模拟电子技术基础13.ppt

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,*,模拟电子技术（二）,模拟电子技术,(,二,),山西综合职业技术学院,电子信息系,杜红,2006,年,10,月,5-1,调幅原理,学习项目四 调幅与检波,5-2,调幅电路,5-3,检波器,5-4,检波电路,5-5,自动增益控制,5-6,变频器,5-7,混频电路,5-1,调幅原理,一、普通的调幅信号,二、其他调幅方式,1,、调幅信号的数学表达式和波形,2,、调幅信号的频谱与带宽,3,、普通调幅波的功率,1,、抑制载波的双边带调幅,2,、单边带调幅,正弦波的一般表达式为：,其中，,A,是振幅，,是瞬时相位角,是瞬时角频率,是初相位,使正弦波的振幅、角频率、初相位三个参数之一随调制信号的大小而线性变化的过程，分别称为幅度调制、频率调制、相位调制，简称为调幅、调频、调相。,*,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,u(t),Umcost,=Um cos2Ft,，,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,),Ucmcosct,=Ucmcos2fct,，,称之为载波信号。其中，,c=2fc,，,为载波角频率；,fc,为载波频率。,图,5.1,调幅电路示意图,一、普通的调幅信号,普通调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使高频载波的振幅随着调制信号的瞬时值的变化而线性变化，而载波的频率和初相则保持不变，通常简称为调幅（,AM,）,.,普通调幅电路的模型可由一个乘法器和一个加法器组成，如图,5.3,所示。图中，,m,为乘法器的乘积常数，为加法器的加权系数,。,图,5.2,普通调幅电路的模型,1,、调幅信号的数学表达式,高频载波信号的表达式（设初相为,0,）,调幅时，载波的频率和相位不变，振幅随调制信号线性的变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应等于载波振幅，则调幅波的振幅可写成,式中,k,a,式与调幅电路有关的比例常数。调幅波的数学表达式为,*,先假设调制信号为单频正弦波信号，即,高频载波信号的表达式（设初相为,0,）,且,fc,F,，根据普通调幅电路模型可得输出调幅电压,1,）,单频调制,为受调后载波电压振幅的最大变化量,为调幅系数或调幅度,它反映了载波振幅受调制信号控制的程度。,是高频振荡的振幅，反映了调制信号的变化规律，称为调幅波的包络。,调幅波的最大振幅,调幅波的最小振幅,图,5.3,普通调幅电路的波形,图,5.4,过量调幅失真,2,）,多,频调制,*,调制信号为多频信号，即,此时，调制信号为非正弦波的周期信号为,2,、调幅波的频谱与带宽,我们将上式用三角函数展开得到：,图,5.5,普通调幅的频谱,由上图可看出来，上、下边频分量对称地排列在载波分量地两侧，调幅波地频谱宽度简称带宽，用,f,bw,表示。,3,、调幅波的功率关系,将调制信号为单频正弦波地调幅波电压加到电阻,R,的两端，则可分别得到载波功率和每个边频功率为,在调制信号的一个周期内，调幅波输出的平均总,功率为,上式表明调幅波的输出功率随,m,a,增加而增加。当,m,a,=1,时，有,二、其它调幅方式,图,5.7,双边带调制电路的模型,1,、双边带调幅,DSB,1),双边带调制,双边带调幅信号数学表达式为,u,o,(t,)=,A,m,u,c,(t)u,(t,),=,A,m,U,m,cost,U,cm,cos,c,t,由上式可得双边带调幅信号的波形，如图,5.8(a),所示。,根据上式可得双边带调幅信号的频谱表达式为,图,5.8,双边带调制信号,双边带信号的频谱宽度为,BW,DSB,=2F,从以上分析可见，双边带调制与普通调幅信号的区别就在于其载波电压振幅不是在,U,Am,上、下按调制信号规律变化。这样，当调制信号,u,(t),进入负半周时，,u,AM,(t,),就变为负值，表明载波电压产生,180,相移,其包络已不再反映,u,(t,),的变化规律。,2),单边带调制,单边带调制已成为频道特别拥挤的短波无线电通信中最主要的一种调制方式。,单边带调制不仅可保持双边带调制波，节省发射功率的优点，而且还可将已调信号的频谱宽度压缩一半，即,BW,SSB,=F,单边带调幅的波形及频谱如图,5.9,所示。