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1、单元七 振幅调制电路,7-4单边带调幅电路,7-1各类调幅波的基本性质,7-2普通调幅电路,7-3双边带调幅电路,本讲导航,教学内容,7.1各类调幅波的基本性质,教学目的,理解各类调幅波的基本性质：数学表达式、调幅度、波形、频谱、带宽、功率关系等。,单元七 振幅调制电路,教学重点,教学难点,普通调幅波、双边带及单边带调幅波的基本性质,无,单元七 振幅调制电路,调幅电路是频谱搬移电路。按照调幅方式，可分为:, 7-1各类调幅波的基本性质,本章先讲各类调幅波的基本性质，然后介绍几种不同的调幅电路。,单元七 振幅调制电路, 7-1-1普通调幅波的基本性质,1、普通调幅波的数学表达式,普通调幅信号是载
2、波信号振幅按调制信号规律变化的一种振幅调制信号，简称调幅信号。设高频载波uc(t)的表达式为:,调幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随调制信号u(t)线性变化。由于调制信号为零时调幅波的振幅应等于载波振幅Ucm，则调幅波的振幅Ucm(t)可写成 :,式中，k是一个与调幅电路有关的比例常数。因此，调幅波的数学表达式为:,单元七 振幅调制电路,若调制信号为单频正弦波，即 :,其中Ffc。把（7-3）代入（7-2）得:,式(7-4),式中，,为受调后载波电压振幅的最大变化量。,单元七 振幅调制电路,1）单频调制,它反映了载波振幅受调制信号控制的程度，ma与Um成正比。,由此可得调幅波的最大振幅为：
3、,调幅波的最小振幅为 ：,是高频振荡信号的振幅，它反映了调制信号的变化规律，称为调幅波的包络。,单元七 振幅调制电路,调幅系数或调幅度为：,上式第一种表示常用于在实验室中根据调幅波的波形去求ma 。,则有 ：,单元七 振幅调制电路,如果调制信号为多频信号，即：,此时调制信号为非正弦的周期信号。则 ：,式中,单元七 振幅调制电路,2）多频调制,式(7-6),式中：,单元七 振幅调制电路,1）单频调制的波形,根据式（7-3）、（7-1）、（7-4）可画出u（t）、uc（t）和不同ma条件下uAM（t）的波形：,单元七 振幅调制电路,2、普通调幅波的波形,(a)调制信号波形,(b)载波信号波形,单元
4、七 振幅调制电路,波形：,(c)ma1时调幅波波形,单元七 振幅调制电路,波形：,单元七 振幅调制电路,波形：,单元七 振幅调制电路,波形：,由（e）可知，在ma1时，此时其包络已不能反映调制信号的变化规律。而在实际调幅器中，图（f）对基极调幅来说，在t1-t2时间内由于管子发射结加反偏电压而截止，使uAM(t)=0，即出现包络部分中断。此时调幅波将产生失真，称为过调幅失真。而ma1时的调幅称为过调幅。因此，为了避免出现过调幅失真，应使调幅系数ma1 。,实际上，当ma1时，在t1-t2时间间隔内,即:,由于振幅值恒大于零，所以uAM(t)可改写为:,单元七 振幅调制电路,单元七 振幅调制电路
5、,单元七 振幅调制电路,普通调幅波的过调失真动画演示请点击,即式（7-6）非正弦的周期信号的调制。,单元七 振幅调制电路,2）多频调制的波形,1）单频调制的频谱与带宽,上式表明,单频正弦信号调制的调幅波是由三个频率分量构成的：第一项为载波分量；第二项的频率为fc-F，称为下边频分量，其振幅为1/2maUcm ；第三项的频率为 fc+F ，称为上边频分量，其振幅也为1/2maUcm 。由此可画出相应的调幅波的频谱，如下图所示：,利用积化和差可把式（7-4）分解为:,单元七 振幅调制电路,3、普通调幅波的频谱与带宽,由图可见，上下边频分量对称的排列在载波分量的两侧，则调幅波的带宽fbw为:,单频信
