實(shí)驗(yàn)四幅度調(diào)制及調(diào)幅波的解調(diào)

1、實(shí)驗(yàn)四 幅度調(diào)制及調(diào)幅波的解調(diào)2014141049 14電子鄭敏諾一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅和抑制載波雙邊帶調(diào)幅的方法與過(guò)程，并研究已調(diào)波與二輸入信號(hào)的關(guān)系。 2.掌握測(cè)量調(diào)幅系數(shù)的方法。3.了解調(diào)幅波的解調(diào)方法，掌握用集成電路實(shí)現(xiàn)同步檢波的方法。 4.了解二極管包絡(luò)檢波的主要指標(biāo)，檢波效率及波形失真；掌握二極管包絡(luò)檢波法。 5.通過(guò)實(shí)驗(yàn)中波形的變換，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。三、實(shí)驗(yàn)儀器 1.模擬雙蹤示波器 CS4135A 一臺(tái) 2.DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 DG1022 一臺(tái)3.數(shù)字萬(wàn)用表 VC88E 一臺(tái) 4.實(shí)驗(yàn)電路板 G3 一塊 四、實(shí)驗(yàn)原理及電路說(shuō)明（一）利用集成模擬

2、乘法器實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制 幅度調(diào)制就是載波的振幅受調(diào)制信號(hào)的控制作周期性的變化。變化的周期與調(diào)制信號(hào)周期相同。即振幅變化 與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比。通常稱高頻信號(hào)為載波信號(hào)， 圖4-1 1496芯片內(nèi)部電路圖低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)，調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)的裝置。 本實(shí)驗(yàn)采用集成模擬乘法器1496來(lái)構(gòu)成調(diào)幅器，圖4-1為1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個(gè)四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動(dòng)對(duì)由V1-V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源又組成一對(duì)差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動(dòng)放大器V5、V6的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，載波信號(hào)

3、加在V1-V4的輸入端，即引腳的、之間；調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器V5、V6的輸入端，即引腳的、之間，、腳外接1K電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，已調(diào)制信號(hào)取自雙差動(dòng)放大器的兩集電極(即引出腳、之間)輸出。 用1496集成電路構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如圖4-2所示，圖中RP1用來(lái)調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡，RP2用來(lái)調(diào)節(jié)、腳之間的平衡，三極管V為射極跟隨器，以提高調(diào)幅器帶負(fù)載的能力。 圖4-2 1496構(gòu)成的調(diào)幅器根據(jù)相乘器的原理，當(dāng)載波信號(hào)為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號(hào)為：VS ( t ) VS SinW ( t ) (2)并假定兩信號(hào)輸入端均處于平衡狀態(tài)，那么其輸出信

4、號(hào)為； Vo (t) = kVC (t)·VS ( t ) = kVS·VCSinwct·SinW t = kVS·VCcos(wcW)tcos(wcW)t (3)式中k為相乘器的乘法因子，可用實(shí)驗(yàn)測(cè)得，本實(shí)驗(yàn)中k70。從(3)式不難看出，該輸出信號(hào)中只含有兩邊頻分量而不含載頻分量，因此它是一個(gè)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。 如果調(diào)制信號(hào)輸入端不平衡，即V 0 ，那么加在引出腳、之間的信號(hào)為： V¢s (t) = VVs(t) = VVsSinW t (4) 于是輸出信號(hào)就為： Vo (t) = kVC (t)·V¢S ( t

5、) = kVCSinwct (VVsSinW t) = kVC V (1mSinW t)·Sinwct (5) 式中： (6) 為調(diào)幅系數(shù)理論計(jì)算公式。由(5)式可以看出，這是一個(gè)全載波調(diào)幅信號(hào)，它含有三個(gè)頻率分量，即載頻及兩個(gè)邊頻分量。由此可見，當(dāng)相乘器的調(diào)制信號(hào)輸入端不平衡時(shí)，相當(dāng)于在平衡的調(diào)制信號(hào)輸入端墊上一個(gè)直流電壓，此時(shí)若在載波信號(hào)輸入端加上一個(gè)高頻信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅，其調(diào)幅系數(shù)由調(diào)制信號(hào)的振幅Vs及直流電壓V 的大小決定，若改變Vs或V均可達(dá)到改變調(diào)幅系數(shù)的目的。調(diào)幅波調(diào)幅系數(shù)m的大小可以由(6)式來(lái)計(jì)算，也可以用示波器來(lái)測(cè)量，如圖43所示，若測(cè)得調(diào)幅波的峰峰值為，

