调幅

振幅调制可分为普通调幅（AM），双边带调幅（DSB-AM），单边带调幅（SSB-AM）与残留边带调幅（VSB-AM）几种不同方式。

调幅双边带调幅

双边带调幅信号中仅包含两个边频，无载波分量，其频带宽度仍为调制信号频率的2倍。

调幅单边带调幅

单边带调幅信号中仅包含一个边频。

调幅残留边带调幅

残留边带调幅是指信号发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部分的调幅方法。

设载波u_c(t)的表达式和调制信号u_Ω(t)的表达式分别为：

根据调幅的定义，当载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化时，即为调幅信号，则已调波的波形如上图（c）所示，图（a）、（b）则分别为调制信号和载波的波形。由图可见，已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同，而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同，表明已调幅波实际上是一个高频信号。可见，调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，即使U_cm变为U_cmK_aU_ΩmcosΩt，据此，可以写出已调幅波表达式为：

M_a称为调幅系数，U_max表示调幅波包络的最大值，U_min表示调幅波包络的最小值。M_a表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤M_a≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。M_a>1的情况称为过调制, 下图所示为不同M_a时的已调波波形。

为了分析调幅信号所包含的频率成分，可将式（4-3）按三角函数公式展开，得

可见，在已调波中包含三个频率成分：ω_c、ω_cΩ和ω_c-Ω。ω_cΩ称为上边频，ω_c-Ω称为下边频。由此而得到调幅波的频谱如下图所示。

由调幅波的频谱可得，调幅波的频带宽度为 BW=2F，式中，F为调制频率。

（1）若调制信号为复杂的多频信号，则其频谱如下图所示。

例如语音信号的频率范围为300~3400Hz，则语音信号的调幅波带宽为2× 3400=6800Hz。观察调幅波的频谱发现，无论是单音频调制信号还是复杂的调制信号，其调制过程均为频谱的线性搬移过程，即将调制信号的频谱不失真地搬移到载频的两旁。因此，调幅称为线性调制。调幅电路则属于频谱的线性搬移电路。

（2）若调制信号为单频余弦信号，负载电阻为R_L，则已调波的功率主要有以下几种。

1.载波功率

2.上、下边频功率

3.总平均功率

4.最大瞬时功率

调幅（Amplitude Modulation，AM）。调幅也就是通常说的中波，范围在530---1600KHz。调幅是用声音的高低变为幅度的变化的电信号。传输距离较远，但受天气因素影响较大，适合省际电台的广播。早期VHF频段的移动通信电台大都采用调幅方式，由于信道衰落会使模拟调幅产生附加调幅，造成失真，在传输的过程中也很容易被窃听，目前已很少采用。目前在简单通信设备中还有采用，如收音机中的AM波段就是调幅波，音质和FM波段调频波相比较差。

调幅电路原理主要分为两类：高电平调幅电路和低电平调幅电路，具体如下：

调幅高电平调幅

高电平调幅要求电路的输出功率足够大。电路在调幅的同时，还进行功率放大。调制过程通常是在丙类放大级进行的。根据调制信号控制的电极不同，调制方法主要有集电极调幅、基极调幅、发射极调幅。

1、集电极调幅

（1）集电极调幅电路的特点是:

低频调制信号加到集电极回路，B₁、B₂为高频变压器；B₃为低频变压器。低频调制信号u_Ω(t)与丙类放大器的直流电源相串联，因此放大器的有效集电极电源电压V_cc（t）等于两个电压之和，它随调制信号变化而变化。图中的电容C_b、C`是高频旁路电容，C`的作用是避免高频电流通过调制变压器B₃的次级线圈以及直流电源，因此它对高频相当于短路，而对调制信号频率应相当于开路．

对于丙类高频功率故大器，当基极偏置Vbb、高频激励信号电压振幅Ubm和集电极回路阻抗Rp不变，只改变集电极有效电源电压时，集电极电流脉冲在欠压区可认为不变。而在过压区，集电极电流脉冲幅度将随集电极有效电源电压的变化而变。因此，集电极调幅必须工作于过压区。

（2）集电极调幅只能产生普通调幅波。

优点是：调幅线性比基极调幅好。此外，由于集电极调幅 始终工作在临界和弱过压区，故效率比较高。

缺点是:调制信号接在集电极回路中供给的功率比较大。

2、基极调幅

基极调幅电路的特点是调制信号加在基极回路。图中C₁、C₃为高频旁路电容；C₂为低频旁路电容；B₁为高频变压器；B₂为低频变压器；LC回路为带通滤波器。应保证回路调谐于ω_C，通带为2Ω。