,单边带调制电路有两种实现模型。,一种是由乘法器和带通滤波器组成，如图,5.10,所示，称为滤波法。,图,5.9,单边带调幅的波形及频谱,图,5.10,采用滤波法的单边带调制电路模型,5-2,调幅电路,三、单边带调幅电路,二、双边带调幅电路,一、普通的调幅电路,1,、模拟乘法器调幅电路,2,、二极管平方律调幅器,3,、基极调幅和集电极调幅电路,1,、二极管平衡调幅器,2,、二极管环形调幅器,3,、模拟乘法器双边带调幅电路,分类：,按产生调幅波方式的不同,普通调幅电路,双边带调幅电路,单边带调幅电路,按输出功率的高低,低电平调幅电路,高电平调幅电路,低电平调幅电路置于发射机的前级，产生较小的已调波功率。该已调波功率经线性功率放大器放大后便可得到所需要的发射功率。常用于双边带调制和单边带调制发射机中。,高电平调幅是将调制和功放合而为一，调制后的信号不需要放大就可以直接发送出去，所以常置于发射机的最后一级。许多广播发射机都采用这种调制，主要用于形成,AM,信号。,一、普通的调幅电路,1,、模拟乘法器调幅电路,u,u,c,K,M,XY,X,Y,u,Z,R,R,R,R,A,u,0,图,5.11,模拟乘法器普通调幅电路,调制信号,u,(t,),U,m,cost,=U,m,cos2Ft,高频等幅信号即载波信号,u,c,(t,),U,cm,cos,c,t,=U,cm,cos2f,c,t,所以乘法器的输出电压,Uz(t,)=,K,M,u,(,t)u,c,(t,),则输出电压,为保证不失真，要求,|K,M,U,m,|1.,该电路的输出信号为普通的调幅波。,2,、二极管平方律调幅器,V,C,L,U,c,(t,),U,(t),U(t,),U,0,(t,),U,i(t,),图,5.12,二极管平方律调幅器原理图,U,为偏置电压，使二极管的静态工作点位于特性曲线的非线性较严重的区域，,若忽略输出电压的反作用，则二极管两端电压,流过二极管的电流为,上式中含有无限多个频率成分，其一般表达式为,该组合频率中含有,f,c,f,c,F,的频率成分，被中心频率为,f,c,通频带宽度为,2F,的带通滤波器选出，而其他组合频率成分被滤掉，则,u,0,(t),为普通调幅波。,设,L,、,C,回路的谐振电阻为,R,0,且,i=,f(u,),的幂级数展开式只取前三项，推出：,其中,由于,i,中有用的相乘项的存在才能得到调幅波，而有用相乘项是由幂级数展开式中二次方项产生的，所以该电路称为平方律调幅器。,3,、基极调幅和集电极调幅电路,（,1,）,基极调幅电路,基极调幅是利用三级管的非线性特性，用调制信号来改变基极偏压，从而实现调幅的。,图,5.13,基极调幅电路,（,2,）,集电极调幅电路,图,5.14,集电极调幅电路,二、双边带调幅电路,1.,二极管平衡调制器,图,5.15,二极管平衡调幅器,（,1工作原理,平衡调幅器可以看成是两个平方律调幅器连接而成的。二极管,V,1,，,V,2,的伏安特性分别为,由简化电路所知，当忽略输出电压的反作用时，,若 ，则由上式可得到,U,0,中的组合频率,如果上述幂级数展开式取前三项，可得到,若用中心频率为,f,c,通频宽度为,2F,的带通滤波器接在输出端，则得到只含有（,f,c,F,）的上、下边频分量，即实现了双边带调幅。,（,2,）斩波调幅,实际运用时，通常满足条件：,U,CM,U,m,并且,U,CM,U,j,(,二极管导通电压,),，因此二极管工作在大信号开关状态，其导通与截止受载波,U,C,(t,),的控制。,即,U,C,(t)0,，二极管导通其导通电阻为,r,d,在,U,C,(t,)0,，二极管截止。,二极管,D,1,中流过的电流,i,1,可表示为,S(t,),称作开关常数，是振幅等于,1,，重复角频率为,c,的矩形波。,同理，二极管,D,2,中流过的电流,i,2,可表示为,输出电压,U,0,为,将,s(t,),展开为傅立叶级数后，输出电压为,式子第二项实现了调制信号与载波信号的乘法运算，即实现了抑制载波的双边带调制。如果在输出端接一个中心频率为,fc,通频宽度为,2F,的带通滤波器，即可获得双边带调制信号。,U,0,(t),的波形可由,U,(t),与,S(t,),相乘得到，好似用,s(t,),斩,U,(t),所得，故称斩波调幅2.,二极管环形调制器,二极管平衡调幅电路输出信号中含有较大的调制信号分量，因此，采用环形调制电路将其抑制掉。,图中四个特性相同的二极管首尾相接，组成一个环路，故称为环形调幅器。