第5章

振幅調制與解調1本章知識點及結構振幅調制與解調調幅波的性質5.2節（數學表達式、波形及頻譜特征、功率計算）調幅波的解調（電路，評價指標，檢波失真）5.5，5.6調幅波的產生（原理，電路，評價指標）5.3，5.425.1概述回顧問題：（第一章調制系統概念）3.“調制”與“解調”的方式？2.“調制”與“解調”的過程？1.什么是“調制”與“解調”？3“調制”與“解調”的過程：用被傳送的低頻信號去控制高頻信號（載波）的參數（幅度、頻率、相位），實現低頻信號搬移到高頻段。是調制的反過程。即：把低頻信號從高頻段搬移下來，還原被傳送的低頻信號。調制：解調：4信號載波信號（高頻信號）：被傳輸信息的載體（等幅）高頻正弦波振蕩信號調制信號（低頻信號）：真正需要傳輸的信息已調(波)信號（高頻信號）：經過調制后的高頻信號區分：55.1概述1、調制器、解調器在無線電收發系統中的位置？2、為什么要通過調制來發送信號？本節問題：3、調幅與檢波的典型電路61、調制器在發射機中位置71、解調器在接收機中的位置82.為什么要通過調制來發送信號？天線尺寸的限制

只有天線實際長度與電信號的波長可比擬時，電信號才能以電磁波形式有效輻射?？蓪崿F的回路帶寬低頻信號（語言、音樂、圖像等）頻率變化范圍很大，很難做出參數在如此寬范圍內變化的天線和調諧回路。區別不同的音頻信號

有利于接收來自不同發射機的信號（因為不同發射機有不同的載波頻率）。94、調幅與檢波的典型電路（乘法器實現）105.2調幅信號的分析(重點)調幅有三種方式：含載波的普通調幅（AM）（重點）

抑制載波的雙邊帶調幅（DSB/SC-AM）

抑制載波的單邊帶調幅（SSB/SC-AM）5.2小結115.2.1普通調幅波(AM)一、調幅波數學表達式及波形特征如何？(時域分析)二、調幅波的頻譜有什么特征？

(頻域分析)如何根據頻譜計算頻帶寬度？三、如何計算調幅波的功率？問題：121、AM波數學表達式調制信號載波信號的幅度控制（線性控制）載波信號調幅波的幅度已調信號(調幅波)132、AM信號波形特征

(1)調幅波的振幅（包絡）變化規律與調制信號波形一致。

(2)調幅波頻率（即變化快慢）與載波頻率一致。注意：*調幅波的包絡是表示調幅波幅度的變化規律，不是實際存在的波形，因此，畫圖時要用虛線。

*調幅波的正、負包絡，關于橫軸對稱。14示波器上看到的調幅波(ma<1)15

(3)調幅度mama反映了調幅的強弱程度，值越大表示調幅越深。因此取名“調幅度”。

2、AM信號波形特征(續)16示波器上看到的調幅波(ma=1)17*包絡的深淺反映調制度ma應用例：已知調制信號波形如圖a所示，載波信號波形為等幅正弦波，畫出ma=1時的普通調幅波的波形。2、AM信號波形特征(總結)*調幅波包絡反映調制信號變化規律，用虛線畫，正、負包絡橫軸對稱。18一般，實際中傳送的調制信號并非單一頻率的信號，常為一個連續頻譜的限帶信號。若將

分解為：

則有

其中：

應用例：寫出調制信號為限帶信號的調幅波表達式191、調幅波的頻譜特征畫頻譜圖的方法：將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成余弦（或正弦）項之和的形式，即(2)以每一余弦（或正弦）項的頻率或為橫坐標上的點，其幅度為縱坐標上的點，畫出頻譜分布圖。20

