《射频模拟电路》课件：4-12 调幅波表达式.ppt

1、上节内容回顾与扩展石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展优点：石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度。优点：石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度。从电路特性方面讲：从电路特性方面讲： (1)具有极高的空载品质因数，可达百万数量级。 (2)具有极小的接入系数，有载品质因数也很高。 （3）在串并联谐振频率之间很窄的频段内，呈感性且具有很）在串并联谐振频率之间很窄的频段内，呈感性且具有很陡峭的电抗特性曲线，具有灵敏的频率补偿能力。陡峭的电抗特性曲线，具有灵敏的频率补偿能力。缺点：一个石英晶体振荡几乎只有一个频率点，缺点：一个石英晶体振荡几乎只有一个频率点， 即单频性。即单频性。石

2、英谐振器的理想电抗曲线L石英晶体具有对频率变化的石英晶体具有对频率变化的补偿能力！补偿能力！石英谐振器串联支路的谐振频率 1qqqL C并联谐振频率 001pqqqC CLCC石英晶体只工作于两种方式：石英晶体只工作于两种方式：1、等效电感、等效电感 2、 短路元件短路元件石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展晶体振荡器的电路形式主要分为两类：晶体振荡器的电路形式主要分为两类：石英晶体在电路中作为等效电感元件使用石英晶体在电路中作为等效电感元件使用 并联型晶体振荡器；并联型晶体振荡器；石英晶体作为串联谐振元件使用，工作在串联谐振石英晶体作为串联谐振元件使用，工作在串联

3、谐振频率上频率上 -称为称为串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 。石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展并联型晶体振荡器电路举例并联型晶体振荡器电路举例1石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与上节内容回顾与扩展扩展交流等效电路？交流等效电路？串联型晶体振荡器；（晶体串联型晶体振荡器；（晶体工作在串联谐振频率上）工作在串联谐振频率上）石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与上节内容回顾与扩展扩展石英晶体不仅只有基频串联谐振频率，还石英晶体不仅只有基频串联谐振频率，还存在其它与基频成奇数倍的串联谐振频率，存在其它与基频成奇数倍的串联谐振频率，我们称之为泛音。奇数倍的关

4、系不是严格我们称之为泛音。奇数倍的关系不是严格的奇数倍，是近似的奇数倍关系的奇数倍，是近似的奇数倍关系 。泛音晶体振荡器用于振荡频率较高的场合。泛音晶体振荡器用于振荡频率较高的场合。这是因为由于制造工艺的限制，基频太高这是因为由于制造工艺的限制，基频太高时晶片的厚度太薄，很容易破损。有时在时晶片的厚度太薄，很容易破损。有时在同等条件下，泛音晶体振荡器的频率稳定同等条件下，泛音晶体振荡器的频率稳定度比基频振荡器更好。度比基频振荡器更好。石英晶体振荡器石英晶体振荡器上节内容回顾与扩展上节内容回顾与扩展基音与泛音不能同时存在！基音与泛音不能同时存在！3. .5. .3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡

5、器电路3、泛音晶体振荡器、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？如何让振荡器振荡在泛音频率上？ 串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率上！再接上晶体即成泛音振荡器。上！再接上晶体即成泛音振荡器。串联型泛音晶体振荡器3. .5. .3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？如何让振荡器振荡在泛音频率上？ 在泛音晶振电路中在泛音晶振电路中 ，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上 ，不但必须有效地抑制掉基频和低

6、次泛音上的寄生振荡不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡 而且必须正确地调节而且必须正确地调节电路的环路增益电路的环路增益 ，使其在工作泛音频率上略大于，使其在工作泛音频率上略大于 1 ，满足起振条件，满足起振条件 ，而在更高的泛音频率上都小于而在更高的泛音频率上都小于 1 ，不满，不满 足起振条件。足起振条件。3. .5. .3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？如何让振荡器振荡在泛音频率上？ 假设泛音晶振为五次泛音假设泛音晶振为五次泛音 ，标称频率为，标称频率为MHz ，基频为，基频为MHz ，则则 回路必须调谐在三