6、其谷谷值為， 則： （7） 圖 43 調(diào)幅系數(shù)m的測(cè)量（二）調(diào)幅波的解調(diào)電路 調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，通常稱之為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）和同步檢波法（相干解調(diào)）。 1. 二極管包絡(luò)檢波器適合于解調(diào)含有較大載波分量的大信號(hào)的檢波過(guò)程，它具有電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)電路如圖44所示，主要由二極管D及RC低通濾波器組成，它利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢波。 所以RC時(shí)間常數(shù)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。RC時(shí)間常數(shù)太小，高頻分量會(huì)濾不干凈。 圖44 二極管包絡(luò)檢波器綜合考慮要求滿足下式:其中

7、: m為調(diào)幅系數(shù)，fO為載波頻率，為調(diào)制信號(hào)角頻率。 圖中A對(duì)輸入的調(diào)幅波進(jìn)行幅度放大（滿足大信號(hào)的要求），D是檢波二極管，R4、C2、C3濾掉殘余的高頻分量，R5、和RP1是可調(diào)檢波直流負(fù)載，C5、R6、RP2是可調(diào)檢波交流負(fù)載，改變RP1和RP2可觀察負(fù)載對(duì)檢波效率和波形的影響。2.同步檢波器 利用一個(gè)和調(diào)幅信號(hào)的載波同頻同相的載波信號(hào)與調(diào)幅波相乘，再通過(guò)低通濾波器濾除高頻分量而獲得調(diào)制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路如圖45所示，采用1496集成電路構(gòu)成解調(diào)器，載波信號(hào)VC經(jīng)過(guò)電容C1加在、腳之間，調(diào)幅信號(hào)VAM經(jīng)電容C2加在、腳之間，相乘后信號(hào)由(12)腳輸出，經(jīng)C4、C5、R6組成的低通濾波器，在解調(diào)

8、輸出端，提取調(diào)制信號(hào)。 圖45 1496構(gòu)成的解調(diào)器五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1 +12V和-8V的電源不要接錯(cuò)。模擬示波器探頭設(shè)置在1X位置！ 2 做調(diào)幅實(shí)驗(yàn)時(shí)，從示波器上讀取輸入信號(hào)的幅度，一定要在信號(hào)發(fā)生器接入電路以后再?gòu)碾娐返妮斎攵俗x數(shù)，此時(shí)信號(hào)源的輸出稱為帶負(fù)載輸出，因此用示波器從電路輸入端讀到的電壓值要比信號(hào)發(fā)生器上所顯示的輸出電壓值要小。 3 本實(shí)驗(yàn)提供的信號(hào)幅度值是信號(hào)的峰值，而不是峰峰值，讀數(shù)時(shí)注意不要讀錯(cuò)。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 實(shí)驗(yàn)電路見圖4-2。連接好+12V和-8V電源，然后打開電源開關(guān)。輸入端說(shuō)明：電路板左邊IN1是載波信號(hào)輸入端，RP2電位器用于調(diào)節(jié)載波的直流分量，其大小不能

9、直接讀出；IN2是調(diào)制信號(hào)輸入端，RP1電位器用于調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)的直流分量，其大小可以用數(shù)字萬(wàn)用表從A、B端直接讀出；調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)分別由DG1022函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的兩個(gè)輸出通道CH1及CH2提供。 1.調(diào)RP2電位器使載波輸入端平衡 在DG1022函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的CH1先設(shè)置一個(gè)頻率為1KHz，幅值為400mVpp的正弦信號(hào)（此幅值只是一個(gè)預(yù)設(shè)值，下面需要調(diào)節(jié)），然后把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器CH1的輸出信號(hào)和模擬示波器同時(shí)接到電路的IN2輸入端，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓幅值，從模擬示波器上讀出峰值為100mV的信號(hào)（此時(shí)信號(hào)發(fā)生器的幅值約被調(diào)為380mVpp）作為調(diào)制信號(hào)。此時(shí)載波輸入端IN1

