第6章频谱变换电路.ppt

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1、第第6 6章章 频谱变换电路频谱变换电路6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 模拟乘法器模拟乘法器6.3 6.3 普通幅度调制及解调电路普通幅度调制及解调电路6.3.1 幅度调制幅度调制6.3.2 普通调幅波的产生电路普通调幅波的产生电路6.3.3 普通调幅波的解调电路普通调幅波的解调电路6.4 抑制载波调幅波的产生和解调电路抑制载波调幅波的产生和解调电路6.4.1 抑制载波调幅波的产生电路抑制载波调幅波的产生电路6.4.2 DSB/SC AM波解调电路波解调电路6.5 混频电路混频电路6.6 倍频器倍频器6.7 调角波的基本性质调角波的基本性质6.7.1 瞬时相位和瞬时频率的概念瞬时相位和

2、瞬时频率的概念6.7.2 调角波和调频波调角波和调频波6.8 直接调频电路直接调频电路6.8.1 变容二极管调频电路变容二极管调频电路6.8.2 晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器直接调频电路6.8.3 电容话筒调频电路电容话筒调频电路6.8.4 电抗管调频电路电抗管调频电路6.9 间接调频电路间接调频电路6.10 调频波的解调调频波的解调6.10.1 斜率鉴频器斜率鉴频器6.10.2 相位鉴频器相位鉴频器6.10.3 比例鉴频器比例鉴频器6.10.4 移相乘积鉴频器移相乘积鉴频器6.10.5 脉冲均值鉴频器脉冲均值鉴频器*6.10.6 锁相环鉴频器锁相环鉴频器*6.10.7 跟相环鉴频器跟相环

3、鉴频器6.11 限幅器限幅器6.11.1 晶体二极管限幅器晶体二极管限幅器6.11.2 晶体三极管限幅器晶体三极管限幅器6.1 6.1 概概 述述1.1.什么叫频谱变换电路？什么叫频谱变换电路？具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。例如，倍频就是将频率较低的信号通过倍频变换成频例如，倍频就是将频率较低的信号通过倍频变换成频率较高的信号。又如，调幅波就是将频率很低的音频信号率较高的信号。又如，调幅波就是将频率很低的音频信号或视频信号调制到高频的幅度

4、上去。再如，检波电路就是或视频信号调制到高频的幅度上去。再如，检波电路就是将载有音频信号或视频信号还原成音频信号或视频信号。将载有音频信号或视频信号还原成音频信号或视频信号。频谱变换电路频谱变换电路频谱搬移电路频谱搬移电路频谱非线性频谱非线性变换电路变换电路调幅及解调电路调幅及解调电路混频电路混频电路倍频电路倍频电路普通调幅及解调电路普通调幅及解调电路单边带调幅解调电路单边带调幅解调电路双边带调幅解调电路双边带调幅解调电路调频电路调频电路调频波的解调调频波的解调电路限幅器电路限幅器直接调直接调频电路频电路间接调间接调频电路频电路变容二极管调频电路变容二极管调频电路晶体管振荡器直接调频电路晶体管

5、振荡器直接调频电路电容话筒调频电路电容话筒调频电路电抗管调频电路电抗管调频电路斜率鉴频器斜率鉴频器 相位鉴频器相位鉴频器 比例鉴频器比例鉴频器 移相乘积鉴频器移相乘积鉴频器 脉冲均值鉴频器脉冲均值鉴频器 锁相环鉴频器锁相环鉴频器 跟相环鉴频器跟相环鉴频器2.分类分类6.2 6.2 模拟乘法器模拟乘法器 本节主要介绍变跨导式模拟乘法器。变跨导式模拟乘本节主要介绍变跨导式模拟乘法器。变跨导式模拟乘法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导的原理而形成的，其的原理而形成的，其符号见下图。符号见下图。一般表达式为：一般表达式为：21iiouku

6、u 6.3.1 6.3.1 幅度调制幅度调制 用调制信号去控制高频振荡器的幅度，使其幅度的变用调制信号去控制高频振荡器的幅度，使其幅度的变化量随调制信号成正比的变化，这一过程叫做化量随调制信号成正比的变化，这一过程叫做调制调制。经过。经过幅度调制后的高频振荡称为幅度调制波幅度调制后的高频振荡称为幅度调制波(简称调幅波简称调幅波)。根根据频谱结构的不同据频谱结构的不同可分为普通调幅可分为普通调幅(AM)波，抑制载波的双波，抑制载波的双边带调幅边带调幅(DSB/SC AM)波和抑制载波的单边带调幅波和抑制载波的单边带调幅(SSB/SC AM)波。波。6.3 6.3 普通调幅波的产生和解调电路普通调

