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高频电子线路阳昌汉版第5章_振幅调制与解调解析

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第五章振幅调制及解调2

第五章振幅调制及解调2

(5.3―14)
EB U B 相应的 0.5 通角等于 即 2 T
4
4 4 iCE 2u gm ( cos C t cos3C t cos5C t ) 3 5 (5.3―15) 2 gmuk2 (C t )
第5章
振幅调制及解调
与式(5.3―15)相应的频谱如图5.25所示。用中心频
第5章
振幅调制及解调
iC C I0 (t)
A
EB 0
B 0 UB′ U1 m
I00 u BE u1 0

I01
t

t
图5.21 时变静态电流波形
第5章
振幅调制及解调
gm 2 gm g (t ) T1 T1

n 1

n Sa ( ) cos n1t T1
(5.3―9)
1 2 2 2 g (t ) gm ( cos 1t cos31t cos51t ) 2 3 5 (5.3―10)
t
2 5
2
0


图5.23 单向开关函数波形及频谱
第5章
振幅调制及解调
根据上面的分析，可知时
变状态工作的晶体三极管集电极
电流
iC I 0 (t ) g (t )u2
(5.3―11)
其中
I0 (t ) gm (u1 U B EB )k1 (1t ) g (t )(u1 U B EB )
第5章
振幅调制及解调
第5章 振幅调制及解调
5.1 概述 5.2 振幅调制信号分析
5.3 振幅调制方法
5.4 振幅调制电路
5.5 振幅解调方法
5.6 振幅解调电路

高频电子线路阳昌汉版第5章_振幅调制与解调

高频电子线路阳昌汉版第5章_振幅调制与解调

uc（t）
1 id K (ct )ud rd RL K (ct ) 为周期性的函数，可用傅立叶级数展开 1 2 2 2 K ct cosct cos3ct cos5ct ....... 2 3 5
K ( c t )
1 uc t 0 开关函数K (ct ) 0 uc t 0 1 2 2 2 K ct cosct cos3ct cos5ct ....... 2 3 5
设计时输出功率和效率不是主要指标。重点是提高调制的 线性度，减小不需要的频率分量和提高滤波性能。
高电平调幅电路： 在所需的功率电平上进行调制，调制与 功放合一，一般用于发射机的末级。 一般只能产生AM。 优点：整机效率高。 设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。
17
5.3.1 低电平调幅电路
通过相乘实现！
5
二、单频调制
1、表达式
uΩ t U Ωm cos Ωt U Ωm cos 2Ft
u t U cm ka uΩ t cos ct
通常 c Ω
U cm kaU Ωm cosΩt cos ct U cm 1 ma cosΩt cos ct
主要用途：可产生AM、 DSB 、 SSB 单二极管开关状态调幅电路 二极管调幅电路 主要电路： 模拟乘法器调幅电路 二极管平衡调幅电路
二极管环型调幅电路
18
一、单二极管开关状态调幅电路 (1)什么是开关状态 当二极管在两个电压共同作用下，其中一个电压振幅足够 大，另一个电压振幅较小，二极管的导通和截止将完全受大 振幅电压的控制，可以近似认为二极管处于理想开关状态。 (2)调幅原理

(完整版)高频电子线路第5章习题答案

(完整版)高频电子线路第5章习题答案

第5章 振幅调制、振幅解调与混频电路5.1 已知调制信号()2cos(2π500)V,u t t Ω=⨯载波信号5()4cos(2π10)V,c u t t =⨯令比例常数1a k =，试写出调幅波表示式，求出调幅系数及频带宽度，画出调幅波波形及频谱图。

[解] 5()(42cos 2π500)cos(2π10)AM u t t t =+⨯⨯54(10.5cos 2π500)cos(2π10)V t t =+⨯⨯20.5,25001000Hz 4a m BW ===⨯= 调幅波波形和频谱图分别如图P5.1(s)(a)、(b)所示。

