振幅调制、解调与混频电路PPT课件下载推荐.ppt

1、频率变换电路频谱搬移电路（线性变换）频谱非线性变换电路振幅调制与解调、混频、频率调制与解调电路振幅调制与解调、混频、频率调制与解调电路频谱搬移电路频谱搬移电路：将输入信号的频谱沿频率轴搬移。仅频谱搬移，不产生新的频谱分量频谱非线性变换电路频谱非线性变换电路：将输入信号的频谱进行特定的非线性变换。产生新的频谱分量3通信工程学院注意：线性与非线性仅针对频域，而对于时域则都属于非线性变换。信号的三种表示法：表达式、波形图、频谱图载 波复音调制波单音调制波频 谱波 形表达式信号4通信工程学院本章主要用到的信号系统知识点：公式定理以及常用三角公式傅里叶级数展开泰勒级数展开5通信工程学院4.1 4.1 频

2、谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型4.1.1 4.1.1 频谱搬移电路的组成模型频谱搬移电路的组成模型调幅AM（Amplitude Modulation）普通调幅，基础 DSB（Double Sidebamd Modulation）抑制载波的双边带调幅 SSB（Single Sideband Modulation）抑制载波的单边带调幅 6通信工程学院一、一、AMAM信号及其电路组成模型信号及其电路组成模型1.电路组成模型AM信号：载波信号振幅在原值上下按照低频（调制）信号规律变化，即：未经调制的输出载波电压振幅取决于调幅电路的比例常数要求：7通信工程学院组成模型:加法器+相乘器图中，A

3、M：相乘器乘积系数；A：相加器的加权系数；且 A=k，AM AVcm=ka。8通信工程学院2.单音调制调制信号已调信号式中 Vm0（1+Ma cos t）：vO（t）的振幅，反映调制信号的变化，称为调幅信号的包络。9通信工程学院表征调幅信号的重要参数。最大振幅最小振幅否则产生过调幅失真调幅度10通信工程学院频谱频谱单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成单音调制时调幅信号的频谱：由三个分量组成角频率为角频率为 的载波分量；的载波分量；角频率为角频率为 的上边频分量；的上边频分量；角频率为角频率为 的下边频分量的下边频分量两边频为相乘器对两边频为相乘器对 v（t）和和 vc（t）相乘的结果，负半

4、频率部相乘的结果，负半频率部分没画。分没画。上下两个边频特点：上下两个边频（带带）对称对称,成镜成镜像。像。11通信工程学院3.复杂音调制调制信号v（t）为非余弦的周期信号，其傅里叶展开式为式中，nmax=max/=Fmax/F，max=2Fmax 为最高调制角频率，其值小于 c。已调信号12通信工程学院频谱13通信工程学院BWAM=2Fmax频谱宽度结论调幅电路组成模型中的相乘器可对 v（t）和 vc（t）实现相乘运算，其结果：在波形上，将 v（t）不失真地转移到载波信号振幅上；在频谱上，将 v（t）的频谱不失真地搬移到的 c 两边；复杂音调制的调制度Ma是各个单音调制度的平方和开根号。14

5、通信工程学院4.一般理论性推导（补充）已调信号式中 为外加的直流分量（目的是为了包络检波），为调制信号，载波角频率。不产生过调幅失真的条件时域15通信工程学院频域16通信工程学院17通信工程学院5.功率单音调制时调幅信号电压在载频信号一个周期内的平均功率：式中，：载波分量产生的平均功率。18通信工程学院 P（t）在一个调制周期内平均功率：上、下边频分量的功率，称为边频功率。讨论与调制效率的关系？AM的调制效率如何？19通信工程学院二、双边带和单边带调制电路组成模型二、双边带和单边带调制电路组成模型1.双边带调制信号目的：为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只

6、发送边带信号。定义：仅传输两个边频的幅度调制方式称为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制。20通信工程学院21通信工程学院组成模型讨论其包络与调制信号不一致；调制效率高；信号的带宽与AM信号一样。22通信工程学院2.单边带调制信号定义：仅传输一个边带（上边带或下边带）的调制方式称为单边带调制。目的：节省发射功率；频谱宽度压缩一半，BWSSB=Fmax。实现模型滤波法 相乘器：产生双边带调制信号；滤波器：取出单边带信号。23通信工程学院24通信工程学院实现模型相移法相乘器、90 相移器、相加器组成25通信工程学院相乘器I相乘器II26通信工程学院对于复杂信号调制上面的模型也成立。27通信工程学院

7、28通信工程学院4.1.2 4.1.2 振幅解调和混频电路的组成模型振幅解调和混频电路的组成模型特点：均实现频谱不失真地搬移，两类组成模型类似。一、振幅解调电路一、振幅解调电路振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波电路（Detector）。本质：将振幅调制信号频谱不失真地搬回零频附近，也是一种频谱搬移电路。定义29通信工程学院组成模型：同步信号：已调信号30通信工程学院低通滤波器31通信工程学院讨论同步信号必须与输入信号保持严格同步（同频/同相），即相干，否则检波性能会下降。相乘器输出电压并经过低通滤波之后的有用分量为另一种非同步检波电路包络检波电路。32通信工程学院二、混频电路二、

8、混频电路（Mixer/Mixer/ConvertorConvertor）1.作用频谱搬移：将载频为 fc 的已调信号 vS（t）不失真地变换为载频为 fI 的已调信号 vI（t）。vL（t）：本振电压，fL：本振频率。vI（t）：中频频率（Intermediate Frequency,IF）。33通信工程学院fL、fI、fc 之间的关系为下混频（Down-Convertor）上混频（Up-Convertor）2.组成模型或34通信工程学院35通信工程学院4.1.3 4.1.3 小结小结振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路都属于频谱搬移电路，它们都可以用相乘器和相应滤波器组成的模型来实现。相乘器

