實(shí)驗(yàn)5 振幅解調(diào)器、包絡(luò)檢波、同步檢波

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 實(shí)驗(yàn)報(bào)告太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院高頻電子線路 課程 實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)班級(jí) 測(cè)控14-4 學(xué) 號(hào) 2014101XXX 姓 名 XXXXXXXX 指導(dǎo)教師 XXXXXXX 裝訂線實(shí)驗(yàn)名稱 振幅解調(diào)器、包絡(luò)檢波、同步檢波 同組人 裝訂線專業(yè)班級(jí) 測(cè)控14-4 姓名 XX 學(xué)號(hào) 201410XXX 成績(jī) 實(shí)驗(yàn)5 振幅解調(diào)器、包絡(luò)檢波、同步檢波5-1 振幅解調(diào)基本工作原理 解調(diào)過(guò)程是調(diào)制的反過(guò)程，即把低頻信號(hào)從高頻載波上搬移下來(lái)的過(guò)程。解調(diào)過(guò)程在收信端，實(shí)現(xiàn)解調(diào)的裝置叫解調(diào)器。 一普通調(diào)幅 波的解調(diào) 振幅調(diào)制的解調(diào)被稱為檢波，其作用是從調(diào)幅波中不失真地檢出調(diào)制信號(hào)。由于普通調(diào)幅波

2、的包絡(luò)反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，因此常用非相干解調(diào)方法。非相干解調(diào)有兩種方式，即小信號(hào)平方律檢波和大信號(hào)包絡(luò)檢波。我們只介紹大信號(hào)包絡(luò)檢波器。 1.大信號(hào)檢波基本工作原理大信號(hào)檢波電路與小信號(hào)檢波電路基本相同。由于大信號(hào)檢波輸入信號(hào)電壓幅值一般在 500mV 以上，檢波器的靜態(tài)偏置就變得無(wú)關(guān)緊要了。下面以圖 6-1 所示的簡(jiǎn)化電路為例進(jìn)行分析。大信號(hào)檢波和二極管整流的過(guò)程相同。圖 6-2 表明了大信號(hào)檢波的工作原理。輸入信號(hào) ui(t) 為正并超過(guò) C 和 RL 上的 uo(t) 時(shí)，二極管導(dǎo)通，信號(hào)通過(guò)二極管向 C 充電，此時(shí) uo(t) 隨充電電壓上升而升高。當(dāng) ui(t) 下降且小于uo

3、(t) 時(shí)，二極管反向截止，此時(shí)停止向 C 充電， uo(t) 通過(guò) RL 放電， uo(t) 隨放電而下降。 充電時(shí)，二極管的正向電阻 rD 較小，充電較快。uo(t) 以接近 ui(t) 的上升速率升高。放電時(shí)，因電阻 RL 比 rD 大得多（通常 RL = 5 10kW ），放電慢，故 uo(t) 的波動(dòng)小，并保證基本上接近于 ui(t) 的幅值。 如果 ui(t) 是高頻等幅波，則 uo(t) 是大小為Uo 的直流電壓（忽略了少量的高頻成分），這正是帶有濾波電容的整流電路。 當(dāng)輸入信號(hào) ui(t) 的幅度增大或減少時(shí)，檢波器輸出電壓 uo(t) 也將隨之近似成比例地升高或降低。當(dāng)輸入信

4、號(hào)為調(diào)幅波時(shí)，檢波器輸出電壓uo(t) 就隨著調(diào)幅波的包絡(luò)線而變化，裝訂線從而獲得調(diào)制信號(hào)，完成檢波作用。由于輸出電壓 uo(t) 的大小與輸入電壓的峰值接近相等，故把這種檢波器稱為峰值包絡(luò)檢波器。2.檢波失真檢波輸出可能產(chǎn)生三種失真：第一種是由于檢波二極管伏安特性彎曲引起的失真；第二種是由于濾波電容放電慢引起的失真，它叫對(duì)角線失真（又叫對(duì)角線切割失真）；第三種是由于輸出耦合電容上所充的直流電壓引起的失真，這種失真叫割底失真（又叫底部切割失真）。其中第一種失真主要存在于小信號(hào)檢波器中，并且是小信號(hào)檢波器中不可避免的失真，對(duì)于大信號(hào)檢波器這種失真影響不大，主要是后兩種失真，下面分別進(jìn)行討論。 （

