通信电子线路研究性报告姓名XX班级通信120X学号122110XX通线教师路勇时间2014/11/14一实验要求1 了解丁类放大器的相关信息2 利用模拟乘法器实现AM、SSB及DSB的振幅调制与解调二实验过程2.1 丁类放大器丁类放大也称D类放大或数字式放大器。
系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。
具有效率高，体积小的优点。
许多功率高达1000W的这类数字式放大器，体积只不过像盒VHS录像带那么大。
这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中却有较多的应用。
D 类放大器实际上是一种开关放大器，其开关频率高达100kHz以上。
输入端是直接从数码信号源如CD唱机、DVD影碟机、DVD Audio或SACD光碟机以及DTV数码电视等输入的数码音频信号，而不是经过ADC模数转换或DAC数模转换处理的音乐模拟信号。
典型的实现过程如下：先由振荡器调制直流电源产生一个基准方波信号，其工作频率可跟随输入信号变化，设定为几十到几百千赫；脉冲宽度则随输入信号的幅度大小而变化。
还可以设置一个锯齿波信号产生器，其频率为基准方波信号的一倍，并与之同步。
锯齿波信号用来同需要放大的、不断变化的输入信号作比较。
当锯齿波同输入信号发生差异时，便产生与其瞬时振幅一致的相移信号。
再用一个逻辑上由基准信号和相移信号控制的开关电路输出一个极性经过选择的脉冲宽度调制信号（PWM信号）。
PWM信号经晶体管放大和高速整流，再通过低通滤波器滤除高频成分、平滑处理后回复为音频信号馈送扬声器放音。
这种电路最大优点是功耗极小。
因为它通常采用耐二次击穿、开关转换效率极高的场效应晶体管，运行中几乎没有损耗，效率可达90%以上（普通A类或AB类放大器的效率最大也只不过50%）。
高效意味着耗电小、散热要求低，从而导致集成电路化的大批量生产。
其另一个优点是失真小。
我们都知道，为了增加频响宽度、防止信号饱和畸变，几乎所有放大器都需要使用反馈电路，可是反馈产生的延时效应却对原音重现带来失真。
由于数码放大器转换时间极快，延时效应微乎其微，产生的误差只有传统模拟放大器的六分之一，所以对输出控制得更好，尤其是瞬态反应更为精确真实，特别适用于爆发力要求较高的重低音功放。
2.2 AM、DSB及SSB的调制2.2.1 基本原理由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。
因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。
所谓调制就是利用原始信号控制高频载波信号的某一参数，使这个参数随调制信号的变化而变化，最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的调幅(AM)、调频(FM)、调相 (PM)三种。
解调是与调制相反的过程，即从接收到的已调波信号中恢复原调制信息的过程。
与调幅、调频、调相相对应，有检波、鉴频和鉴相。
振幅调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送载体的高频振荡波（称为载波）的幅度，是已调波的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波的角频率不变。
在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM ）、抑制载波的双边带调幅（DSB ）、抑制载波的单边带调幅（SSB ）等。
AM 的载波振幅随调制信号大小线性变化。
DSB 是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带。
SSB 是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。
它们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。
2.2.2 AM 调制AM 信号是载波信号振幅在0m V 上下按输入调制信号规律变化的一种调幅信号，表达式如下：[]t w t u k V t v c a m o cos )()(0Ω+= （1）由表达式（1）可知，在数学上，调幅电路的组成模型可由一个相加器和一个相乘器组成，如图1所示。
图中，M A 为相乘器的乘积常数，A 为相加器的加权系数，且acm M k AV A k A ==,图2.1普通调幅（AM ）电路的组成模型设调制信号为：)(t u Ω=Mc U E Ω+cos t Ω载波电压为：cMt c U u =)(cost w c上两式相乘为普通振幅调制信号：cMC t s U E K u +=()(cos t Ω）t w U c cM cos=C cM E KU (+t w t U c M cos )cos ΩΩ =t w t M E KU c a c cM cos )cos 1(Ω+=t w t M U c a S cos )cos 1(Ω+ （2）式中,CMa E U M Ω=称为调幅系数(或调制指数) ，其中0＜aM ≤1。
而当aM ＞1时，在π=Ωt 附近，)(t u c 变为负值，它的包络已不能反映调制信号的变化而造成失真，通常将这种失真成为过调幅失真，此种现象是要尽量避免的。
2.2.3普通调幅（AM ）信号的波形在Multisim 仿真电路窗口中创建如图3.1.2所示的由乘法器(K=1)组成的普通调幅(AM)电路，在该电路中，直流电压源cE (图中V1)和低频调制信号)(t U Ω (图中V2)分别加到乘法器A1的X 输入端口，高频载波信号电压)(t c U (图中V3)加到乘法器的Y 输入端口。
将示波器的A 、B 通道分别加到乘法器的X 输入端口、乘法器的输出端口，其构成如下图3.1所示： 前半部分为乘法器调制电路，后半部分为包络检波的解调装置。
)(t u c图3.1乘法器组成的普通调幅(AM)电路运行仿真电路可得到输出波形(见图3)。
