《高頻電子線路第6章振幅調(diào)制解調(diào)及混頻.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高頻電子線路第6章振幅調(diào)制解調(diào)及混頻.ppt（102頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、2020/5/16,1,第6章振幅調(diào)制、解調(diào)及混頻,振幅調(diào)制信號分析振幅調(diào)制電路調(diào)幅解調(diào)電路混頻電路混頻器的干擾,2020/5/16,2,一、振幅調(diào)制信號分析,1.振幅調(diào)制的概念振幅調(diào)制：用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而其它參數(shù)(相位、頻率)不變。調(diào)制信號：由原始信號(聲音、數(shù)據(jù)和圖象)轉(zhuǎn)換成的低頻或視頻模擬信號(數(shù)字的或模擬的)，用u或f(t)表示；載波：未受調(diào)制的高頻振蕩信號，常用正弦波，用uc或ic表示；已調(diào)波：受調(diào)制后的高頻振蕩信號。振幅調(diào)制方式：分為三種方式。(1)普通調(diào)幅方式：AM；(2)抑制載波的雙邊帶調(diào)制(簡稱雙邊帶調(diào)制)：DSB-SC(簡稱DSB)

2、；(3)擬制載波的單邊帶調(diào)制(簡稱單邊帶調(diào)制)：SSB-SC(簡稱SSB)。三種已調(diào)波信號稱為：調(diào)幅波信號、雙邊帶信號和單邊帶信號。,2020/5/16,3,2、調(diào)幅波(AM)載波電壓：uc=Uccosct調(diào)制電壓：u=Ucost(c)調(diào)幅波的瞬時振幅：Um(t)=Uc+Uc(t)=Uc+kaUcost=Uc(1+mcost)Uc(t)：調(diào)制電壓u成正比；ka：比例系數(shù)或調(diào)制靈敏度，由調(diào)制電路決定；m=kaU/Uc：調(diào)幅度(調(diào)制度)。AM信號表達(dá)式：uAM=Um(t)cosct=Uc(1+mcost)cosct調(diào)幅度的要求：m1為正常調(diào)制；m1為過調(diào)制，導(dǎo)致信號產(chǎn)生失真，不能正確解調(diào)，應(yīng)當(dāng)避免

3、出現(xiàn)。,2020/5/16,4,AM調(diào)制過程中的信號波形：調(diào)制信號為余弦波,注意：圖(e)發(fā)生嚴(yán)重失真，無法通過解調(diào)恢復(fù)出調(diào)制信號！,2020/5/16,5,連續(xù)譜信號的AM調(diào)制：uAM=Uc1+mf(t)cosct，其中f(t)為歸一化調(diào)制信號，而且|f(t)|max=1。,連續(xù)譜信號的AM已調(diào)波又可以表示為：,2020/5/16,6,AM信號的產(chǎn)生原理圖：由加法器和乘法器完成。,2020/5/16,7,AM信號的頻譜：(1)單頻AM波：單頻AM波可以用三角函數(shù)展開為,2020/5/16,8,下圖中給出語音調(diào)制信號頻譜及其已調(diào)信號頻譜.,(2)多頻AM波：包含載頻、上邊帶和下邊帶。帶寬：B=

4、2Fmax，其中Fmax為f(t)的最高頻率。,說明：AM調(diào)制是把調(diào)制信號的頻譜搬移到載頻兩端，但頻譜結(jié)構(gòu)未變，因此這種調(diào)制方式屬于頻譜的線性搬移。,2020/5/16,9,AM信號的功率：通常指AM波的平均功率(總功率)，包括載波功率和兩個邊帶的平均功率。有時涉及AM波的最大功率和最小功率。假設(shè)負(fù)載阻抗為RL。以單頻AM波為例討論。,2020/5/16,10,說明：AM信號中雖然載波頻率分量不攜帶信息，卻占有2/3以上的功率，效率較低。但由于其設(shè)備簡單，占的頻帶窄(相對于調(diào)頻)，因此仍然得到廣泛的應(yīng)用。,Pmax決定了高頻諧振功放管的額定輸出功率PH，PHPmax。,舉例：100%調(diào)制(m=