6、号调制时的频谱,单元七 振幅调制电路,频谱：,如果调制信号为含有限带宽的多频信号，其调幅波表达式为式（7-6），则用积化和差得:,上式表明，多频信号调制的调幅波的频谱是由载波分量和n对对称于载波分量的边频分量组成，这些边频分量组成两个频带，其中频率范围为 （fc +F1 ）（fc +Fn ） 称为上边带，（fc Fn ）（fc F1 ）称为下边带。如下图所示(图中为简单起见，未标出各分量的振幅)。,单元七 振幅调制电路,2）多频调制的频谱与带宽,可见，上下边带也对称地排列在载波分量的两侧，由于最低调制频率Fmin=F1，最高调制频率Fmax=Fn ，故调幅波带宽 :,多频信号调制时的频谱,单元
7、七 振幅调制电路,频谱：,设调制信号为单频正弦波，负载电阻为RL，则载波功率为:,上、下边频的功率均为:,调幅波在调制信号周期内的平均功率为:,式(7-10),边频的功率均为:,单元七 振幅调制电路,4、普通调幅波的功率关系,如果调制信号为多频信号，则调幅波平均功率等于载波和各个功率之和。,调幅波的最大瞬时功率为 :,式(7-13),单元七 振幅调制电路, 7-1-2双边带调幅波的基本性质,从上述普通调幅信号的基本性质可知，占绝大部分功率的载频分量是无用的，唯有其上、下边频分量才反映调制信号的频谱结构，而载波分量通过相乘器仅起着将调制信号频谱搬移到fc的两边，本身并不反映调制信号的变化。如果在
8、传输前将载频分量抑制掉，则可以大大节省发射机的发射功率。这种仅传输两个边频（带）的调制方式称为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制（DSB）。,单元七 振幅调制电路,1）单频调制,由式（7-2）和（7-4）可得双边带调幅波的数学表达式为:,2）多频调制,由式（7-6）可得 :,单元七 振幅调制电路,1、双边带调幅波的数学表达式,单频调制的波形,由式（7-3）、（7-1）和（7-14）可画出u(t)、 uc(t)和uDSB(t)的波形：,单元七 振幅调制电路,2、双边带调幅波的波形,单元七 振幅调制电路,波形小结：,1）单频调制调幅波的频谱与带宽,利用积化和差可把式（7-14）分解为：,它只有上
9、、下边频两个分量 ，其频谱为：,单元七 振幅调制电路,3、双边带调幅波的频谱与带宽,调幅波的带宽fbw为 ：,与普通调幅波带宽的表达式一样。,2）多频调制调幅波的频谱与带宽,用积化和差把式（7-15）分解为：,有上下两个边带分量，其频谱为：,单元七 振幅调制电路,由上图可知，双边带调幅仍为频谱搬移电路。,由上面频谱图知，上、下两个边带分量对称地排列在载波分量的两侧，为频谱搬移电路。,调幅波带宽为：,多频信号调制时双边带调幅波的频谱,与普通调幅波带宽的表达式一样。,4、双边带调幅波的功率关系（留给学生思考）,单元七 振幅调制电路,频谱：, 7-1-3单边带调幅波的基本性质,从双边带调制的频谱结构
10、上可知，上、下边带都反映了调制信号的频谱结构。因此，从传输信息的角度来看，还可以进一步将其中一个边带抑制掉。这种仅传输一个边带（上边带或下边带）的调幅方式称为抑制载波的单边带调制，简称单边带调制（SSB）。,单元七 振幅调制电路,1）单频调制,由式（7-7）可得单边带调幅波的数学表达式为:,单元七 振幅调制电路,单边带调幅信号为等幅波，其频率高于或低于载频。但多频调制时就不是等幅波了。,1、单边带调幅波的数学表达式、波形、频谱带宽,单元七 振幅调制电路,其波形如下：（如下边带调制）,由式（7-16）和（7-17）可画出单边带调幅波的频谱为(上边带调制),单频信号调制时单边带调幅波的频谱,由式（
