信号的调幅与解调.ppt

信号的调幅与解调,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,信号的调幅与解调,3.1,调制概述,3.2,调幅信号分析,3.3,调幅电路,3.4,收音机中的检波电路,2,高频,放大,混频,本机,振荡,中频,放大,检波,低频,放大,收音机中必不可少的电路,调幅信号,3,3.1,调制概述,所要传输的原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用 表示,高频振荡信号是用来携带低频信号的高频振荡信号,称为载波，用,u,c,(,t,),表示,，,载波通常采用高频正弦波。,受调后的信号称为已调波，用,u,(,t,),表示。,一、什么是调制,调制：将要传输的低频信号装载的高频信号上。,解调：将低频信号从高频信号上还原出来。,调制信号,载波,已调波,几个概念,4,（1）,为了提高信号的频率,，,以便更有效地将信号从天线辐射出去。由天线理论可知，只有当辐射天线的尺寸与辐射的信号波长相比拟时，才能进行有效的辐射。而我们需要传送的原始信号，如声音等，通常频率较低（波长较长），所以需要通过调制，提高其频率，以便于天线辐射。,二、为什么要进行调制,5,（,2,）,为了实现信道复用,。,如果多个同频率范围的信号同时在一个信道中传输必然会相互干扰，若将它们分别调制在不同的载波频率上，且使它们不发生频谱重迭，就可以在一个信道中同时传输多个信号了，这种方式称为信号的频分复用。,6,调制就是用调制信号控制载波的某个参数,并使其与调制信号的变化规律成线性关系。,三、怎样进行调制,对模拟信号具有三种调制方式：调幅、调频和调相,。,调幅,频率随调制信号改变,调频,调相,振幅随调制信号改变,相位随调制信号改变,7,一.调幅信号的波形,3.2,调幅信号分析,8,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,9,10,设载波,u,C,(,t,),的表达式和调制信号,u,(,t,),的表达式分别为：,调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，,二.调幅信号的数学表达式,调幅波表达式为,调幅,幅度变化量,调幅系数,11,U,max,表示调幅波包络的最大值，,U,min,表示调幅波包络的最小值。,Ma,表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0,Ma1，,以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。,M,a,1,的情况称为过调制,12,不同,M,a,时的已调波波形,13,1.,已知：,Umax,10,，,Umin,6,，求,Ma,。,2.,已知：,Umax,12,，,Ucm,10,，求,Ma,。,3.,已知：,Ucm,10,，,Umin,6,，求,Ma,。若,fc,200kHz,。,F,5kHz,，写出表达式。,4.,已知：,求：,Ma,，,Ucm,fc,，,F,。,问题与思考,14,三.调幅信号的频谱,下边频,上边频载频,下边频,上边频,载频,15,已知：,画出它们的频谱图。,例题一,16,已知频谱图，写出表达式。,例题二,u,0,f,（,kHz,）,100,105,95,10v,4v,4v,17,调制过程为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅电路则属于,频谱的线性搬移电路。,调幅波的频带宽度为,：,BW,=2,F,n,复杂调制信号调幅的频谱,上边带,下边带,18,复杂调制信号调幅的频谱,1.,调幅的实质是频谱的线性搬移,2.,调幅必须采用非线性电路实现,19,例题三,u,0,f,（,kHz,）,500,510,490,8v,4v,4v,530,470,3v,3v,已知频谱图，写出表达式。,20,1.,载波的功率,四、调幅波的功率分配,2.,上、下边频功率,3.,总平均功率,4.,最大瞬时功率,21,设载波功率,P,C,=150W,，问调幅系数为,1,及,0.3,时，总边频功率，总平均功率及已调波最大瞬时功率各为多少？,由本例可以得出如下结论：,（,1,）调幅信号的边频功率与调幅系数有关，调幅系数越大，边频功率越大。,（,2,）在实际的通信系统中，由于信号的幅度是变化的，平均的调幅系数较小，因此，在已调波的总功率中，载波功率占了绝大部分，边频功率只占极小部分。,（,3,）由于有用信息（调制信号）只包含在边频（边带）中，载频并不包含有用信息，故一般调幅在功率利用方面存在极大浪费。,例题四,22,已知：调幅波表达式为,u,AM,（,t,）,=10(1+0.6cos2310,2,t+0.3cos2,310,3,t)cos210,6,t(v),求：,1,、调幅波中包含的频率分量与各分量的振幅值。