7、幅波的产生和解调电路 设调制信号为设调制信号为u(t)，其，其0)(tu，载波为：，载波为：tUtuccmccos 根据调幅的定义，已调高频振荡的幅度变化量应和调制根据调幅的定义，已调高频振荡的幅度变化量应和调制信号成正比，则其包络函数信号成正比，则其包络函数U(t)为为)|)(|)(1()()(maxtutumUtukUtUacmacm则已调波为：则已调波为：ttutumUttUtucacmcAMcos|)(|)(1)cos()()(max式中式中cmaaUtukmmax|)(|为调幅系数（或调制指数），它表示为调幅系数（或调制指数），它表示 1.幅度调制的特性幅度调制的特性调幅波幅度的最大

8、变化量与载波振幅之比，一般调幅波幅度的最大变化量与载波振幅之比，一般0ma1。载波信号的频谱函数为载波信号的频谱函数为Uc()，则，则)()()(ccmccmcUUU6.3.2则则uAM(t)的频谱函数为的频谱函数为)()(2)()()(cccmacccmAMUUUmUU其对应的波形和频谱函数如图所示。其对应的波形和频谱函数如图所示。6.3.3调幅信号及其频谱调幅信号及其频谱 高于高于c的频率分量称为上边带，低于的频率分量称为上边带，低于c的频率分量称的频率分量称为下边带。普通调幅波有上下两个边带，它是一个集中在为下边带。普通调幅波有上下两个边带，它是一个集中在c附近的频带信号，所占带宽为最高

9、调制频率的两倍，即附近的频带信号，所占带宽为最高调制频率的两倍，即 BAM=2m 由式由式6.3.3可见，载波分量的振幅与调制信号无关，只有可见，载波分量的振幅与调制信号无关，只有边带幅度随调制信号的变化而改变。边带幅度随调制信号的变化而改变。普通幅度调制波功率利用率很低，为了克服这个缺点普通幅度调制波功率利用率很低，为了克服这个缺点,可以只发射边带而不发射载波。这叫做抑制载波的双边带可以只发射边带而不发射载波。这叫做抑制载波的双边带调幅调幅(DSB/SC AM)。其时域表达式为其时域表达式为uDSB(t)=u(t)cosct6.3.4其频谱变换为其频谱变换为)()(21)(ccDSBUUU6

10、.3.5 显然，利用模拟乘法器很容易实现抑制载波的双边带调显然，利用模拟乘法器很容易实现抑制载波的双边带调幅波。其电路模型、波形和频谱示幅波。其电路模型、波形和频谱示如图所示如图所示。DSB/BC DSB/BC 的电路模型、信号波形及频谱图的电路模型、信号波形及频谱图 2.DSB/SC AM的特点的特点 信号的幅度仍然是随调制信号而变化，但与普通信号的幅度仍然是随调制信号而变化，但与普通AM波不同，它的包络不再能反映调制信号的形状，可是仍然波不同，它的包络不再能反映调制信号的形状，可是仍然保持着保持着AM波所具有的频谱搬移特性。波所具有的频谱搬移特性。在调制信号正半周区间的载波相位与调制信号负

11、半周在调制信号正半周区间的载波相位与调制信号负半周的载波相位反相。即高频振荡的相位在的载波相位反相。即高频振荡的相位在u(t)=0的瞬间有的瞬间有180的突变。的突变。信号所占频谱带宽仍为信号所占频谱带宽仍为BDSB=2m。为了既节省发射功率，又减小频带，可以只发射一个为了既节省发射功率，又减小频带，可以只发射一个边带，因为任何一个边带都反映了调制信号全部信息。边带，因为任何一个边带都反映了调制信号全部信息。这种传输一个边带的调制方式称为抑制载波的单边带调这种传输一个边带的调制方式称为抑制载波的单边带调幅（幅（SSB/SC AM），其频谱如图所示。），其频谱如图所示。SSB/SC AM信号的频