7、次和五次泛音频率之间。回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。这样这样 ，在，在MHz 频率上，频率上， 回路呈容性回路呈容性 ， 振荡电路满足组成法则振荡电路满足组成法则。对于基频和三次泛音频率来说。对于基频和三次泛音频率来说 ， 回路呈感性回路呈感性 ， 电路不符合组成法则电路不符合组成法则 ，不能起振。，不能起振。而在七次及其以上泛音频率而在七次及其以上泛音频率 ， 回路虽呈现容性回路虽呈现容性 ， 但等效容抗减小但等效容抗减小 ，等效，等效C1电容电容量太大，量太大，负载阻抗过小，负载阻抗过小，从而使电路的电压放大倍数减小从而使电路的电压放大倍数减小 ，环路增益小于，环路增益小于 1 ，

8、不满足振幅起振条件。不满足振幅起振条件。 例 ：某一晶体振荡器如图所示。解：交流等效电路如图所示。(1)说明 和390pF组成的回路的作用。H8 . 3(2)若把晶体换成8MHz和2.5MHz能否振荡?(1) 和390pF的并联谐振频率为：H8 . 3MHzf14. 410390108 . 3211260（2）4.14MHz=f02.5MHz，回路对于，回路对于2.5MHz呈现感性，呈现感性，不满足三点法则，所以把晶体换为不满足三点法则，所以把晶体换为2.5MHz，该电路不能，该电路不能起振。起振。 4.14MHz=f08MHz，回路对于，回路对于8MHz呈现容性，满呈现容性，满足三点法则，但

9、等效的容抗太小，该电路不能起振。足三点法则，但等效的容抗太小，该电路不能起振。3. .5. .3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路振荡器知识拓展振荡器知识拓展l放大器产生的寄生振荡放大器产生的寄生振荡l间歇振荡间歇振荡l集成振荡器集成振荡器1. 寄生振荡的危害寄生振荡的危害寄生振荡现象寄生振荡现象2. 寄生振荡的类型及产生原因寄生振荡的类型及产生原因晶体管高频功率放大器由内反馈产生寄生振荡的等效电路晶体管高频功率放大器由内反馈产生寄生振荡的等效电路2. 寄生振荡的类型及产生原因寄生振荡的类型及产生原因3. 寄生振荡寄生振荡的排除和防止措施的排除和防止措施1. 间歇振荡间歇振荡2. 自偏压的

10、建立过程自偏压的建立过程图图 电容三端振荡电容三端振荡器的自偏置电路器的自偏置电路电电路路的的偏偏置置电电压压EeCC2b1b2bEBBEIRVRRRVVV称为称为3. 频率占据（或牵引）频率占据（或牵引）4. 频率拖曳现象频率拖曳现象集成振荡器集成振荡器第四章第四章 调制与解调调制与解调l4-1 概述概述l4-3 振幅调制与解调（振幅调制与解调（1，2，3，4）l4-4 角度调制与解调角度调制与解调l4-5 角度调制波的基本特性（角度调制波的基本特性（1，2，3）l4-6 直接调频回路（直接调频回路（1）l4-7间接调频回路（间接调频回路（1，2）l4-8 调频波的解调（调频波的解调（1，2

11、，3）调制，就是让高频振荡信号的某个参数，例如振幅、调制，就是让高频振荡信号的某个参数，例如振幅、 频率、相位，随调制信号的大小而线性变化的过程。频率、相位，随调制信号的大小而线性变化的过程。l调制信号可以是数字的，也可以是模拟的，通常用调制信号可以是数字的，也可以是模拟的，通常用 f（t）或或v表示。表示。l未受调制的高频振荡信号称为载波。未受调制的高频振荡信号称为载波。l已调制后的高频振荡波称为已调信号，它带有调制信已调制后的高频振荡波称为已调信号，它带有调制信号的特征信息。号的特征信息。解调是调制的逆过程，其作用是从已调信号中取出调制解调是调制的逆过程，其作用是从已调信号中取出调制信号。

12、信号。 cosccmcvVt第四章第四章 调制与解调调制与解调第四章第四章 调制与解调调制与解调4-1 概述概述l重点讨论模拟信号的调制与解调，即振幅调制重点讨论模拟信号的调制与解调，即振幅调制(AM)、频率调制、频率调制(FM)及相位调制及相位调制(PM)。其中。其中振幅调制振幅调制属于频谱的线性变换，而属于频谱的线性变换，而频率调制频率调制及及相位调制相位调制则属于频谱的非线性变换。则属于频谱的非线性变换。l什么是频谱的线性变换？什么是频谱的线性变换？ 第四章第四章 调制与解调调制与解调l4-2 频谱的线性变换频谱的线性变换l线性的特点：信号频谱不失真的搬移。线性的特点：信号频谱不失真的搬

