本文介绍了几种用于幅度调制的电路，包括仅用一个二极管构建的开关调制器和一个结合了C类功率放大器的电路。
本文引用地址：
实现幅度调制（AM）的方法有很多。到目前为止，本系列文章已经讨论了其中的四种：
- 平方律调制器
- 平衡调制器
- 二极管桥调制器
- 环形调制器
在本文中，我们将探讨另外四种调制电路。我们将从基本的模拟乘法器开始，然后研究另一种环形调制器配置和单二极管开关调制器。最后，我们将学习集电极调制电路，它有时也被归类为开关调制器。
差分对乘法器
本系列之前的文章介绍了两种AM信号。第一种称为双边带抑制载波（DSB-SC）调制，它简单地将消息信号乘以载波。正如“抑制载波”这一名称所示，载波不会出现在传输频谱中。公式1显示了通过这种方法生成的调制信号。
公式1第二种方法有时称为常规AM，它在传输频谱中保留了载波。它通过以下公式生成调制信号：
公式2模拟乘法器可以直接计算这两种类型的输出信号。然而，本文将主要关注生成带有传输载波的AM信号。图1展示了两种可能的模拟配置。
图1 生成常规AM波的两种可能配置图中的加法操作通过一个运算放大器求和电路实现（图2）。
图2 加法功能可以通过运算放大器求和电路实现模拟乘法器的实现则更为复杂。一种方法是使用如图3所示的可变跨导乘法器。
图3 发射极耦合对作为简单的模拟乘法器在上述电路中，一个输入（V1）被施加到差分对，另一个输入（V2）用于控制差分对的电流。尽管差分对是一个非线性电路，但对于小信号V1，该电路表现为恒定增益放大器。如果我们假设V1很小且偏置电流（IEE）固定，输出电压可以表示为：
公式3其中，跨导 gm 由下式给出：
公式4其中，Vt是热电压。
通过结合公式3和公式4，我们得到输出电压的新公式：
公式5这表明输出电压与两个输入信号的乘积成正比。然而，请注意，该公式仅在V1很小且V2远大于基极-发射极结的电压降（约07 V）时有效。
由于这些限制，上述发射极耦合对并未在通信应用中使用。然而，它仍然是一个重要的电路。吉尔伯特单元（Gilbert Cell）是大多数集成电路乘法器的基础，它是发射极耦合对的改进版本。如果你想了解更多关于吉尔伯特单元的内容，我推荐Paul R Gray的《模拟集成电路分析与设计》一书。
虽然我们可以使用模拟乘法器生成AM信号，但它们通常在低功率水平下工作，并且仅限于相对较低的频率。因此，我们通常使用其他技术（例如基于开关的电路）来执行必要的乘法。
环形调制器：另一种实现方式
环形调制器是一种开关调制器。在一个半周期内，它将输入信号以原始极性传输到输出端。在另一个半周期内，信号以反极性传输。这会在载波频率（fc）及其谐波处产生幅度调制信号。输出端加入了一个调谐到载波频率的带通滤波器，以提取所需的AM波。
正如文章引言所述，我们之前详细讨论了环形调制器。然而，图4展示了一种与我们之前研究不同的配置。
图4 实现双平衡环形调制器的另一种方法。这两种电路都实现了相同的基本概念：将消息信号乘以在±1之间切换的方波。正如之前关于环形调制器的文章所讨论的那样，这放宽了带通滤波器的过渡带要求，并且与二极管桥调制器相比，输出信号的幅度增加了一倍。
为了更好地理解该电路的操作，我们分别考虑载波 (
c
(
t
)
=
cos
(
ω
c
t
)
c(t) = cos(ωct)
)的每个半周期。
正半周期
在 c(t) 的正半周期内，二极管D1和D2正向偏置，二极管D3和D4反向偏置。考虑到电路的对称性，并注意到T1的中心抽头接地，这意味着节点A也应接地。
显然，只有当以下两个条件都成立时，才能实现这一点：
1 二极管D1和D2以及电阻R1和R2匹配。
2 变压器的次级准确中心抽头。
