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1,第5章振幅調制與解調,2,5.1概述5.2調幅信號的分析5.3調幅波產(chǎn)生原理的理論分析5.4普通調幅波的產(chǎn)生電路5.5普通調幅波的解調電路5.6抑制載波調幅波的產(chǎn)生和解調電路,一、本章內容,3,（一）本章重點１.調幅波的性質，調幅波產(chǎn)生的理論分析；冪級數(shù)分析法；２.普通調幅波產(chǎn)生電路；３.大信號基極、集電極調幅工作原理及設計、調整要點；４.大信號峰值包絡檢波；５.抑制載波調幅波的產(chǎn)生和解調電路。（二）本章難點１.大信號基極、集電極調幅工作原理及設計、調整要點；２.抑制載波雙邊帶調幅。,二、本章重點和難點,4,三、符號,————高頻———低頻,,5,四、三角函數(shù)復習,,6,五、數(shù)學分析方法,1）冪級數(shù)分析法（小信號）2）折線近似分析法（大信號）,7,5.1概述,一、調幅1.含意----振幅調制就是用低頻調制信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調制信號成正比地變化。2.波形圖,9,,只有天線實際長度與電信號的波長相比擬時，這時電信號才能以電磁波形式有效地輻射。若信號頻率為1kHz，其相應波長300km，若采用波1/4波長的天線，就需要75km，制造這樣的天線是很困難的。這就要求原始電信號必須有足夠高的頻率。,3.為什么要調制？,10,對于有線通信雖然可以傳輸語音之類的低頻信號。但一條信道只傳輸一路信號太不經(jīng)濟，利用率太低。所以有線通信也需要將各路語音信號搬移到不同的頻段，以實現(xiàn)多路信號一線傳輸而又不互相干擾。采用調幅1）由于頻率高，可以無線傳輸；2）可以實現(xiàn)多路信號一線傳輸而又不互相干擾。,11,1）檢波---調幅波的解調2）檢波的波形圖,二、檢波,檢波器的輸入、輸出波形,13,5.2調幅信號的分析,一、普通調幅波（表達式、波形、頻譜、功率）,14,圖5-1調幅波的波形,15,1．調幅波的表達式、波形,調制信號：載波信號：調幅波的振幅為,,16,調幅波為,調幅系數(shù)或調幅度,表示載波振幅受調制信號控制的程度,調幅波幅度變化?，,若ma>1幅波產(chǎn)生失真，這種情況稱為過調幅.,17,2.調幅波的頻譜,單音頻調制信號,由三個高頻分量組成：角頻率為的載波稱為上邊頻分量；稱為下邊頻分量。,,,,18,1）三個高頻分量的振幅,載波頻率分量的振幅仍為Ucm,而兩個邊頻分量的振幅為1/2maUcm因ma的最大值只能等于1，故邊頻振幅的最大值不能超過1/2Ucm。,,,,,19,2）頻譜圖,調幅波的每一個正弦分量用一個線段表示，線段的長度代表其幅度，線段在橫軸上的位置代表其頻率。,調幅的過程就是在頻譜上將低頻調制信號搬移到高頻載波分量兩側的過程。,圖5-2普通調幅波的頻譜圖,20,在單頻調制時，其調幅波的頻帶寬度為調制信號頻譜的兩倍，即B=2F。,,,3）頻帶寬度,多頻調制時，調幅波方程為：相應地，其調幅波含有一個載頻分量及一系列的高低邊頻分量等。總的頻帶寬度為最高調制頻率的兩倍，即B=2Fmax。,21,圖5-3多頻調制調幅波的頻譜圖,22,結論：調制后調制信號的頻譜被線性地搬移到載頻的兩邊，成為調幅波的上、下邊帶。調幅的過程實質上是一種頻譜搬移的過程。,23,3．調幅波的功率,載波分量功率：上邊頻分量功率：下邊頻分量功率：,,,因此，調幅波在調制信號的一個周期內給出的平均功率為,,24,邊頻功率隨ma的增大而增加；當ma=1時，邊頻功率為最大，即P=3/2Pc，這時上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半，這也就是說，用這種調制方式，發(fā)送端發(fā)送的功率被不攜帶信息的載波占去了很大的比例，顯然，這是很不經(jīng)濟的。