高频电子线路教案 第五章 振幅调制解调与混频电路

= U c m c o s ω c t+ M a 2 U c m c o s ( ω c + Ω ) t+ M a 2 U c m c o s ( ω c -Ω ) t
5.1.2 双边带调幅信号（DSB）
在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可 形成双边带信号。
DSB波数学表达式：
uD SB=M aU cm cosΩ tcosω ct =M a 2 U cmcos(ω c+Ω )t+M a 2 U cmcos(ω c-Ω )t
二极管环形调幅器的电流波形
(3) 集成模拟相乘器调幅电路
5.2.3 高电平调幅电路
1.集电极调幅电路
要实现集电极调幅，应使放大器工作在过压区。
集电极调幅的波形
2. 基极调幅电路
要实现基极调幅，应使放大器工作在欠压区。
基极调幅的波形
5.3 振幅检波电路
➢ 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。
怎相样2乘实？现12二1极1管平2 衡31相乘23器1 3输1出信2 号5的1频谱25图1 512
(2) 二极管环形调幅器
v1=vc＝Vcmcosωct v2=vΩ＝VΩmcosΩt
Vcm>>VΩm，Vcm>>VD(on)
iiI-iII2v RΩ DK 22(ω RcLt) i 经过LC带通滤波器中心频率ωc，BW3dB=2Ω， 得输出vo为不失真的vDSB 。
实际是一低通电路
为什么要满足 这两个条件？
2. 工作原理
大信号的检波过程， 主要是利用二极管的单 向导电特性和检波负载 RC的充放电过程。
输出端电压 vAV=VAV+vav 二极管上电压 vD=vs -vAV

AMVΩmVcm AMVΩmVcm
cos(c cos(c

)t )t
对于复杂信号调制上面的模型也成立。
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F ()
F f (t) cosct

F fˆ (t) sin ct

SUSB ()
SLSB ()
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4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型
P(t) 1
2
Vπ 2
-π m0
(1
Ma
cost ) 2
cos2
ctdct

1 2
Vm20
(1

Ma
cos t)2

P0 (1
Ma
cos t)2
式中，P0 Vm20 / 2 ：载波分量产生的平均功率。
Pmax P0 1 Ma 2
Pmin P0 1 Ma 2
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③组成模型 vO (t) AMVcmv (t) cosct AMVcm ka
④讨论 •其包络与调制信号不一致； •调制效率高； •信号的带宽与AM信号一样。
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2. 单边带调制信号
①定义：仅传输一个边带(上边带或下边带)的调制方式称为单 边带调制 。 ②目的：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，BWSSB = Fmax。
带通
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4.2 相乘器电路
•
实现：利用非线性器件。 电阻性
按非线性器件 电抗性
• 类别
两输入信号加到同一器件输入端
按输入信号注入方式 两输入信号加到不同器件输入端

减少非线性器件产生的无用组合频 率分量的几种措施
• ①选用具有平方律特性的器件或选择合适 的工作点，使器件工作在特性接近于平方 律的区段。 • ②采用平衡电路，利用电路的对称结构来 抵消失真分量。 • ⑧合理设置输入信导的大小，使器件土作 在受大信号控制下的时变状态。
VD ＋ － ＋ － u1
iD ＋ H(j) uo －