此时调幅指数CMa E U M Ω==0.5，运行仿真开关,双击示波器图标，可以得到示波器仿真输出波形和输入调制信号波形(见图3.2)，从图中输出波形可以看出，高频载波信号的振幅随着调制信号的振幅规律变化，即已调信号的振幅在m u Ω上下按输入调制信号规律变化。
图3.2普通调幅（AM ）电路的输入波形（上）和调制信号波形（下）从图 3.2可得到如下结论：调幅电路组成模型中的相乘器对)(t u Ω和)(t u c 实现相乘运算得结果，反映在波形上是将)(t u Ω不失真地转移到载波信号振幅上。
若将图3.2.1中调制信号电压的幅值改为4V ，则调指数CMa E U M Ω==1，这时电路输出的曲线的包络恰好为调幅曲线，其仿真结果见仿真示波器屏幕，如图3.3所示图3.3 调幅电路恰好调幅(M=1)时的调制信号（上）及其输出波形（下）因此,在振幅调制仿真过程中可以得出如下结：为了保证已调波的包络真实地反映出调制信号的化规律，避免产生过调失真，要求调制系数Ma 必满足0<Ma<1，这与式(2)理论上推导得出的结果是一致的。
2.2.4 普通调幅（AM ）信号的解调解调（Demodulation ）是调制的逆过程。
振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波电路（Detector ），它的作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来。
对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。
目前应用最广的是二极管包络检波器。
解调调幅波时，二级管总是在输入信号的每个周期的峰值附近到导通，因此输出电压与输入信号包络相同。
二极管电流的平均分量Iav流过电阻R形成检波输出，而高频分量被电容C滤掉。
图4.1即为调制波形和解调输出波形。
此图像即为解调之后的图像。
由图可以发现高频载波信号的振幅随着调制信号的振幅规律变化，即已调信号的振幅在Ec上下按照输入调制信号规律变化。
若将仿真图中调制信号电压幅值改成4V，则调制指数ma=1成为全调制，仿真结果如下：)(t u s由上面三图可得如下结论：当用二极管包络检波法解调普通调幅波时，要选择合适的电路参数。
2.2.5利用仿真软件Multisim 10对DSB 电路仿真分析图5.1 振幅检波电路的作用如图5.1所示，为输入振幅调制信号电压，为反映调制信号变化的输出电压。
在频域上，这种作用就是将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。
因此振幅检波电路也是一种频谱搬移电路，可以用相乘器实现这种作用，如图5.2所示：图中电路由相乘器和低通滤波器组成。
由图可见，将)(t u s 先与一个等幅余弦电压)(t u r 相乘，要求这个电压与输入载波信号同频同相，即)(t u r =t w V c rm cos ，称为同步信号，相乘结果是)(t u s 频谱被搬移到cw 的两边，一边搬到2cw 上，构成载波角频率为2cw 的双边带调制信号，它是无用的寄生分量；另一边搬到零频率上，这样，)(t u s 的一边带就必将被搬到负频率轴上，负频率是不存在的，实际上，这些负频率分量应叠加到相应的正频率分量上，构成实际的频谱，因此它比搬移到2cw 上的任一边带频谱在数值上加倍。
而后用低通滤波器滤除无用的寄生分量，取出所需的解调电压。
必须指出，同步信号)(t u r 必须与输入信号保持严格同步（同频、同相）是实现上述电路模型的关键，故将这种检波电路称为同步检波电路。
否则检波性能就会下降。
当恢复载波与发射载波同频同相时，输出将无失真的将调制信号恢复处出来。
)(t u s )(t u o信号的数学表达式：抑制掉调幅信号频谱结构中无用的载频分量，仅传输两个边频的调制方式成为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制，并表示为：t w t u k t u c a cos )()(0Ω=显然，它与调幅信号的区别就在于其载波电压振幅不是在0m V 上下按调制信号规律变化。
这样，当调制信号)(t u Ω进入负半周时，)(t u o 就变为负值。
表明载波电压产生0180相移。
因而当)(t u Ω自正值或负值通过零值变化时，双边带调制信号波形均将出现0180的相移突变。
双边带调制信号的包络已不再反映)(t u Ω的变化，但它仍保持频谱搬移的特性，因而仍是振幅调制波的一种，并可用相乘器作为双边带调制电路的组成模型，如下图7所示，图中a cm M k V A =。
图5.3双边带调制信号组成模型调制过程的数学表达式设载波电压为：t w U t u c cM c cos )(=调制信号为： t U t u M Ω=ΩΩcos )(经过模拟乘法器A1后输出电压为抑制载波双边带调制信号，其数学表达式为：)()()(t u t u K t u c Ω⨯⨯==tU t w U K M c cM Ω⨯⨯Ωcos cos=[]2)cos()cos(t w t w U KU c c M cM Ω-+Ω+Ω （4）解调过程的数学表达式双边带调幅波的电压u(t)可表示为：tw KU t u c cM cos )(=tw t u U t U c M M cos )(cos ⨯⨯=ΩΩΩΩ本机载波电压为： t w U t u c cM c cos )(= 解调波的表达式：)()()(t u t u K t u c p Ω⨯⨯==t U t w U K M c cM Ω⨯⨯Ωcos cos=[]2)cos()cos(t w t w U KU c c M cM Ω-+Ω+Ω （5）2.2.5 抑制载波的单边带调幅（SSB ）信号的波形在Multisim 仿真电路窗口中创建如下图5.2.1所示的电路，其中由高频载波信号)(t u c(V1)、低频调制信号)(t u Ω (V2)及乘法器(K=1)A1组成抑制载波双边带调幅电路)cos()(t t f c ω=；由模拟积分器和乘法器(K=0.1)组成相移.90度 )sin()(ˆt t f c ω-=。