其工作时亦满足,U,CM,U,m,条件，四个二极管工作于开关状态。,当,u,c,(t)0,时，二极管,D,1,、,D,2,导通，,D,3,、,D,4,截止，产生电流,i,1,i,2,当,uc(t)0,时，二极管,D,3,、,D,4,导通，,D,1,、,D,2,截止，产生电流,i,3,i,4,因此，可将环形调幅电路视作两个平衡调制电路。,3.,模拟乘法器双边带调幅电路,4.3,检波器,(3),分类,1,、检波器概述,1),作用,(2),实质,从高频调幅波中解调出原调制信号,检波器实际上是一种频谱搬移电路,2,、大信号包络检波器,4.3,检波器,(1),电路组成,(2),工作原理,4.3,检波器,3,、大信号包络检波器的惰性失真,R,L,C,L,过大使二极管在截止期间,C,L,的放电速度太慢，以致跟不上调幅波包络的下降速度,，出现如图所示的失真现象。,(1),形成原因,(2),波形现象,(3),避免条件,相当于给,V,加了一额外的反偏电压，当,RL,比,R,i2,大得多的情况下，,U,RL,就很大使得输入调幅波包络的大小在某个时段小于,U,RL,，,导致,V,在这段时间截止，产生非线性失真。其底部被切去，形成“负峰切割失真”。,4.3,检波器,4,、大信号包络检波器的负峰切割失真,图中：,波形：,也就是说，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。,4.3,检波器,5,、克服负峰切割失真的方法,为了避免负峰切割失真，必须,因而：,分析可知其中含有频率分量,0,、,F,、,2,f,c,、,(2,f,cF),用一低通滤波器后再隔直便得到低频调制信号。,4.3,检波器,6,、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),同步检波原理,设：,则：,同步检波器应用电路：,原理：调幅信号,u,i,(,t,),加到,1,脚，同步信号,u,r,(,t,),加到,8,脚,。,检波输出信号从,9,脚输出，经过,型低通滤波器滤除高频分量，最后由隔直电容去除直流后，得到所需的低频输出信号,u,o,(,t,),。,4.7,混频器,变频是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波。,1,、变频器的作用,(1),文字描述,(2),框图描述,(3),表达式描述,(5),频谱描述,4.7,混频器,1,、变频器的作用,(4),波形描述,4.7,混频器,经带通后取出差频分量，即得到中频信号，其中频电流为：,2,、混频的基本原理,设：,根据非线性器件的幂级数展开式代入两信号分析可得其中含有,频率分量：,失真：输出中频信号的频谱结构与输入信号的不同,干扰：混频器产生的大量不需要的组合频率分量,4.7,混频器,3,、主要性能指标,(1),混频增益,(2),选择性,要求选频网络的选择性好,矩形系数接近于,1,。,(3),失真与干扰,4,、混频电路,模拟乘法器混频器,4.7,混频器,分析如下：,经中心频率为,f,I,，,带宽为,2F,的带通滤波器滤波后，得：,4,、混频电路,二极管平衡混频,4.7,混频器,分析如下：,带通后得：,4,、混频电路,三极管混频,(1),基本原理,利用三极管,i,c,和,u,BE,的非线性来进行频率变换,(2),几种基本形式,47,混频器,5,、混频干扰,(1),组合频率干扰,混频器本身的组合频率中无用频率分量所引起的干扰,(2),副波道干扰,由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引起,的干扰,(,最强两个,:,中频干扰和镜像干扰,),(3),交叉调制干扰,在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起,(4),互调干扰,干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起,4.7,混频器,学习小结：,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。,调幅电路可分为高电平调幅和低电平调幅，它们各自具有不同的特点，因此分别适用于不同的场合。,检波器有包络检波和同步检波两大类。包络检波器只可解调普通调幅波，同步检波器可解调各种调幅波。包络检波器存在惰性失真和负峰切割失真。,常用混频器有模拟乘法器混频器、二极管混频器、三极管混频器。混频器输出中存在混频干扰。,