信號 1. 調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式則 調(diào)幅信號為 通常調(diào)制要傳送的信號波形是比較

4、復(fù)雜的，但無論多么復(fù)雜的信號都可用傅氏級數(shù)分解為若干正弦信號之和。 稱為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后改變的程度。一般0ma1。 (a) 調(diào)制信號由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形 當(dāng)載波頻率 調(diào)制信號頻率，0ma1，則可畫出和已調(diào)幅波形分別如下圖所示。從圖中可看出調(diào)幅波是一個載波振幅按照調(diào)制信號的大小線性變化的高頻振蕩，其振蕩頻率保持載波頻率不變。(a) 調(diào)制信號(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過調(diào)制波形圖普通調(diào)幅 當(dāng)時ma 1時，調(diào)幅達(dá)到最大值，稱為百分之百調(diào)幅。若ma 1，AM信號波形某一段時間振幅為將為零，稱為過調(diào)制。(a) 調(diào)制信

5、號(b)已調(diào)波形由非正弦波調(diào)制所得到的調(diào)幅波形過調(diào)制波形圖5.1.2 普通調(diào)幅信號的頻譜、帶寬和功率將調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式展開，可得到非正弦波調(diào)幅信號的頻譜圖由圖看出調(diào)幅過程實(shí)際上是一種頻譜搬移過程，即將調(diào)制信號的頻譜搬移到載波附近，成為對稱排列在載波頻率兩側(cè)的上、下邊頻，幅度均等于 對于單音信號調(diào)制已調(diào)幅波，從頻譜圖上可知其占據(jù)的頻帶寬度B=2或B=2F (=2F)，對于多音頻的調(diào)制信號，若其頻率范圍是，則已調(diào)信號的頻帶寬度等于調(diào)制信號最高頻率的兩倍。普通調(diào)幅波的功率關(guān)系將 作用在負(fù)載電阻R上載波功率每個邊頻功率(上邊頻或下邊頻)在調(diào)幅信號一周期內(nèi)，AM信號的平均輸出功率是 因?yàn)閙a1，所以邊

6、頻功率之和最多占總輸出功率的1/3。 調(diào)幅波中至少有2/3的功率不含信息，從有效地利用發(fā)射機(jī)功率來看，普通調(diào)幅波是很不經(jīng)濟(jì)的。5.1.3 DSB和SSB 4月28日1. 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波 為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點(diǎn)，提高設(shè)備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號。 這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(DSB AM)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號頻譜中最高頻率的兩倍，即 抑制載波調(diào)幅2. 單邊帶調(diào)幅波 上邊頻與下邊頻的頻譜分量對稱含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個邊帶信號，稱之為單邊帶通信(SSB)。其表達(dá)式為： 或其頻帶寬度為：電壓表達(dá)式普通調(diào)幅波載波被抑制雙邊帶調(diào)

7、幅波單邊帶信號波形圖頻譜圖信號帶寬表5-1 三種振幅調(diào)制信號 調(diào)幅波的共同之處都是在調(diào)幅前后產(chǎn)生了新的頻率分量，也就是說都需要用非線性器件來完成頻率變換。(a) 普通調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖 (b) 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(c) 單邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖 高電平調(diào)幅電路 一般置于發(fā)射機(jī)的最后一級，是在功率電平較高的情況下進(jìn)行調(diào)制。 低電平調(diào)幅電路 一般置于發(fā)射機(jī)的前級，再由線性功率放大器放大已調(diào)幅信號，得到所要求功率的調(diào)幅波。按調(diào)制電路輸出功率的高低可分為：5.2 低電平調(diào)幅電路5.2.1 單二極管調(diào)幅電路 二極管調(diào)幅電路 調(diào)制信號和載波信號相加后，通過二極管非線性特性的變換，在電流i中產(chǎn)生了各種組合頻率分

8、量，將諧振回路調(diào)諧，便能取出和的成分，這便是普通調(diào)幅波。二極管信號較小時的工作狀態(tài)當(dāng)vD很小時，級數(shù)可只取前四項(xiàng) 經(jīng)分類整理可知： 是我們所需要的上、下邊頻。這對邊頻是由平方項(xiàng)產(chǎn)生的，故稱為平方律調(diào)幅。其中最為有害的分量是 項(xiàng)。 由于二極管不容易得到較理想的平方特性，因而調(diào)制效率低,無用成分多，目前較少采用平方律調(diào)幅器。5.2.2 二極管平衡調(diào)幅電路（認(rèn)識電路） 在大信號情況時，依靠二極管的導(dǎo)通和截止來實(shí)現(xiàn)頻率變換，這時二極管就相當(dāng)于一個開關(guān)。由兩個二極管組成的平衡開關(guān)調(diào)幅器平衡調(diào)制器輸出的電壓波形 滿足 的條件時，二極管的通、斷由載波電壓決定。 普通調(diào)幅波的高頻振蕩是連續(xù)的，可是雙邊帶調(diào)幅波