1、調幅波的頻譜特征（續）調制信號載波調幅波ωc

+Ω上邊頻下邊頻ωc

-Ωωc

Ω

0ωc21調幅的過程（實質）就是在頻譜上將低頻調制信號

從低頻段

搬移到

高頻載波分量兩側

的過程。*包括上邊頻、下邊頻、載頻三種頻譜分量*上、下邊頻關于載頻對稱

1、調幅波的頻譜特征（總結）22含有三種頻率成份應用例：畫出限帶信號的調幅波頻譜Ωmaxωcω限帶信號ω

c載波ω調幅波ωc-Ωmax

下邊頻帶ωc+Ωmax上邊頻帶ΩmaxΩmaxΩmax

232.普通調幅波帶寬(B,Bandwidth)（1）調制信號為單一頻率（=2F）的正弦波，則，B=2Fmax即已調波頻譜所占頻帶寬度（2）實際上，調制信號是包含若干頻率分量的復雜波(F=Fmin~Fmax)-------多頻調制情況則B=2F24調幅波的功率計算方法：(設調幅波電壓加于負載電阻R上）(1)將調幅（電壓）信號的數學表達式展開成余弦（或正弦）項之和的形式，即(2)總功率=各項正弦分量單獨作用功率之和25此時表明:對單頻調制的調幅波，最大調制時的功率為載波功率的1.5倍。其中邊頻功率是載波功率的一半。當時，邊頻功率最大，。調幅波的功率(總結)26在普通調幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻帶內，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調幅波功率的絕大部分，因而調幅波的功率浪費大，效率低。抑制載波的雙邊帶調幅波

（DSB/SC-AM）可見：27結論變嗎？此節講述及學習方法——比較法5.2.2抑制載波的雙邊帶調幅波

（DSB/SC-AM）與普通調幅波相比：對DSB/SC-AM的數學表達式、波形、頻譜、帶寬、功率的分析及計算方法不變。285.2.2抑制載波的雙邊帶調幅波

（DSB/SC-AM）一、數學表達式、波形二、頻譜、帶寬三、功率291、DSB/SC-AM波數學表達式抑制載波后30DSB信號的包絡正比于調制信號的絕對值

(2)

DSB信號載波的相位反映了調制信號的極性，即在調制信號負半周時，已調波高頻與原載波反相。因此嚴格地說，DSB信號已非單純的振幅調制信號，而是既調幅又調相的信號。2、DSB/SC-AM波形特征(3)高頻振蕩的相位在uΩ(t)=0瞬間有180o突變。結論1：31

DSB波的頻譜成份中抑制了載波分量調制信號載波3、DSB/SC-AM波頻譜特征結論2：上邊頻下邊頻32Ωmaxω限帶信號ω

c載波ω調幅波ωc-Ωmax

下邊頻帶ωc+Ωmax上邊頻帶ΩmaxΩmaxΩmax

4、DSB/SC-AM波帶寬即已調波頻譜所占頻帶寬度BDSB=2Fmax在頻域上，DSB與普通調幅波AM，所占帶寬相同。結論3：335、DSB/SC-AM波功率比普通調幅波節省了發射功率，即不發射載波。結論4：全部功率為邊帶占有，功率利用率高于AM波。調制信號載波上邊頻下邊頻34在現代電子通信系統的設計中，為節約頻帶，提高系統的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSB）調制系統抑制載波的單邊帶調幅波（SSB/SC-AM）單邊帶(SSB)信號是由雙邊帶(DSB)調幅信號中取出其中的任一個邊帶部分而成。35此節主要為自學，學習方法——比較法對SSB/SC-AM的數學表達式、波形、頻譜、帶寬、功率進行分析及計算5.2.3抑制載波的單邊帶調幅波（SSB/SC-AM）單邊帶(SSB)信號是由雙邊帶(DSB)調幅信號中取出其中的任一個邊帶部分而成。根據：365.2.3抑制載波的單邊帶調幅波（SSB/SC-AM）一、數學表達式二、調幅波的頻譜三、調幅波的功率與普通AM波、DSB/SC-AM相比，SSB/SC-AM不同的地方。注意總結：37由通過邊帶濾波器提示一、數學表達式38上邊帶信號下邊帶信號可得39提示二總結：SSB/SC-AM波1.比普通調幅波、抑制載波的雙邊帶調幅波，都要節省發射功率，即只發送一個邊帶的功率。2.在頻域上，所占帶寬僅為一個邊帶的寬度，節約了頻帶。3.但在電路實現上，單邊帶的產生和接收，比普通調幅波和DSB/SC-AM要復雜。40調制信號載波已調波調幅器5.2節小結：41指出下列電壓是什么已調波？寫出已調波電壓的表達式，并指出它們在單位電阻上消耗的平均功率Pav及頻譜寬度BWAM5.2節綜合例：42了解調幅波的物理過程，說明各種頻率成分出現的規律，為設計功能更為完善的電路提供方向。即：實現調幅電路的理論基礎調幅波產生的理論分析435.3調幅波產生的理論分析根據調幅波的數學表達式，可知：產生調幅波的電路應具有相乘運算的功能,必須由非線性器件才能實現。問題：2.線性器件可否用來產生調幅波？1.舉例說明，哪些器件是非線性器件，哪些是線性器件？445.3調幅波產生的理論分析1.冪級數分析法2.線性時變分析法3.指數函數分析法4.開關函數近似分析法對調幅波產生電路進行分析的方法：實質：同一個非線性器件，由于其外加電壓不同，使其工作在伏安特性的不同區域，從而可以用不同的函數來表示此工作區域。45非線性器件伏安特性：i=f(u)

