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第四章 振幅调制与解调

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第四章 振幅调制与解调. §4-1 概述. §4-2 振幅调制的基本特性和实现方法. §4-3 振幅调制电路. §4-4 检波器. 第四章 振幅调制与解调. §4-1 概述. 调幅. 基本概念. 调频. 连续波调制. 本章以调制信号为模拟信号的连续波调制为例进行讨论,其结论也适合于数字调制. (载波为高频正弦波). 调相. 调制类型. 调幅. 脉冲波调制波. 调宽. (载波为脉冲波 ). 调相. 1 . 调制与解调的方式. 用调制的信号 控制高频信号某个物理量(幅度、频率、 相 - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第四章  振幅调制与解调

第四章 振幅调制与解调

§4-1 概述

§4-2 振幅调制的基本特性和实现方法

§4-3 振幅调制电路

§4-4 检波器

Page 2: 第四章  振幅调制与解调

第四章 振幅调制与解调

基本概念

本章以调制信号为模拟信号的连续波调制为例进行讨论,其结论也适合于数字调制

用调制的信号 控制高频信号某个物理量(幅度、频率、相

位)实现频率变换的过程称为调制;解调是调制的逆过程Ω●

{调制类型

连续波调制

{{(载波为高频正弦波)

脉冲波调制波

(载波为脉冲波 )

调幅

调频

调相

调幅

调相

调宽

§4-1 概述

1 . 调制与解调的方式

Page 3: 第四章  振幅调制与解调

调幅 用 控制高频振荡幅度 检波

瞬时振幅

调频 用 控制高频频率 鉴频

瞬时频率

调相 用 控制高频相位 鉴相

瞬时相位

2 . 振幅调制与检波的本质

3 . 调幅与检波的实现方法

是实现频谱线性搬移,可以用相乘器实现之。

Ω

Ω

Ω

( ) ( ) ( )V t V k t t m cm f Ω Ω

● 方式

Page 4: 第四章  振幅调制与解调

§4-2 振幅调制的基本特性和实现方法

一、振幅调制的定义和分类

二、 调幅波的基本特性(以单音调制为例说明)

Page 5: 第四章  振幅调制与解调

2. 分类:

1 . 定义:凡是能实现将调制信号频谱搬移到载波一侧或两侧的过程,称为振幅调制。

{按波形分类

普通调幅波(或称标准调幅波) ( AM )

双边带调制波 (DSB)

单边带调制波( SSB )

§4-2 振幅调制的基本特性和实现方法

一、振幅调制的定义和分类

Page 6: 第四章  振幅调制与解调

重点讨论低电平调制电路

低电平调制电路

二极管调制器

晶体管调制器

集成模拟调制器

Page 7: 第四章  振幅调制与解调

二、 调幅波的基本特性(以单音调制为例说明) 载波信号 调制信号 1. AM 波基本特性

① 表示方法 i 波形

max min

max min

1a m m ma

cm m m

k V V VM

V V V

实现 AM 波的关键是在调制之前必须在调制信号上叠加一个直流电压

Ωm cosV t Ω

µã»÷ÑÝʾ

ii 数学表达式

称振幅调制的调制度 ( 或称调幅度 )

AM m C cm C( )cos (1 cos )cosaV t t V M t t Ω

Page 8: 第四章  振幅调制与解调

iv 矢量表示 iii 频谱表示

C Ccm

AM cm cos cos( )2aM V

V t t Ω

cC

m cos( )2aM V

t Ω

电压振幅

Page 9: 第四章  振幅调制与解调

P av 为音频信号一个周期内在负载 RL 上的平均功率 2 2

cm aL

L

(1 cos )

2

V M tP

R

Ω ( 高频一周期的平均功率 )

其中 称为载波功率, 称为上下边带

总功率

2VP

RCm

0L

=2

2MP PaSB 0=

2

② 能量关系:

能量传送:从 AM 波传送与 SSB 波传送相比,单边带传送不仅仅节约了能量并且压缩了占据频带

Page 10: 第四章  振幅调制与解调

③ 实现方法

Page 11: 第四章  振幅调制与解调

单边带

ii 数学表达式

(或 )

