一、正弦信号的幅度調制
用低頻調制電壓去控制高頻載波信号的幅度的過程稱為幅度調制(或調幅)。
既然高頻載波的幅度随低頻調制波而變,是以已調波同樣随時間而變。即有
式中m是調幅波的調制系數(調幅度)。
,,
同時當m<1時,實作了不失真的調制,而當m>1時,調制後的波形包絡線,将與調制波不同,即産生了失真,或稱超調。
利用三角公式将調制波表達式展開,可得:
式子表明,載波信号經單一信号調制後将出現三個頻率分量,即載波頻率分量fc,上邊頻分量fc+F,下邊頻分量fc-F。其頻譜圖如圖所示:
由頻譜圖可見,幅度調制在頻域上是将調制信号F搬移到了載頻的兩邊,其實質是一種頻率變換。其帶寬為:
在實際應用中,調制信号不是單一頻率,例如:我們的講話的語音信号,其信号頻率為幾百至幾千赫,經調制後,各個頻率産生了各自的上邊頻和下邊頻,疊加後形成了上邊帶和下邊帶,如圖所示:
圖中上下邊頻幅度相等,對稱出現,這時調幅波的帶寬為:是調制信号頻率的二倍
調幅波中各頻率分量的功率關系:
将已調波加在負載電阻兩端時,可以得到載波功率PC和每個邊頻分量功率P1、P2。
載波功率,上下邊頻功率。
在調制信号一周期内的平均功率為:。
式子表明:調幅波的輸出功率随m增大而增大。當m=1時,。
這表明,在m=1時,包含資訊的邊頻功率僅為不包含資訊的載波功率的一半。這将能量損失掉了,很不經濟。通常把這種調幅制稱為普通調幅制(AM)。這種調制對接收機可以簡單,是以無線電 廣播仍采用。
由于載波隻是一運動載資訊的工具,不包含有用資訊。是以在發送時為節約功率,可以隻發送邊帶信号,而不發送載波。這種情況稱為抑制載波的雙邊帶(DSB)信号發送。
它可以看成是調制信号和高頻載波信号相乘得到:
K為乘法系數。
由于上下邊帶對稱,為節省頻帶,采用抑制載波的單邊帶(SSB)信号發送,其表達式為:
或
二、調幅波的解調電路(檢波器)
調幅波的解調過程(不失真地還原資訊)通常稱為檢波,實作該功能的電路也稱振幅檢波器(簡稱檢波器),它仍然是一種頻譜搬移過程。從原理上講,要将包含調制波資訊的已調波中還原出調制波資訊,必須要有非線性器件,使之産生新的頻率分量,并把高頻載波的高頻分量濾除,是以,振幅檢波器的組成框圖如圖所示:
在各種幅度調制中,由于波形差異和頻譜結構的不同,其解調的方法也不同,但基本的解調方法是兩種:包絡線檢波和同步檢波。
檢波電路的基本原理:當輸入電壓大于電容上電壓時,電容充電,輸入電壓小于電容器上電壓時,電容放電,充電快,放電慢,達到平衡時,電容上的電壓将會不失真地跟随已調波的包洛線變化,再經隔直就會輸出調制波信号。
對于DSB—雙邊帶波和SSB—單邊帶波,它們的包絡線不反映調制信号的變化規律,也就不能用包絡線檢波器。而是用同步檢波器來實作。
三、調頻與鑒頻
1. 調頻(FM)原理
高頻載波的頻率随調制信号幅度的增大而變化(增加),其載波信号的幅度不變。
由高頻載波和調制信号得已調波的角頻率:
調頻波任一時刻的相角:
是以調頻波為:
由已調波的角頻率可知,角頻率的最大偏移為:
令,則調頻指數:
是以已調頻波形式有:
2. 調頻(FM)的基本方法
主要有直接調頻和間接調頻兩種
⑴ 直接調頻法:通過直接改變振蕩回路的參數(L and C)來獲得調頻信号。其優點是:容易調制,但中心頻率不穩定。
⑵ 間接調頻法:用調相來實作調頻,中心頻率穩定,但線路複雜。
4. 調頻波的解調—鑒頻器
将已調頻波(高頻)還原成低頻信号,即把頻率的變化變換成電壓變化,這種電路稱頻率檢波器(鑒頻器)。
要求鑒頻器的特性曲線如下:
輸入是調頻信号,最大頻偏為:經過鑒頻後,就得到了正弦調制電壓信号。為了能得到不失真的正弦調制信号,要求在已調頻波的最大頻偏範圍内,鑒頻器的電壓/頻率特性有良好的線性特性,而且斜率要大。
常見的鑒頻器有斜率鑒頻器、參差調諧鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器、RC鑒頻器等。
圖示電路是一個斜率鑒頻器,又稱回路鑒頻器。
鑒頻的基本思路是,通過回路對調頻波的載頻産生适當的失諧而起鑒頻作用。将調頻波送至LC諧振電路,産生失諧後的調頻—調幅波,再用幅度檢波器将中的調制信号檢出。
四、脈沖寬度調制
脈寬調制(PWM):用連續的低頻調制信号去調制序列脈沖的脈寬。其調制原理如圖所示:
雙運放組成脈寬調制電路,由積分器和模拟比較器組成。
當方波載波信号和調制信号加入後,各點波形如圖所示:載波信号經積分後的三角波與低頻調制波比較,決定了輸出的脈寬。
調制信号是低頻正弦時,稱為正弦脈寬調制(SPWM)。
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