5.2 已知调幅波信号5[1cos(2π100)]cos(2π10)V o u t t =+⨯⨯，试画出它的波形和频谱图，求出频带宽度BW 。

[解] 2100200Hz BW =⨯=调幅波波形和频谱图如图P5.2(s)(a)、(b)所示。

5.3已知调制信号3[2cos(2π210)3cos(2π300)]Vu t t Ω=⨯⨯+⨯，载波信号55cos(2π510)V,1c a u t k =⨯⨯=，试写出调辐波的表示式，画出频谱图，求出频带宽度BW 。

[解] 35()(52cos2π2103cos2π300)cos2π510c u t t t t =+⨯⨯+⨯⨯⨯3555353555(10.4cos2π2100.6cos2π300)cos2π5105cos2π510cos2π(510210)cos2π(510210)1.5cos2π(510300) 1.5cos2π(510300)(V)t t tt t t t t t =+⨯⨯+⨯⨯⨯=⨯⨯+⨯+⨯+⨯-⨯+⨯++⨯- 3max 222104kHz BW F =⨯=⨯⨯=频谱图如图P5.3(s)所示。

5.4 已知调幅波表示式6()[2012cos(2π500)]cos(2π10)V u t t t =+⨯⨯,试求该调幅波的载波振幅cm U 、调频信号频率F 、调幅系数a m 和带宽BW 的值。

高频电子线路第5章_振幅调制与解调

高频电子线路第5章_振幅调制与解调

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
8
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
20
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

第五章高频电路课后答案

第五章高频电路课后答案

v AM t 10 1 0.5 cos 2 103 t cos 2 106 t
6 6
10 cos 2 10 t 2.5 cos 2 10


10 2.5 106-103 106 2.5 106+103
10 t
3

f / Hz
频谱结构图如右图所示。 （2）载波分量的功率为 PC
VCM TΩ t 0
vDSBt
TΩ t
o 180o 突变 180o 突变 180 突变
5-6 某 调 幅 波 的 数 学 表 达 式 为
v AM t VAM 1 m1 cos1t m2 cos2t cosc t ， 且
2 21 ，当该调幅波分别通过具有如图 P5-6 所示频率特性的滤波器后：
c
(b)
c

0
c
2c
(c)
4c
6c
， t 360cos10 106 t （ mV ）
5-8 在 图 P5-8 所 示 的 差 分 对 管 调 制 电 路 中 ， 已 知 vc 大， VBEon 可忽略。使用开关函数求 i iC1
，VCC VEE 10V ， REE 15K ，晶体三极管的 很 v t 5 cos 2 103 t （mV）
i=i1-i2 源电路。若晶体三极管的 很大， VBEon 可
忽略，试导出输出电流 i 的表示式。若
-I0
I0
0 V cos v1 t 1M v id c t，v2 t V2 M cos t ，且
V2M VEE ，试画出下列两种情况下输出电
流 i 的波形及其频谱图：⑴ V1M 很小，处于小 信号状态；⑵ V1M 很大，处于开关工作状态。 解： iC 3

高频电子线路 第5章

高频电子线路 第5章

2. 调幅信号的波形
包络函数： 过调幅失真
包络的振幅为：
调制度
包络振幅 载波振幅
3. AM调幅波的频谱及带宽
载波分量
上边带分量
调幅波的频谱图
下边带分量
电压振幅
单音调幅波频谱宽度等于调制信号频率
的二倍即
2) 多音调幅波的频谱
频谱宽度是最高频率
的二倍即：
电压振幅
4. AM调幅波的功率分配
调幅波的频谱图
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。
● 检波器功能：实现频谱线性搬移。
● 检波器分类
5.3.1 振幅检波的基本原理
检波器的输入、输出波形
5.3.2 二极管包络检波电路
为什么 是2RL
➢ i 含频谱分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2 … …
怎相w样2乘实？现w1w2二w1极w1管+w平2 衡3w1相w乘23w器1 3输w1出+w信2 号5的w1频w谱25w图1 5w1+w2
w
(2) 二极管环形调幅器
v1=vc＝Vcmcosωct v2=vΩ＝VΩmcosΩt
相乘器
5.2.1 非线性电路的线性时变分析法
若一个非线性电路有两个不同频率的交流信号同时输入，如 果其中一个交流信号的振幅远远小于另一个交流信号的振幅时 ，可以采用下面介绍的线性时变分析法来分析该电路的输出频 谱分量。 设一个非线性器件的伏安特性为i=f(u)，器件上的电压 u=UQ+u1+u2，其中UQ是静态偏置电压，u1和u2都是交流信号： 。如果，则可以认为器件的工作状态主要由UQ与u1决定，若在 交变工作点(UQ+u1)处将输出电流i展开为幂级数，可以得到：