11、7-8）可得单边带调幅波的数学表达式为:,2）多频调制,单元七 振幅调制电路,由式（7-16）和（7-17）可画出单边带调幅波的频谱为(上边带调制),由上图可知，单边带调幅仍为频谱搬移电路。,多频信号调制时的频谱,单元七 振幅调制电路,频谱：,单边带调幅波的功率关系留给学生去思考 。,单元七 振幅调制电路,调幅波的带宽fbw为 ：,单元七 振幅调制电路,小结：三种调幅方式的比较,本讲小结,3.三种调制方式的优点、缺点及应用。,1.普通调幅波（多频、单频调制）的数学表达式、波形、频谱带宽及功率关系等。,2.双边带及单边带调幅波（多频、单频调制）的数学表达式、波形、频谱带宽及功率关系等。,单元七
12、振幅调制电路,本讲作业,1. 若某电压信号u（t）=5costcosct（V）（c），画出频谱图和波形。,2. 若单频调幅波载波功率Pc=1000W，Ma=0.3，求两个边频功率之和Psb为多少？总功率Pav为多少？,3. 某调幅发射机未调制时发射功率为9KW，当载波被正弦信号调幅时，发射功率为10.125KW。求调幅度Ma，如果同时又用另一正弦信号对它进行40的调幅，求这时的发射功率？,单元七 振幅调制电路,本讲导航,教学内容,7.2 普通调幅电路,教学目的,掌握普通调幅电路的工作原理、工作状态的选择及分析方法。,单元七 振幅调制电路,教学重点,教学难点,掌握普通调幅电路的工作原理、工作状态
13、的选择及分析方法。,普通调幅电路的工作原理、工作状态的选择。,单元七 振幅调制电路,调幅电路按照输出功率的高低，又可分为:, 7-2普通调幅电路,单元七 振幅调制电路,低电平调幅电路特点:所需的调制功率小; 输出的功率也小。,高电平调幅电路特点:所需的调制功率大; 输出的功率也大， 常置于发射机的末极。,单元七 振幅调制电路,调幅电路的特点, 7-2-1普通调幅电路的模型,模拟乘法器,加法器,乘法器的相乘增益,加法器的加权系数,单元七 振幅调制电路, 7-2-2普通调幅电路,1、模拟乘法器调幅电路,单元七 振幅调制电路,为单频信号，载波信号为 ：,模拟乘法器的输出：,则电路的输出电压：,令：,
14、为保证不失真，要求：,从表达式可知，该电路的输出信号为普通调幅波。,单元七 振幅调制电路,分析如下：设调制信号：,模拟乘法器实现普通调幅电路动画演示请点击,单元七 振幅调制电路,单元七 振幅调制电路,2、二极管平方律调幅器,分析如下：利用二极管（非线性器件）的相乘作用，可以实现调幅电路。 图中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；L、 C组成中心频率为fc、通带宽度为2F的带通滤波器。 若忽略输出电压的反作用，则二极管两端的电压为：,由式（6-5）得流过二极管的电流为：,单元七 振幅调制电路,该组合频率中含有fc、fcF的频率成分被带通滤波器选出，而其它组合频率成
15、分被滤掉。设L、C回路的谐振电阻为R0，且幂级数展开式只取前三项，则输出为：,上式中含有无限多个频率分量，其一般表达式为：,式中:,则uo(t)为普通调幅波。由于i中有用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。 该电路由于二极管工作在甲类非线性状态，因此效率不高。,单元七 振幅调制电路,它们属高电平调幅电路，一般置于大功率发射机的末级，它既利用丙类谐振放大器进行放大，又实现调幅。,（1）基极调幅电路,基极调幅电路是利用三极管的非线性特性，用调制信号来改变丙类谐振功放的基极偏压，从而实现调幅的。其电路如7.4所示：,单元七 振幅调制电