13、移。l非线性的特点：对信号频谱进行特定的非线性变换，非线性的特点：对信号频谱进行特定的非线性变换，产生新的频谱结构。产生新的频谱结构。频域中的频谱搬移对应于时域中的两信号相乘，可以实现相乘频域中的频谱搬移对应于时域中的两信号相乘，可以实现相乘的器件有二极管、三极管、场效应管、模拟乘法器等，是利用的器件有二极管、三极管、场效应管、模拟乘法器等，是利用器件的非线性来完成的。器件的非线性来完成的。例例1 tvvtvvavi222111cos,cos其他见教材其他见教材P262-2634-3 振幅调制与解调振幅调制与解调l4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达普通振幅调制波的基本特性及其数学表

14、达式式 振幅应正比于信息 ( )f t高频载波 cosccmcvVt调幅波 ( )cos1coscmacacmccmv tVk fttkVfttV比例系数 ak调制信号为单音余弦波 ( )cosf tVtc ( )1coscos1coscosacmccmcmack Vv tVttVVmtt调幅指数 aacmk VmV已调载波的振幅 (1cos)cmaVmt振幅最大值 (1)cmaVm振幅最小值 (1)cmaVm ( )cos1coscmacacmccmv tVk fttkVfttV调幅波调幅波 ( )coscoscos11coscos()cos()22cmcacmccmcacmcacmcv t

15、Vtm VttVtm Vtm VtcccmV振幅 12cmaV m单音调幅波由三个频率分量组成 ：载频振幅上边频下边频c( )1coscos1coscosacmccmcmack Vv tVttVVmttl4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 普通调幅波的波形、频谱l4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 l4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 普通调幅波的矢量合成 载波 为静止矢量OC，c长度cmV边频 CB”矢量长度为以角速度 顺时针方向旋转边频

16、CB矢量长度为12cmaV m12cmaV m以角速度 逆时针方向旋转两个矢量的合成矢量的方向或与OC矢量方向一致，或者反相。总的合成矢量方向不变，仅长短变化，形成调幅波。普通调幅波的矢量合成 角频率与角速度的概念？角频率与角速度的概念？角频率用单位角频率用单位r/s(转每秒）转每秒） 因此因此它表示的物理量是频率。它表示的物理量是频率。 角速度用单位角速度用单位rad/s(弧度每秒）弧度每秒） 因此它是一个速度量。因此它是一个速度量。 另外：角频率可理解为圆周上另外：角频率可理解为圆周上一点每秒转过的圈数一点每秒转过的圈数 。采用参。采用参考圆法考圆法,那么参考点以角速度那么参考点以角速度旋

17、转时旋转时,它的投影就代表了给定它的投影就代表了给定的简谐振动的位移规律的简谐振动的位移规律.这时参这时参考点的角速度跟振动的角频率考点的角速度跟振动的角频率相对应。相对应。(1)cmaVmam调幅波的振幅的最小值为使调幅波的包络不失真， 总是小于等于1，否则会产生过调幅失真（调幅指数大于1时）。1aacmk VmV峰值调幅指数 maxcmacmVVmV上谷值调幅指数 mincmacmVVmV下l4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 c( )coscmctVtvtV cosv0am1am10a m1am调幅波的波形调幅波的波形l4-3-1普通振

18、幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 调幅波的功率调幅波的功率 载波作用在单位电阻上的功率 212OTcmPV时变振幅 (1cos)cmaVmt( )coscoscos11coscos()cos()22cmca cmccmca cmca cmcv tVt mVttVtmVtmVt 作用在 电阻上的功率为？ 1l4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 2221(1cos)(1cos)2cmaOTaPVmtPmt最大状态功率 2max(1)OTaPPm最小状态功率 2min(1)OTaPPm调制信号的一个周期内的平均

19、功率 221(1cos)(1)2avOTaOTaPPmtdtPm 作用在 电阻上的功率为 1212avOTaOTOTSBPPm PPP( )coscoscos11coscos()cos()22cmcacmccmcacmcacmcv tVtmVttVtmVtmVt 上下频分量的功率之和 212SBaOTPm P上下边频分量的振幅相等，功率也相等。 214aOTSBSBPPm P下上调幅波所占的频带宽度为：maxmaxmaxmax()()2222ccBFmaxF调制信号的最高频率 4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 4-3-1普通振幅调制波的基本