在c(t)的正半周期内，电路简化为图5所示的电路。
图5 载波正半周期内环形调制器的简化图应用变压器的点约定，我们观察到消息信号以原始极性出现在输出端。
负半周期
在载波的负半周期内，二极管D3和D4导通，二极管D1和D2关闭。在这种情况下，电路的对称性迫使节点B接地，导致电路简化为图6所示的电路。
图6 载波负半周期内环形调制器的简化图在这里， m(t)被施加到初级线圈的非点端。输出电压的正极在点端。因此，信号以反极性到达输出端。结合正半周期（图5），我们看到图4中的配置将消息信号乘以在±1之间切换的方波。
单二极管开关调制器
现在我们已经了解了另一种环形调制器，让我们讨论如何使用单个二极管生成AM波。图7显示了这种开关调制器的电路图。
图7 单二极管开关调制器的电路图在这里， m(t)和载波的总和被施加到与电阻串联的二极管上。我们假设载波的幅度Ac远大于消息信号（ Ac ≫ m(t) ）。在这种条件下，二极管充当开关，在c(t)的负半周期内保持关闭，在正半周期内导通。忽略二极管上的电压降，我们可以根据节点A的电压vA表示输出电压：
公式6这相当于将vA乘以频率为fc的方波g(t) 。图8显示了g(t) 。
图8 单二极管开关调制器中乘以vA的方波函数g(t)函数g(t)可以展开为余弦函数的傅里叶级数：
公式7节点A的电压由下式给出：
公式8将vA乘以g(t)会产生一个在直流、基频（ fc ）及其谐波处具有频谱分量的vout 。为了将fc处的频谱分量与其他分量分离，我们将vout表示为：
公式9然后，一个调谐到fc的带通滤波器会抑制上述直流和高频谐波项。这提供了所需的AM输出信号：
公式10单二极管调制器：平方律调制器还是开关调制器？
如果你一直在关注本系列文章，你可能会注意到图7中的开关调制器与我们之前文章中学习的平方律调制器有相似之处。在我们继续讨论下一个电路之前，让我们花点时间讨论一下这一点。
在平方律调制器中，消息信号和载波的总和被施加到非线性器件（如二极管、BJT或FET）上。非线性器件的二阶非线性生成一个交叉乘积项，该交叉乘积项与两个函数的乘积成正比。非线性器件后面跟着一个带通滤波器，用于将载波频率处的AM波与不需要的分量分离。如图9所示。
图9 平方律调制器的框图由于可以通过加入二极管来实现非线性特性，那么围绕二极管构建的平方律调制器与图7所示的开关调制器之间有什么区别呢？答案在于它们各自的工作原理。
平方律调制器依赖于器件的非线性特性。如果我们用以下公式表示非线性器件的输入-输出特性：
公式11那么平方律调制器生成的AM信号为：
公式12在上述公式中，输出信号取决于器件输入-输出特性的线性和二阶系数（ ⍺1和 ⍺2）。然而，图7中的电路并不依赖于二极管的非线性。如公式6所示，即使二极管在导通状态下表现出完全线性的特性，该电路也可以生成AM波。
集电极调制器
我们将讨论的最后一种配置是图10中的集电极调制电路。这种AM调制器通常用于高功率发射机，例如广播应用。
图10 集电极调制电路的简化示意图在集电极调制器中，消息信号被放置在驱动到饱和状态的C类RF放大器的电源电压串联路径中。正的消息信号会导致放大器接收到更高的集电极电压，从而产生更大的输出信号。相反，负的消息信号会导致较低的集电极电压和较小的放大器输出。
输出经过带通滤波以消除由晶体管的非线性操作产生的谐波。晶体管充当以载波频率驱动的开关。
总结
我们现在已经看到了如何使用各种调制器电路实现幅度调制。每种电路都有其独特的优点和缺点。例如，模拟乘法器的优点是简单。然而，构建具有大动态范围的模拟乘法器要复杂得多，尤其是在高频下。环形调制器通常与低功率调制相关，而集电极调制电路更容易应用于高功率发射机。
0 条