2 . DSB , SSB 的基本特性 表示方法 i 波形

双边带

Page 12: 第四章  振幅调制与解调

iii 频谱

单边带

双边带●

BW=2Ω

BW=Ω② 能量关系 其中

Page 13: 第四章  振幅调制与解调

④ 单边带调制实现方法

i 滤波法

③ 双边带调制实现方法

Page 14: 第四章  振幅调制与解调

ii 移相法

Page 15: 第四章  振幅调制与解调

iii 修正移相滤波法

说明:1为高载频, 2 为低载频,若要降低对第一次相乘滤波

性能的要求,尽量选择低载频 f2 接近音频,这样滤波器可直接采用低通滤波器,取出下边带

Page 16: 第四章  振幅调制与解调

低电平调制电路:主要实现 DSB 波, SSB 波,也可

以实现 AM 波

§4-3 振幅调制电路

一、 AM 调制器(举例)

二、 DSB 调制器

Page 17: 第四章  振幅调制与解调

1. 单差分对管调制器 电路

工作原理

ic 经并联谐振电阻为 Re , LC 带通滤波器,

(满足中心频率为 : )C 3dB, 2BW

§4-3 振幅调制电路

分别讨论 :情况下输出 v0

cm

cm

cm

26mv

26 260mv

260mv

V

mv V

V

即可实现 AM 波调制

一、 AM 调制器(举例)

Page 18: 第四章  振幅调制与解调

2. 二极管调制器

3dB 2LC BW C若 经 带通滤波器中心频率为 ,i

电路

得 :

0 AM L AMv v i R

Page 19: 第四章  振幅调制与解调

3. 集成模拟 AM 调制器

电路

µã»÷ÑÝʾ

Page 20: 第四章  振幅调制与解调

二、 DSB 调制器

1. 二极管 DSB 调制器

① 二极管平衡 DSB 调制器

µã»÷ÑÝʾ

i 经过 LC 带通滤波器中心频率 ωc , BW3dB=2Ω 得 输出 = iDSB.RL≈ cosωCt

υc=Vcmcosωct υΩ=VΩmcosΩt Vcm>> VD(on)

Vcm>> VΩm

2

D1 D2

D L

2c12

K tR R

i i i

o

点击仿真

Page 21: 第四章  振幅调制与解调

② 二极管环形 DSB 调制器

µã»÷ÑÝʾ

C cm CcosV t

m cosV t Ω

i 经 LC 带通滤波器中心频率 , ,则

3dB 2BW Ω

DSB DSB L c

2 2 ( )cos

π

ti R t

输出 υ0 为不失真的

2D L

2 ( )( )

2 c

ti i i K t

R R

Ω

c

Page 22: 第四章  振幅调制与解调

③环形组件 DSB 调制器

经 LC 带通滤波器,中心频率为 ,

L 2 CD L

2( )

2i K t

R R

o C

2 2cos

πt

cm D(on)V V1 cm CcosC V t

2 m cosV t Ω

cm ΩmV V

C 3dB 2BW ΩLi

Page 23: 第四章  振幅调制与解调

含有 ,经 LC 带通滤波中心频率为 ,

2 . 晶体管 DSB 调制器

① 单差分对 DSB 调制器

µã»÷ÑÝʾ

tV CcmC1 cos

tV cosm2 C

c1 c2E

th2

qi i i

R kT

◇ 当 Vcm<26mv , ,实现讨论 :

◇ 当 26m<Vcm<260mv , i 频谱理想 DSB 波

Ci

C C,3

C

3dB 2BW Ω

◇Vcm≥260mv, ,

同样实现不失真的 DSB 波

原理 :●

C2 cth ( )

2

qK t

kT

实现不失真 DSB 波。

Page 24: 第四章  振幅调制与解调

② 双差分对管 DSB 调制器

tV CcmC1 cos

C0 th th

2 2

q qi i i I

kT kT

2 m cosV Ωt

Page 25: 第四章  振幅调制与解调

当 时 ,i 频谱有 , , ...