5、1）對(duì)角線失真 參見圖 6-1 所示的電路，在正常情況下，濾波電容 C 對(duì)高頻每一周充放電一次，每次 充到接近包絡(luò)線的電壓，使檢波輸出基本能跟上包絡(luò)線的變化。它的放電規(guī)律是按指數(shù)曲線進(jìn)行，時(shí)間常數(shù)為 RLC 。假設(shè) RLC 很大，則放電很慢，可能在隨后的若干高頻周期內(nèi)，包絡(luò)線電壓雖已下降，而 C 上的電壓還于包絡(luò)線電壓，這就使二極管反向截止，失去檢波作用，直到包絡(luò)線電壓再次升到超過(guò)電容上的電壓時(shí)，才恢復(fù)其檢波功能。在二極管截止期間，檢波輸出波形是 C 的放電波形，呈傾斜的對(duì)角線形狀，如圖 6-3 所示，故叫對(duì)角線失真，也叫放電失真。非常明顯，放電愈慢或包絡(luò)線下降愈快，則愈易發(fā)生這種失真。裝訂線

6、（2）割底失真 一般在接收機(jī)中，檢波器輸出耦合到下級(jí)的電容很大（5-10 m F ）,圖 6-4 中的 C1 為耦合電容。檢波器輸出的直流而言，C1上充有一個(gè)直流電壓Uo。如果輸入信號(hào)ui(t )的調(diào)制度很深，以致在一部分時(shí)間內(nèi)其幅值比C1上電壓Uo還小，則在此期間內(nèi)，二極管將處于反向截止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生失真。此時(shí)電容上電壓等于如圖 6-5 所示。 二抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)電路 包絡(luò)檢波器只能解調(diào)普通調(diào)幅波，而不能解調(diào) DSB 和 SSB 信號(hào)。這是由于后兩種已裝訂線調(diào)信號(hào)的包絡(luò)并不反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，因此，抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)必須采用同步檢波電路，最常用的是乘積型同步檢波電路。 乘積型同步檢波器

7、的組成方框圖如圖 6-6 所示。它與普通包絡(luò)檢波器的區(qū)別就在于接收端必須提供一個(gè)本地載波信號(hào) ur ，而且要求它是與發(fā)端的載波信號(hào)同頻、同相的同步信號(hào)。利用這個(gè)外加的本地載波信號(hào) ur 與接收端輸入的調(diào)幅信號(hào) ui 兩者相乘，可以產(chǎn)生原調(diào) 乘積檢波電路可以利用二極管環(huán)形調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)形調(diào)制器既可用作調(diào)幅又可用作解調(diào)。利用模擬乘法器構(gòu)成的抑制載波調(diào)幅解調(diào)電路，如圖 6-7 所示。 裝訂線5-2 振幅解調(diào)實(shí)驗(yàn)電路1二極管包絡(luò)檢波 二極管包絡(luò)檢波器是包絡(luò)檢波器中最簡(jiǎn)單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號(hào)電平較大（俗稱大信號(hào)，通常要求峰-峰值為 1.5V 以上）的 AM 波。它具有電路簡(jiǎn)單，檢波線性

8、好，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)電路主要包括二極管、RC 低通濾波器和低頻放大部分，如圖 6-8 所示。 圖中，10D01 為檢波管，10C02、10R08、10C07 構(gòu)成低通濾波器，10R01、10W01 為二極管檢波直流負(fù)載，10W01 用來(lái)調(diào)節(jié)直流負(fù)載大小，10R02 與 10W02 相串構(gòu)成二極管檢波交流負(fù)載，10W02 用來(lái)調(diào)節(jié)交流負(fù)載大小。開關(guān) 10K01 是為二極管檢波交流負(fù)載的接入與斷開而設(shè)置的，10K01 置“on”為接入交流負(fù)載，10K01 置“off”為斷開交流負(fù)載。10K02開關(guān)控制著檢波器是接入交流負(fù)載還是接入后級(jí)低放。開關(guān) 10K02 撥至左側(cè)時(shí)接交流負(fù)載，至右側(cè)時(shí)接后級(jí)