但由于這種調制設備簡單，特別是解調更簡單，便于接收，所以它仍在某些領域廣泛應用。,25,,,,二、抑制載波雙邊帶調幅DSB/SC-AM,26,1.DSB/SC-AM調幅波頻譜與波形圖,圖5-5DSB/SC-AM的頻譜圖,29,2.DSB/SC-AM的特點,1）DSB/SC-AM信號的幅值仍隨調制信號而變化，但與普通調幅波不同，DSB/SC-AM的包絡不再反映調制信號的形狀，仍保持調幅波頻譜搬移的特征。,,,,,30,2.DSB/SC-AM的特點,2）在調制信號的正負半周，載波的相位反相，即高頻振蕩的相位在uΩ(t)=0瞬間有1800的突變。3）信號仍集中在載頻附近，所占頻帶為BDSB=2Fmax,,,,,31,雙邊帶調幅波的包絡已不再反映調制信號的變化規(guī)律。由于調制抑制了載波，輸出功率是有用信號，它比普通調幅經(jīng)濟。但在頻帶利用率上沒有什么改進。為進一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊傳輸方式。,,32,由通過邊帶濾波器后，可得上邊帶或下邊帶：下邊帶信號上邊帶信號,,,,,,三、抑制載波單邊帶調幅SSB/SC-AM,33,單邊帶調幅的數(shù)學模型,圖5-6實現(xiàn)單邊帶調幅信號的數(shù)學模型,34,5.3調幅波產(chǎn)生原理的理論分析,該節(jié)相關內容插在5.5及5.6節(jié)中，例如：5.5中，小信號平方律檢波用冪級數(shù)分析法；5.6中，大信號調幅的數(shù)學分析用開關函數(shù)近似分析法。,35,5.4普通調幅波的產(chǎn)生電路,一、引言疊加波=調幅波？必須通過非線性器件兩個思考題：1）若在電阻R兩端加入一個正弦波信號，此時在示波器觀察R兩端的波形應該是一個什么波形？,36,37,2）若在電阻R兩端加入一個調制信號和一個載波電壓，此時在示波器觀察兩端的波形是什么波形呢？,38,39,看到的是一個疊加波。疊加波≠調幅波，要得到調幅波，、必須通過非線性器件。,,40,1.疊加波=調幅波？，必須通過非線性器件。2.調幅的方法1）二、三極管2）大、小信號3）高、低電平4）從哪個極加入（基極、集電極、發(fā)射極調幅）3.實現(xiàn)調幅的方框圖4.數(shù)學分析法大信號——折線近似法小信號——冪級數(shù)分析法,41,按功率電平的高低分為：高電平和低電平調幅高電平調幅電路（用于發(fā)射機的最后一級）低電平調幅電路（用于發(fā)射機的前級）(1)低電平調幅電路特點：電路簡單，輸出功率小一般用模擬相乘器產(chǎn)生。(2)高電平調幅電路特點：輸出功率大，可提高整機效率。一般以調諧功率放大器為基礎。即為輸出電壓幅度受調制信號控制的調諧功率放大器。分為：基極調幅集電極調幅,42,1.電路,圖5-9基極調幅電路,二、大信號基極調幅電路,44,在調制過程中，基極電壓隨調制信號的變化而變化，(調制信號相當于一個緩慢變化的偏壓)使放大器的集電極脈沖電流的最大值icmax和導通角?也按調制信號的大小而變化。,思路,2.基本工作原理,45,偏壓往正向時，icmax和?增大；使偏壓往反向時，icmax和?減少，使故輸出電壓幅值正好反映調制信號的波形。,46,基極調幅波形圖,47,基極調幅波形圖（圖片版),48,圖5-11基極調幅調制特性測試和調制特性曲線,線性段很小，只在ma很小時可得到較好的線性調制。,49,1）關于放大器的工作狀態(tài)。2）放大器的最佳集電極負載電阻3）晶體管的選擇4）對激勵的要求5）對調幅放大器的要求6）基極調幅波的失真波形,3.設計要求,50,1）關于放大器的工作狀態(tài),放大器應工作于欠壓狀態(tài)為保證放大器工作在欠壓狀態(tài)，設計時應使放大器最大工作點（調幅波幅值最大處叫最大工作點或調幅波波峰；反之，調幅波幅值最小處叫最小工作點或調幅波波谷）剛剛處于臨界狀態(tài)。