《電子線路-非線性部分(第四版)謝嘉奎-第4章振幅調(diào)制-解調(diào)與混頻電路講課講稿ppt課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電子線路-非線性部分(第四版)謝嘉奎-第4章振幅調(diào)制-解調(diào)與混頻電路講課講稿ppt課件.ppt（153頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、第第 4 章振幅調(diào)制、解調(diào)章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路與混頻電路概述概述4.1頻頻譜搬移電路的組成模型譜搬移電路的組成模型4.2相乘器電路相乘器電路4.3混頻電路混頻電路4.4振幅調(diào)制與解調(diào)電路振幅調(diào)制與解調(diào)電路4.5參量混頻電路參量混頻電路概述概述調(diào)幅與檢波的概念調(diào)幅與檢波的概念1地位地位通信系統(tǒng)的基本電路。通信系統(tǒng)的基本電路。2特點特點對電路中信號頻譜進行的變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。對電路中信號頻譜進行的變換，電路有新頻率成分產(chǎn)生。為此，需引用一些信號與頻譜的概念。為此，需引用一些信號與頻譜的概念。3信號與頻譜信號與頻譜信號的三種表示法：表達式、波形圖、頻譜圖。信號的三種表示法：表達式、波

2、形圖、頻譜圖。載載 波波復音復音調(diào)制調(diào)制波波單音單音調(diào)制調(diào)制波波頻頻 譜譜波波 形形表達式表達式信號信號4模擬相乘器模擬相乘器 作用：實現(xiàn)兩信號的相乘，實作用：實現(xiàn)兩信號的相乘，實現(xiàn)頻譜變換?，F(xiàn)頻譜變換。5兩種類型的頻譜變換電路兩種類型的頻譜變換電路 頻譜搬移電路頻譜搬移電路：將輸入信號的頻譜沿頻率軸搬移。：將輸入信號的頻譜沿頻率軸搬移。例：振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻電路例：振幅調(diào)制、解調(diào)、混頻電路(本章討論本章討論)。特點：僅頻譜搬移，不產(chǎn)生新的頻譜分量。特點：僅頻譜搬移，不產(chǎn)生新的頻譜分量。頻頻譜譜非非線線性性變變換換電電路路：將將輸輸入入信信號號的的頻頻譜譜進進行行特特定定的非線性變換。的非線

3、性變換。例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路例：頻率調(diào)制與解調(diào)電路(第第 5 章章討論討論)。特點：產(chǎn)生新的頻譜分量。特點：產(chǎn)生新的頻譜分量。本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.1頻譜搬移電路的組成模型頻譜搬移電路的組成模型(調(diào)制、解調(diào)、混頻調(diào)制、解調(diào)、混頻)(原理原理)4.2相相乘器電路乘器電路(電路實現(xiàn)電路實現(xiàn))4.3混頻電路混頻電路4.4振幅調(diào)制與解調(diào)電路振幅調(diào)制與解調(diào)電路頻譜搬移電路的重要應用頻譜搬移電路的重要應用第第 4 章振幅調(diào)制、解調(diào)章振幅調(diào)制、解調(diào)與混頻電路與混頻電路4.1頻譜搬移電路的組成模型頻譜搬移電路的組成模型4.1.1振幅調(diào)制電路的組成模型振幅調(diào)制電路的組成模型4.1.2振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型

4、振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型4.1.1振幅調(diào)制電路的組成模型振幅調(diào)制電路的組成模型一、調(diào)幅波的數(shù)學表式一、調(diào)幅波的數(shù)學表式設：調(diào)制信號設：調(diào)制信號v(t)=V cos t(1)載載波波信號信號vc(t)=Vcmcos ct(2)其中其中，c=2 fc c：載波角頻率；：載波角頻率；fc：載波頻率，：載波頻率，c 。若同時作用在一個非線性器件若同時作用在一個非線性器件 i=f(v)上，有上，有Vcmcos ct+V cos t(3)將非線性器件的輸出電流用將非線性器件的輸出電流用三角函數(shù)三角函數(shù)展開展開(4)將式將式(3)代入式代入式(4)，取前三項，則，取前三項，則(5)將第三項展開，利用式將