k 1, 2,3,
•
是与U2无 关的系数，但是它们都随ul变化，即随时间 变化，因此，称其为时变系数或称时变参量 。 • 是当输入信号U2 ＝0时的电 流，称为时变静态电流(或称为时变工作点 电流)，用 表示。 • 是增量电导在U2 ＝0时的数 值，称为时变增量电导，用 表示。
• 上式表明，就非线性器件的输出电流与输入电压 之间的关系是线性的，类似于线性器件．但它们 的系数却是时变的．因此把这种器件的工作状态 称为线性时变工作状态，具有这种关系的电路称 为线性时变电路。 • 可见，在线性时变工作状态下，非线性器件的作 用不是直接将ul与u2相乘，而是由Ul控制的特定 周期函数 与u2相乘。
2．二极管双平衡相乘器
• (1)二极管平衡相乘器 • 二极管平衡相乘器电路如图所示。
• 二极管平衡相乘器电路如图所示，图中二 极管性能一致，变压器Tr1、Tr2均有中心 抽头，令N1=N2。U2为小信号，U1为大信 号，可使二极管工作在开关状态，略去负 载的反作用，可得
可见，输出电流中只含有 的 奇次谐波的组合分量，其他组合频分量均被 抑制掉了。
1、低电平调幅电路
• （1）双差分对模拟相乘器调幅电路
(2)二极管平衡与环形调幅电路
• 只要令二极管平衡相乘器和二极管双平衡相乘 器的U1为载波信号，U2为低频调制信号，它 们就构成双边带调幅电路。 • 一般要求载波信号Ucm大于低频调制信号10 倍以上并使二极管工作在开关状态。为了减小 载调，应很好地设计和制作变压器，挑选特性 相同的二极管以及采取一些补偿措施，以改善 电路的对称性。

第 5 章 振幅调制、解调与混频电路
振幅调制的基本原理 相乘器电路 振幅调制电路 振幅检波电路 混频电路
一、三种调幅方式的比较 1. 单频调制表达式 AM: uO Um0 (1 ma cos Ωt )cos ωct
DSB: uO = kaU mcos t coswct SSB: uO =1/2[ kaU mcos( /-wc)t]
2. 混频电路的组成模型
uL(t) us(t)
AMXY uO(t)
X
BPF
uI(t)
Y
中频已调波
fc
uL(t)
本机振荡
载f频I 已变调换波后的新
fL 调幅收音机： fI = 465 kHz
fI = fL+ f调c 制类型和调 或 fI = fL– fs 制(当参f数L>不f变c )。
fI = fs – fL (当 fL< fc)
当 fI > fc 称为上混频
当 fI < fc 称为下混频
ur(t) us(t)
AMXY u’O(t)
X
LPF
uO(t)
ur(t) — 与载波同频 同相的同步信号
Y
乘积型同步检波电路组成模型
2. 失真
u
1. 惰性失真
原因：
RC过大放电慢，C上电压不 能跟随输入调幅波幅度下降。
现象
ma越大，Ω越大，越容易产生惰性失真。
2. 负峰切割失真
uO
原因：
检波电路的交流负载电 阻和直流负载电阻相差太大。 u
例 解：
（设ωc为Ω的整数倍）
BW = 2F
求带宽
例 解：
（设ωc为Ω的整数倍）
BW = F
求带宽

不含传输信息 载波分量c ： 上边频分量 c Ω ： 含传输信息
下边频分量 c Ω ： 含传输信息
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调制信号
Ω
载波 ω U cm c 1 1 maU cm maU cm上边频 2 2 ωc +Ω
调幅波
下边频
ωc - Ω
特点: （1）调制过程是实现频谱线性搬移的过程 （2）调幅波的带宽：
ma=0时 未调幅 ma=1时 最大调幅（百分之百）
Ummin Ucm (1 ma )
ma>1时 过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免
7
0
t
ma =1
0
t
ma 1
百分百调幅波形
过量调幅波形
3、频谱
ut Ucm 1 ma cosΩt cosct 1 1 U cm cos ct maU cm cos c Ω t maU cm cos c Ω t 2 2 可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：
uΩ t U Ωm cos Ωt 且U cm U Ωm uc t U cm cosct
1:2
2:1
ud1 uc t uΩ t ud 2 uc t uΩ t
D1、D2都是在 uc t 的正半周导 通，负半周截止，故其开关函 数都是 K ( t )
K ct K ct 1
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1 id K ct ud rd RL
1 1 2 2 cosct cos3ct ...U Ωm cosΩt U cm cosct rd RL 2 3
可见流过二极管的电流 id 中的频率成分有：
简称AM调幅波