5、1)，兩個邊頻功率為載波功率的1/2，兩個邊頻功率只占AM調(diào)幅波總功率的1/3。當(dāng)m值減小時，兩者的比值將顯著減小，邊頻功率所占比重更小。,2020/5/16,11,2.雙邊帶信號DSB信號的形成：將AM信號中的載波抑制掉就形成了抑制載波的雙邊帶信號(DSB-SC)，簡稱雙邊帶信號(DSB)。雙邊帶信號的表示：uDSB(t)=kf(t)cosct，k0說明:(1).DSB信號只有上下邊帶，沒有載波分量，因此功率利用較充分；(2).DSB信號的產(chǎn)生原理：僅需要一個模擬乘法器即可。,2020/5/16,12,DSB和AM信號比較：(1)包絡(luò)不同：AM信號的包絡(luò)正比于調(diào)制信號f(t)，而DSB信號的

6、包絡(luò)則正比于|f(t)|；(2)DSB信號的高頻載波相位在f(t)的零交點處(正負(fù)電壓交替處)出現(xiàn)180的相位躍變；,2020/5/16,13,(3)DSB實質(zhì)上是一個調(diào)幅調(diào)相信號；uDSB(t)=|f(t)|cos(ct+)其中當(dāng)f(t)0時，=0；當(dāng)f(t)U。,2020/5/16,27,(2)單差分對電路：,單差分對AM調(diào)制器的輸出波形：,2020/5/16,28,關(guān)于AM調(diào)制的說明：(1).高電平AM調(diào)制：集電極調(diào)幅需要諧振功放工作在過壓狀態(tài)，而基極調(diào)幅需要諧振功放在欠壓狀態(tài)，前者優(yōu)點是輸出功率較大，后者優(yōu)點是所需的激勵功率功率較小；(2).二極管AM調(diào)制：合理選擇信號的注入位置，可以

7、用二極管平衡電路直接實現(xiàn)AM調(diào)制；要想用二極管環(huán)形電路實現(xiàn)AM調(diào)制，需要在輸出電壓中再加入載波分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分；(3).雙差分對AM調(diào)制電路：在小信號狀態(tài)下，雙差分對電路就是一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，要想利用它實現(xiàn)AM調(diào)制，也需要在輸出端再加入載頻分量，或者在輸入調(diào)制信號中疊加上直流成分。,2020/5/16,29,2.DSB調(diào)制電路單二極管和單差分對不能產(chǎn)生DSB信號，平衡二極管、環(huán)形二極管和雙差分對電路可實現(xiàn)DSB調(diào)制。(1).平衡二極管DSB調(diào)制器：u1=u，u2=uc，且UcU。,要求：調(diào)制線性好，載漏(載波泄露)小，調(diào)制效率高，阻抗要匹配。,2020/5/16,3

8、0,平衡二極管DSB調(diào)制器的波形：,2020/5/16,31,平衡調(diào)制器的一種實際線路：輸出變壓器改為可變電阻器；二極管并聯(lián)電容C2和C3用來平衡二極管反向工作的結(jié)電容。電容C1：隔離高頻載波與音頻調(diào)制信號，對高頻載波短路。,2020/5/16,32,(2)雙平衡二極管的DSB調(diào)制器(環(huán)形調(diào)制器)：可以進(jìn)一步減少組合分量，減少濾波器壓力。在u1=u，u2=uc的情況下，可以實現(xiàn)DSB調(diào)制。,濾波后輸出電壓：,平衡調(diào)制器和環(huán)形調(diào)制器比較：a.平衡調(diào)制器：交換調(diào)制信號u和載波信號uc的位置后不能得到DSB信號，只能得到AM信號；b.環(huán)形調(diào)制器：交換調(diào)制信號u和載波信號uc的位置后同樣得到DSB信號