其中u=VQ+u1+u21、冪級數分析法i=f(VQ+u1+u2)=a0+a1(u1+u2)+a2(u1+u2)2+…+an(u1+u2)n+…在靜態工作點電壓VQ上展開成泰勒級數輸入信號頻譜輸出電流信號頻譜（1）u1、u2的幅度要小，以減小高階相乘項及其組合頻率分量的強度。（2）選用平方特性好的非線性器件，并選擇合適的工作點，使它工作在特性接近平方律的區域。46應用舉例：當非線性器件具有以下伏安特性時，能否用它實現調幅？其中u=u1+u2471、冪級數分析法續典型電路：平方律調幅器平衡調幅器(DSB/SC-AM產生電路)482.線性時變分析法非線性器件伏安特性：i=f(u)

其中u=VQ+u1+u2在VQ+u1上展開成泰勒級數：(u2足夠小)

i=f(VQ+u1+u2)=I0(t)+g(t)u2g(t):時變跨導,是時變參量.u1(載波)的幅度要大,u2(調制信號)的幅度要小，使器件工作在線性時變狀態。492.線性時變分析法續典型電路：基極調幅電路模擬乘法器調幅電路----指數函數分析法斬波電路（二極管環形調制器）----開關函數近似分析法50模擬乘法器MC1596(MC1496)外圍電路。51MC1496內部電路52二極管環形調制器單向周期方波——開關函數經帶通濾波后，輸出有用項（AM波）：535.4普通調幅波的產生電路問題：2.兩種產生調幅波的電路在發射機中的位置有什么不同？1.調幅波產生電路有哪兩種？3.比較兩種電路的優缺點。545.4普通調幅波的產生電路按功率電平的高低分為：高電平調幅電路（發射機的最后一級，丙類功放）低電平調幅電路（發射機功放的前級,線性功放）5556特點：電路簡單，輸出功率小常用在雙邊帶調制，低電平輸出系統（如信號發生器）。一、低電平調幅電路一般用模擬乘法器產生。57二、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。分為：基極調幅集電極調幅581.基極調幅電路（1）工作原理調制信號相當于一個緩慢變化的偏壓。即：輸出電壓幅度受調制信號控制的調諧功率放大器——調諧功放的調制特性59優點：對調制信號只要求很小的功率，電路簡單，有利于整機的小型化。缺點：因工作在欠壓狀態，電壓利用系數和集電極效率較低，管耗很大?；鶚O調幅特點：602.集電極調幅電路（1）工作原理

集電極調幅電路可以看為一個電源電壓隨調制信號變化的調諧功率放大器。*綜合電源電壓為：61放大器工作狀態：過壓2.集電極調幅續優點：集電極效率高，晶體管獲得充分的應用。缺點：已調波的邊帶功率由調制信號供給，因而需要大功率的調制信號源。集電極調幅特點：625.5普通調幅波的解調電路——從調幅信號中檢出調制信號問題回顧：1、解調器在無線電接收系統中的位置？2、解調前后信號波形的變化？63檢波器輸入信號波形檢波器輸出信號波形645.5普通調幅波的解調電路（重點）——從調幅信號中檢出調制信號調幅信號的解調（又名檢波）：非相干解調大信號峰值包絡檢波（重點）小信號平方律檢波相干解調——同步解調652.非相干解調檢波器電路的組成框圖調幅波非線性器件低通濾波為什么檢波電路必須由非線性器件才能實現？問題：理由：輸出信號中產生了，輸入信號中所沒有的、新的頻率成分。661.電路與工作原理2.性能指標（檢波效率、輸入阻抗、