说明：AM信号中虽然载波频率分量不携带信息，却占有2/3 以上的功率，效率较低。但由于其设备简单，占的频带窄(相 对于调频)，因此仍然得到广泛的应用。
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2. 双边带信号
DSB信号的形成：将AM信号中的载波抑制掉就形成了抑制载 波的双边带信号(DSB-SC)，简称双边带信号(DSB)。
c+m
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−c+m
0
c−m
(c)
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SSB信号的特点: (1) SSB信号从本质上讲是一种幅度和频率混合调制； (2) SSB信号所占的带宽：BSSB=Fmax。 说明：SSB信号所占的频带比AM和DSB减少了一半，频带利 用充分，因此目前已成为短波通信的主要调制方式。
高频电子线路__振幅调制解调及混频
会计学
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一、振幅调制信号分析
1. 振幅调制的概念 振幅调制：用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的
规律变化，而其它参数(相位、频率)不变。 调制信号：由原始信号(声音、数据和图象)转换成的低频或视频模
拟信号(数字的或模拟的)，用uΩ或f(t)表示； 载波：未受调制的高频振荡信号，常用正弦波，用uc或ic表示； 已调波：受调制后的高频振荡信号。 振幅调制方式：分为三种方式。 (1) 普通调幅方式：AM； (2) 抑制载波的双边带调制(简称双边带调制)：DSB-SC(简称DSB)； (3) 拟制载波的单边带调制(简称单边带调制)：SSB-SC(简称SSB)。
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语音调制的DSB信号和SSB信号频谱比较：

第五章振幅调制、解调与混频 电路
5.1 模拟乘法器 5.2 振幅调制 5.3 振幅检波 5.4 混频电路与混频干扰 本章小结
教学目的：
1．了解模拟乘法器的工作原理，掌握典型模拟乘 法器的应用。 2．理解各类调幅波的基本性质：数学表达式、调 幅度、波形、频谱、带宽、功率关系等。 3. 理解检波器的概念（从频谱、波形）、分类、 组成、主要技术指标。 4.掌握同步检波器的实现模型及工作原理。 5. 掌握混频器的原理和作用。
2
3
c os3w1t
2
5
c os5w1t ....
令二极管的导通电阻为rD，则流 过二极管的电流为：
i
S1 w1t
gD

1 rD
u1 u2 rD
S1w1t gD u1 u2
将开关函数的傅里叶级数展开式带入上式：
i

g
D

1 2

2

cosw1t


gD
3
U1m
c os4w1t


...

gD
3
U
2m
cos3w1

w2
t

gD
3
U
2m
c
os3w1

w2
t
...
由上式可以看出,流过二极管的电流iD中的频率分量有:
（1）输入信号u1和控制信号u2的频率分量ω 1和ω 2;
（2）控制信号u1的频率ω 1的偶次谐波分量;
（3）由输入信号u1的频率ω1与控制信号u2的奇次谐
电路如图所示：
图5-8 二极管环形相乘器
令：u2＝U2mcos（w2t）为大信 号U1＝U1mcos（w1t）为小信号