10、暫不接交流信號(hào)。用示波器觀察調(diào)幅器電路OUT輸出端的信號(hào)波形，調(diào)節(jié)Rp2電位器使輸出端信號(hào)波形盡量接近于零，表示載波輸入端的直流分量被調(diào)零，則載波輸入端平衡。（因?yàn)橥ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)RP2電位器可以改變載波輸入端直流分量的大小，當(dāng)載波端的直流分量有一定數(shù)值時(shí)，與調(diào)制信號(hào)通過(guò)1496模擬相乘器相乘之后，在輸出端必然有輸出波形，若沒(méi)有輸出波形，則表示載波輸入端的直流分量為零。） 2.實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅 （注意：與下一步驟相結(jié)合，完成每次調(diào)幅之后緊接著就做同步檢波解調(diào)） 用合適的導(dǎo)線將載波輸入端IN1和同步解調(diào)器的載波輸入端Uc IN先連接起來(lái)（導(dǎo)線已經(jīng)連好，不要拔掉！這是為了避免解調(diào)時(shí)載波信號(hào)幅度的衰減）。(1

11、) . 在DG1022函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的CH2先設(shè)置一個(gè)頻率為100KHz，幅值為40mVpp的正弦信號(hào)，然后把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的CH2和模擬示波器同時(shí)接到電路的載波輸入端IN1，再調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器CH2的輸出電壓（約調(diào)為37mVpp），從模擬示波器上讀出峰值為10mV的信號(hào)作為載波信號(hào)。 (2). 調(diào)節(jié)RP1使VAB=0.1V（即是調(diào)制信號(hào)帶有100mV的直流分量，則輸出的調(diào)幅波為全載波調(diào)幅波）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理公式(6)，我們將通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到理論上m分別等于0.5、1、1.5的三種調(diào)幅波。保持IN1載波端的信號(hào)不變，當(dāng)IN2端調(diào)制信號(hào)的幅度（峰值）分別調(diào)節(jié)為Vs50mV，Vs100mV，Vs150

12、mV時(shí)（頻率仍為1KHz），在調(diào)幅器電路的OUT輸出端將得到此三種不同調(diào)幅系數(shù)m的調(diào)幅波（通過(guò)微調(diào)觸發(fā)電平旋鈕，使觸發(fā)電平處在調(diào)幅波峰值包絡(luò)的有效范圍內(nèi)，可以在示波器上獲得如圖43所示的穩(wěn)定的調(diào)幅波顯示），請(qǐng)畫出這三種調(diào)幅波的波形圖，并在波形圖上標(biāo)明峰峰值E1和谷谷值E2，求出其調(diào)幅系數(shù)m（實(shí)驗(yàn)值與理論值會(huì)有一些偏差）。注：調(diào)幅系數(shù)m的測(cè)量見圖43，為峰峰值，為谷谷值。當(dāng)調(diào)幅波形過(guò)調(diào)時(shí)（Vs150mV的情況），谷谷值（變成一個(gè)小的峰峰值）的讀數(shù)應(yīng)該取負(fù)值，這樣求出的m>1，表示過(guò)調(diào)。 3.利用1496模擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅波信號(hào)的解調(diào)（同步檢波法） 連接好電路的+12V電源，并將圖45

13、中的C4另一端接地，C5另一端接A；并在解調(diào)器的載波輸入端Uc IN加上與調(diào)幅實(shí)驗(yàn)相同的載波信號(hào)（線已接好）。將上一步全載波調(diào)幅實(shí)驗(yàn)中所獲得的三種調(diào)幅波輸出，依次加至解調(diào)器的UAM IN輸入端；分別記錄解調(diào)輸出的波形，標(biāo)上輸出幅度，并與原始調(diào)制信號(hào)相比較（方法：把示波器的VERT MODE設(shè)在CHOP位置，用兩個(gè)通道同時(shí)觀看解調(diào)輸出信號(hào)與IN2端的調(diào)制信號(hào)，在同一坐標(biāo)上畫出原始調(diào)制信號(hào)波形與解調(diào)輸出信號(hào)的波形，并標(biāo)上幅值）。比較分析信號(hào)的幅度、頻率和相位，如何判斷解調(diào)出來(lái)的信號(hào)是正確的信號(hào)？根據(jù)f=1/t當(dāng)信號(hào)的周期相同時(shí)，頻率解調(diào)成功。其他的沒(méi)關(guān)系，A對(duì)輸入的調(diào)幅波進(jìn)行幅度放大。調(diào)幅系數(shù)由調(diào)