分量 i 经 LC 带通滤波器(中心频率为 , ),

滤波后输出可实现不失真的 DSB 波。

cm26mv 260mvV C Ω C3 Ω

C

当 , ,

经 LC 带通滤波器(中心频率谐振在 , )

滤波后可实现不失真 DSB 波形。

0 2 C( )2

qi I k t

kT

当 VΩm<26mv, Vcm<26mv, 时    ,可实现理想 DSB波

讨论:

c

3dB 2BW Ω

3dB 2BW Ω

26mvV≤cm 260mvV ≥

Page 26: 第四章  振幅调制与解调

tV CcmC1 cos 2 m cosV Ωt

CDSB M C C'

0 E1 E2

4RA

I R R

③ 三差分对管 DSB 调制器

Page 27: 第四章  振幅调制与解调

④集成模拟 DSB 调制器

MC1595L( 或 BG314)

1 Ω 2 C DSB M C Ω, A

Page 28: 第四章  振幅调制与解调

XFC1596( 或者 MC1596 )

抑制载漏的调整:当 可调C P0, 0 51kΩR C 0

Page 29: 第四章  振幅调制与解调

§4-4 检波器

检波:是从已调幅波中还原出原调制信号的过程。它是振幅调制的逆过程。

功能:

● 实现频谱线性搬移

● 分类检波器

一、二极管串联型峰值包络检波

二、同步检波器

Page 30: 第四章  振幅调制与解调

一、二极管串联型峰值包络检波 特点:

▲ 三者串联关系

▲ 具有平均电压负反馈效应

S L L,D,C R

1. 电路与特点 电路:

2 . 物理过程:i 为高频脉动电压 , 其平均

值为输出的平均电压为

ii 若 值愈大 , 则 脉动愈小 , 愈大

iii 的导通角 很小 ,所以工作在输入信号的峰值附近

0AVV

L LR C 0

AVV

Di

Page 31: 第四章  振幅调制与解调

3 . 检波特性

sm Dav max 0

(sin cos )( )

π

V gI i

sm D1m max 1

( sin cos )( )

π

V gI i

检波特性 ( )av smVυ

av D L

sm

(sin cos )(

π

g RA

V

常数)

求 D L( 50)g R

检波性能检波效率: av

dsm

cos 1V

等效输入电阻: ( 并联型包络检波 : )sm L

i1m 2

V RR

I L

i 3

RR

求基本方程

Page 32: 第四章  振幅调制与解调

A .惰性失真(或称对角失真)

µã»÷ÑÝʾ

现象

原因: RLCL太大,说明放电速度跟不上包络下 降的速度所致 克服条件:

2a max

L La max max

1

MR C

M Ω

(多音)

◆ 非线性失真

(单音 )

Page 33: 第四章  振幅调制与解调

B 负峰切割失真(削波失真)

现象● 原因:检波器与下一级级联时,加必须入隔直耦合电容

引起的。

Page 34: 第四章  振幅调制与解调

克服措施 :

若 Rg大 : RL =RL1+RL2,

RL1≈(0.1~ 0.2)RL2

若 Rg小 : 采用射随器完成阻抗匹配 .

µã»÷ÑÝʾ

克服条件:

RΩ = RL ∥Ri2 称为检波器的音频交流负载, RL 为直流负载

aL

RM

R≤●

Page 35: 第四章  振幅调制与解调

1. 作用与类型

作用 : 主要解调 DSB,SSB 波 , 也可调解 AM 波 .

类型

参考信号 vr=Vrmcosωct 与原载波严格同步 (严格同频同相 )

二、同步检波器

Page 36: 第四章  振幅调制与解调

2. 电路与工作原理

叠加型

乘积型

i 二极管同步检波

a) 二极管平衡同步检波

Page 37: 第四章  振幅调制与解调

r rm CsinV t rm smV V rm D(on)V V

µã»÷ÑÝʾ

电路一 .

Page 38: 第四章  振幅调制与解调

av 01 02 µã»÷ÑÝʾ

电路二 .

Page 39: 第四章  振幅调制与解调

b )二极管环形同步检波

µã»÷ÑÝʾ

Page 40: 第四章  振幅调制与解调

ii )集成模拟同步检波

a ) MC1595L

电路:●

Page 41: 第四章  振幅调制与解调

框图

特点:检波性能好,检波效率高,具有检波增益;提高了前置放大器(对 )工作稳定性。C

Page 42: 第四章  振幅调制与解调

特点:

◆  R1 , R2 , R3 对压控吉尔伯特电路 T1~T4偏置,并防

止T1~T4 进入饱和,其他电阻保证T5~T6 工作在放大区;

◆ + 12V单电源供电,能采用电阻分压网络;

◆ 为很小的信号,所以 即可以得到线性检     E2 100R S

b ) XFC1596

波。