5、第三項展開，利用式 ，故式故式(5)可寫為可寫為(6)若負載為若負載為 LC 調(diào)諧回路，調(diào)諧回路，2 2 ，2 2 c 均遠離均遠離 c，去，去掉它們及直流分量，則式掉它們及直流分量，則式(6)可寫為可寫為(7)(7)所以，輸出調(diào)幅波電流的數(shù)學表達式為所以，輸出調(diào)幅波電流的數(shù)學表達式為(8)式中式中：Im0=a1Vcm：調(diào)制前：調(diào)制前載波電流振幅載波電流振幅；Im0(1+Ma cos t)：調(diào)幅波電流振幅調(diào)幅波電流振幅；Ma：調(diào)幅度。：調(diào)幅度。(9)若負載為若負載為 LC 調(diào)諧回路，諧振在調(diào)諧回路，諧振在 fc，諧振電阻，諧振電阻 RP，則回，則回路兩端電壓路兩端電壓 vO(t)=iRP=Vm

6、0(1+Ma cos t)cos ct(4-1-1)式中，式中，Vm0=kVcm：輸出輸出載波電壓振幅載波電壓振幅將式將式(9)代入式代入式(4-1-1)，得得vO(t)=Vm0+kav(t)cos ct(4-1-2)二、普通調(diào)幅信號及其電路組成模型二、普通調(diào)幅信號及其電路組成模型1電路組成模型電路組成模型式中，式中，AM：相：相乘器乘積系數(shù)；乘器乘積系數(shù)；A：相加器的加權系數(shù)，且：相加器的加權系數(shù)，且 A=k，AM AVcm=ka。2單音調(diào)制單音調(diào)制(1)表達式表達式 vO(t)=Vm0(1+Ma cos t)cos ct(4-1-2)式式中中：Vm0(1+Ma cos t)：vO(t)的的

7、振振幅幅，反反映映調(diào)調(diào)制制信信號號的的變化，稱為變化，稱為調(diào)幅信號的包絡調(diào)幅信號的包絡。：調(diào)幅度調(diào)幅度，表征調(diào)幅信號的重要參數(shù)。，表征調(diào)幅信號的重要參數(shù)。圖圖 4-1-2調(diào)幅信號的波形調(diào)幅信號的波形(2)波形波形當當 Ma=0，未未調(diào)調(diào)制制；當當 Ma=1，最大不失真；最大不失真；若若 Ma 1，在在 t=附附近近，vO(t)變?yōu)樨撝?，出現(xiàn)過調(diào)幅失真。變?yōu)樨撝?，出現(xiàn)過調(diào)幅失真。(a)(b)圖圖 4-1-3過調(diào)幅失真過調(diào)幅失真在實際調(diào)幅電路中，由于管子截止，在實際調(diào)幅電路中，由于管子截止，過調(diào)幅的波形變?yōu)閳D過調(diào)幅的波形變?yōu)閳D 4-1-3(b)。(3)頻譜頻譜將式將式(4-1-2)vO(t)=Vm

8、0(1+Ma cos t)cos ct 用三角函數(shù)展開用三角函數(shù)展開單音調(diào)制時調(diào)幅信號的頻譜單音調(diào)制時調(diào)幅信號的頻譜：由三個分量組成：由三個分量組成：c 載波分量載波分量(c+)上邊頻分量上邊頻分量 (c )下邊頻分量下邊頻分量兩邊頻為相乘器對兩邊頻為相乘器對 v(t)和和 vc c(t)相乘的結果。相乘的結果。3復音調(diào)制復音調(diào)制(1)表達式表達式設設 v(t)為非余弦的周期信號，其傅里葉展開式為為非余弦的周期信號，其傅里葉展開式為 式式中中，nmax=max/=Fmax/F，max=2 Fmax 為為最最高高調(diào)調(diào)制角頻率，其值小于制角頻率，其值小于 c。輸出信號電壓為輸出信號電壓為 籃球比賽