14、制信號(hào)的振幅Vs及直流電壓V 的大小決定，若改變Vs或V均可達(dá)到改變調(diào)幅系數(shù)的目的。即幅值也沒(méi)有關(guān)系 4.實(shí)現(xiàn)抑制載波調(diào)幅(1).調(diào)RP1使調(diào)制端平衡。調(diào)節(jié)RP1電位器使VAB = 0，即調(diào)制信號(hào)直流分量為零，調(diào)制信號(hào)端平衡，此時(shí)調(diào)制信號(hào)和載波兩個(gè)輸入信號(hào)都處于平衡狀態(tài)。(2) .載波輸入端不變，調(diào)制信號(hào)輸入端正弦信號(hào)峰值調(diào)為100mV，頻率仍為1KHz，觀察并記錄電路的輸出波形，即是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，并標(biāo)明其峰一峰值電壓。 (3) .所加載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)均不變，微調(diào)RP2讓載波端稍微偏離平衡點(diǎn)（即是帶有一點(diǎn)直流分量），觀察并記錄輸出波形，解釋波形現(xiàn)象。最后調(diào)回平衡點(diǎn)（載波直流分量調(diào)回

15、零）。 根據(jù)相乘器的原理，載波信號(hào)為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號(hào)為：VS ( t ) VS SinW ( t ) 調(diào)節(jié)電阻會(huì)使信號(hào)偏移 5.利用1496模擬乘法器解調(diào)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào) 把上一步驟所獲得的抑制載波雙邊帶調(diào)幅波加至解調(diào)器UAM IN輸入端，其它連線均不變，觀察并記錄解調(diào)輸出波形，標(biāo)上輸出幅度，并與IN2端的調(diào)制信號(hào)相比較（方法與步驟3相同）。頻率相同。6. 二極管包絡(luò)檢波器（非同步檢波法） 實(shí)驗(yàn)電路見圖4-4。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意不要把檢波電路里的RP1、RP2和調(diào)幅電路中的RP1、RP2搞混！(1).解調(diào)全載波調(diào)幅信號(hào). m0.5的調(diào)幅波的

16、包絡(luò)檢波 按實(shí)驗(yàn)步驟2(2)的條件獲得調(diào)幅系數(shù)m0.5（即調(diào)制信號(hào)的幅度為50mV，直流分量VAB=0.1V）的調(diào)幅波輸出，并將它加至圖4-4二極管包絡(luò)檢波器的UAM IN信號(hào)輸入端（注意二極管包絡(luò)檢波電路需事先接入12V電源）。. 先把示波器的時(shí)間基線調(diào)零，并設(shè)置在直流耦合（DC）輸入的狀態(tài)（在下面的測(cè)量中一直保持此狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)較大，波形超出屏幕顯示范圍時(shí)，只能通過(guò)增大示波器通道電壓?jiǎn)挝坏霓k法使波形下降到屏幕顯示范圍內(nèi)，而不能直接調(diào)垂直位移旋鈕！），用示波器從OUT2輸出端觀察解調(diào)輸出信號(hào)。調(diào)節(jié)檢波電路的RP1改變直流負(fù)載，觀測(cè)二極管直流負(fù)載改變對(duì)檢波幅度和波形的影響，分別記錄當(dāng)RP1處于最

17、左邊和最右邊時(shí)的輸出解調(diào)波形（解調(diào)波形如果有失真和干擾要如實(shí)反映出來(lái)），測(cè)量并記錄此時(shí)解調(diào)波形的峰值和谷值，求出解調(diào)波形的直流分量大小，并與原始調(diào)制信號(hào)相比較（用示波器兩個(gè)通道同時(shí)觀察解調(diào)輸出波形與原始調(diào)制信號(hào)，在同一坐標(biāo)上畫出波形圖）。分析當(dāng)RP1處于最左邊和最右邊時(shí)的輸出解調(diào)波形，說(shuō)明其特點(diǎn)和原因。 Rp1處于最左邊時(shí)為最小值，根據(jù)相乘器的原理，當(dāng)載波信號(hào)為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號(hào)為：VS ( t ) VS SinW ( t )所以信號(hào)會(huì)比較還原，平移較小當(dāng)處于最右邊時(shí)，平移較大 . 把檢波電路的RP1旋至最左邊，短接a、b兩點(diǎn)，用示波器從OUT3

