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第五章 振幅调制、解调及混频讲解

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第5章 频谱的线性搬移电路

第5章 频谱的线性搬移电路

《高频电路原理与分析》
第5章 频谱的线性搬移电路
频谱搬移的数学模型 幂级数展开法和线性时变分析法 非线性器件 二极管、三极管、场效应管、集成模拟乘法器
《高频电路原理与分析》
第5章 频谱的线性搬移电路
5.1 非线性电路的分析方法
5.1.1 非线性函数的级数展开分析法
非线性器件的伏安特性
i f (u )

m 0

m m anCn u1n mu2n
i
m 0

n
an C u
m n m m n 1 2
m 0

m m anCn u1n mu2
u
第5章 频谱的线性搬移电路
1. 若u1＝U1cosω1t， u2=0，有
i
n 0
i a u cos tanU1n cos n1t a u a U n 1 n0
第5章 频谱的线性搬移电路
第5章
频谱的线性搬移电路
5.1 非线性电路的分析方法 5.2 二极管电路 5.3 差分对电路 5.4 其它频谱线性搬移电路
《高频电路原理与分析》
第5章 频谱的线性搬移电路
频谱搬移电路的分类 频谱的线性搬移——振幅调制与解调、混频、倍频 频谱非线性搬移——频率调制与解调、相位调制与解调
在EQ+u2上对u1用泰勒级数展开,有
i f EQ u2 f EQ u2 u1
若u1足够小,可忽略u1的二次方及其以上各次方项,则该式为
f EQ u2 I 0 t
时变静态电流
i f ( EQ u2 ) f ( EQ u2 )u1
f EQ u2 g t
e
x2 cos 2t

振幅调制器解调器及混频器的应用

振幅调制器解调器及混频器的应用
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5.1 信号变换概述
• 2. 双边带调制和单边带调制 • 1）双边带调制（DSB） • DSB 调幅是在调幅电路中抑制掉载频，只输出上、下边频（边带）。
双边带调制电路的模型如图5-7 所示。双边带调幅信号数学表达式为
• 由式（5-10）可得双边带调幅信号的波形及频谱，如图5-8 所示。根 据式（5-10）可得双边带调幅信号的频谱表达式为
• （1）要传送的信号，该信号相对于载波属于低频信号，称之为调制 信号。
• （2）高频振荡电压，称之为载波。
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5.1 信号变换概述
• （3）调制以后的电压，称之为已调波或调幅波。
• 1. 普通调幅 • 1）普通调幅（AM）电路模型 • 普通调幅信号是载波信号振幅按输入调制信号规律变化的一种振幅调
5.1 信号变换概述
• 由式（5-9）可见，总功率由边频功率及载波功率组成。 • 式（5-9）表明调幅波的输出功率随ma 增加而增加。当ma=1 时，有
• 被传送的信息包含在边频功率中，而载波功率是不含有要传送的信息 的。当ma=1 即最大时，含有信息的边频功率只占总平均功率的1/3。 事实上，调幅系数只有0.3 左右，则边频功率只占总平均功率的5%左 右，而不含信息的载波功率占总平均功率的95%左右。可是选择晶体 管却要按PΣmax 进行选择，可见，这种普通调幅的功率利用率和晶体 管的利用率都是极低的。
• 式中，ma=kaUΩm/Um0，是调幅信号的调幅系数，称为调幅度。它表 示调幅波受调制信号控制的程度。
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5.1 信号变换概述
• 3）普通调幅信号的波形 • 如图5-3 所示，载波为高频等幅、等频波，其频率远远高于调制信号
的频率。调幅后，载波的频率不变，振幅随调制信号的大小变化。当 调制信号达到最大值时，调幅波的振幅达到最大值，对应调制信号的 最小值，调幅波的振幅最小。将调幅波的振幅连接起来，称为“包 络”，可以看到包络与调制信号的变化规律完全一致。 • 4）普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度 • 将式（5-1）用三角函数展开，有