,2,、画出该调幅波的频谱图并求出其频带宽度,BW,。,例题五,23,五.双边带信号,由于载波不包含有用信息，但又占据很大的功率分配，因此，为了提高功率的有效利用率，在传输时，可以仅传输上、下边带，而将载波抑制掉，这种方法称为抑制载波的双边带调制。,双边带信号的频谱中无载频成份，只有上、下边频（边带）,24,1.,双边带信号的包络不反映调制信号变化规律,2.,在调制信号过零点处，发生相位突变（反相）,25,为什么说普通调幅波的功率利用率低？要提高功率利用率，可以采用什么方法？,2.,双边带调幅相比普通调幅的优势是什么？,3.,双边带调幅信号的包络是否与调制信号的波形相同？,4.,双边带调幅与普通调幅的共同点是什么？,问题与思考,26,一、调幅电路的实现模型,3.3,调幅电路,调幅过程是频谱的线性搬移过程，在这个过程中，有新的频率分量出现，这个过程也称为频率变换，显然，频率变换不可能由线性电路实现，而必须由非线性电路才能完成。,有新的频率产生,频率变换作用,线性电路,非线性电路,没有新的频率产生,有新的频率产生,27,1.,非线性元件的频率变换作用,一个信号通过线性元件和非线性元件,产生频率：,，,2,，,3,等谐波,28,两个信号通过线性元件和非线性元件,产生组合频率：,=|,p,1,q,2,|(,p,、,q,=0,，,2,，,3),29,1.,一个正弦信号通过非线性元件产生基波和多 次谐波。,2.,两个信号通过非线性元件产生组合频率。,产生频率：,，,2,，,3,等谐波,产生组合频率：,=|,p,1,q,2,|(,p,、,q,=0,，,2,，,3),结论,30,2,.调幅电路模型,调幅关键在于获得调制信号与载波的,相乘项,，而相乘项的获得，必须采用非线性电路才能实现。普通调幅电路可以采用二极管、三极管等非线性元件实现也可以采用集成模拟相乘器实现。,F,f,=|,pf,c,qF,|,f,c,F,f,c,f,c,31,3.,集成模拟相乘器,模拟相乘器是实现两个模拟信号瞬时值相乘功能的电路，它通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络。,集成模拟相乘器是实现频率变换的重要部件。差分电路是模拟相乘器的基本电路单元，通用型的集成模拟相乘器的实用电路一般采用双差分电路，外加一个补偿网络以扩大输入信号的动态范围，例如,BG314,。,u,o,=K u,x,u,y,32,差分电路是模拟相乘器的基本电路单元,33,实用模拟集成相乘器举例：,BG314,内部电路,双差分放大器,扩展电路：,扩展动态范围,34,问题与思考有哪几种调幅方式？,调幅的实现模型是怎样的？,调幅的实质是什么？,4.,为什么调幅必须采用非线性电路才能实现？,35,二、调幅电路的类型,普通调幅电路,双边带调幅电路,单边带调幅电路,二极管调幅电路,集成模拟相乘调幅电路,高电平调幅电路,平衡调幅电路,环形调幅电路,集成模拟相乘调幅电路,滤波法,移相法,单边带调幅 单边带信号。,普通调幅 调幅信号,抑制载波的双边带调幅 双边带信号,36,三.低电平调幅电路,由于二极管的非线性频率变换作用，在二极管的电流中包含各种组合频率分量，其中有,C,和,C,的分量。只要调谐回路谐振于,C,，,且带宽为2,，,其输出即为普通调幅波。,非线性,元件,带通,滤波器,37,频谱分析,：,u=u,+u,C,+E,38,四、集成模拟相乘普通调幅电路,调节调幅系数,39,五.双边带调幅电路,1.,二极管平衡调幅电路,二极管平衡调幅电路工作波形,电路中要求各二极管特性完全一致，电路完全对称,40,频谱分析：,41,2.,二极管环形调幅电路,42,六.单边带调幅电路,由于双带边信号中的两个边带所包含信息是相同的，因此，在传输时，也可以只传送一个边带而将另一个边带滤掉，这就是单边带调幅。这样做的好处在于，频带可以节省一半，这对于日益拥挤的短波波段来说，有着极其重大的意义，因为这样就能在同一波段内，使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高了短波波段的利用率。,获得单边带信号的方法主要为滤波法和移相法。,43,下边带,上边带,带通滤波器的带宽要大于或等于调制信号的带宽。,滤波法：,难点：边带能否滤干净,44,移相法：,难点：精确地移相,90,45,(a),节省发射机的发射功率。,(b),单边带已调信号的频谱宽度被压缩一半,带宽利用率高。,(c),双边带调制信号的包络已不再反映调制信号的变化规律,.,单边带信号的主要特点：,46,问题与思考,1.,普通调幅电路一般有哪几种？,2.,双边带调幅电路一般有哪几种？,3.,单边带调幅一般有哪几种方式？