16、路,3、基极调幅和集电极调幅电路,图中，载波uc(t)通过高频变压器Tr1加到基极，调制信号u(t)通过低频变压器Tr2加到基极回路，C2为高频旁路电容，C1和Ce对高、低频均旁路，L、C谐振在载频fc上。,单元七 振幅调制电路,应是个负偏压，保证功放工作在丙类状态。,根据基极调制特性可知，在欠压状态下，集电极电流iC的基波分量振幅Icm1随基极偏压VBB(t)成线性地变化，经过LC的选频作用，输出电压uo(t）的振幅就随调制信号的规律变化，即uo(t）为普通调幅波。,式中:,则：,则发射结所加的电压为：,单元七 振幅调制电路,集电极调幅电路也是利用三极管的非线性特性，用调制信号来改变丙类谐振
17、功放的集电极电源电压，从而实现调幅的。其电路如7.5所示：,单元七 振幅调制电路,（2）集电极调幅电路,图中，载波uc(t)通过高频变压器Tr1加到基极，调制信号u(t)通过低频变压器加到集电极回路，C1、C2为均为高频旁路电容，L、C也谐振在载频fc上。该电路工作时，基极电流的直流分量IB0流过Rb，使管子工作在丙类状态。,则集电极所加的电压为：,根据集电极调制特性可知，在过压状态下，集电极电流iC的基波分量振幅Icm1随基极偏压Vcc(t)成线性地变化，经过LC的选频作用，输出电压uo(t)的振幅就随调制信号的规律变化，即uo(t)为普通调幅波。,单元七 振幅调制电路,单元七 振幅调制电路
18、,两种调幅电路的比较,本讲小结,普通调幅电路包括： 模拟乘法器调幅电路（低电平调幅） 二极管平方律调幅器（低电平调幅） 基极调幅和集电极调幅电路（高电平调幅）,单元七 振幅调制电路,本讲作业,比较基极调幅和集电极调幅电路的优缺点。,单元七 振幅调制电路,本讲导航,教学内容,7.3 双边带调幅电路,教学目的,1. 理解双边带调幅电路的工作原理及分析方法,单元七 振幅调制电路,7.4 单边带调幅电路,2. 了解单边带调幅电路的工作原理,教学重点,教学难点,双边带调幅电路的工作原理及分析方法,无,单元七 振幅调制电路,7-3-1双边带调幅电路的模型,7-3双边带调幅电路,单元七 振幅调制电路,如上图
19、7.7原理图所示，若调制信号,载波信号为:,当Um和Ucm都不很大时，乘法器工作在线性动态范围时，其输出电压为：,显然， uo(t)为双边带调幅信号。,单元七 振幅调制电路,1、模拟乘法器双边带调幅电路,1）电路和工作原理,如图7.8（a）所示, 它是由两个性能一致的二极管V1、V2及中心抽头变压器Tr1、Tr2接成平衡电路的，其中Tr1为高频变压器，初、次匝数比为21：1，Tr2为低频变压器。,单元七 振幅调制电路,2、二极管的平衡调幅电路,由于 :,而：,所以图7.8(a)可简化为7.8(b)电路。,单元七 振幅调制电路,当忽略输出电压的反作用时，由图（b）可知:,分析如下：该电路可看成是
20、由两个平方律调幅器构成的上下对称的平衡调幅器。,两个特性相同的二极管伏安表达式为：,单元七 振幅调制电路,则：,若在输出端接一个中心频率为 fc 、通带宽度为2F的带通滤波器，则得到只有(fcF)的上、下边频分量，即实现了双边带调幅。,则uo(t)中的组合频率表达式为：,可见，比单管平方律调幅来说，其组合频率分量已大为减少，其频率中已没有载波分量。如非线性幂级数展开式只取前三项，则：,若：,单元七 振幅调制电路,平衡调幅电路动画演示请点击,单元七 振幅调制电路,二极管导通、在,在实际中，为了进一步减小无用的组合频率分量，常使该电路用在大载波和小调制的情况，即 :,这时二极管可认为工作在受控制的