9、低放。當(dāng)檢波器構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，需與后級(jí)低放接通。10BG01、10BG02 對(duì)檢波后的音頻進(jìn)行放大，放大后音頻信號(hào)由 10P02 輸出，因此 10K02 可控制音頻信號(hào)是否輸出，調(diào)節(jié) 10W03 可調(diào)整輸出度。圖中，利用二極管的單向?qū)щ娦允沟秒娐返某浞烹姇r(shí)間常數(shù)不同（實(shí)際上，相差很大）來(lái)實(shí)現(xiàn)檢波，所以 RC 時(shí)間常數(shù)的選擇很重要。RC 時(shí)間常數(shù)過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真（又稱惰性失真）。RC 常數(shù)太小，高頻分 裝訂線量會(huì)濾不干凈。綜合考慮要求滿足下式： 其中： ma為調(diào)幅系數(shù)， 為調(diào)制信號(hào)角頻率。 當(dāng)檢波器的直流負(fù)載電阻 R 與交流音頻負(fù)載電阻 RW不相等，而且調(diào)幅度 ma又相當(dāng)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生底邊切割

10、失真（又稱負(fù)峰切割失真），為了保證不產(chǎn)生底邊切割失真應(yīng)滿足2同步檢波 同步檢波又稱相干檢波。它利用與已調(diào)幅波的載波同步（同頻、同相）的一個(gè)恢復(fù)載波與已調(diào)幅波相乘，再用低通濾波器濾除高頻分量，從而解調(diào)出調(diào)制信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)采用 MC1496 集成電路來(lái)組成解調(diào)器，如圖 6-9 所示。該電路圖利用一片 1496 集成塊構(gòu)成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，即幅度解調(diào)電路和混頻電路，混頻電路在前面實(shí)驗(yàn) 3 已作介紹，本節(jié)介紹解調(diào)電路。圖中，恢復(fù)載波 vc 先加到輸入端 9P01 上，再經(jīng)過(guò)電容 9C01 加在、腳之間。已調(diào)幅波 vamp 先加到輸入端 9P02 上，再經(jīng)過(guò)電容 9C02 加在、腳之間。相乘后的信號(hào)由（6）腳

11、輸出，再經(jīng)過(guò)由 9C04、9C05、9R06 組成的P型低通濾波器濾除高頻分量后，在解調(diào)輸出端（9P03）提取出調(diào)制信號(hào)。 需要指出的是，在圖 6-9 中對(duì) 1496 采用了單電源（+12V）供電，因而腳需接地，且其它腳亦應(yīng)偏置相應(yīng)的正電位，恰如圖中所示。 裝訂線 5-3 振幅解調(diào) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟 一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1用示波器觀察包絡(luò)檢波器解調(diào) AM 波時(shí)的性能； 2用示波器觀察同步檢波器解調(diào) AM 波時(shí)的性能； 二實(shí)驗(yàn)步驟 （一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 1選擇好需做實(shí)驗(yàn)的模塊：集成乘法器幅度調(diào)制電路、二極管檢波器、集成乘法 器幅度解調(diào)電路。 2接通實(shí)驗(yàn)板的電源開關(guān)，使相應(yīng)電源指示燈發(fā)光，表示已接通電源即可開

12、始實(shí)驗(yàn)。 注意：做本實(shí)驗(yàn)時(shí)仍需重復(fù)振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)中部分內(nèi)容，先產(chǎn)生調(diào)幅波，再供這里解調(diào) 之用。 （二）二極管包絡(luò)檢波 1AM 波的解調(diào) （1） ma = 30% 的 AM 波的解調(diào) AM 波的獲得 與振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)步驟中的二、4中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相同，低頻信號(hào)或函數(shù)發(fā)生器作為調(diào)制信號(hào)源（輸出 300mVp-p 的 1kHz 正弦波），以高頻信號(hào)源作為載波源（輸出 200mVp-pa 幅度（峰-峰值）至少應(yīng)為 0.8V。 裝訂線 AM 波的包絡(luò)檢波器解調(diào) 先斷開檢波器交流負(fù)載（10K01=off），把上面得到的 AM 波加到包絡(luò)檢波器輸入端（10P01），即可用示波器在 10TP02 觀察到包絡(luò)檢波器的輸

