[转] 模拟调制解调电路原理

Posted 2020-08-24

 

 

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一、正弦信号的幅度调制

　　用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度的过程称为幅度调制(或调幅)。

　　既然高频载波的幅度随低频调制波而变，所以已调波同样随时间而变。即有

式中m是调幅波的调制系数(调幅度)。

，，

　　同时当m＜1时，实现了不失真的调制，而当m＞1时，调制后的波形包络线，将与调制波不同，即产生了失真，或称超调。

利用三角公式将调制波表达式展开，可得：

　　式子表明，载波信号经单一信号调制后将出现三个频率分量，即载波频率分量fc，上边频分量fc+F，下边频分量fc-F。其频谱图如图所示：

　　由频谱图可见，幅度调制在频域上是将调制信号F搬移到了载频的两边，其实质是一种频率变换。其带宽为：

　　在实际应用中，调制信号不是单一频率，例如：我们的讲话的语音信号，其信号频率为几百至几千赫，经调制后，各个频率产生了各自的上边频和下边频，叠加后形成了上边带和下边带，如图所示：

图中上下边频幅度相等，对称出现，这时调幅波的带宽为：是调制信号频率的二倍

调幅波中各频率分量的功率关系：

将已调波加在负载电阻两端时，可以得到载波功率PC和每个边频分量功率P1、P2。

载波功率，上下边频功率。

在调制信号一周期内的平均功率为：。

　　式子表明：调幅波的输出功率随m增大而增大。当m=1时，。

　　这表明，在m=1时，包含信息的边频功率仅为不包含信息的载波功率的一半。这将能量损失掉了，很不经济。通常把这种调幅制称为普通调幅制(AM)。这种调制对接收机可以简单，所以无线电 广播仍采用。

　　由于载波只是一运动载信息的工具，不包含有用信息。所以在发送时为节约功率，可以只发送边带信号，而不发送载波。这种情况称为抑制载波的双边带(DSB)信号发送。

它可以看成是调制信号和高频载波信号相乘得到：

K为乘法系数。

　　由于上下边带对称，为节省频带，采用抑制载波的单边带(SSB)信号发送，其表达式为：

或

 

二、调幅波的解调电路(检波器)

　　调幅波的解调过程(不失真地还原信息)通常称为检波，实现该功能的电路也称振幅检波器(简称检波器)，它仍然是一种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出调制波信息，必须要有非线性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除，因此，振幅检波器的组成框图如图所示：

在各种幅度调制中，由于波形差异和频谱结构的不同，其解调的方法也不同，但基本的解调方法是两种：包络线检波和同步检波。 
包络线检波：把反映调制信号信息规律的已调波的包络线检测出来。图示是最常见的二极管包络线检波电路。

　　检波电路的基本原理：当输入电压大于电容上电压时，电容充电，输入电压小于电容器上电压时，电容放电，充电快，放电慢，达到平衡时，电容上的电压将会不失真地跟随已调波的包洛线变化，再经隔直就会输出调制波信号。

　　对于DSB—双边带波和SSB—单边带波，它们的包络线不反映调制信号的变化规律，也就不能用包络线检波器。而是用同步检波器来实现。

 

三、调频与鉴频

　1. 调频(FM)原理

　　高频载波的频率随调制信号幅度的增大而变化(增加)，其载波信号的幅度不变。

　　由高频载波和调制信号得已调波的角频率：

调频波任一时刻的相角：

所以调频波为：

由已调波的角频率可知，角频率的最大偏移为：

令，则调频指数：

所以已调频波形式有：

　2. 调频(FM)的基本方法

　　主要有直接调频和间接调频两种

　　⑴ 直接调频法：通过直接改变振荡回路的参数(L and C)来获得调频信号。其优点是：容易调制，但中心频率不稳定。

　　⑵ 间接调频法：用调相来实现调频，中心频率稳定，但线路复杂。

　3. 变容二极管调频器—直接调频法

　　因变容二极管的等效电容随二端反压而变，而反向电压随调制信号电压而变化，从而变容二极管的电容量也随调制电压而变化，实现了调频。

　4. 调频波的解调—鉴频器

　　将已调频波(高频)还原成低频信号，即把频率的变化变换成电压变化，这种电路称频率检波器(鉴频器)。

　　要求鉴频器的特性曲线如下：

　　输入是调频信号，最大频偏为：经过鉴频后，就得到了正弦调制电压信号。为了能得到不失真的正弦调制信号，要求在已调频波的最大频偏范围内，鉴频器的电压/频率特性有良好的线性特性，而且斜率要大。

　　常见的鉴频器有斜率鉴频器、参差调谐鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器、RC鉴频器等。

　　图示电路是一个斜率鉴频器，又称回路鉴频器。

　　鉴频的基本思路是，通过回路对调频波的载频产生适当的失谐而起鉴频作用。将调频波送至LC谐振电路，产生失谐后的调频—调幅波，再用幅度检波器将中的调制信号检出。

 

四、脉冲宽度调制

　　脉宽调制(PWM)：用连续的低频调制信号去调制序列脉冲的脉宽。其调制原理如图所示：

　　双运放组成脉宽调制电路，由积分器和模拟比较器组成。

　　当方波载波信号和调制信号加入后，各点波形如图所示：载波信号经积分后的三角波与低频调制波比较，决定了输出的脉宽。

　　调制信号是低频正弦时，称为正弦脉宽调制(SPWM)。