基极调幅的原理是利用丙类功率放大器在电源电压Vcc、输入信号振幅Ubm、谐振电阻Rp不变的条件下，在欠压区改变Vbb，其输出电流随Vbb接近线性变化这一特性来实现调幅的。

基极调幅的优点是：由于调制信号接在基极回路，对于调制信号只需很小的功率。

缺点是:效率较低，调制线性不如集电极调幅。

调幅低电平调幅电路

(1) 模拟乘法器调幅电路

作用：实现两个模拟信号相乘

符号：

电路图：

（2）二极管调制电路

二极管调制电路包括单二极管调制电路、二极管平衡电路、二极管双平衡调制电路等。

1）单二极管电路

单二极管电路如下图所示。

当二极管两端的电压UD大于二极管的导通电压时，二极管导通，流过二极管的电流与加在两端的电压成正比；当二极管两端的电压UD小于二极管的导通电压时，二极管截止，电流为0；二极管等效为一个受控开关。控制电压为二极管两端电压UD。

当Ucm>>UΩm且Ucm为大信号（>0.5V）时，可进一步认为二极管的通断主要由Uc控制。一般情况下二极管的开启电压UP较小，有Ucm>>UP，可令UP近似为0或在电路中加一固定偏置电压来抵消UP。忽略输出电压的反作用，用开关函数分析法则可得到

可得到相应的频谱图如下：

将它通过以ωc为中心、通频带2Ω为的带通滤波器后，可得到调幅波。

这里的分析忽略了输出电压的反作用。是因为输出电压的相对于Uc而言很小。若考虑反作用，输出电压对二极管两端的电压影响不大，频率分量不会变化，可能使输出信号幅度降低（rDàrD RL）。

另外，如果不满足大信号条件，不能用开关函数分析法或线性时变分析法，但可用幂级数分析法，可以知道该电路仍然可以完成频谱的线性搬移功能。

2）二极管平衡调制器

在单二极管电路中，由于工作在线性时变工作状态，因而二极管产生的频率分量大大减少了，但在产生的频率分量中，仍然有不少不必要的频率分量，因此有必要进一步减少一些频率分量。

二极管平衡电路可以满足这一要求。其原理电路如下图。

该电路由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器Tr1、Tr2接成平衡电路。电路上下两部分完全一样。控制信号（载波信号）加在两个变压器的中心抽头处，输入信号（调制信号）接在输入变压器，即载波信号同相加到D1、D2上；调制信号u2反相加到D1、D2上输出变压器接滤波器，用以滤除无用的频率分量。从Tr2次向右看的负载电阻为RL。则该电路可等效成如下的原理电路形式。

由于加到两个二极管的控制电压是同相的，利用开关函数分析法，可得到负载上总电流为

其频谱图如下：

与单二极管电路相比，i含有频谱：Ω、ω1±Ω、3ω1±Ω、……，经中心角频率为ωc的3dB带宽为2Ω 的LC带通滤波器后，可在负载RL得到频谱ωc±Ω 电压分量，可见是实现了DSB调制。这是不难理解的，由于控制电压uC同相地加在两个二极管的两端。当电路完全对称时，两个相等的ωC分量互相抵消，因此在输出中不再有ωC及其谐波分量。即在输出中，不必要的频率分量进一步减少了。（DSB调幅）

3）二极管双平衡调制器——二极管环形调制器

在二极管平衡调制电路中，通过两个单二极管电路的上下对称平衡接法，大大减少了不必要的频率分量，同时使有用频率分量的幅度增加了一倍。但依然有不必要的频率分量如调制信号的频率分量存在，且所得到的有用频率分量的幅度依然不是很大。那么，是否可以通过再平衡的方法进一步减少不必要的频率分量且让有用分量的幅度再增加一倍呢？

二极管双平衡电路可以满足这一要求。其原理电路如图。

该电路由两个双二极管平衡电路组成，由于四个二极管环接形成环路，所以该电路又称二极管环形调制器。载波从变压器T1接入，调制信号接到两个变压器的中心抽头间，变压器T2输出已调信号。

其分析条件与单二极管电路和二极管平衡电路相同。

各二极管工作情况如下图：

则可得，

其频谱图如下：

i中含有频谱：ωc±Ω ，3ωc±Ω……经中心为ωc、3dB带宽为2Ω的带通滤波器后，在负载RL 上可得到频谱ωc±Ω电压频谱分量，实现了DSB调制。

从频谱图中可以看出，环形电路在平衡电路的基础上，又消除了低频调制信号的频率分量，且输出的DSB信号幅度为平衡电路的二倍。其无调制信号分量是两次平衡抵消的结果，每个平衡电路自身抵消载波及谐波分量，两个平衡电路抵消调制信号分量，所以环形电路的性能更接近理想相乘器。