13、出，并記錄輸出波形。為了更好地觀察包絡(luò)檢波器的解調(diào)性能，可將示波器 CH1 接包絡(luò)檢波器的輸入 10TP01，而將示波器 CH2 接包絡(luò)檢波器的輸出 10TP02（下同）。調(diào)節(jié)直流負(fù)載的大小（調(diào) 10W01），使輸出得到一個(gè)不失真的解調(diào)信號(hào)，畫出波形。 觀察對(duì)角切割失真 保持以上輸出，調(diào)節(jié)直流負(fù)載（調(diào) 10W01），使輸出產(chǎn)生對(duì)角失真，如果失真不明顯可以加大調(diào)幅度（即調(diào)整 8W03），畫出其波形，并記算此時(shí)的 ma 值。 觀察底部切割失真 當(dāng)交流負(fù)載未接入前，先調(diào)節(jié) 10W01 使解調(diào)信號(hào)不失真。然后接通交流負(fù)載（10K01至“on”，10K02 至左側(cè)），示波器 CH2 接 10TP03。調(diào)

14、節(jié)交流負(fù)載的大?。ㄕ{(diào) 10W02），使解調(diào)信號(hào)出現(xiàn)割底失真，如果失真不明顯，可加大調(diào)幅度（即增大音頻調(diào)制信號(hào)幅度）畫出其相應(yīng)的波形，并計(jì)算此時(shí)的 ma 。當(dāng)出現(xiàn)割底失真后，減小 ma （減小音頻調(diào)制信號(hào)幅度）使失真消失，并計(jì)算此時(shí)的 ma 。在解調(diào)信號(hào)不失真的情況下，將 10K02 撥至右側(cè)，示波器 CH2 接 10TP04，可觀察到放大后音頻信號(hào)，調(diào)節(jié) 10W03 音頻幅度會(huì)發(fā)生變化。 （2） ma = 100% 的 AM 波的解調(diào) 調(diào)節(jié) 8W03，使 ma =100%，觀察并記錄檢波器輸出波形。 （3） ma > 100% 的 AM 波的解調(diào) 加大音頻調(diào)制信號(hào)幅度，使 ma >

15、100%,觀察并記錄檢波器輸出波形。 M=30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào) 裝訂線M>100%的AM解調(diào)（三）集成電路（乘法器）構(gòu)成的同步檢波 1.AM 波的解調(diào) 將幅度調(diào)制電路的輸出接到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端(9P02)。解調(diào)電路的恢復(fù)載波，可用鉚孔線直接與調(diào)制電路中載波輸入相連，即 9P01 與 8P01 相連。示波器 CH1 接調(diào)幅信號(hào) 9TP02，CH2 接同步檢波器的輸出 9TP03。分別觀察并記錄當(dāng)調(diào)制電路輸出為 ma =30%、ma =100%、 ma >100%時(shí)三種 AM 的解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號(hào)作比較。 實(shí)際觀察到各種調(diào)制度的解調(diào)波形如下圖： M=

16、30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào) 裝訂線M>100%的AM解調(diào)2SSB 波的解調(diào) 采用振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)步驟中的二、4 中相同的方法來(lái)獲得 SSB 波，并將帶通濾波器輸出的 SSB 波形（15P06）連接到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端，載波輸入與上述連接相同。觀察并記錄解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號(hào)作比較。改變調(diào)制信號(hào)的頻率及幅度，觀察解調(diào)信號(hào)有何變化。由于帶通濾波器的原因，當(dāng)調(diào)信號(hào)的頻率降低時(shí)，其解調(diào)后波形將產(chǎn)生失真，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)降低時(shí)，雙邊帶（DSB）中的上邊帶與下邊帶靠得更近，帶通濾波器不能有效地抑制下邊帶，這樣就會(huì)使得解調(diào)后的波形產(chǎn)生失真。 （四）、調(diào)幅與檢波系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 按圖可構(gòu)成調(diào)幅與檢波的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。 將電路按圖 6-10 連接好后，按照上述實(shí)驗(yàn)的方法，將幅度調(diào)制電路和檢波電路調(diào)節(jié)好，使檢波后的輸出波形不失真。然后將檢波后音頻信號(hào)接入低頻信號(hào)源中的功放輸入（P104），即用鉚孔線將二極管檢波器輸出 10P02（注意 10K01、10K02 的位置）與低頻信號(hào)源中的“功放輸入”P104 相連，或?qū)⑼綑z波器輸出 9TP03 與“功入輸入”(P104)相連，便可在 揚(yáng)聲器中發(fā)出聲音。改變調(diào)制信號(hào)的頻率、聲音也會(huì)發(fā)生變化。將低頻信號(hào)源接“音樂(lè)輸出”，揚(yáng)聲器中就有音樂(lè)聲音。三、實(shí)驗(yàn).結(jié)論輸入的調(diào)幅波AM波DSBMa