21、开关状态下，即在,时截止。则可画出图7.8（b）的等效电路：,单元七 振幅调制电路,2)平衡斩波调幅,图中rd为二极管导通时的电阻，S的开关函数S1(t) 为：,单元七 振幅调制电路,其中 (RLrd),S1(t)为幅度等于1、频率等于fc的方波。当cosct0时，V1、V2导通，有电流i1、i2；当cosct0时，V1、V2截止，i1=i2 =0。则可得：,单元七 振幅调制电路,S1（t）展开式为：,则由上式可知，uo(t)中的组合频率为F和(2p+1)fcF。与平衡调幅相比，其组合频率分量大大减少。如果在输出端接一个中心频率为 fc 、通带宽度为2F的带通滤波器，则可选出其中fcF分量，从
22、而就获得双边带调幅信号。,则：,设：,单元七 振幅调制电路,7.10平衡斩波调幅器的波形,比较以上各图，可以发现图（c）的波形仿佛是用开关函数S1（t）的波形去斩调制信号u(t)的波形，它被斩成频率为fc的脉冲信号，故称为平衡斩波调幅。,单元七 振幅调制电路,其各个波形如下图所示：,1,如图7.11所示，该电路由四个二极管首尾相接，组成一个环形电路。它与平衡调幅器相比，多了两个二极管V3和V4，其工作原理相似，也用在大载波、小调制信号的情况，即实现环形斩波调幅。,单元七 振幅调制电路,3、二极管环形斩波调幅电路,由图7.11可知，当uc(t) 0(cosct0)时，V1、V2导通，V3、V4截
23、止，有i1、i2电流，i3=i4 =0，如图7.11(a)所示；,且 :,若：,单元七 振幅调制电路,当uc(t) 0(cosct0)时，V3、V4导通，V1、V2截止，有i3、i4电流，i1=i2 =0，如图7.11(b)所示。所以，环形调幅器可看成由两个平衡调幅器构成的电路，又称为双平衡调幅器。,单元七 振幅调制电路,分析如下：,由7-20可知：,其中V3管加的电压为 ：,对V3、V4的作用可用开关函数来表示：,V4管加的电压为 ：,则可得：,即：,单元七 振幅调制电路,令：,S (t) 展开式为 ：,则由上式可知，u0(t)中的组合频率为(2p+1)fcF，与平衡斩波调幅相比，环形调幅输
24、出电压中没有F的频率分量，而其它分量的振幅加倍。在输出端接一个中心频率为 fc 、通带宽度为2F的带通滤波器，则可选出其中fcF分量，从而就获得双边带调幅信号uDSB(t) 。,则：,单元七 振幅调制电路,7.12环形斩波调幅器的波形,单元七 振幅调制电路,其各个波形如下图所示：,以上讲的双边带调幅电路都属于低电平调幅电路，由模拟乘法器或二极管等非线性器件来完成的。 模拟乘法器实现的调幅最理想。 二极管实现的调幅电路有三种形式，其中斩波调幅电路可以大大减少无用组合频率分量数目，使调幅效果更好。而环形斩波调幅比起平衡斩波调幅电路，其无用频率分量数目减少，且输出信号幅度增加一倍，但电路更复杂。,单
25、元七 振幅调制电路,总结：, 7-4单边带调幅电路,1、滤波法单边带调幅电路,单元七 振幅调制电路,如上图所示，在双边带调制电路的后面接入带通滤波器BPF，以滤除一个边带，只让一个边带分量输出，得到单边带调幅信号。但由于上、下两个边带信号的频率间隔为2Fmin，所以要求滤波器的衰减特性必需十分陡峭。,单元七 振幅调制电路,单元七 振幅调制电路,2、相移法单边带调幅电路,实现了上边带调制。如把图中减法器改为加法器，则可实现下边带调制。,令：,则：,即：,该电路的缺点是当调制信号为多频信号时，相移法要求对调制信号中的每个频率分量都要移相900，这实际上是比较麻烦的。,单元七 振幅调制电路,分析如下：,本讲小结,1. 双边带调幅电路包括： 模拟乘法器双边带调幅电路 二极管的平衡调幅电路（包括斩波调幅） 二极管环形斩波调幅电路 2. 单边带调幅电路包括： 滤波法单边带调幅电路 相移法单边带调幅电路,单元七 振幅调制电路,本讲作业,比较二极管的平衡调幅电路、二极管环形斩波调幅电路及各自斩波调幅电路的优缺点。,单元七 振幅调制电路,