檢波失真（重點））調幅信號的解調：非相干解調大信號峰值包絡檢波（重點）小信號平方律檢波（輸入調幅波的幅度在500mV以上）671.電路與

工作原理ui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)檢波器的輸出電壓：uo(t)=uΩ(t)+UDC一、大信號峰值包絡檢波682）輸出電壓u0的成分低頻成分——u?有用,輸出；高頻成分——無用,旁路電容濾除；直流成分——無用,隔直電容濾除。

1）輸出電壓uo的大小與輸入電壓ui的峰值(包絡)接近相等，故稱為峰值包絡檢波。注：uo(t)=uΩ(t)+UDC69（1）檢波失真(重點）對角線失真（惰性失真、放電失真）割底失真(負峰切割失真)頻率失真2.性能指標（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）70tui(t)與uc(t)uc(t)ui(t)失真原因：（a）對角線失真（惰性失真、放電失真）放電時間常數RLC太大，放電慢，以致電容C上的電荷跟不上調幅波包絡的變化.不失真條件：電容放電的速度包絡線下降速度71（a）對角線失真（惰性失真、放電失真）續表明：，則包絡變化大；或RLC大，放電慢，都易產生對角線失真?；虿皇д鏃l件：工程上可按下式計算:72

Uim(1-ma)

Uim

URL后級放大器ui+-CriRLVDCd+UDC

-+-URL+uΩ(t)-（b）割底失真(負峰切割失真)ui(t)uo(t)

ui(t)與uo(t)tUDCuΩ(t)tuo(t)73

Uim(1-ma)

Uim

URL后級放大器ui+-CriRLVDCd+UDC

-+-URL+uΩ(t)-（b）割底失真(負峰切割失真)失真原因：(低頻)交流負載電阻:直流負載電阻:且由于檢波器的交流、直流負載電阻不同，而且調幅度ma又過大引起的。RL74解調器在接收機中的位置75（b）割底失真(負峰切割失真)續不失真條件為：表明:ri越小,RL分壓越大,越易產生此類失真;ma越大,調幅波振幅maUcm越大,越易產生此類失真.76典型檢波電路（檢波實驗電路）77（c）頻率失真由隔直耦合電容C1和濾波電容C引起的.為使頻率在min時,C1上壓降不大,

不產生頻率失真:為使頻率在max時,C斷開,不把低頻電流旁路掉:綜上,一般,隔直耦合電容C1取幾個微法(F),濾波電容C取0.005F~0.02F。78應用例：二極管峰值包絡檢波器，原電路正常工作（1）若檢波電容C加倍，易產生（），（2）若電路參數保持正常工作時的值不變，加大輸入調幅波的調制度ma時，易產生（）。

A、底部切割失真（負峰切割失真）

B、惰性失真（對角線切割失真）

C、惰性和底部切割失真79（2）檢波效率若輸入等幅波2.性能指標（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）若輸入調幅波80電路參數和載頻對檢波效率的影響（2）檢波效率續

一定RL下，大高時，可達0.86。過大，會引起檢波失真.因此，

一定時，81

檢波管對檢波效率的影響：（2）檢波效率續

檢波管導通電阻rD越小，充電時間越短，電容C上充的電壓高,使輸出低頻信號幅度大,檢波效率提高.82輸入信號幅度對檢波效率的影響：輸入信號幅度大,檢波效率高（2）檢波效率續83

對高頻信號源來說，檢波器相當于一個負載，即為檢波器的輸入電阻。式中,Ucm為輸入載波分量的電壓振幅,I1m為輸入高頻電流的基波(載頻)振幅.2.性能指標（檢波效率、輸入阻抗、檢波失真）（3）輸入阻抗（對載波頻率而言）可見，大信號檢波器比小信號檢波器的輸入電阻大.因而，大信號檢波器對前一級電路的影響小。84檢波電路參數的選取

檢波二極管D---選點接觸型(2AP系列)正向導通電阻小,反向電阻大.

直流負載電阻RL---5k~10k

兼顧檢波效率、避免割底失真

濾波電容C-----0.005F~0.02F

兼顧檢波效率、避免對角線失真、頻率失真

輸出隔直耦合電容C1---5F~10F

避免頻率失真85調幅信號的解調：非相干解調大信號峰值包絡檢波小信號平方律檢波1.電路3.性能指標（檢波效率、輸入阻抗）2.工作原理（輸入調幅波的幅度在幾十m