9、在調(diào)制信號極性變化時，它的高頻振蕩的相位要發(fā)生180的突變，這是因?yàn)殡p邊帶波是由v0和v相乘而產(chǎn)生的。輸出調(diào)幅波有用電流分量5.2.3 環(huán)形調(diào)制器（認(rèn)識電路） 在平衡調(diào)制器的基礎(chǔ)上，再增加兩個二極管，使電路中4個二極管首尾相接構(gòu)成環(huán)形，這就是環(huán)形調(diào)制器。環(huán)行調(diào)制器原理圖= gDVcos(0)t+cos(0)t 從其正負(fù)半周期的原理圖可知環(huán)形調(diào)制器輸出電流的有用分量 環(huán)型調(diào)制器等效電路5.2.4 集成模擬相乘器調(diào)幅電路 模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，如下圖所示：如果： v1 = V1 cos1t； v2 = V2 cos2t；相乘器kv1vOv2vO =k v1 v2= V1 V2 cos1t c

10、os2t 可見，乘法器是一個理想的線性頻譜搬移電路，而實(shí)際中的線性頻譜搬移電路所要解決的核心問題正是使該電路的性能更接近理想乘法器。12輸入信號頻譜輸出信號頻譜2-12+1 實(shí)用集成模擬乘法器 集成模擬乘法器是繼運(yùn)算放大器之后，又一種很重要的非線性函數(shù)運(yùn)算電路，以四象限模擬乘法器為核心，可以進(jìn)行頻率變換，使用方便、性能優(yōu)良，價(jià)格便宜。MC1596G：MC1596G23510691874VCCv1v25.3 高電平調(diào)幅電路 高電平調(diào)幅電路需要兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。最常用的方法是對功放的供電電壓進(jìn)行調(diào)制。 根據(jù)調(diào)制信號控制方式的不同，對晶體管而言，高電平調(diào)幅又可分為基極調(diào)幅和集電極調(diào)

11、幅。5.3.1 集電極調(diào)幅電路集電極調(diào)幅電路調(diào)制信號 經(jīng)低頻變壓器加在集電極上，并與直流電源電壓VcT相串饋。高頻載波v0(t)=v0cos經(jīng)高頻變壓器加在基極回路中。集電極調(diào)幅在調(diào)制信號一周期內(nèi)的各平均功率為：1) 集電極有效電源電壓Vc(t)供給被調(diào)放大器的總平均功率2) 集電極直流電源VcT所供給的平均功率則為3) 調(diào)制信號源V供給的平均功率4) 平均輸出功率5) 集電極平均耗散功率6) 集電極效率故：2) 總輸入功率分別由VCC與V所供給，VC供給用以產(chǎn) 生載波功率的直流功率P=T，V則供給用以產(chǎn)生邊 帶功率的平均功率PDSB。1) 平均功率均為載波點(diǎn)各功率的( )倍3) 集電極平均耗散功率等于載波點(diǎn)耗散功率的( )倍， 應(yīng)根據(jù)這一平均耗散功率來選擇晶體管，以使PCMPcav。4) 輸出的邊頻功率由調(diào)制器供給的功率轉(zhuǎn)換得到，大功 率集電極調(diào)幅就需要大功率的調(diào)制信號電源。5.3.2 基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路 與集電極調(diào)幅電路同樣的分析，可以認(rèn)為VB(t)=VBT+v(t)是放大器的基極等效低頻供電電源。 因?yàn)閂B(t)隨調(diào)制信號v(t)變化，如果要求放大器的輸出電壓也隨調(diào)制信號變化，則應(yīng)使輸出電壓隨VB(t)變化。 放大器應(yīng)工作在欠壓區(qū)，保證輸出回路中的基波電流Ic1m、輸出電壓Vc(t)按基極供電電壓VBT(t)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓隨調(diào)制電壓變化的調(diào)幅。5.