9、是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)籃球比賽是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)(2)頻譜頻譜 可見，可見，vO(t)的頻譜結構的頻譜結構：c：載波分量載波分量；(c )、(c 2)、(c nmax)：上上、下下邊邊頻頻分分量量，其其幅幅度度與與調(diào)調(diào)制制信信號號中中相相應應頻頻譜譜分分量量的的幅幅度度 V mn 成正比。成正比。圖圖 4-1-5過調(diào)幅失真過調(diào)幅失真(a)調(diào)制信號調(diào)制信號(b)普通調(diào)幅信號普通調(diào)幅信號籃球比賽是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝

10、負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)籃球比賽是根據(jù)運動隊在規(guī)定的比賽時間里得分多少來決定勝負的，因此，籃球比賽的計時計分系統(tǒng)是一種得分類型的系統(tǒng)(3)頻譜寬度頻譜寬度 調(diào)調(diào)幅幅信信號號的的頻頻譜譜寬寬度度為為調(diào)調(diào)制制信信號號頻頻譜譜寬寬度度的的兩兩倍倍，即即BWAM=2Fmax4結論結論 調(diào)調(diào)幅幅電電路路組組成成模模型型中中的的相相乘乘器器可可對對 v(t)和和 vc(t)實實現(xiàn)現(xiàn)相相乘運算，乘運算，其結果其結果：在波形上，將在波形上，將 v(t)不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號振幅上；不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號振幅上；在頻譜上，將在頻譜上，將 v(t)的頻譜不失真地搬移到的的頻譜不失真地

11、搬移到的 c 兩邊。兩邊。調(diào)幅波的數(shù)學表達式與頻譜調(diào)幅波的數(shù)學表達式與頻譜5 調(diào)幅波的功率調(diào)幅波的功率(設單位電阻、單音調(diào)制設單位電阻、單音調(diào)制)(1)調(diào)幅信號調(diào)幅信號在一個在一個載頻周期載頻周期內(nèi)的平均功率內(nèi)的平均功率式中，式中，：常數(shù)，：常數(shù)，載波分量產(chǎn)生的平均功率載波分量產(chǎn)生的平均功率。P(t)為為 t 與與 Ma 的函數(shù)，的函數(shù)，當當 Ma=1 時，時，Pmax=4P0，Pmin=0(2)P(t)在一個在一個調(diào)制波周期調(diào)制波周期內(nèi)的平均功率內(nèi)的平均功率：上、下：上、下邊頻分量的功率邊頻分量的功率，稱為，稱為邊頻功率邊頻功率。(3)討論討論Pav 為為各頻譜分量產(chǎn)生的平均功率之和。各頻譜

12、分量產(chǎn)生的平均功率之和。當當 Pav 一一定定時時，P0，PSB，而而 P0 為為載載波波功功率率，PSB 攜帶信息。攜帶信息。例例：當：當 Ma=1 時，時，這這說說明明：當當 Ma=1 時時，P0 占占 Pav 的的 67%，PSB占占 Pav 的的 33%。Ma=0.3(一一般般電電臺臺發(fā)發(fā)射射信信號號)時時，P0=0.955 Pav,PSB=0.045 Pav。結論結論：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。：普通調(diào)幅波，發(fā)射效率極低。解決辦法解決辦法：抑制載波。：抑制載波。三、雙邊帶和單邊帶調(diào)制電路組成模型三、雙邊帶和單邊帶調(diào)制電路組成模型1雙邊帶雙邊帶(DSB)調(diào)制調(diào)制：僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方

13、式。僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方式。(1)目的目的：節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。節(jié)省發(fā)射機的發(fā)射功率。調(diào)制信號的頻譜結構包括調(diào)制信號的頻譜結構包括：上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號的頻譜結構；上、下邊頻分量：反映調(diào)制信號的頻譜結構；載載波波分分量量：通通過過相相乘乘器器將將調(diào)調(diào)制制信信號號頻頻譜譜搬搬移移到到 c 兩兩邊，本身不反映調(diào)制信號的變化，故傳輸前可抵制掉。邊，本身不反映調(diào)制信號的變化，故傳輸前可抵制掉。(2)表達式表達式 普通調(diào)幅：普通調(diào)幅：vO(t)=Vm0+kav(t)cos ct雙邊帶調(diào)幅：雙邊帶調(diào)幅：vO(t)=kav(t)cos ct特點：特點：普通調(diào)幅：調(diào)制波疊加在載波振幅普通調(diào)幅：調(diào)制

