實驗4 振幅調(diào)制

1、太原理工大學現(xiàn)代科技學院 實驗報告太原理工大學現(xiàn)代科技學院高頻電子線路 課程 實驗報告專業(yè)班級 測控14-4 學 號 2014101854 姓 名 李 昊 指導教師 溫 濤 裝訂線裝訂線實驗名稱 振幅調(diào)制 同組人 專業(yè)班級 測控14-4 姓名 李昊 學號2014101854成績 實驗4 振幅調(diào)制4-1 振蕩調(diào)制的基本工作原理根據(jù)電磁波理論知道，只有頻率較高的振蕩才能被天線有效地輻射。但是人的講話聲音量變換為相應(yīng)的電信號的頻率較低，不適用于直接從天線上輻射，因此，為了傳遞信息，就必須將要傳遞的信息“記載”到高頻振蕩上去。這一“記載”過程稱為調(diào)制，調(diào)制后的高頻振蕩稱為已調(diào)波，未調(diào)制的高頻振蕩稱為載

2、波。需要“記載”的信息稱為調(diào)制信號。調(diào)制過程是用被傳遞的低頻信號，使高頻輸出信號的參數(shù)（幅度，頻率，相位）相應(yīng)于低頻信號變化而變化，從而實現(xiàn)低頻信號搬移到高頻信號段，被高頻信號攜帶傳播的目的，完成調(diào)制過程的裝置叫調(diào)制器。調(diào)制器和解調(diào)器必須由非線性元件構(gòu)成，他們可以是二極管或者三極管。近年來集成電路在模擬通信中得到廣泛的應(yīng)用，調(diào)制器，解調(diào)器都可以用模擬乘法器來實現(xiàn)。一振幅調(diào)制和調(diào)幅波振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信息去控制高頻載波信號的振幅，使載波的信號的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號成正比地變化。經(jīng)過振幅調(diào)制的高頻載波稱為振幅調(diào)制波（簡稱調(diào)幅波）。調(diào)幅波有普通調(diào)幅波（AM，）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波（DS

3、B）和抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB）三種。1普通調(diào)幅波（AM）（1）調(diào)幅波的表達式，波形設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的余弦波：載波信號為為了簡化分析，設(shè)兩者波形的初相角均為零，因為調(diào)幅波的振幅和調(diào)制信號成正比，由此可 得調(diào)幅波的振幅為式中，裝訂線其中，ma稱為調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度，它表示載波振幅受調(diào)制信號控制程度，ka為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由于實現(xiàn)調(diào)幅調(diào)制后載波頻率保持不變，因此已調(diào)波的表示式為可見，調(diào)幅波也是一個高頻振蕩，而它的振幅變化規(guī)律（即包絡(luò)變化）是與調(diào)制信號完全一致的，因此調(diào)幅波攜帶著原調(diào)制信號的信息。由于調(diào)幅指數(shù)ma與調(diào)制電壓的振幅成正比,即Um越大，越大，調(diào)幅波幅度變化越大，ma小于

4、或等于1.如果ma1，調(diào)幅波產(chǎn)生失真，這種情況稱為過調(diào)幅，在實際工作中應(yīng)該避免產(chǎn)生過調(diào)幅。調(diào)幅波的波形如圖5-1所示。（2）調(diào)幅波的頻譜 由式（5-4）展開得 可見，用單音頻信號調(diào)制后的已調(diào)波，由三個高頻分量組成，除角頻率為Wc的載波以外， 還有（Wc+）和（Wc-）兩個新角頻率分量。其中一個比Wc高，稱為上邊頻分量；一個比Wc低，稱為下變頻分量。載波頻率分量的振幅仍為Ucm,而兩個下邊頻的分量的振幅均為。因為ma的最大值只能等于1，所以邊頻振幅的最大值不能超過，將這三個頻率分量用圖畫出，便可的到圖5-2所示的頻譜圖。在這個圖上，調(diào)幅波的每一個正弦分量一個線段表示，線段的長度代表其幅度，線段在

5、橫軸上的位置代表其頻率。裝訂線以上分析表明，調(diào)幅的過程就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號搬移到高頻載波分量兩側(cè)的過程。顯然，在調(diào)幅波中，載波并不含有任何有用的信息，要傳送的信息只包含于邊頻分量中。邊頻的振幅反應(yīng)了調(diào)制信號幅度的大小，邊頻的頻譜雖屬于高頻范疇，但反映了調(diào)制信號頻率的高低。有圖5-2可見，在單頻調(diào)制時，其調(diào)幅波的頻帶寬度為調(diào)制信號頻譜的兩倍，即B=2F。實際上調(diào)制信號不是單一頻率的正弦波，而是包含若干頻率分量的復雜波形（例如實際的語音信號就很復雜），在多頻調(diào)制時，如由若干個不同頻率1，2，.，k的信號所調(diào)制，其調(diào)幅波方程為相乘展開后得到相應(yīng)的，其調(diào)幅波含有一個載波分量及一系列的高低邊頻分量