第五章振幅调制..


表示单位调制信号电压所引起的高频振荡幅度的变化
高频电子线路
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 )
高频电子线路
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
高频电子线路
高频电子线路
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
高频电子线路
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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。

第五振幅调制与解调


3) 集成模拟AM调制器
电路二：BG314(或MC1595L)
2. DSB调制器
1）二极管DSB调制器
i) 二极管平衡DSB调制器
v1=vc＝Vcmcosωct
v2=vΩ＝VΩmcosΩt
Vcm>>VΩm，Vcm>>VD(on)
i

iD 1-i D 2

2v K1(ωct) RD 2RL
二极管调制器 环形
式
环形组件
分 低电平调制电路
单差分对
三极管调制器 双差分对
三差分对
集成模拟调制器
二、调幅波的基本特性(以单音调制为例)
载波信号 vc Vcm cosct ，调制信号 v Vm cos t
1. AM波基本特性
1) 表示方法 i ) 波形
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
1
称振幅调制的调制度
v
t
vc
t
vAM(t)
t
vAM(t)
t
vAM(t)
t
1) 表示方法
iii) 频谱表示
vAM

Vcm
cos c t

MaVcm 2
cos( c


)t

MaVcm 2
cos( c


)t
语音信号及已调信号频谱
1) 表示方法
iv) 矢量表示
2) 能量关系：
Pav音频信号一个周期内在负载RL上的平均功率
i经过LC带通滤波器中心频率ωc，
BW3dB=2Ω得输出
vo iDSB RL
2v π
cos c t

高频电子线路 第五章 振幅调制与解调

1 maV0 cos(0 )t 2
1
调幅波包含三个频率分量：
0 ma/2 0 0+ 0-
载波分量0：不含传输信息 上边频分量0+：含传输信息 下边频分量0-：含传输信息
边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。
2、限带信号调幅
实际上通常的调幅信号是比较复杂的，含有许多频 率分量，因此它所产生的调幅波中的上边频和下边频都 不再是一个，而是许多个，组成所谓的上边频带和下边 频带。
(V0 maV0 cost ) cos0 t
kaV (V0 V0 cost ) cos0 t V0
v0 (V0 ka v ) V0
乘法器
v
相加器 直流
vAM
v0
方法2：
v AM V0 (1 ma cost ) cos0 t
V0 cos0t ma costV0 cos0t
Vm max Vm min Vm max V0 V0 Vm min ma 2V0 V0 V0
峰值调幅度和谷值调幅 度
Vmax Vmin Vmax V0 V0 Vmin ma 2V0 V0 V0
一般调幅度ma越大，调幅越深：
ma 0 ma 1 ma 1
四、AM调幅波中的功率关系
vAM V cos t 1 m V cos( )t 1 m V cos( )t 0 0 0 0 2 a 0 2 a 0
设调幅波输送功率到负载RL上，则载波与边频产生的功 率分别为： （1）载波功率：
Pc
1 2 RL
2 V0
（2）上、下边频功率：
v AM V0 (1 ma cost ) cos0 t