,51,設調幅系數(shù)ma=1，則最大工作點，電壓幅值為(Ucm)max=Ec-Uces載波狀態(tài)電壓幅值為(Ucm)c=1/2(Ucm)max=1/2(Ec-Uces)2）放大器的最佳集電極負載電阻,52,3）晶體管的選擇,放大器的工作情況在調制過程中是變化的，應根據(jù)最不利情況選擇晶體管。電流脈沖和槽路電壓都是在最大工作點處最大，故(1)(PC)c——載波狀態(tài)下的管耗。(2)在載波狀態(tài)下，放大器工作于欠壓狀態(tài)，其電壓利用系數(shù)和集電極效率低，管耗很大，所以管子的功率容量應按載波狀態(tài)選取。,53,(3)分析,由,可得,而,因為,所以,54,一般激勵電壓幅度是不變的，但由于基流脈沖大小是隨調制信號改變的，所以所需功率也在變。激勵電壓可按調諧功率放大器的方法進行初步估算。但在調整時，應以達到在載波狀態(tài)下的槽路電壓為準。關于激勵功率。因為最大工作點處的基流脈沖最大，所以應根據(jù)該處的基流幅值(Ib1m)max確定激勵功率，即,4）對激勵的要求,55,主要是確定調制電壓和調制功率的大小，以及變壓器的等效負載電阻，以滿足匹配之需要。調制電壓大，則調制度加深，但過大則出現(xiàn)過調失真。在正常情況下，為不造成過調，讓與大小配合好。,,,,5）對調幅放大器的要求,56,電流：在ma＝1的情況下，調制電流的幅值近似等于載波狀態(tài)的直流分量，即調制功率：等效負載電阻：,57,由上述可見:基極調幅電路的優(yōu)點是（1）所需調制信號功率很?。ㄓ捎诨鶚O調幅電路基極電流小，消耗功率也小）;（2）調制信號的放大電路比較簡單。缺點是因其工作在欠壓狀態(tài)，集電極效率低。,58,失真現(xiàn)象有兩種：一種是波谷變平;一種是波腹變平。,6）基極調幅波的失真波形,由于過調或激勵電壓過小，造成管子在波谷處截止所致。因此，減少反偏壓的大小或加大激勵電壓的值都可改善過調，但加大激勵以不引起波腹失真為原則。,59,產(chǎn)生波腹變平的原因,（1）放大器工作在過壓狀態(tài)。(造成過壓原因——激勵過強或阻抗匹配不當。)（2）激勵功率不夠或激勵信號源內阻過大，造成波腹處的基流脈沖增長不上去。（3）管子在大電流下輸出特性不好，造成波腹處集電極電流脈沖增長不上去。此外，假如調諧電路失諧，也可造成調幅波包絡失真。,60,三、集電極調幅,圖5-14集電極調幅電路,62,1）高頻載波信號仍從基極加入，而調制信號加在集電極。調制信號與Ec串接在一起，故可將二者合在一起看作一個緩慢變化的綜合電源Ecc。所以，集電極調制電路就是一個具有緩慢變化電源的調諧放大器。2）R1C1是基極自給偏壓環(huán)節(jié)。,,,,,,,,,,1.電路特點,63,2.基本工作原理,圖5-15集電極調制波形,64,2.基本工作原理（圖片版）,圖5-15集電極調制波形,65,集電極調幅uce、ic、ib、Eb的波形如圖示。1）圖5-15（a）表示綜合電源電壓Ecc及集電極uce的波形。Ecc和諧振回路電壓幅值Ucm都隨調制信號而變化，Ucm的包絡線反映了調制信號的波形變化。,,,,,,,,,,66,2）圖5-15（b）表示脈沖的波形。由于工作在過壓狀態(tài)，ic脈沖波形下凹。Ecc愈小，過壓愈深，脈沖下凹愈甚；Ecc愈大，過壓程度下降。脈沖下凹輕。,,,,,,,,,,67,3）圖5-15（c）表示ib脈沖的波形。它的幅值變化規(guī)律剛好與ic相反，過壓愈深，輸入特性曲線左移愈多，ib脈沖愈大4）圖5-15（d）繪出了Eb的波形。它與Ib0的波形是一致的。,68,集電極調幅的調制特性雖比基極調幅好，但也并不理想，即在Ecc較低時，晶體管進入嚴重過壓狀態(tài)，Ic1m隨Ecc的下降很快。而當Ecc很大時，晶體管進入欠壓狀態(tài)，Ic1m隨Ecc的增大變化緩慢，從而使調幅產(chǎn)生失真。