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[图文]模拟调制、解调电路原理       ★★★ 【字体:
模拟调制、解调电路原理
作者:imefan    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2008-2-6    

 

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:

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)。

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