9、，即調(diào)制器與輸入信號的位置無關(guān)。,2020/5/16,33,雙平衡DSB調(diào)制器電路及波形:,2020/5/16,34,雙橋構(gòu)成的環(huán)形調(diào)制器：忽略晶體管輸入電阻對平衡調(diào)制器的影響。,2020/5/16,35,單差分對電路的DSB調(diào)制：注意信號的注入方式。,雙差分對電路的DSB調(diào)制：由于雙差分對電路在小信號狀態(tài)下就是一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，因此不管載波信號和調(diào)制信號怎么注入，均可以實現(xiàn)DSB調(diào)制。,(3)差分對電路的DSB調(diào)制：單差分對和雙差分對電路均可。,2020/5/16,36,單差分對DSB調(diào)制器的信號波形:,2020/5/16,37,3.SSB調(diào)制電路主要有濾波法和移相法兩種。(1)濾波法：

10、由二極管平衡調(diào)制器和邊帶濾波器組成。二極管平衡調(diào)制器：生成DSB信號；邊帶濾波器：從DSB中取出一個邊帶。它是一個帶通濾波器，可以用L、C元件或等效的L、C元件(如石英晶體)組成。目前常用的邊帶濾波器有：機械濾波器、晶體濾波器和陶瓷濾波器。下圖是理想的邊帶濾波器傳輸特性。,2020/5/16,38,(2)移相法：移相法可以從SSB信號的表達(dá)式來理解。,優(yōu)點：省去了邊帶濾波器。缺點：一是兩個平衡調(diào)制器輸出DSB信號的幅度應(yīng)完全相等；二是移相網(wǎng)絡(luò)必須對載頻和調(diào)制信號均保證精確的/2相移。,2020/5/16,39,提高移相精度的移相法SSB調(diào)制器結(jié)構(gòu)：如果調(diào)制信號為音頻信號，為了提高相移精度，可以

11、將兩個平衡調(diào)制器的調(diào)制信號輸入分別產(chǎn)生/4相移和/4相移，這樣兩路音頻信號的相位差為/2。兩路載頻由頻率為4f0的振蕩器經(jīng)四次數(shù)字分頻器得到，載頻的/2相位差也由分頻器來保證。,2020/5/16,40,(3)濾波法和移相法性能比較a.移相法對平衡調(diào)制器的載漏抑制要求較高，但可以在較高的頻率上形成SSB信號；b.濾波法對平衡調(diào)制器的載漏擬制要求不高，但由于需要邊帶濾波器，限制了它的最高工作頻率。,2020/5/16,41,綜合舉例：P250:習(xí)題6-4(c)(d),在圖示的四個電路中，調(diào)制信號和載波信號分別為,兩個二極管的伏安特性相同，均為從原點出發(fā)，斜率為gD的直線。試問哪些電路能實現(xiàn)雙邊帶

12、調(diào)制？在能夠?qū)崿F(xiàn)雙邊帶調(diào)制的電路中，試分析輸出電流的頻率分量。,2020/5/16,42,解：(c)由電路圖可得：,顯然載波中包含載波頻率的基波分量，因此不能實現(xiàn)DSB調(diào)制。,2020/5/16,43,(d)由電路圖可得：,流過負(fù)載電流:,由于負(fù)載電流中沒有載波頻率和調(diào)制信號頻率的組合頻率分量，因此不可能實現(xiàn)DSB調(diào)制。,2020/5/16,44,三、調(diào)幅信號的解調(diào),振幅解調(diào)的概念：從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，又稱為檢波。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。振幅解調(diào)原理：屬于頻譜線性搬移，可使用第5章介紹的方法。1.調(diào)幅解調(diào)方法：包括包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類。(1)包絡(luò)檢波：解調(diào)器輸出電壓與