振幅调制的方式等混频

振幅调制的方式等混频
（1）画出频谱图； （2）求出单位电阻的边带功率、载波功率以及功率利用率
高频电子线路
西南科技大学网络教育学院
解：
u AM (t ) cos1000t 0.15 cos1002t 0.15 cos 998t 0.25 cos1010t 0.25 cos 990t
1 0.25 990 0.15 0.15 0.25 f 998 1000 1002 1010
kaU m ma U cm
通常 F<<fc
调幅系数或调幅度。 表示载波振幅受调制信号控制的程度
把调幅波振幅变化规律，即 称为调幅波的包络。
高频电子线路
U cm （ 1 macost〕
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2. 单频调制时AM调幅波波形
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u AM(t)
0.152 2 PSB1 2 0.0225W 2 2 12 0.25 Po 0.5W 2 PSB2 2 0.0625W 2 2 2PSB1 2PSB2 C 14% 2PSB1 2PSB2 PO
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信息含于边频分量中，载波不含有用信息，但载波占有 很大功率，不经济，可以抑制载波。
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5.1.2 抑制载波的双边带和单边带调幅波
一、双边带调幅波 1. 表达式 DSB波：抑制了载波分量， 只含上、下边带分量。 ka由调制电路和 载波幅值决定。
uDSB (t ) ka u (t ) cos(c t )
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本节导学
本小节将对普通调幅信号在单频调制时其时域表 达式、时域波形、频谱图、带宽以及功率、功率利用 率进行分析，对于此部分内容，同学应予以掌握。为 了提高调制信号的功率利用率以及减少带宽资源，本 小节还要介绍了另外两种常用的调幅方式：抑制载波 的双边带、单边带调幅。对于此两者调幅方式，同学 对于其时域表达式、波形、 带宽予以了解。

振幅调制、解调与混频电路

振幅调制、解调与混频电路


AMVΩmVcm AMVΩmVcm
cos(c cos(c

)t )t
对于复杂信号调制上面的模型也成立。
通信工程学院
27
F ()
F f (t) cosct

F fˆ (t) sin ct

SUSB ()
SLSB ()
通信工程学院
28
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
通信工程学院
20
通信工程学院
21
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。
通信工程学院
22
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
通信工程学院
37
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

振幅调制电路

振幅调制电路
振幅调制电路有两个输入端和一个输出端，如图 5.2 所 示 。 输 入 端 有 两 个 信 号 ： 一 个 是 输 入 调 制 信 号 uΩ(t)＝UωmcosΩt= Uωm cos2πFt，称之为调制信号，它 含有所需传输的信息；另一个是输入高频等幅信号， uc(t)＝Ucmcosωct=Ucmcos2πfct，称之为载波信号。其中， ωc=2πfc，为载波角频率；fc为载波频率。
uo(t)= Amuc(t)uΩ(t)
=AmUΩm cosΩt Ucmcosωct
(5―10)
由上式可得双边带调幅信号的波形，如图5.9(a)所示。
根据(5―10)式可得双边带调幅信号的频谱表达式为
uo
(t)
1 2
AmUmUcm[cos(c
)t
cos(c
)t]
(5―11)
u(t)
Am uo(t)＝Amu(t)uc(t)
(5―2)
4) 普通调幅信号的频谱结构和频谱宽度
将式(5―1)用三角函数展开：
Uo (t) Uomct mUom cos t cosct
Uom
cosct
1 2
maUom
cos(c
)t
1 2
maUom
cos(c
)t
(5―3)
u(t)
t uc(t)
t
uo(t)
Uo mmax
Uo mmin
t
Uo m(1＋macos t)
(5―5)
可以看到，uo(t)的频谱结构中，除载波分量外， 还有由相乘器产生的上、下边频分量，其角频率为
（ωc±Ω）、（ωc+2Ω）…（ωc±nmaxΩ）。这些上、下 边频分量是将调制信号频谱不失真地搬移到ωc两边， 如图5.7所示。不难看出，调幅信号的频谱宽度为调制 信号频谱宽度的两倍，即

高频电子线路__振幅调制解调及混频PPT教案

高频电子线路__振幅调制解调及混频PPT教案

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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10
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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19
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
第1页/共109页
1
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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18
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语音调制的DSB信号和SSB信号频谱比较：