20、特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 maxmaxmaxmax() ()2222ccBFtVtVtVvnn2211coscoscos ttmtmtmVtvcnanaacmcoscoscoscos12211当为复杂信号时，例如调幅波4-3-1普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式普通振幅调制波的基本特性及其数学表达式 例某一调幅波，其载波功率，(I)若调幅系数 0.3，求边频功率。(2)若调幅系数 1，求边频功率及最大状态功率。解：(1) 0.3 (2) 1时， 最大状态功率： 150OTPWamamamam2210.321506.75()22SBSSBaOTPPm PW21

21、1215075()22SBSSBaOTPPm PW2max(1)1504600()OTaPPmW4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)l抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(DSB) ttfVtvccmDSBcos带宽带宽=？maxmaxmaxmax() ()2222ccBFl抑制载波的单边带调制抑制载波的单边带调制(SSB) 对DSB再将一个边带抑制掉，仅传输一个边带，这种调制方式称为单边带调制(SSB) lSSB占据频带宽度为？ 4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)maxFBSSBSSB信号的波形图？信号的波

22、形图？l例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。l 解： （1）DSB的波形4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)2000cos()(tAtfm SD S B (t)t04.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)l例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。 解： （2）SSB的波形)2000cos()(tAtfmtAttttAtSmmSSB)2000102(c

23、os)102sin()2000sin()102cos()2000cos()(444SS S B (t)t04.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)l例1：设调制信号f(t)为, 载波频率为10KHZ。试画出相应的DSB和SSB 信号波形图及ma=0.75时的AM的波形图。解： （3）AM的波形)2000cos()(tAtfmttAtSAm40102cos)2000cos(75. 01)(SAM(t)0?1ms用模拟乘法器实现调幅。lAM:4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)BPF用模拟乘法器实现调幅。lDSB:4.3.

24、2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)BPF4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)用模拟乘法器实现调幅。lSSB?2、移相法、移相法缺点：缺点：Fmax/Fmin很大，则在很大，则在很宽的频率很宽的频率范围内移相范围内移相90 也极困难。也极困难。 4.3.2 双边带调制双边带调制(DSB)和单边带调制和单边带调制(SSB)用模拟乘法器实现调幅。lSSB?3、修正移相法、修正移相法f(t)V1COSw1tCOS(w1- )tSin(w1- )t优点：避免了对优点：避免了对f(t)的的90 移相，仅对单频率移相，仅对单频率 1，

25、 2移相移相( 1， 2是固定频点是固定频点)。 l高电平调制高电平调制 （集电极调幅、基极调幅）（集电极调幅、基极调幅）l低电平调制低电平调制1、模拟乘法器调幅、模拟乘法器调幅lMC1496lMC1596lAD834lAD8354.3.3 振幅调制电路振幅调制电路低电平调制低电平调制 2、平方律调幅、平方律调幅4.3.3 振幅调制电路振幅调制电路场效应管具有典型的平方律特性，可用平方律一般特性描述。平衡调幅电路平衡调幅电路低电平调制低电平调制 3、斩波调幅、斩波调幅4.3.3 振幅调制电路振幅调制电路 斩波调幅：斩波调幅：( )f t2cc( )f t开关函数：当载波处于正半周时，它的幅度为

26、1，负半周时幅度为0。 用载波频率的变化来通断 ，把信号 “斩”成周期为 的间断信号，再通过中心频率 为的带通滤波器取出调幅信号。1cos0( )0cos0cctS tt4.3.3 振幅调制电路振幅调制电路 斩波调幅：开关函数：当载波处于正半周时，它的幅度为1，负半周时幅度为0。 1cos0( )0cos0cctS tt4.3.3 振幅调制电路振幅调制电路 ttttftStfvaccc5cos523cos32cos221波形？波形？为提高调幅信号的幅度，还可采用双向斩波 。双向开关函数 *24( )coscos3ccS ttt4.3.3 振幅调制电路振幅调制电路 24( )coscos3accv tf ttt (P 322-325)l4-2 l4-3l4-4l4-6l4-7 l4-8l4-9l4-10l4-12 Please hand your home work on time！