13、輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比。包絡(luò)檢波器分類：峰值包絡(luò)檢波器和平均包絡(luò)檢波器。電路組成：非線性電路+低通濾波器。用途：只能用于AM信號的解調(diào)。(2)同步檢波：接收端需要一個與發(fā)送端同頻同相的參考載波。兩種同步檢波器：一是乘積型(模擬乘法器+低通濾波器)，二是疊加性(加法器+包絡(luò)檢波器)。用途：可適用于AM、DSB、SSB信號的解調(diào)。,2020/5/16,45,包絡(luò)檢波器的原理框圖：,2020/5/16,46,同步檢波器的原理框圖：(a)乘積型；(b)疊加型。,同步的解釋：接收機的參考載波要與發(fā)射機端載波同步。,uc和ur的振幅可以不同，但是頻率和相位必須相同。,2020/5/16,47,2二極管峰值

14、包絡(luò)檢波器電路組成：二極管峰值包絡(luò)檢波器由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。(1)輸入回路：提供信號源，又是末級中放的輸出回路；(2)二極管：由導(dǎo)通電壓小、rD小的鍺管；(3)RC電路：一方面作為檢波器負(fù)載，另一方面對高頻電流旁路。因此RC電路應(yīng)滿足,或,說明：在這種檢波器里，二極管工作在大信號狀態(tài)，ui0.5V，信號源、二極管、RC電路串聯(lián)關(guān)系。因此稱為串聯(lián)型峰值包絡(luò)檢波器。,2020/5/16,48,檢波過程：檢波過程實際上就是電容C的充放電過程。(1)充電過程：假定輸入電壓為等幅高頻電壓ui(t)=Umcosct。,(2)放電過程：隨著電容上充電電壓的增加，二極管上壓降不斷減少，

15、當(dāng)uD=uiuo=0時，二極管開始截止，電容通過電阻R放電。但時間持續(xù)不長，因為RCTc(載波周期)，當(dāng)uc下降不多時，ui的下一個正半周已經(jīng)到來，當(dāng)uiuc時，二極管導(dǎo)通，對電容充電。,假設(shè)加輸入電壓前ui=0，加上輸入電壓后，ui處于正半周，二極管導(dǎo)通，對電容充電，由于電容C的高頻阻抗很小、rD很小，充電電流很大，ui全部加到二極管兩端；同時電容上的電壓又反作用于二極管，因此uD=uiuo。,2020/5/16,49,(3)動態(tài)平衡狀態(tài)：當(dāng)二極管導(dǎo)通時電容上積累的電荷量等于截止時釋放的電荷量，檢波器達(dá)到了動態(tài)平衡。,2020/5/16,50,特點：(1)檢波過程是一個重復(fù)的充放電過程；(2

16、)充電快、放電慢：RCTc，rDCUs，且UL0.5V。,2020/5/16,88,環(huán)形混頻器：,(3)其它混頻電路除了二極管、晶體三極管混頻電路外，還有雙差分對和場效應(yīng)管混頻電路。雙差分對電路在小信號時就是標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器，而場效應(yīng)管可以組成平衡混頻器和環(huán)形混頻器。,2020/5/16,89,場效應(yīng)管平衡混頻器和環(huán)形混頻器：可以用平方律特性分析(平衡混頻器)，也可以用開關(guān)分析法(環(huán)形混頻器)。,2020/5/16,90,混頻電路綜合舉例：已知某混頻器的變頻跨導(dǎo)為gc，本振電壓為uLULcosLt，Usfc：fJ=fL+fI時，fJfL=fLfc=fI，fJ稱為鏡像頻率，干擾稱為鏡像干擾。如左

