調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式

CHECKPOINTCHAP.8Amplitude

Modulation、DeModulationandConvertingFrequency調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式、波形圖、頻譜圖、頻帶寬度和實(shí)施方法。用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制、振幅解調(diào)和混頻電路的接法和工作原理。二極管峰值包絡(luò)檢波電路的組成、二種失真的分析計(jì)算?！?.0Introduction信源接收信息輸入變換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出變換器通信系統(tǒng)方框圖載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)

調(diào)幅

—

載波振幅隨調(diào)制信號(hào)而變

調(diào)頻

—

載波頻率隨調(diào)制信號(hào)而變

調(diào)相

—

載波相位隨調(diào)制信號(hào)而變調(diào)角輸入回路中頻放大器檢波器低頻放大器混頻器本地振蕩器接收天線聲音揚(yáng)聲器超外差式接收機(jī)方框圖變頻高頻放大器調(diào)制器倍頻器高頻振蕩器話筒低頻放大器聲音發(fā)射天線振幅調(diào)制無(wú)線電發(fā)射機(jī)方框圖幾個(gè)基本概念

1、調(diào)制：調(diào)制是指利用調(diào)制信號(hào)去控制載波的某個(gè)參數(shù)的過(guò)程。

2、調(diào)制信號(hào)：是指由原始消息（如聲音、數(shù)據(jù)、圖象等）轉(zhuǎn)變成的低頻或視頻信號(hào)?？梢允悄M信號(hào)，也可是數(shù)字信號(hào)。通常用uΩ或f(t)表示。

3、載波信號(hào)：是指未受調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)?？梢允钦倚盘?hào)，也可是非正弦信號(hào)。

4、已調(diào)波信號(hào)：是指受調(diào)制后的高頻信號(hào)，即已經(jīng)把調(diào)制信號(hào)加載到載波中的信號(hào)。

5、解調(diào)：是調(diào)制的逆過(guò)程，即從已調(diào)波信號(hào)中提取原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。

6、振幅調(diào)制：是指利用調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使載波信號(hào)的振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。對(duì)頻譜進(jìn)行不失真的搬移。標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制AM單邊帶振幅調(diào)制SSB雙邊帶振幅調(diào)制DSB§8.1AmplitudeModulator振幅調(diào)制電路調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)已調(diào)信號(hào)調(diào)制方式標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制AM8.1.1Amplitude-ModulatedSignal載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)1.AM調(diào)幅系數(shù)調(diào)制度時(shí)域上實(shí)現(xiàn)和相乘已調(diào)信號(hào)WAVEFORM過(guò)調(diào)不失真地搬移到高頻振蕩的振幅上調(diào)幅信號(hào)的最小值調(diào)幅信號(hào)的最大值WAVEFORM

FREQUENCYSPECTRUM的頻譜不失真地搬移到的兩邊多音頻調(diào)制下邊帶上邊帶

RealizationModel2、調(diào)幅波的功率

由于調(diào)幅波的振幅是變化的，因此存在幾種功率，如載波功率、邊頻功率、平均功率等。根據(jù)前面的有關(guān)公式，在負(fù)載電阻RL上消耗的載波功率為：在負(fù)載電阻RL上，一個(gè)載波周期內(nèi)調(diào)幅波消耗的功率為AM信號(hào)的平均功率

由上式可以看出，AM波的平均功率等于載波功率與兩個(gè)邊帶功率之和。而兩個(gè)邊頻功率與載波功率的比值為：邊頻功率載波功率8.1.2.DoubleSidebandModulation(DSB)WAVEFORM調(diào)制信號(hào)過(guò)零時(shí)，載波信號(hào)相位出現(xiàn)180°突變。DSB信號(hào)波形

FREQUENCYSPECTRUM

RealizationModel8.1.3SingleSidebandModulation(SSB)下邊帶上邊帶或帶通濾波器RealizationModelSSB調(diào)制的特點(diǎn)：占用頻帶窄，功率利用率高。Example：已知調(diào)制信號(hào)為,載波信號(hào)為

、

，如下圖所示

,,分別

畫出ma=

0.5及

ma=1兩種情況下的AM波形以及DSB波形。Ma=0.5Ma=1.0

AMWAVEDSBAM(Ma=1)DSBandAMWAVE8.2AmplitudeModulator電路高電平調(diào)幅電路低電平調(diào)幅電路二極管平衡調(diào)幅電路模擬乘法器調(diào)幅電路1.AnalogMultiplier模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)相乘功能的電子器件。增益系數(shù)標(biāo)尺因子BasicCircuit實(shí)際調(diào)制信號(hào)的調(diào)幅波形基極調(diào)幅電路

基極調(diào)幅的波形

集電極調(diào)幅電路

集電極調(diào)幅的波形

單二極管調(diào)制電路及頻譜

二極管平衡調(diào)制電路

二極管平衡調(diào)制器波形

利用模擬乘法器產(chǎn)生AM信號(hào)

利用模擬乘法器產(chǎn)生AM信號(hào)

§8.3

Detector-DeModulation解調(diào)AM波解調(diào)AM、DSB、SSB波從已調(diào)波中提取，恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)或檢波。完成檢波作用的電路稱為檢波器。器件二極管三極管模擬乘法器工作特點(diǎn)包絡(luò)檢波同步檢波峰值平均值信號(hào)小信號(hào)大信號(hào)幅度波形連續(xù)波脈沖波模擬乘法器二極管大信號(hào)連續(xù)波峰值包絡(luò)檢波同步檢波檢波效率Kd失真小