14、波疊加在載波振幅 Vm0 上；上；雙雙邊邊帶帶調(diào)調(diào)幅幅：調(diào)調(diào)制制波波不不再再依依托托 Vm0。當當 v(t)進進入入負負半半周周時時，vO(t)也也變變?yōu)闉樨撠撝抵?，載載波波電電壓壓產(chǎn)產(chǎn)生生 180 相相移移。調(diào)調(diào)制信號波形在過零處出現(xiàn)制信號波形在過零處出現(xiàn) 180 的相位突變。的相位突變。(3)波形波形圖圖 4-1-6雙邊帶調(diào)制信號雙邊帶調(diào)制信號(a)波形波形(b)頻譜頻譜雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制(4)組成模型組成模型圖圖 4-1-6雙邊帶調(diào)制信號雙邊帶調(diào)制信號(c)頻譜頻譜2單邊帶單邊帶(SSB)調(diào)制信號調(diào)制信號(1)定義定義僅傳輸一個邊頻的調(diào)制方式。僅傳輸一個邊頻的調(diào)制方式。原原理理：上上、

15、下下邊邊帶帶均均反反映映了了調(diào)調(diào)制制波波的的頻頻譜譜結結構構(區(qū)區(qū)別別僅僅在在于于下下邊邊帶帶是是調(diào)調(diào)制制信信號號頻頻譜譜的的倒倒置置,對對傳傳輸輸信信息息無無關關緊緊要要)。因此可將其中一個邊帶抑制掉而不影響傳送信息。因此可將其中一個邊帶抑制掉而不影響傳送信息。優(yōu)優(yōu)點點：節(jié)節(jié)省省發(fā)發(fā)射射功功率率；頻頻譜譜寬寬度度壓壓縮縮一一半半，BWSSB=Fmax。(2)實現(xiàn)模型實現(xiàn)模型 (a)(b)圖圖 4-1-7采用濾波法的單邊帶調(diào)制電路組成模型采用濾波法的單邊帶調(diào)制電路組成模型(a)組成模型組成模型(b)v(t)頻譜頻譜 濾波法濾波法：相乘器：相乘器+帶通濾波器。帶通濾波器。相相乘乘器器：產(chǎn)產(chǎn)生生雙

16、雙邊邊帶帶調(diào)調(diào)制制信信號號；濾濾波波器器：取取出出單單邊邊帶帶信號。信號。(a)(b)圖圖 4-1-7采用濾波法的單邊帶調(diào)制電路組成模型采用濾波法的單邊帶調(diào)制電路組成模型(a)組成模型組成模型(b)v(t)頻譜頻譜 相移法相移法：相乘器、：相乘器、90 相移器、相加器組成相移器、相加器組成相乘器相乘器：相乘器相乘器：兩式相減或相加兩式相減或相加上邊帶抵消上邊帶抵消下邊帶抵消下邊帶抵消輸出僅為單邊帶調(diào)制信號輸出僅為單邊帶調(diào)制信號 對復雜信號，對復雜信號，相移法的組成模型相移法的組成模型也成立。也成立。4.1.2振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型振幅解調(diào)和混頻電路的組成模型特點：均實現(xiàn)頻譜不失真地搬移，兩類組成模型類似。特點：均實現(xiàn)頻譜不失真地搬移，兩類組成模型類似。一、振幅解調(diào)電路一、振幅解調(diào)電路1定義定義解調(diào)解調(diào)(Demodulation)：調(diào)制的逆過程。：調(diào)制的逆過程。振振幅幅檢檢波波(簡簡稱稱檢檢波波 Detector)：振振幅幅調(diào)調(diào)制制信信號號的的解解調(diào)調(diào)電路，從調(diào)幅信號中不失真地檢出調(diào)制信號的過程。電路，從調(diào)幅信號中不失真地檢出調(diào)制信號的過程。2組成模型組成模型圖圖 4-1-11(a