幅度調(diào)制與解調(diào)

1、幅度調(diào)制與解調(diào)實驗一、實現(xiàn)目的1、通過本次實驗，起到理論聯(lián)系實際的作用，將理論課中學(xué)到的調(diào)幅、檢波電路的分析方法用到實驗電路的分析和實驗結(jié)果的分析中，使理論真正地用在實際電路中，落到實處。要求學(xué)生必須從時域、頻域?qū)φ{(diào)制和解調(diào)過程中信 號的變換分析清楚。2、本次采用的實驗電路既能實現(xiàn)普通調(diào)幅，又能實現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅，通過實驗更 進一步理解普通調(diào)幅（AM和雙邊常調(diào)幅（DSB在理論上、電路中的聯(lián)系 和區(qū)別。3、實驗中所測量的各種數(shù)據(jù)、曲線、波形是代表電路性能的主要參數(shù)，要求理 解參數(shù)的意義和測量方法，能從一組數(shù)據(jù)中得出不同的參數(shù)并衡量電路的性 能。二、實驗儀器1、數(shù)字示波器TDS210 060MHz 1

2、臺2、頻譜分析儀 GSP-827 02.7GHz 1臺3、直流穩(wěn)壓電源 SS3323 030V 1臺4、實驗電路板自制1塊三、實驗電路及原理1、實驗電路介紹實驗所采用的電路為開關(guān)調(diào)幅電路，如圖所示。既能實現(xiàn)AM調(diào)制，又能實現(xiàn)DSB調(diào)制，是一種穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良的實驗電路，其基本工作原理是：調(diào)制 信號經(jīng)耦合電容C1輸入與電位器輸出的直流電壓疊加，分別送到同相跟隨器U1A 和反相跟隨器U1E，這樣在兩個跟隨器的輸出端就得到兩個幅度相等，但相位相 反的調(diào)制信號（U+和 U-）。再分別送到高速模擬開關(guān)的兩個輸入端 S1和S2,由 開關(guān)在兩個信號之間高頻交替切換輸出（由載波控制），在輸出端就得到調(diào)幅波，

3、 通過調(diào)整電位器可以改變直流電壓達到改變調(diào)制度m當(dāng)電位器調(diào)到中心位置時就得到了雙邊帶的調(diào)幅信號。放大器為高精度運放AD8552開關(guān)為二選一高速CMO模擬開關(guān)ADG779另外，為防止實驗過程中由于調(diào)制信號幅度過大而損壞 電路，特加了保護二極管 D1、D2;由于運算放大器和模擬開關(guān)是單電源軌至軌 型，只能單5V供電，在使用時所有信號是疊加在 2.5V直流電平上的，電路中 R7、R8就是提供該直流偏置電平的，R12 R13 T1是用來抵銷直流電平的，以 免對檢波電路產(chǎn)生影響；R8 C5 C7、L1和R9 C6 C8 L2起到導(dǎo)通直流和低 頻信號、阻止高頻信號的作用，防止開關(guān)泄露的高頻載波信號對運算放

4、大器產(chǎn)生 影響；高頻載波信號（1MHz方波）由有源晶體振蕩器X1產(chǎn)生。幅度解調(diào)電路是一個二極管峰值包絡(luò)檢波器，輸入的調(diào)幅波經(jīng)二極管D3僉波，由電阻電容C15 R15 C17交流耦合，輸出解調(diào)信號。在該電路中通過跳線 JP1、JP2可以接入或斷開C16 R16來改變?yōu)V波回路的時間常數(shù)，加大濾波回路的 時間常數(shù)時，可以觀察到惰性失真（也叫對角失真），通過 JP2 JP3可以接入或斷開R16 R18來改變交流負(fù)載電阻和直流負(fù)載電阻的比值，可以觀察到底邊切割失真（也叫負(fù)峰切割失真）。該電路只適用于普通調(diào)幅波的解調(diào)，對于抑制載波的雙邊帶信號是不能解調(diào)的。另外，由于檢波二極管有0.2 V的導(dǎo)通電壓（肖特基

5、二極管1n5819）,所以在 解調(diào)時為了減小解調(diào)的非線性失真和提高效率， 必須工作在大信號狀態(tài)，即輸入 信號在0.5 V以上。在信號比較小時，就要加一定的偏置，在本實驗中暫不考慮。J23冋気60-Rcm um-0ZGu7rLSJ刖口回口圍 UQMnLSJNnus u ni*n*in ULJL*JULJL£JI21n <*» cm1' l=* auocsasnuN5nm-3 J2、波形分析通過對調(diào)制電路各主要點的波形分析， 更容易理解電路的工作原理，也便于 調(diào)整時對照。各主要點的波形示意圖如圖所示。為了表示簡單圖中沒有考慮直流 偏置電平。從圖7中可以看出，只要改

6、變電位器，使直流電壓改變，就可以改變調(diào)制 度m當(dāng)直流電壓在平衡點時，輸出為雙邊帶信號。注意：為便于比較，圖中將 同相跟隨器輸出信號和反相跟隨器輸出信號畫在同一坐標(biāo)中；由于是開關(guān)調(diào)制， 輸出的已調(diào)波中的載波成分是方波，再經(jīng)過 T1和C14組成的回路濾波就可以得 到正弦波。3、數(shù)學(xué)分析同相跟隨器輸出信號為：Ha廠 U +U “8S °F反相跟隨器輸出為：則輸出為:完全滿足幅度調(diào)制的要求，由于是開關(guān)調(diào)制，輸出信號中必然存在著各次諧 波，只要通過帶通濾波器就可以濾除諧波，得到標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅波。四、實驗內(nèi)容及步驟1、觀察各級電壓的波形測試說明：在幅度調(diào)制和解調(diào)的過程中，信號在頻域和時域都發(fā)生了變化

