[工学]第10章 集成模拟乘法器在频率变换电路中的应用.ppt

第10章 集成模拟乘法器在频率 变换电路中的应用 10.1 信息传输的基本概念 10.2 调幅与检波 10.3 调频、调相与鉴频 10.4 混频、倍频与锁相环路 模拟乘法器是典型的非线性器件,如图10.1所示,假设作用于乘法器的两个输入信号电压分别为 10.1 信息传输的基本概念 1．信息的传输过程 一个完整的信息传输系统应该包括信号源、发送设备、传输信道、接收设备、终端等五部分,其方框图如图10.2所示。 2．调制与解调 调制就是一个信号（如光、高频电磁波等）的某些参数（如振幅、频率、相位等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。即把要传送的信号“附加”到高频振荡信号上去,然后由天线发射出去。高频振荡就是携带信息的“运载工具”,所以称之为载波,而所要传送的信号就称为调制信号。按照被调制的高频振荡信号的参数不同,调制的方式也不同。设高频载波信号表示为uC(t)=UcmcosωCt,若用待传输的低频信号去控制高频载波的振幅Ucm,使其振幅使其振幅随着低频信号的变化而 变化,则称为振幅调制,简称调幅,用AM表示;若用低频信号去改变高频信号的频率ωC,使其频率随着低频信号的变化而变化,则称为频率调制,简称调频,用FM表示;若用低频信号去改变高频信号的相位φ(ωCt),使其相位随着低频信号的变化而变化,则称为相位调制,用PM表示。调制后的载波就载有调制信号所包含的信息,称为已调信号,或称为已调波。 为什么要进行调制呢？其一是提高频率以便于辐射。由于低频信号传不远,遇到障碍物后衰减很大,若要直接发射,所需天线就必须很长,因此,必须借助于高频电磁波将低频信号辐射出去。其二是为了实现信道复用,避免各种信号之间的干扰。其三是为了改善系统性能,提高系统输出的信噪比。 解调是调制的反过程,亦即把低频调制信号从高频已调信号中还原出来的过程。调幅波的解调过程称为检波;调频波的解调过程称为鉴频;调相波的解调过程称为鉴相。 10.2 调幅与检波 10.2.1 调幅信号的表示方式 ? 1．调幅信号的表达式及其波形 如前所述,调幅就是用调制信号去控制高频载波的振幅,使高频载波的振幅按调制信号的变化规律而变化,设调制信号为正弦波（正弦和余弦波形统称为正弦波）,如图10.3（a）所示。其电压表达式为 通常满足ωcΩ,若用调制信号对载波进行调制,根据振幅调制的定义,在理想情况下,已调信号的振幅应随调制信号线性变化,已调信号瞬时幅值为 其波形如图10.3（c）所示。 ? 正常情况下,ma≤1。图10.3（c）所示调幅波的调幅系数ma1,此时振幅变化的最大值为(1+ma)Ucm,振幅变化的最小值为(1-ma)Ucm。当ma=1时,调幅波最大值为2Ucm,最小值为零。若ma1,就要引起调幅失真。 从图10.3(c)可以看出:①调幅波的包络信号振幅各峰值点的连线完全反映了调制信号的变化;②调幅波的上下包络相位相差180°;③调幅波的频率就是载波的频率。  实际上所要传送的信号不只是简单的正弦波,而是一个复杂的波形,如图10.4（a）所示,由于调幅波的包络变化规律与低频信号波形一致,因而可作出它的调幅波波形,如图10.4（b）所示。 2．调幅波的频谱 将式（10.5）展开,并利用三角函数关系,则得 从式（10.6）可以看出,调幅波有三个频率分量,它是由三个高频正弦波叠加而成的。第一项的频率分量是载波的频率分量,它与调制信号无关;第二项的频率等于载波频率与调制信号频率之和,叫做上边频;第三项的频率等于载波频率与调制信号频率之差,叫做下边频。调制信号的信息包含在上、下边频分量之内。如果把这些频率分量画在频率轴上,就构成单频余弦调制的调幅波的频谱,如图10.5所示。这两个边频分量ωc+Ω及ωc-Ω以载波ωc为中心对称分布,两个边频幅度相等并与调制信号幅度成正比,与载频的相对位置决定于调 ? 制信号的频率,这说明上、下边频中包含着调制信号的幅度及频率。已调波的带宽为 BW=(ωc＋Ω)－(ωc－Ω)=2Ω(10.7) 复杂信号的调制频谱如图10.6所示。由图可以看出,调制后产生的上边频和