三、调制的方式
模拟调制有以正弦波为载波的幅度调制和 角度调制。
幅度调制，调制后的信号频谱和基带信号 频谱之间保持线性平移关系，称为线性幅 度调制。（振幅调制、解调、混频）
角度调制中，频谱搬移时没有线性对应关 系，称为非线性角度调制。（频率调制与 解调电路）
5.1.1 振幅调制电路
一、普通调幅（AM）
单频调制时包络检波器的输入与输出波形
同步检波器的框图
一、二极管包络检波电路的工作原理
⒈ 原理图
5.3.1 二极管包络检波电路
要求：1/wcCL﹤﹤RL 滤去高频 1/ΩCL ＞＞ RL 取出低频 即低通滤波器
⒉ 工作原理（输入信号大于0.5v）
① 检波过程
ui正半周时，二极管导通，即输入电压ui对CL充电。 由于二极管正向电阻很小，故充电时间常数小，很 快充到输入电压峰值，充电电压相对二极管是附加 了反向偏置uo ，当ui下降到小于充电电压uo时，二 极管截止， CL向RL放电，由于RL很大，放电时间 常数大，故CL上电压还没下降多少，输入信号ui下 一个周期又来到，充电、放电· · ·· · · 如此循环，直 到电容上的充放电达到平衡。
② 输入等幅波时检波器的工作过程
③ 输入AM信号时检波器工作过程
检波过程
以上检波过程，实际上是二极管在端电压ui-uo 的作用下，依次导通、截止，使得流过的电
流为尖顶余弦脉冲，其中含有直流分量、低 频调制分量、高频基波分量及各次谐波分量。
由低通滤波器滤除高频基波和各次谐波分量， 保留下与包络变化规律相对应的低频电压信 号。 结论：利用二极管的单向导电性和检波负载
电阻、电容的充放电过程来完成检波任务。
二、主要技术指标

表示单位调制信号电压所引起的高频振荡幅度的变化
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二、单频调制
1. 表达式
uΩ (t ) U Ωm cos Ωt U Ωm cos 2Ft
uAM (t ) 〔U cm Ku (t )〕 cos(ct ) 〔U cm KU mcost〕 cos(ct ) U cm （ 1 ma cost〕 cos(ct )
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第 5 章 振幅调制、解调电路
振幅调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信 号的幅值 解调：从高频已调信号中还原出原调制信号
振幅调制、解调和混频电路都是频谱线性搬移电路
地位: 通信系统的基本电路
高频电子线路
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第 5 章 振幅调制、解调电路
概述 调幅信号的基本特性 低电平调幅电路 高电平调幅电路 包络检波 同步检波
uDSB (t ) AM u (t )uc (t )
uDSB (t ) AMUcmUm cos(t ) cos( c t ) Um cos(t ) cos( c t )
1 1 U m cos[(c )t ] U m cos[(c )t ] 2 2
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5.2.1 普通调幅波（AM）
一、普通调幅波表达式
包络函数（瞬时振幅）U（t）可表示为：
U (t ) U cm U (t ) U cm Ku (t )
U (t ) 与调制电压 u (t )
成正比，代表已调波振幅的变化量；
包络函数所对应的曲线是由调幅波各高频周期峰值所连成的 曲线，称为调幅波的包络。因此，包络与调制信号的变化规 律完全一致，其包含有调制信号的有用信息。

Pmax
[(1 + ma )U cm ] = 1 + m ）P 2 （ = a o 2 RL
2
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EXIT
第5 章振幅调制解调与混频
5.1 振幅调制原理
4）复杂信号调幅 ） 波形
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第5 章振幅调制解调与混频
5.1 振幅调制原理
复杂信号调幅数学表达式 周期性的复杂调制信号，可用傅里叶级数展开， 周期性的复杂调制信号，可用傅里叶级数展开，表示为
uAM (t) = Um (t) cos(ωct) = [Ucm + ka uΩ (t)〕 ωct) cos( ka uΩ (t) = Ucm[1+ 〕 ωct) cos( UCm
其中， 其中，瞬时幅度 称为调幅波的包络
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U m ( t ) = U cm + ka uΩ ( t )
EXIT
AMXY uO1(t) X Y I + – uO (t)
Ucm sinωct
AMXY X Y II uO2(t)
uΟ1(t) =AMUΩmUcmcosΩ t cosωc t = 1 AMU ΩmU cm [cos(ωc + Ω )t + cos(ωc − Ω )t ] 2 uΟ2(t) =AMUΩmUcmsinΩ t sinωc t = 1 AMU ΩmU cm [cos(ωc − Ω )t − cos(ωc + Ω )t ] 2 uO1(t)+uO2(t) = AMUΩmUcm cos(ωc − Ω)t ] 输出下边带 uO1(t)–uO2(t) = AMUΩmUcm cos(ωc + Ω)t ] 输出上边带