高频电子线路第5章ppt课件

2
载波uc
已调波uAM
振荡器
倍频
高频 放大器
调制
话筒
调制信号 放大器 调制信号 uΩ
无线电通信发射机的组成框图
3
5.1.1 普通调幅波
所谓调制，就是使幅度、频率、或相位随调制信号 的大小而线性变化的过程。分别称为振幅调制、频率调 制或相位调制，简称调幅、调频和调相。
解调是调制的相反过程，即从已调波信号中恢复原 调制信号的过程。与调幅、调频和调相相对应，有振幅 解调、频率解调和相位解调，简称检波、鉴频和鉴相。
u A M =U cm (1+M acosΩ t)cosω ct
=U cm cosω ct+M a 2 U cm cos(ω c+Ω )t+M a 2 U cm cos(ω c-Ω )t
载波分量
上边带分量
下边带分量
电 压 振 幅
U Ωm
调幅波的频谱图
U cm
MaUcm / 2
MaUcm / 2
0Ω
ω c - Ω ω c ωc + Ω
过调幅失真
Ma >1
8
U m (t)= U c m (1+ M a c o sΩ t)
U m m ax=U cm (1+M a) Um m in=Ucm(1-M a)
包络的振幅为：
Um=Umm ax2 -Umm in=UcmM a
调制度
包络振幅
Ma 载波振幅
Um Ucm
9
3. AM调幅波的频谱及带宽
ω
u A M = U c m (1 + M a c o s Ω t)c o s ω c t
= 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

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
高频电子线路
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。

振幅调制、解调与混频

调制：就是用调制信号（ U 或 f (t) ）去控
制载波（ U c 和 ic ）某个参数的过程。
载波：未受调制的高频振荡信号 。 振幅调制：由调制信号去控制载波的振幅 ，使其幅
度的变化量随调制信号成正比的变化。 振幅调制分为三种方式：
普通的调幅方式（AM） 抑制载波的双边带调制（DSB－SC） 抑制载波的单边带调制（SSB-SC）
1、振幅调制信号
u
载波电压 uc U c cosct
0
调制电压 u U cos t
uc
振幅调制信号振幅为 Um (t)
0
U m( t ) Uc Uc( t )
Uc kaU cos t
0
Uc (1 m cos t)
k a为调制灵敏度，一般由调制电
路确定。
0
m 为调幅度（调制度）
m Uc kaU
2
2n
2
2t
2n
3
2
2t 2t
K (2t)
1 2
2
cos2t
2
3
cos 32t
2
5
cos 52t
(1)n1
(2n
2
1)
cos(2n
1)2t
iD g(t)uD gDK (2t)uD
iD
gD
[
1 2
2
cos2t
2
3
cos 32t
2
5
cos 52t
]uD
若u1＝U1cosω1t,为单一频率信号，代入上式有
①滤波法：
kau
× 带通滤波器
B 2F max
uSSB (t )
UCcosct
B F max
②相移法：

高频电子线路振幅调制解调及混频

•(6―10)
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高频电子线路振幅调制解调及混频
由此可见,P是调制信号的函数,是随时间变化的。 上、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ边频的平均功率均为
•边频
•AM信号的平均功率
•(6―11)
•(6―12)
• 由上式可以看出,AM波的平均功率为载波功率 与两个边带功率之和。而两个边频功率与载波功率的 比
•值为
•边频功率
高频电子线路振幅调制解调及混频
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•图6―14 基极调幅电路
高频电子线路振幅调制解调及混频
2) 低电平调制 (1)二极管电路。用单二极管电路和平衡二极管电 路作为调制电路,都可以完成AM信号的产生,图6―16(a) 为单二极管调制电路。当UC>>UΩ时,由式(5―38)可知, 流过二极管的电流iD为
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高频电子线路振幅调制解调及混频
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•图6―28 移相法SSB信号调制器
高频电子线路振幅调制解调及混频
移相法的优点是省去了边带滤波器,但要把无用边 带完全抑制掉,必须满足下列两个条件:
(1) (2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的π ／2
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高频电子线路振幅调制解调及混频
•在单一正弦信号uΩ=UΩcosΩt调制时,
•（6―15） •（6―16）
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高频电子线路振幅调制解调及混频
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•图6―6 DSB信号波形
高频电子线路振幅调制解调及混频
3.
单边带（SSB）信号是由DSB信号经边带滤波器滤 除一个边带或在调制过程中,直接将一个边带抵消而成。 单频调制时,uDSB（t）=kuΩuC。当取上边带时
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（4）频率调制：调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制 信号线性变化。
（5）相位调制：调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调 制信号线变化。
（ 6）解调方式：
振幅检波 振幅调制的逆过程 鉴频 调频的逆过程 鉴相 调相的逆过程 (7)振幅调制分三种方式：
普通调幅( AM ) 抑制载波的双边带调幅(DSB ) 单过带调制(SSB )
密码
信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号
正弦波 方波 三角波 uc Uc cos(ct )
锯齿波
已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）
(1) 调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 (2)解调：调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。
休息1 休息2
（3）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振 幅 随调制信号线性变化。