,47,画出下图中,u,1,和,u,2,的波形和频谱图。,例题六,48,3.4,收音机中的检波电路,一、,收音机中的检波过程,1、什么是检波器,从高频调幅波中解调出原调制信号,检波器是收音机中一个必不可少的单元电路。,49,2.,实现检波的电路模型,（,1,）,.,包络检波,（,2,）,.,同步检波,50,二、大信号包络检波器,1.大信号检波器的电路,大信号，是指输入高频电压 的振幅在,0.5V,以上，这时可忽略二极管的导通电压，即认为二极管工作在开关状态。,二极管两端的电压 为正时，二极管导通,;,为负时，二极管截止。,检波二极管,低通滤波器,检波负载电阻,51,2,.大信号检波器的原理,正半周时，充电，内阻,r,d,小，充电时间常数,r,d,C,很小，充电很快。,负半周时，放电，负载电,R,L,大，放电时间常数,R,L,C,很大放电很慢。,去向低功放,去向,AGC,电路,放电,充电,52,3,.大信号检波器的检波效率,增大负载电阻,R,L,阻值；增加滤波电容,C,的容量；选用正向电阻小、结电容小、反向电阻大的检波二极管都可以提高检波效率。,53,4,.大信号检波器的失真,（,1,）对角线失真（惰性失真）,54,形成原因,R,L,C,过大使二极管在截止期间,C,的放电速度太慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度。,消除失真的条件,（,1,）,R,L,C,越大越容易产生失真；,（,2,）,M,a,越大越容易产生失真；,（,3,）,越大越容易产生失真；,55,例题七,问是否有惰性失真？若有失真，应如何修改元件参数？,设：,56,产生失真的条件：,C,C,的接入。,4,.大信号检波器的失真,（,2,）底部切割失真,产生失真的原因：,U,RL,过大。,U,RL,57,相当于给,VD,加了一额外的反偏电压，当,U,RL,很大，使输入调幅波包络的大小在某个时段小于,U,RL,，,导致,VD,在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“,底部,切割失真”。,58,消除失真的条件：,59,例题八,问是否有底部切割失真？若有失真，应如何修改元件参数？,设,：,60,负峰切割失真本质上是由于检波器交、直流负载不等而引起，为此可采用如图的措施来减小交直流负载的差别。,4、克服底部切割失真的方法：分压式电路,电路特点：（,1,）消除失真的同时，降低了输出电压。,（,2,）一般：,61,例题九,若：，,问是否有底部切割失真？,设,：,62,R,1,与,W,组成分压电路,以减弱底部切割失真；,W,是一音量电位器,控制输出电压的大小。,R,2,、,C,4,组成的,AGC,电路。,由,R,2,调整检波静态电流，约,20,50,A,。,收音机的检波电路,63,三、小信号检波器,输入信号幅度较小（小于,0.2V,）。,利用二极管伏安特性曲线的弯曲部分实现检波，在整个信号周期内二极管都是导通的。,2.,电路形式,1.,电路特点,64,3.,工作波形,小信号检波器的输出幅度小，非线性失真大，且失真无法消除。65,四、同步检波器,1.,电路特点,对,AM,、,DSB,、,SSB,等调幅波均适用。,工作时需要有一同步参考信号(与载波同频同相)。,2.,电路模型,66,3.,同步检波原理,分析可知其中含有频率分量,F、(2,f,c,F),用一,低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,设：,则：,67,分析可知其中含有频率分量,F、2,f,c,、(2,f,c,F),用一,低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,同步检波电路能否检波普通调幅信号？,设：,则：,68,4.,二极管平衡检波电路,检波电路的输出端可以获得输入调幅信号和参考信号的相乘项，从而实现检波。,69,70,5.,同步检波器应用电路,1.检波线性好，即使在小信号状态也不会产生较大失真。,2.,相乘器的输出不包含载频的基波分量，可避免做接收机解调时残留载波分量对中放级产生的反馈。,低通滤波器,71,限幅器将已调幅信号限幅后获得与原载,波完全同步的信号,72,问题与思考,1.,检波器的作用是什么？,2.,大信号检波器有哪几种失真？能否消除？,3.,如果检波器的输出信号出现失真，一般调节电路中的哪些元件？,4.,大信号检波器能否检波双边带信号，为什么？,5.,同步检波器的同步是什么意思？其主要作用是什么？,73,小结：,调幅有普通调幅和抑制载波调幅，普通调幅波的包络反映了调制信号变化的规律。,普通调幅信号的调幅系数不能大于,1,，调幅系数大于,1,称为过调幅，过调幅信号解调时会出现波形失真。,调幅的实质是频谱的线性搬移，必须采用非线性电路才能实现。,74,