12、谱图信号的频谱图6.3.2 6.3.2 普通调幅波的产生电路普通调幅波的产生电路 在无线电发射机中，按功率电平的高低，普通调幅电在无线电发射机中，按功率电平的高低，普通调幅电路可分为高电平调制电路和低电平调制电路两大类。前者路可分为高电平调制电路和低电平调制电路两大类。前者属于发射机的最后一级，直接产生发射机输出功率要求的属于发射机的最后一级，直接产生发射机输出功率要求的已调波；后者属于发射机前级产生小功率的已调波，再经已调波；后者属于发射机前级产生小功率的已调波，再经过线性功率放大达到所需的发射机功率电平。过线性功率放大达到所需的发射机功率电平。现设载波电压为现设载波电压为 uc(t)=Uc

13、mcosct 调制电压为调制电压为 u=Ec+Umcost 上两式相乘得到普通振幅调制信号上两式相乘得到普通振幅调制信号6.3.66.3.7 式中，式中，ma称为调幅系数称为调幅系数(或调制指数或调制指数)，它表示调幅波的幅，它表示调幅波的幅度的最大变化量与载波振幅之比，即幅度变化量的最大值。度的最大变化量与载波振幅之比，即幅度变化量的最大值。显然显然0ma1，否则已调波会产生失真。，否则已调波会产生失真。根据根据6.3.8式，我们可以采用乘法电路实现它。式，我们可以采用乘法电路实现它。ttmUttUEKUtUtUEKtucascmccmccmmcscoscos1 coscos coscos)

14、(6.3.86.3.3 6.3.3 普通调幅波的解调电路普通调幅波的解调电路 解调是调制的逆过程。幅度调幅波的解调简称检波，其解调是调制的逆过程。幅度调幅波的解调简称检波，其作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号来。从频谱上作用是从幅度调制波中不失真地检出调制信号来。从频谱上看，就是将幅度调制波的边带信号不失真地搬到零频附近。看，就是将幅度调制波的边带信号不失真地搬到零频附近。因此幅度调制波的解调电路也属于频谱搬移电路。需要用乘因此幅度调制波的解调电路也属于频谱搬移电路。需要用乘法器来实现这种频谱搬移作用，其电路模型法器来实现这种频谱搬移作用，其电路模型如图所示如图所示。普通调幅波检波器常采

15、用晶体三极管检波，二极管检波普通调幅波检波器常采用晶体三极管检波，二极管检波和模拟乘法器解调。目前应用较多的是后两种。和模拟乘法器解调。目前应用较多的是后两种。幅度调制波解调电路模型幅度调制波解调电路模型 1.二极管串联型大信号检波器二极管串联型大信号检波器 如图所示如图所示，检波器电路由三部分组成：信号输入电，检波器电路由三部分组成：信号输入电路，一般是中放末级输出电路；检波二极管，利用单向导路，一般是中放末级输出电路；检波二极管，利用单向导电性进行检波；检波器负载电路，即低通滤波器。这种滤电性进行检波；检波器负载电路，即低通滤波器。这种滤波器一般要求输入信号大于波器一般要求输入信号大于0.

16、5V，因此也称大信号检波器。，因此也称大信号检波器。检波器等效电路检波器等效电路 幅度调制中频信号经过检波二极管后得到的是幅度调制中频信号经过检波二极管后得到的是如图所示如图所示的波形。再经过低通滤波器后，滤除高次谐波，得到所需的的波形。再经过低通滤波器后，滤除高次谐波，得到所需的调制信号。其物理解释如下：调制信号。其物理解释如下：经过检波二极管后的输经过检波二极管后的输出波形是幅度被调制的尖顶出波形是幅度被调制的尖顶余弦脉冲，由于低通滤波器余弦脉冲，由于低通滤波器是由滤波电容是由滤波电容C和负载电阻和负载电阻R组成，充电时间常数由组成，充电时间常数由RDC决定决定(RD为二极管的正为二极管的正向电阻向电阻)，其充电时间常数小而，其充电时间常数小而放电时间常数放电时间常数RC大。故调大。故调制包络可以保留下来，然后经过隔直流耦合电容制包络可以保留下来，然后经过隔直流耦合电容Cc，隔除了，隔除了直流分量。所以输出信号只有调制的包络信号。实现了幅度直流分量。所以输出信号只有调制的包络信号。实现了幅度检波过程的波形检波过程的波形调制的目的。调制的目的。2.2.普通调幅波的同步解调普通调幅波的