调幅普通调幅信号的产生

普通调幅信号的产生可将调制信号与直流相加，再与载波信号相乘，即可实现普通调幅。可采用低电平调幅方法和高电平调幅方法。

调幅解调方法

（1）包络检波

利用普通调幅信号的包络反映调制信号波形变化这一特点，如能包络提取出来，就可以恢复原来的调制信号。

（2）同步检波

同步检波必须采用一个与发射端载波同频率同相的信号，这个信号称为同步信号。

注意：双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅只能采用同步检波。

调幅器输出信号幅度与调制信号瞬时值的关系曲线叫做调幅特性。理想的调幅特性应是直线，否则便会产生失真。常用的非线性器件有晶体二极管、场效应晶体管等。选择性电路大多用谐振回路或带通滤波器。按照电平的高低，调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅。大功率广播或通信发射机多采用高电平调幅器。

按照电平的高低，调幅器可分为高电平调幅和低电平调幅。大功率调幅发射机多采用高电平调幅器。这种调幅器输出功率大，效率高。载波电话机和各种电子仪器多采用低电平调幅器。它们对输出功率和效率要求不高，可以选用调幅特性较好的电路。

调幅器晶体管调幅器

有集电极调幅、基极调幅和发射极调幅三种基本电路。常用于中小功率发射机和信号发生器等电子设备。图1是集电极调幅电路。它实际上是一个谐振功率放大器。载波信号 uC(t)加在晶体管的基极，由于加在集电极电路上的调制电的作用使集电极电流受到调制，产生边带和谐波分量。利用谐振回路取出载波和上、下边带便得到调幅波。集电极调幅是高电平调幅。它的调幅特性较好，输出功率大。为了得到高的效率，晶体管应工作在乙类或丙类状态。这种电路的缺点是调制信必须有较大的推动功率，调幅度也不能太大，否则会产生较大的失真。

把调制信和载波uC(t)同时接在基极电路的调幅器叫作基极调幅。这种电路所需的调制功率较小,但调幅特性较差,效率也较低。采用集电极-发射极双重调幅或两级集电极调幅等方法，可以改善调幅特性。

调幅器差分对调幅器

用差分放大器作为非线性器件的调幅器。图2是它的基本电路，其输出是双端差分输出；输入有两对端口，u₁是差模输入，u₂则是共模输入。若u₁是频率为F的调制信号，u₂是频率为f_c的载波，由于晶体管的非线性作用，差分对的输出电流将含有F、f_c±F和f_c±3F等频率分量。这种电路的作用和二极管平衡调幅器相似，输出电路中没有载频f_c分量，选用适当的谐振回路就可获得抑制载频的双边带调幅或只有一个边带的单边带调幅信号。这种电路的缺点是差分对输出电流中的f_c±3F等组合频率分量不能用谐振回路滤掉，通常应减小调制信号强度，以减小调幅器的非线性失真。

如果把u₁作为载波信号，u₂作为调制信号，则输出电流中含有f_c、f_c±F、3f_c±F等分量。采用适当的谐振回路，就可获得包含载频f_c和两个边带f_c±F的一般的调幅信号。通常高次组合频率分量3f_c±F等在频域上和有用信号的距离较远,用谐振回路较容易把它们抑制掉。

差分对调幅电路既不需要变压器、又容易集成，且具有对称性好、频带宽、载漏小等特点。随着微电子技术的发展，以这种电路为基础的专用集成调制器已在 各种电子系统中广泛应用。

调幅器环形调幅器

图2是环形调幅器的典型电路。它由四个二极管和两个具有中心抽头的变压器环接而成，是一种低电平调幅电路。通常载波电压uC(t)较大,使二极管工作在开关状态。当电路完全对称时,变压器T2的输出没有载波分量,只有uC(t)(t)的差频（ωC-Ω）与和频(ωC Ω)分量(ωC和Ω分别为载波uC(t)和调制信号uΩ(t)的角频率)。这时的输出ua(t)是抑制载波的双边带调幅信号。利用滤波器把一个边带滤掉，就得到单边带调幅信号。如果用一适当的直流偏置电压与调制信串接，则输出将含有载波。这时图2是一个通带的调幅电路。

环形调幅器电路简单，调幅线性好, 但要求各二极管和变压器严格对称，否则，变压器T2初级线圈中的载波分量不能完全抵消，输出信号中仍有载波成分，称为载漏。

随着集成技术的发展，集成差分放大式平衡调幅器的应用日益广泛。这种电路不用变压器，体积小，稳定性能也较高。单边带通信、多路载波电话和数字通信等系统广泛采用环形调幅电路。