7、， 特別是時域波形的特征非常明顯，用示波器觀察各級波形可以很方便的了解調(diào)制 和解調(diào)的原理和過程。測量步驟如下：（1）接通電源。按直流穩(wěn)壓電源的電源開關(guān)，調(diào)整電壓旋鈕使電壓顯示為9V, 此時電流旋鈕控制的及電流表顯示的是最大輸出電流 （也稱為保護電流）；連接 到電路板的電源線，按輸出按鈕后電路板就獲得了 9V直流供電，此時電流表顯示 的是實際輸出的電流值。（2） 觀察調(diào)制波形。接通低頻信號發(fā)生器電源，調(diào)整其頻率為1kHz、幅度為 1Vp-p的信號加到電路板的調(diào)制信號輸入端 J1，用示波器觀察Uam點輸出的已調(diào)波 波形，調(diào)整電位器分別調(diào)出m=30的普通調(diào)幅波和雙邊帶信號，并做記錄（調(diào)制 度測量方法

8、見后）。再改變調(diào)制信號的頻率、電壓和調(diào)整電位器觀察輸出信號的 相應(yīng)變化。（3）觀察檢波波形。在m=30時，接通JP2、斷開JP1和JP3觀察檢波器正 常輸出波形；接通JP1、斷開JP2和JP3,加大了濾波電容和電阻，觀察惰性失 真；接通JP3、斷開JP1和JP2,減小了交流電阻和增加了直流電阻，觀察底邊 切割失真，記錄所測波形。（a）由于載波頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號的頻率，所以在觀察波形時，要看調(diào)幅 波的包絡(luò)時，示波器的掃速要慢，要看載波時，掃速要快，兩者無法兼顧。（b）由于頻譜分析儀的輸入阻抗為50Q,而調(diào)幅波輸出端沒有專門的放大 電路，在測量波形時不要接頻譜分析儀，以免對信號幅度衰減太大影響波形

9、觀察。（c）雙邊帶信號由于存在著干擾、載波泄露和在相位交替時幅度太小，很 難觀察到相位倒相180°的情況。（d）調(diào)制度的測量方法：調(diào)制度m的定義是包絡(luò)的變化量與載波幅度之比， 可按圖8所示的方法用示波器上測量。精選資料，歡迎下載2、頻譜測量測試說明：調(diào)幅作為線性頻譜搬移其頻譜具有特殊形狀， 通過頻譜的測量可 以更容易理解頻譜的變換。由于頻譜分析儀的頻率分辨率最高為3 kHz，為了清楚地看到調(diào)幅波的上下邊帶和載頻，調(diào)制信號的頻率必須大于頻譜分析儀的頻率 分辨率。測量步驟如下：用同軸電纜將已調(diào)波（J2, SMA接口）輸入到頻譜分析儀的輸入端，將調(diào)制 信號頻率調(diào)高到10 kHz，頻譜分析儀

10、的中心頻率等于載波頻率設(shè)為 1MHz SPAN 設(shè)為100kHz、RBW沒為3 kHz，調(diào)整電位器使波形分別為 AM DSB波觀察其頻譜 圖，并作記錄。五、實驗結(jié)果1、調(diào)制波形改變電位器：直流電平增大或減小，則上下波路逐漸分開（直到 m=30%如 圖1）；當(dāng)直流電平為零時則輸出信號變?yōu)殡p邊帶信號（如圖2）。2、檢波波形（1）接通JP2、斷開JP1和JP3時，輸出波形為正常波形（如圖3）。（2）接通JP1、斷開JP2和JP3時，由于加大了濾波電容和電阻，輸出波形產(chǎn)生惰性失真，圖形特征為時域幅度變小，信號上升時間變短下降時間變長（如圖4）。理論分析惰性失真：t1Vc(t=t1)e RCcm(1 m

11、 a cos 11 11 ) e RCdV im (t)包絡(luò)的變化速率為:dtdv c(t)t 二 t1一 m aV cm 門 sin 門電容電壓的變化速率:dtVcm(1*ma COS。)RCoi為避免惰性失真，則dV im(t)dVc(t)>dtt =tdtt1為信號包絡(luò)下降區(qū)間的某一時刻設(shè)輸入的包絡(luò)為：Vim (t) = Vcm ( ma COS t)t = t在1時刻，電容C通過F放電的時間函數(shù):t t1為不失真，要求:dVim（t）精選資料，歡迎下載dVc(t)dt1 +ma coEticos 門 t1不同時刻t1 ，調(diào)幅波的包絡(luò)下降速度不同，為了保證在包絡(luò)下降最快時仍 不產(chǎn)生

12、惰性失真。RCm a代入A,得不失真條件：Q m a求得A達到最大值的時刻:即0dt12結(jié)論：ma、門越大，不產(chǎn)生惰性失真要求的時間常數(shù)就越小。(3) 接通JP3、斷開JP1和JP2時，由于減小了交流電阻和增加了直流電阻，輸出 波形產(chǎn)生底邊切割失真，時域波形特點是波形最低點被切使其絕對值變小如圖 5 理論分析底邊切割失真：檢波器后接交流負(fù)載可能引入負(fù)峰切割失真。輸入：輸出：Vi(t) = Vcm(1 ma cost)cos ctVav 二 kdVcm(1 maCOSt)二 Vav= VavCOSt檢波 電流直流交流幅度AV-丄 Av- /AV =無V AV - _ #cmVK廿一 JWg叫 1R RRR有VAV= _cmJ” m JRMSR /a RHR Ra RHIav = maR1不失真條件：Iav 二RRl結(jié)論：檢