开关调制器若何发生AM旌旗灯号？

以二极管桥调制器为例，咱们研讨了用于AM旌旗灯号天生的开关调制器的基础道理。本文援用地点：线性时稳定（LTI）体系不克不及发生输入旌旗灯号中存在的频率以外的频率。因为调制将输入频率转移到输出真个差别范畴，因而须要非线性、时变或两者兼具的电路。因而，很多重要从事LTI体系剖析跟计划的电气工程师可能不太熟习调制器电路。为了辅助改正这一常识差距，本系列之前的文章先容了平方律调制器跟均衡调制器的基本常识。这两者都是基于乘法器的电路。在本文中，咱们将扼要回想基于乘法器的调制器，而后将留神力转向开关调制器。咱们将以在MATLAB中模仿带通滤波器的一些领导来停止咱们的探讨。调制方式与乘法器综述到现在为止，在本系列中，咱们探讨了两品种型的调幅（AM）：双边带克制载波（DSB-SC）调制。惯例AM。应用DSB-SC调制，调制旌旗灯号s（t）是经由过程将新闻旌旗灯号m（t）乘以正弦载波c（t）=Accos（ωct）而发生的：方程式1在传输频谱中保存载波的传统AM应用以下方程式：方程式2咱们能够应用模仿乘法器直接盘算由方程1跟2描写的输出旌旗灯号。比方，图1阐明了天生传统AM旌旗灯号的两种可能设置。图1发生传统AM波的两种可能部署咱们能够应用吉尔伯特单位、霍尔效应器件或对数/支持数缩小器来实现模仿乘法。但是，年夜少数模仿乘法器在低功率电平下任务，而且仅限于绝对较低的频率。在高频下，构建存在充足年夜静态范畴的模仿乘法器远非易事。开关调制器的中心思维或许，咱们能够应用基于开关的电路来履行须要的乘法。这种调制器背地的要害思维是，将新闻旌旗灯号m（t）乘以存在基频fc的任何周期函数g（t），发生fc及其谐波的AM波。假如咱们假设g（t）是一个存在基频fc的偶数周期函数，咱们能够将其开展为以下情势的傅里叶级数：方程式3将新闻旌旗灯号乘以g（t），咱们失掉：方程式4方程4中的旌旗灯号是以⍵c、2 9077》c、3 9077 c等为核心的AM波的叠加。该方程标明，咱们能够经由过程将新闻旌旗灯号乘以存在基频fc的任何周期函数g（t）来发生AM波。因而，不用将m（t）乘以纯粹弦波来发生AM波。相反，咱们能够抉择一个更适合的函数g（t），使电路实现更轻易。风趣的是，假如g（t）是一个在0跟1之间瓜代的方波，它就充任了一个门控函数，周期性地翻开跟封闭输入。在这种情形下，咱们能够将乘法简化为开关操纵。图2表现了怎样经由过程单个开关实现此门控功效。图2 单个开关可用于将输入乘以方波在上述电路中，Rs模仿了源极电阻。当开关翻开时，输入被通报到输出。当开封闭适时，输出降至零。因而，新闻旌旗灯号乘以在零跟一之间切换的方波（图3）。图3上述开关调制器中应用的门控功效咱们将在本文稍后更深刻地探讨这一主意的实现。但是，在此之前，让咱们检讨一下电路的典范时域波形。开关调制器的时域波形为了检讨时域行动，咱们将单音正弦新闻利用于电路。图4表现了新闻旌旗灯号（顶部）以及m（t）相乘的波形（底部）。图4施加到调制器的单音输入（顶部）跟无效倍增新闻的波形（底部）经由过程将这些波形相乘，咱们失掉了图5中的输出电压。图5调制器发生的输出波形（vout）正如预期的那样，输出电压在每个周期的一半与新闻旌旗灯号婚配，在另一半降至零。固然该波形的幅度相似于新闻旌旗灯号，但它不是典范的调幅旌旗灯号。为了发生所需的AM旌旗灯号，咱们经由过程一个调谐到载波频率的带通滤波器。如图6所示。图6利用门控功效后的旌旗灯号（蓝色）跟带通滤波器输出真个成果旌旗灯号（绿色）我将在本文末端供给一段代码摘录，以辅助你在MATLAB中履行须要的过滤。电路实现：二极管桥式调制器图7表现了怎样应用二极管桥实现调制器的开关功效。图7 二极管桥可用于构建开关调制器当c（t）为年夜正值时，全部四个二极管都导通。当二极管D1跟D2婚配，二极管D3跟D4也婚配时，节点A跟B处于雷同的电势。因而，当c（t）为正值时，节点a跟B无效地短路在一同。当c（t）为负时，全部四个二极管都开路，模仿节点A跟B之间的开路开关。最年夜开关频率取决于二极管的开启跟封闭速率。二极管桥调制器输出旌旗灯号方程的推导经由过程假设g（t）是一个在0跟1之间切换的方波，咱们能够应用傅里叶级数表现法将其扩大为余弦函数：方程式5因而，输出电压为：方程式6输出频谱包含以0、±fc、±3fc、±5fc等为核心的新闻频谱的正本。这如图8（b）所示。基带频谱的频谱见图8（a）。图8基带新闻旌旗灯号（a）跟调制器（b）发生的旌旗灯号的频谱图8（b）中的输出频谱包含咱们不想要的多少个旌旗灯号以及咱们想要的旌旗灯号。在得出终极的输出方程之前，咱们须要滤除不须要的旌旗灯号分量。滤波以断绝AM旌旗灯号为了将以fc为核心的所需频谱与其余频谱分量离开，咱们应当：方程式7此中B是基带旌旗灯号的带宽。因而，咱们须要将输出旌旗灯号经由过程以fc为核心的带宽为2B的带通滤波器，以分别出所需的分量（图9）。图9 带带通滤波器的二极管桥式调制器表示图应用幻想的带通滤波器，只有以fc为核心的频谱分量才干经由过程输出，招致：方程式8让咱们应用图6中所示的波形来验证这个方程。图中所示的调制旌旗灯号是针对幅度为1的单音正弦新闻取得的。对|m（t）|≤1，方程8猜测调制旌旗灯号的最年夜值约为2/π≈0.64。这与图6中的绿色波形十分符合，其最年夜值约为0.63。在上述探讨中，咱们应用了一个调谐到载波频率的滤波器来分别fc处的频谱分量。固然咱们能够将带通滤波器调谐到谐波频率，以发生更高频率的AM波，但咱们平日更爱好应用基频的分量，由于傅里叶系数跟着咱们向高次谐波挪动而减小（见方程5）。带通滤波器的MATLAB仿真我应用MATLAB天生了图4至图6中的时域波形。假如你想从新创立这些波形并本人停止试验，我在这里包括了我用于过滤进程的代码。不然，对初学者来说，创立带通滤波器可能有点辣手。以下代码经由过程界说频率呼应（H）并将其利用于频域中的AM旌旗灯号，创立了一个存在锐边跟单元增益的幻想带通滤波器。你须要依据特定示例的参数调剂停止频率（fc1，fc2）跟采样频率（fs）。总结固然咱们能够应用模仿乘法器来天生AM旌旗灯号，但构建存在年夜静态范畴的模仿乘法器很辣手。在高频下尤其如斯。开关调制器基于如许的主意，行将输入乘以任何周期函数都能够在周期函数的基频跟谐波频率下发生AM波。为了辅助咱们懂得开关调制器在实际中是怎样任务的，本文先容了二极管桥式调制器。鄙人一篇文章中，咱们将探讨另一种开关调制器电路：环形调制器。