9、的作用就是将输入信号频谱不失真地搬移到参考信号频率的两边，或者说，输入信号频谱向左右搬移参考信号频率的数值。滤波器则是取出有用分量，抑制无用分量。36通信工程学院电路类型输入信号参考信号滤波器振幅调制电路调制信号载波信号带通振幅检波电路已调振幅调制信号同步信号低通混频电路已调信号本振信号带通37通信工程学院4.2 4.2 相乘器电路相乘器电路 实现：利用非线性器件。类别 电阻性电抗性按非线性器件按输入信号注入方式两输入信号加到同一器件输入端两输入信号加到不同器件输入端38通信工程学院4.2.1 4.2.1 非线性器件的相乘作用及其特性非线性器件的相乘作用及其特性一、非线性器件相乘作用的一般分析

10、一、非线性器件相乘作用的一般分析二极管、晶体管的交流伏安特性可表示为：式中，v=VQ+v1+v2VQ：静态工作点电压，v1、v2：输入电压。将f（v）在VQ处进行泰勒展开：39通信工程学院由于所以讨论：在两个电压同时作用下，响应电流中：出现了两个电压的相乘 2a2v1v2，（m=1，n=2）出现了无用高阶相乘项，（m 1，n 2）。设 则组合频率分量p,q=|p1 q2|，（p，q=0，1，2，）（p+q）为偶数的组合频率分量均是由级数中n大于或等于（p+q）的各偶次方项产生的；（p+q）为奇数的组合频率分量均是由级数中n大于或等于（p+q）的各奇次方项产生的。40通信工程学院产生频率分量，其

11、最高谐波次数为n。消除无用组合频率分量的措施：从器件的特性考虑。选用具有平方律特性的场效应管；选择合适的静态工作点；从电路考虑。采用多个非线性器件组成平衡电路；采用补偿或负反馈技术；从输入电压大小考虑。限制信号值使器件工作在线性时变状态，可以获得优良的频谱特性。41通信工程学院二、线性时变状态二、线性时变状态1.线性时变表达式将 i=f（VQ+v1+v2）在（VQ+v1）点上对 v2 进行泰勒级数展开，即式中42通信工程学院若 v2 很小，上式简化为 f（VQ+v1）和 f（VQ+v1）是与v2无关的系数，但受v1影响，称为时变系数时变系数或时变参量时变参量。时变静态电流时变增量电导i与v2之

12、间的关系是线性的，类似于线性器件，但是它们的系数是时变的，因此将这种器件的工作状态称为线性时变。这种状态十分适宜于构成频谱搬移电路。43通信工程学院2.频率成分若 v1=V1mcos1t，它的傅里叶展开式式中与v2相乘组合频率分量仅为，且无用频率分量与有用分量间隔容易设计得较大（），便于滤波。44通信工程学院三、半导体器件的线性时变模型三、半导体器件的线性时变模型1.二极管v1=V1mcos1t 足够大，设 VQ=0，则在 v1 作用下，I0（v1）、g（v1）的波形如图：引入 K1（1t）代表高度为 1 的单向周期性方波，称为单向开关函数：45通信工程学院则 g（t）和 I0（t）可分别表示

13、为因此，对右图中电路，当 v1 足够大，v2 足够小时，通过二极管电流46通信工程学院二极管用受 v1（t）控制的开关等效是线性时变工作状态的一个特例，对v1,v2取值有要求。它可进一步减少组合频率分量。这种状态称为开关工作状态。47通信工程学院2.差分对管特点：由多个非线性器件组成的平衡式电路，v1 和 v2 分别加在不同的输入端，实现 f（v1）和 f（v2）相乘的特性。牢记公式：48通信工程学院即差分对管工作在线性时变状态。差分对管差模特性差模输入：v1=V1mcos 1t若有：I0=A+Bv2A 和 B 为常数，代入差模特性，差分对管输出差值电流为：49通信工程学院结论：利用两管的平衡

14、抵消原理，差分对管的输出电流中减少了直流分量与 p 为偶数的众多组合分量。式中是（2n-1）次谐波分量的分解系数50通信工程学院x10.00.51.01.52.02.53.04.05.07.010.0 1（x1）0.00000.12310.23560.33050.45080.46310.50540.55860.58770.61120.62570.6366 3（x1）0.0000-0.0046-0.0136-0.0271-0.0435-0.0611-0.1214-0.1571-0.1827-0.2122 5（x1）0.00000.002260.00970.03550.05750.08310.12

15、7351通信工程学院当 x1 很大（x1 10，即 V1m 260 mV）时，趋于周期性方波，可近似用双向开关函数 K2（1t）表示，即52通信工程学院优点：相比二极管电路，双差分对电路无直流分量，幅度加倍。不必将v2限制在很小数值内，只要保证I0受到v2线性控制即可。53通信工程学院线性时变器件适宜构成频谱搬移电路的原因：线性时变器件输出电流中存在众多组合频率分量，但无用分量均远离有用分量，易于滤波。两种非线器件实现线性时变工作比较：四、小结与展望四、小结与展望二极管差分对管 组 成单个非线性器件多个非线性器件（差分对管）组成平衡式电路 特 点信号加在同一器件输入端 信号加在不同器件输入端 v2 幅度受限v2 幅度不受限，（线性）输出电流无 q=1，p 为偶数组合频率分量同左，且无平均分量54通信工程学院非线性器件构成相乘器电路的两种模式：v1 和 v2 直接相乘。必须采取平衡、反馈等措施消除无用的高阶相乘项，并扩展两输入信号电压的动态范围。应用于频谱搬移电路，信号处理电路。例：对数-