第五章 高频电子——振幅调制和解调


第五章 振幅调制和解调
27
二极管调制器
低电平调制电路
晶体管调制器
集成模拟调制器
第五章 振幅调制和解调
28
5.2.1 振幅调制电路基本分类
地位：振幅调制电路是无线电发射机的重要组成部 高电平调制 分。 分类(按功率高低)： 低电平调制 ① 高电平调制：调制置于发射机的末端，产生大功率 的已调信号。 ② 低电平调制：调制置于发射机的前端，产生小功率 的已调信号，再通过多级线性功率放大器放大。
3
3. 解调——调制的逆过程，即从已调信号中还原出原 调制信号的过程，也称检波。
基带信号
“附加” “还原”
调制
已调信号
解调
载波信号
第五章 振幅调制和解调
4
分类：
模拟调制
1．按调制信号的形式不同
数字调制 2．按载波的不同 正弦波调制 脉冲调制
第五章 振幅调制和解调
振幅调制（AM） 频率调制（FM） 相位调制（PM）
13
(b) 多频调制
BW=2Fmax
含有若干频率分量。 上边带的频谱结构与 原调制信号的频谱结 构相同，下边带是上 边带的镜像。 多频调制时：
u AM U cm cosct
n 1 U cm mai [cos(c i )t 2 i 1 cos(c i )t ]
第五章 振幅调制和解调
23
该方法对带通滤波器要求较高。要求对要滤除的边带信号 有很强的抑制能力，而对于要求保留的边带信号应使其不 失真地通过。这就要求滤波器在载频处有非常陡峭的滤波 特性。
• 逐级滤波法：
采用了多次调制（频谱搬移） 常用的带通滤波器有：石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声 表面波滤波器。 第五章 振幅调制和解调
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i 1
mai
kaU Ωmi U cm
载波分量c
同样含有三部分频率成份 上边频带分量c Ω1~c Ωn
调制信号
下边频带分量 c Ωn ~c Ω1
载波
通常c Ωmax
Ωmax 调幅波
ωc
ω
;Ωmax
ω
特点:（1）实现频谱线性搬移
（2）调幅波带宽： BW
2 Ωmax
uΩ t UΩm1 cos Ω1t UΩm2 cos Ω2t ....UΩmn cos Ωnt
n
UΩmi cos Ωit i 1
u t Ucm ka
n
U
Ωmi
cos
Ωit
cos
ct
i1
Ucm 1
n
mai
cosΩi
t
cos
ct
i1
U cm
cos
ct
U cm 2
n
mai cos c Ωi t cos c Ωi t
u t Um t cosct Ucm kauΩ t cosct
通过相乘实现！
二、单频调制
1、表达式
uΩ t UΩm cos Ωt UΩm cos 2Ft u t Ucm kauΩ t cosct
Ucm kaUΩmcosΩtcosct
Ucm 1 macosΩt cosct
的三参量（振幅、频率、相位）之一，使其随调制信号线 性变化。
调幅：用uΩ t 控制载波振幅 对应解调 检波
瞬时振幅：Um t Ucm kauΩ t uΩ t 调频：用uΩ t 控制载波频率 对应解调 鉴频
瞬时频率：t c kf uΩ t uΩ t 调相：用uΩ t 控制载波相位 对应解调 鉴相
2
2Fmax
最高调 制频率
同单频调制，信息含于边频带分量中，载波不含有用 信息，但载波占有很大能量。不经济。要抑制载波。
5.2.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波
一、双边带调幅波 DSB波：抑制了载波分量，
只含上、下边带分量。
1、表达式
u t uΩ tuc t
用载波和调制信号 直接相乘实现！
通常c Ω
ma
kaU Ωm U cm
调幅指数或调幅度，表示载波振幅受
调制信号控制后改变的程度(0 ma 1)
把调幅波振幅变化规律，即Ucm 1 macosΩt称为调
幅波的包络。
2、波形
uΩ t UΩm cos Ωt
ut Ucm1 ma cos Ωt cosct
t
0
波形特点：
uc t Ucm cosct
Ummin Ucm(1 ma )