18、輸出端觀察解調(diào)輸出信號(hào)。調(diào)節(jié)檢波電路的RP2改變交流負(fù)載，觀測(cè)二極管交流負(fù)載對(duì)檢波輸出信號(hào)幅度和波形的影響，記錄當(dāng)RP2處于最左邊和最右邊時(shí)的輸出解調(diào)波形（如果有失真和干擾要如實(shí)反映），測(cè)量并記錄此時(shí)解調(diào)波形的峰值和谷值，并與調(diào)制信號(hào)相比較（用示波器兩個(gè)通道同時(shí)觀察解調(diào)輸出波形與原始調(diào)制信號(hào)，在同一坐標(biāo)上畫出波形圖）。分析當(dāng)RP2處于最左邊和最右邊時(shí)的輸出解調(diào)波形，說(shuō)明其特點(diǎn)和原因。根據(jù)公式如下當(dāng)跳到最右時(shí)，rc可能會(huì)比其中一項(xiàng)小，則產(chǎn)生失真 . 把檢波電路RP1和RP2都旋至最右邊，測(cè)量并記錄此時(shí)解調(diào)波形的峰值和谷值，并與調(diào)制信號(hào)相比較，分析測(cè)量結(jié)果。 (2).解調(diào)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號(hào)

19、按實(shí)驗(yàn)步驟4(1)、4(2)的條件獲得抑制載波雙邊帶調(diào)幅波，并加至二極管包絡(luò)檢波器UAM IN輸入端，順時(shí)針把檢波電路的RP1調(diào)到最右邊，用示波器從OUT2端觀察并記錄檢波輸出波形（注意保持上一步中示波器的設(shè)置狀態(tài)，輸出帶有直流分量），并與原始調(diào)制信號(hào)相比較，波形畫在同一坐標(biāo)上，通過(guò)波形的比較能夠看出什么結(jié)論？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 4完成下面思考題： 用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅時(shí)（假定載波輸入端是平衡的），為什么調(diào)節(jié)RP1可得到不同調(diào)幅度m的調(diào)幅波及抑制載波調(diào)幅波？ 根據(jù)相乘器的原理，當(dāng)載波信號(hào)為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號(hào)為：VS ( t ) VS SinW ( t

20、) Vo (t) = kVC (t)·V¢S ( t ) = kVCSinwct (VVsSinW t) = kVC V (1mSinW t)·Sinwct (5) 式中： 用相乘器實(shí)現(xiàn)抑制載波調(diào)幅，要想獲得較為理想的波形，其關(guān)鍵條件是什么？ 相乘器的關(guān)鍵條件是濾除一個(gè)邊帶，取出另一個(gè)邊帶。畫出抑制載波雙邊帶調(diào)幅波波形與m = 1時(shí)的調(diào)幅波波形，比較二者的區(qū)別。 采用二極管包絡(luò)檢波法有可能出現(xiàn)哪些失真？在本實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了什么失真的情況，在什么實(shí)驗(yàn)條件下出現(xiàn)？ 有三種失真：1、惰性失真，因?yàn)闉V波電容與負(fù)載組成的RC時(shí)間常數(shù)太大，跟不上輸入迅速變化的包絡(luò)線。2、底部切

21、割失真（又叫負(fù)峰切割失真），因?yàn)轳詈想娙萆现绷鞣至繉?duì)二極管形成反偏，把輸入包絡(luò)幅度最?。ㄐ盘?hào)負(fù)半周）的波形割平。3、小信號(hào)平方律失真，輸入信號(hào)較小，二極管工作在曲線部分（近似平方曲線），輸出幅度與輸入幅度的平方成正比 二極管包絡(luò)檢波器能否用于解調(diào)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波？不能。 無(wú)載頻的調(diào)幅波，經(jīng)過(guò)二極管的非線性作用后，只會(huì)產(chǎn)生諧波，不會(huì)與載頻產(chǎn)生出音頻成份。一定要加入一個(gè)載頻信號(hào)以后才能解調(diào)得到音頻。在單邊帶通信設(shè)備中，就要加入載頻。以前有線通信的載波技術(shù)中，就要采用晶體振蕩器，并與對(duì)方端機(jī)進(jìn)行同步調(diào)整，以引入載頻才能進(jìn)行解調(diào)，這樣接收設(shè)備就很復(fù)雜了。 電視圖像是采用調(diào)幅制，采用的方法是殘留載頻的方式，也即載頻并不消除，只是發(fā)射時(shí)去除一個(gè)邊帶，另一個(gè)邊帶與載頻一起發(fā)射出去，這樣接收設(shè)備就比較簡(jiǎn)單。八、預(yù)習(xí)要求 1.復(fù)習(xí)課本中有關(guān)