,69,為了進一步改善調制特性，可在電路中引入補償措施，補償?shù)脑瓌t是在調制過程中，隨著綜合電源電壓變化，輸入激勵電壓也作相應的變化。例如:綜合電源電壓降低時，激勵電壓幅度也隨之減小，調幅器不進入強過壓區(qū)，而當電源電壓提高時，激勵電壓也隨之增大，調幅器也不進入欠壓區(qū)，始終保持在弱過壓——臨界狀態(tài)。這樣不但改善了調制特性，而且還保持較高的效率。實現(xiàn)的方法有以下幾種：,如何改善調制特性？,激勵電壓與Ecc的變化方向一致,70,方法1——采用基極自給偏壓由圖（c）知道，Ib0隨調制信號而變，它造成的自給偏壓（Ib0R1）也相應地變化。當Ecc降低時，過壓深度增大,Ib0增大，反偏壓也增大，相當于激勵電壓變小，從而使過壓深度減輕。當Ecc提高時，則情況相反，放大器也不會進入欠壓區(qū)工作。因此，采用基極自給偏壓在一定程度上改善了放大器的調制特性。,,,,,,,71,方法2——采用雙重集電極調幅,圖5-17雙重集電極調幅,72,調制信號同時對兩級調幅器進行集電極調制，調幅器（Ⅰ）的輸出作為調幅器（Ⅱ）的激勵信號。當調幅器（Ⅱ）受調制信號控制集電極電源電壓升高時，它的激勵信號也在增大；反之，調幅器（Ⅱ）電源電壓降低，激勵也相應減小，達到了補償?shù)哪康?，使調特性得到改善。適當控制激勵極的調制深度，可使總的調制特性接近線性。因為這種調制方式調制信號源同時控制兩個調幅器，所以它必須能給出足夠的輸出功率。,雙重集電極調幅工作原理,73,3.設計要點,1)放大器的工作狀態(tài)。2)選管子3）對激勵的要求4）對調制信號的要求5）對輸出LC回路的通頻帶和品質因數(shù)Q要求,74,最大工作點應設計在臨界狀態(tài)，那么便可保證其余時間都處于過壓狀態(tài)。,,,,,1）放大器的工作狀態(tài),75,（1）管子電流的ICM應根據(jù)最大工作點電流脈沖幅值來定，即式中(Icmax)max是最大工作點電流脈沖ic最大值。（2）管子耐壓應根據(jù)最大集電極電壓來定。集電極電壓是綜合電源電壓和高頻電壓之和。在最大工作點處，Ecc可接近2Ec，集電極瞬時電壓最大值約為4Ec，故BVceo>4Ec,,,,,2）選管子,76,圖5-18集電極瞬時電壓波形,77,（3）管子最大集電極容許損耗集電極平均耗損功率為設ma=1時，,,,,,,,,,,,,,78,3）對激勵的要求,在過壓狀態(tài)下，激勵是有余量的，余量最小瞬間是在最大工作點。為保證放大器工作在過壓狀態(tài)，激勵的強度（電壓、功率）應滿足最大工作點（且ma=1)工作在臨界狀態(tài)。如激勵不足，在Ecc較高的時間內，放大器將進入欠壓狀態(tài)，這時uce幅值將不隨Ecc變化，從而造成調幅波包絡線腹部變平。,,,,,79,,,,,原因：工作在欠壓,80,4）對調制信號的要求,（1）為了獲得ma=1的深度調制，調制電壓應接近Ec即再大，則產(chǎn)生過調失真。,,,,,過調失真的波形,81,當為負，且其值大于Ec時，綜合電源電壓（Ec+）為負值，即其極性與正常工作時相反。此時，當基極電位為正時，集電結（b-c）處于正向狀態(tài)，原來的集電極實際上變成了“發(fā)射極”，產(chǎn)生“發(fā)射極”電流（此電流與原來的集電極電流方向相反），然后通過槽路而造成過調情況下的電壓輸出。,,,82,（2）調制功率計算,當ma=1時，它是調制信號源供給的，當ma=1時，它等于直流電源供給功率的一半。非常明顯，它比基極調幅需要的調制功率大得多，這是集電極調幅的缺點。（3）調制變壓器的等效負載,,,,,83,5）對輸出LC回路的通頻帶和品質因數(shù)Q要求,輸出回路的通頻帶不小于所以回路品質因數(shù)必須滿足：式中，F(xiàn)max是調制信號的最高頻率。為了濾除其他因非線性應用所產(chǎn)生的諧波，要求Q較高。因此傳送信號的頻譜2Fmax越寬，所需載波頻率fc也越高。,,,,,,84,大信號基極調幅與集電極調幅比較,,,,