輸入阻抗要高SpecificationofDetector等幅波調(diào)幅波一.PeakEnvelopeDetector對(duì)Ω信號(hào)，C

相當(dāng)開路對(duì)ωc信號(hào)，C

相當(dāng)短路+us-+uo-VDCRLtVousuouo導(dǎo)通充電時(shí)間常數(shù)截止放電時(shí)間常數(shù)二極管輸入阻抗

檢波效率失真低通濾波器的帶寬應(yīng)大于Specification惰性失真負(fù)峰切割失真UimUim(t)uo(t)Failure-FollowDistortionNegativePeakCutDistortion

+us-+ui2-VDCRLCc

Rg+uO-tuotuo不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真usui2交、直流負(fù)載趨于相等RL與Rg之間加跟隨器RL分成RL1、RL2PracticalCircuit+us-+uo-VDC0.01uFR4.7KCc20uFRL2K不產(chǎn)生惰性失真解：不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真Example1

二極管峰值包絡(luò)檢波電路如下圖所示，us為調(diào)幅

信號(hào)，其調(diào)制信號(hào)頻率

F=100～10000HZ，試求不產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真的調(diào)幅指數(shù)。不產(chǎn)生惰性失真解：不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真Example2

在二極管峰值包絡(luò)檢波電路中，己知載波頻率fc

為4.7MHZ，調(diào)制信號(hào)頻率

F=(100～5000)HZ，mamax=0.8，試求電路不產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真的C和Rg。Cc+us-+uo-VDCRL24K30uF

Rg1KRL1二.SynchronousDetector1.MultiplicationModel

低通濾波器同步信號(hào)SynchronousSignal平方器二分頻帶通帶通2.SummationModel包絡(luò)檢波非線性器件低通VDi+u-RL+uo(t)-usurCDSB的解調(diào)平衡式的同步檢波

抵消及其以上各偶次諧波分量Example

下圖是斬波式放大器的實(shí)現(xiàn)方框圖，試畫出A、B、

C、D各點(diǎn)的波形。帶通濾波器低通濾波器ABCDt0t0其中頻率成分是WAVEAWAVEB其中頻率成分是WAVEC§8.4

FrequencyMixerCircuits

變頻電路是實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜線性變換的一種電路，它完成頻譜在頻率軸上的搬移?；祛l電路變頻電路輸出中頻信號(hào)fI本振信號(hào)fL輸入高頻信號(hào)fS上混頻下混頻

混頻器的工作原理

設(shè)輸入到混頻器中的輸入已調(diào)信號(hào)us和本振電壓uL分別為

us=UscosΩtcosωct

uL=ULcosωLt

這兩個(gè)信號(hào)的乘積為cosωct

混頻器的組成框圖

ui混頻過(guò)程中的頻譜變換(a)本振頻譜(b)信號(hào)頻譜(c)輸出頻譜

AM=1uO（t）

uS（t）帶通濾波器uI（t）

uL（t）例題：在下圖所示的混頻電路框圖中，已知uS（t）=5（1+0.6cos2π×103t）cos2π×106t（V），uL（t）=5cos2π×1.465×106t（V）。（1）寫出uO（t）的表達(dá)式；（2）為了保證中頻信號(hào)（差頻）的傳輸，求帶通濾波器的中心頻率和帶寬。uO（t）=5（1+0.6cos2π×103t）cos2π×106t5cos2π×1.465×106t=25（1+0.6cos2π×103t）(?)[cos2π×0.465×106t+cos2π×2.465×106t]F=1000HzB=2F=2000Hz二極管混頻器晶體管混頻器模擬乘法器混頻器BJTFET主要的性能指標(biāo)混頻增益噪聲系數(shù)選擇性非線性干擾常用混頻電路

MCI596構(gòu)成的集成混頻電路一.MixerwithAnalogMultiplier9～480pF1kW0.01uF51W調(diào)零uS2381014145126MCI5961kW51W0.01uF-8V6.8KW0.01uFuL47KW10KW51W0.01uF100uH+12V0.01uF4.5uHuI5～80pFfi+–+–vsvL(b)fI+–+–usuL(a)二.TransistorMixerfI+–+–usuL(c)fi+–+–usuL(d)B輸入B注入B輸入E注入E輸入E注入E輸入B注入

二極管平衡混頻器原理電路三、Diode

Mixer

(a)中波AM收音機(jī)的典型變頻電路

(b)FM收音機(jī)典型變頻電路

四

混頻器的干擾

1信號(hào)與本振的自身組合干擾對(duì)混頻器而言,作用于非線性器件的兩個(gè)信號(hào)為輸入信號(hào)us(fc)和本振電壓uL(fL),則非線性器件產(chǎn)生的組合頻率分量為

fΣ=±pfL±qfc

式中,p、q為正整數(shù)或零。當(dāng)有用中頻為差頻時(shí),即fI=fL-fc或fI=fc-fL,只存在pfL-qfc=fI或qfc-pfL=fI兩種情況可能會(huì)形成干擾,即

pfL-qfc≈±fi

這樣,能產(chǎn)生中頻組合分量的信號(hào)頻率、本振頻率與中頻頻率之間存在著下列關(guān)系當(dāng)取fL-fc=fI時(shí),上式變?yōu)閒c／fI稱為變頻比。如果取fc-fL=fI,可得2外來(lái)干擾與本振的組合干擾這種干擾是指外來(lái)干擾電壓與本振電壓由于混頻器的非線性而形成的假中頻。設(shè)干擾電壓為uJ(t)=UJcosωJt,頻率為fJ。接收機(jī)在接收有用信號(hào)時(shí),某些無(wú)關(guān)電臺(tái)也可能被同時(shí)收到,表現(xiàn)為串臺(tái),還可能夾雜著哨叫聲,在這種情況下,混頻器的輸入、輸出和本振的示意圖見下圖。外來(lái)干擾的示意圖

如果干擾頻率fJ滿足下式