17、圖。b)fLfc：鏡像頻率fJ=fLfI，fLfJ=fJfc=fI。如右圖。,鏡像干擾的擬制方法:(a)提高前端電路的選擇性；(b)提高中頻頻率，高中頻對鏡像干擾是非常有利的。,2020/5/16,97,組合副波道干擾：只觀察p=q時的部分干擾。,2020/5/16,98,3、交調(diào)干擾(交叉調(diào)制干擾)：是有用信號和干擾信號一起作用于混頻器，由混頻器的非線性形成的干擾。交調(diào)干擾的特點：在接收有用信號時，可同時聽到有用臺和干擾臺，有用臺消失，干擾臺也同時消失。形成的原因：由于混頻器的非線性作用，將干擾的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到有用信號的載頻上，然后再與本振信號混頻得到中頻信號，從而形成干擾。交調(diào)干擾與信號并

18、存，通過有用信號起作用，與干擾頻率無關(guān)，強干擾都可能形成交調(diào)干擾。交調(diào)干擾的擬制方法：(a)提高前端電路的選擇性；(b)選擇合適的器件和工作狀態(tài)，減少頻率組合分量。說明：工作在非線性狀態(tài)的放大器也會產(chǎn)生交調(diào)干擾，由三次方項產(chǎn)生，稱為三階交調(diào)干擾。混頻器的交調(diào)干擾是由器件的四次方項產(chǎn)生，習(xí)慣上稱為三階交調(diào)(忽略本振一階)。,2020/5/16,99,4.互調(diào)干擾：若接收機前端電路的選擇性不好，致使兩個或多個干擾信號一起加到混頻器的輸入端，經(jīng)混頻器的非線性作用后產(chǎn)生近似中頻的組合分量，對有用信號產(chǎn)生干擾?；フ{(diào)干擾產(chǎn)生的條件：假設(shè)兩個干擾信號的頻率分別為fJ1和fJ1，它們均小于有用信號頻率為fc，

19、那么產(chǎn)生互調(diào)干擾的條件為“同側(cè)等距”fJ1fJ2=fcfJ1,說明：工作在非線性狀態(tài)的放大器也會產(chǎn)生互調(diào)干擾，由三次方項產(chǎn)生，稱為三階互調(diào)干擾?；祛l器的互調(diào)干擾是由器件的四次方項產(chǎn)生，習(xí)慣上稱為三階互調(diào)(忽略本振一階)?；フ{(diào)干擾的擬制方法：(a)提高前端電路的選擇性；(b)選擇合適的器件和工作狀態(tài)，減少頻率組合分量。,2020/5/16,100,6.倒易混頻器：當(dāng)有強干擾信號進(jìn)入混頻器時，混頻器輸出端的噪聲加大，信噪比降低，這種現(xiàn)象稱為倒易混頻。擬制倒易混頻的措施：一是削弱進(jìn)入混頻器的干擾強度，二是提高本振的頻譜純度。,5.包絡(luò)失真和阻塞干擾包絡(luò)失真：由于混頻器的“非線性”，輸出包絡(luò)與輸入包絡(luò)

20、不成正比。對于振幅調(diào)制信號，包絡(luò)失真是不希望出現(xiàn)的。阻塞干擾：當(dāng)干擾強信號與有用信號同時加入混頻器，會使混頻器輸出的有用信號幅度減小，嚴(yán)重時，甚至小到無法接收。產(chǎn)生阻塞的原因也是由于混頻器的“非線性”，特別是引起互調(diào)交調(diào)的四階產(chǎn)物。擬制包絡(luò)失真和阻塞干擾的措施：可以減小互調(diào)干擾的措施都可以緩解包絡(luò)失真和阻塞干擾。,2020/5/16,101,舉例：習(xí)題6-28。某超外差接收機工作頻段為0.5525MHz，中頻fI=455kHz，本振fLfs。試問波段內(nèi)哪些頻率上可能出現(xiàn)較大的組合干擾(6階以下)。解：,2020/5/16,102,習(xí)題(第一版)6-16-4(a)(b)6-156-19(用時變分析法)6-27習(xí)題(第二版)6-16-8(a)(b)6-206-22(用時變分析法)?,