)t

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 : 含传输信息 下边频分量c : 含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
U
ωc
c
下边频
1 2 maUc
1 2
maU
c
上边频
ωc - Ω ωc +Ω
(2) 限带信号的调幅波
第5章 振幅调制、解调及混频
5.1 概述 5.2 振幅调制原理及特性 5.3 振幅调制电路 5.4 调幅信号的解调 5.5 混频器原理及电路
返回 休息1 休息2
5．1概述
振幅调制
解调（检波)
属于 频谱线性搬移电路
混频（变频）
语言
定义： 调制信号：需要传输的信号（原始信号）
图像 u U cos t
调幅波的功率浪费大，效率低。但AM波调制方便，解调方便，便于接
收。如当100%调制时(ma=1) ，双边带功率为载波功率的
调幅波功率的 1
3
，而当 ma12 ,
Pc
8 9
PAM
1 2
，只占用了
5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号
休息1 休息2 返回

1 2
U
2 c
RL P上 边

P下 边


1 2
maUc 2RL
2

ma 2 4
Pc
(3) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率
PAM

Pc
P上边 P下边
Pc 1
ma 2 2

(4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：
双边带功率 载波功率
Uc cosct ma cos t Uc cosct
u
相加器
乘法器
uAM
直流
uc
仿真
乘法器
u
相加器
uAM
uc
可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。
5、调制波的功率
休息1 休息2
设调幅波传输信号至负载电阻RL那上么，调幅波各分量的功率为：
(1) (2)
RL上消耗的载波功率： Pc 上、下边带的平均功率：
n
)t
同样含有三部分频率成份
载波分量 : c 不含信息 上边带(c n ) 含信息
限带信号
下边带(c n ) 含信息
载波
Ωmax 调幅波
ωc
ω
下边频带
上边频带
ωc-Ωmax
ωc
ωc+Ωmax
ω
4、AM信号的产生原理框图
返回
由于：uAM Uc (1 ma cos t )cosct
0时 1时
未调幅 最大调幅(百分之百)
仿真

ma

1时
过调幅 , 包络失真, 实际电路中必须避免
休息1 休息2
3、调幅波的频谱
返回
（1）由单一频率信号调 幅 uAM Uc (1 ma cos t )cos ct
Uc
cos
ct

1 2
ma
cos(c

)t

1 2
ma
cos(c
Umax Uc (1 ma )
Uc
返回
Umin Uc (1 ma )
波形特点：
ma

1 2
U max U min Uc
maa 1
（1）调幅波的振幅（包络）变化规律
与调制信号波形一致
(2) 调幅度ma反映了调幅的强弱程度
，
一般m值越可大以调看幅出越：深：
ma ma

返回
uAM Uc 1 mncos
n
t

cos

c
t
n


U
c
cos

c
t


n
1 2
mn
cos(c

n
)t

1 2
mn
cos(c


n
)t



U
c
cos
c
t


n
1 2
mn
cos(c

n
)t

n
1 2
mn
cos(c

由于调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：
Um (t ) Uc kaU cos t ，式中 ka 为比例常数
即：Um (t )

Uc
(1

kaU Uc
cos
t )

Uc (1

ma
cos
t )
式中ma为调制 度，ma

kaU Uc
常用百分比数表示。
uAM Uc (1 ma cos t ) cos ct
休息1 休息2
5.2 振幅调制原理及特性
一、振幅调制信号分析 二、双边带信号 三 、单边带信号
返回 休息1 休息2
1.若5A.将M2.调1f 标(幅t) 波准分的振解数为幅学：调表f制达(t（)式AnM1 U）n信co号s(分nt析 n )
返回
（则1那）有么设u调A：M 幅载 U信波c 号信1（号n已：1 m调uncc波osU）(c可ncto表s达nc)t为co：调s u制cAt M信其号中：Uu：mm(tnU) cocskosaUc ttn
一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为 一个连续频谱的限带信号 f ( t ) 。
则 uAM Uc[1 ka f (t)]cos ct
休息1 休息2
2、调幅信号波形
uAM Uc (1 ma cos t ) cos c t
u U cos t
uc Uc cos ct

ma 2 2
单边带功率 平 均 总 功 率
ma 2 4 2ma2
双边带功率 平均总功率
单边带功率 载波功率

ma 2 4
1
ma2 2 ma
2
2

ma2 2 ma2
由于在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身
并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而