ma=1时 最大调幅（百分之百）
ma>1时 过量调幅，包络失真，实际电路中必须避免
0
t0
t
ma =1
百分百调幅波形
ma 1
过量调幅波形
3、频谱
ut Ucm1 ma cos Ωt cosct
Ucm
cos ct
1 2
maUcm
cos c
Ωt
1 2
maUcm
cos
c
Poav
PoT
Pc Ω
Pc
Ω
PoT 1
ma2 2
(0ma 1)
当 ma = 1时，边频功率达到最大，但仅为Poav / 3
实际使用中， ma在0.1~1之间，平均值为0.3。可见普通 调幅波中含有信息的上下边频分量所占的功率非常小，而不含
信息的载波占绝大多数，因而调幅波的功率浪费大，效率低。
三、多频调制
瞬时相位：t ct kpuΩ t uΩ t
5.2 振幅调制原理及特性
5.2.1 普通调幅波
简称AM调幅波
一、普通调幅波一般表达式
载波信号：uc t Ucm cosct Ucm cos 2 fct
调制信号：uΩ t
普通调幅波振幅：Um t Ucm kauΩ t
普通调幅波信号：
ka由调幅电路决定
第 5 章 振幅调制与解调
概述 振幅调制原理及特性 振幅调制电路 调幅信号的解调
主振级
缓冲级
倍频器
高频部分
高频 放大器
调制器
几百mV～几V
高频 功率放大
声音
低频放大
低频功率放大
低频部分
5.1 概 述
一、基本概念
调制信号：由原始信号转换成的低频信号
（基带信号） 信号
载波信号：（等幅）高频振荡信号
正弦波 方波
（1）调幅波的振幅（包络）的
变化规律与调制信号波形一致
0
t
（2）调幅度ma反映了调幅的强
弱程度，
ma
U m max U m max
U m min U m min
ut Ucm1 ma cos Ωt cosct
Ummax Ucm(1 ma )
可以看出：一般ma值越大调幅越深 Ucm
t
0
ma=0时 未调幅
Ωt
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：
载波分量c ：不含传输信息
上边频分量c Ω ：含传输信息 下边频分量 c Ω ：含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
ω Ucm c
下边频
1 2 maU cm
1 2
maU
cm上边频
ωc - Ω ωc +Ω
特点: （1）调制过程是实现频谱线性搬移的过程
单频调制时：u(t) UΩm cos Ωt Ucm cosct
2、频谱
1 2
U U Ωm cm
cos
c
Ω
t
cos
c
Ω
t
频谱只有 c Ω、c Ω
调制信号
载波
无载波 分量！
c
下边频
上边频 带宽：BW 2F
c Ω
c Ω
DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占
有，功率利用率高于AM波。
振幅调制（简称调幅，AM）
按载波信号分
连续波调制 （正弦波）
脉冲波调制
频率调制（简称调频，FM） 相位调制（简称调相，PM） 脉冲振幅调制(PAM) 脉冲宽度调制(PWM) 脉冲位置调制(PPM)
脉冲编码调制(PCM)
三、调制与解调的方式
调制：由调制信号 uΩ t UΩm cos Ωt 去控制载波 uc t Ucm cosct
（2）调幅波的带宽：
BW 2 Ω 2F
2
4、功率
由于
u t
Ucm
cos ct
1 2 maUcm
cos c
Ωt
1 2 maUcm
cos c
Ωt
故载波功率： PoT
1 2
U 2cm R
每一边频功率：Pc Ω
Pc Ω
1 2
1 2
maU
cm
2
1 R
1 4
ma2 PoT
调幅波的平均总功率：
三角波
锯齿波
uΩ t UΩm cos Ωt uc t Ucm cosct
已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号
调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。
二、调制的分类
按调制信号分
模拟调制 数字调制
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