集成模拟乘法器在频率变换电路中的应用

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1、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则乘法器输出电压为图10.1模拟乘法器电路图可见,在乘法器的输出信号中产生了新的频率分量ωx+ωy、ωx－ωy,说明乘法器具有频率变换的作用。由于模拟乘法器性能优良,被广泛地运用于电子、通信设备中。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。图10

2、.2信息传输系统方框图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

3、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

4、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（10.1）载波为一高频等幅波,如图10.3（b）所示,表达式为（10.2）图10.3调幅波波形（a）调制信号;（b）高频载波;（c）已调波通常满足ωc>>Ω,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

5、信号瞬时幅值为其中（10.3）（10.4）式中,ma称为调幅系数,表示载波振幅受调制信号控制的程度;Ka为由调制电路决定的比例常数。由此可得调幅信号的表达式为其波形如图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ma<1,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ma>1,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。（10.5）实际

6、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。图10.4非正弦波调制的调幅波波形（a）调制信号;（b）已调波2．调幅波的频谱将式（10.5）展开,并利用三角函数关系,则得图10.5单频调制频谱(a)调制信号频谱;(b)载波频谱;(c)已调波频谱从式（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

7、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