6、（Wc+1）,(Wc+2)，.(Wc+k)等等。多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜圖如圖5-3所示。由此可 以看出，一個調(diào)幅波實際上是占有某一個頻率范圍，這個范圍稱為頻帶?？偟念l帶寬帶度為最高頻率的兩倍，即B=2Fmax,這個結(jié)論很重要。因為在接收和發(fā)送調(diào)幅波的通信設(shè)置中，所以選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當不但能通過載頻，而且還要能通過邊頻成分。如果選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶太窄，將導致調(diào)幅波的失真。 調(diào)制后調(diào)制信號的頻譜被線性地搬移到載頻的兩邊，成為調(diào)幅波上，下邊帶。所以，調(diào)幅的過程實質(zhì)上是一種頻譜搬移的過程2.抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB） 由于載波不攜帶信息，因此，為了節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射含有信息的上，下兩個邊帶，而不發(fā)射載波

7、，這種調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱為雙邊帶調(diào)幅，用DSB表示?？蓪⒄{(diào)制信號u和載波信號uc。直接加到乘法器或者平衡調(diào)幅器電路得到。雙邊帶調(diào)幅信號寫為裝訂線由以上討論可以看出DSB調(diào)制信號有如下特點： （1）DSB信號的幅值扔隨調(diào)制信號而變化，但與普通調(diào)幅波不同，DSB的包絡(luò)不再反映調(diào) 制信號的形狀，仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。（2）在調(diào)制信號的正負半周，載波相位相反，即高頻振蕩的相位在f(t)=0瞬間又180的突變。 （3）對DSB調(diào)制，信號仍集中在載波wc附近，所占頻帶為Bdsb=2Fmax 由于DSB調(diào)制抑制了載波，輸出功率是有用信號，它比普通的調(diào)幅經(jīng)濟，但在頻帶利用頻率沒有什么

8、改進，為進一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊帶傳輸方式。 表5-1列出了在單音信號調(diào)制下三種已調(diào)信號的時域波形圖及頻譜示意圖，以及多音信號調(diào)制下三種已調(diào)信號的頻譜示意圖。裝訂線 二、普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路在無線電發(fā)射機中，振幅調(diào)制的方法按功率電平的高低分為高電平調(diào)制電路和低電平調(diào)制電路兩大類。前者是在發(fā)射機的最后一級直接產(chǎn)生達到輸出功率要求的已調(diào)波，后者多在發(fā)射機的前級產(chǎn)生小功率的已調(diào)波，再經(jīng)過線性功率放大器放大，達到所需的發(fā)射功率電平。 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生多用高電平調(diào)制電路。它的優(yōu)點是不需要采用效率低的線性放大器，有利于提高整機效率，電路簡單。由于它輸出功率小，常用在雙

9、邊帶調(diào)制和低電平輸出系統(tǒng)。低電平調(diào)幅可采用集成高頻放大器產(chǎn)生調(diào)幅波，也可利用模擬乘法器產(chǎn)生調(diào)幅波。下面介紹一種高電平調(diào)幅電路。高電平調(diào)幅電路是以調(diào)諧功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，實際上它是一種輸出電壓振幅受調(diào)制信號控制的調(diào)諧功率放大器，根據(jù)調(diào)制信號注入調(diào)幅器方式的不同，分為基極調(diào)幅、發(fā)射級調(diào)幅和集電極調(diào)幅三種?；鶚O調(diào)幅電路如圖5-7所示。由圖可見，高頻載波信號uw通過高頻變壓器T1加到晶體管基極回路，低頻調(diào)制信號u通過低頻變壓器T2加到晶體管基極回路，Cb為高頻旁路電容，用來為載波信號提供通路。在調(diào)制過程中，調(diào)制信號u相當于一個緩慢變化的偏壓（因為反偏壓Eb=0,否則綜合偏壓應(yīng)是Eb+u),使放大器

10、的集電極脈沖電流的最大值Icmax和增大；在u往反向減小時，Icm和減少，故輸出電壓幅值正好反應(yīng)調(diào)制信號波形。晶體管的集電極電流Ic波形和調(diào)諧回路輸出的電壓波形，如 裝訂線 裝訂線 三、抑制載波調(diào)幅的產(chǎn)生電路產(chǎn)生抑制載波調(diào)幅波的電路采用平衡、抵消的辦法把載波抑制掉，故這種電路叫抑制載波調(diào)幅電路或叫平衡調(diào)幅電路。實現(xiàn)這種調(diào)幅的電路很多，目前廣泛應(yīng)用的是二極管環(huán)形調(diào)制器，電路如圖5-9所示。隨著集成電路的發(fā)展，由線性組件構(gòu)成的平衡調(diào)幅器已經(jīng)被采用，圖是用模擬乘法器實現(xiàn)抑制載波的實際電路，它是用MC1596G構(gòu)成。這個電路的特點是工作頻帶寬，輸出頻率較純，而且省去了變壓器，調(diào)整簡單。 裝訂線4-2

11、振幅調(diào)制實驗電路1.MC1496N內(nèi)部電路及外部連接2.用1496組成的調(diào)幅器實驗電路如圖所示，圖中，與上圖相對應(yīng)之處是：8R08對應(yīng)于Rt，8R09對應(yīng)于Rb,8R03,8R10，對應(yīng)于Rc.此外，8W01，用來調(diào)節(jié)（1），（4）端之間的平衡，8W02用來調(diào)節(jié)（8），（10）端的平衡，8K01開關(guān)控制（1）端是否接入直流電壓，當8K01置“on”時，1496的（1）端接入直流電壓，其輸出為正常調(diào)幅波（AM），調(diào)整8W03點位器，可改變調(diào)幅波的調(diào)制度。當8K01置“off”時，其輸出為平衡調(diào)幅波（DSB）。晶體管8Q01為隨極跟隨器，以提高調(diào)制器的帶負載能力 。 裝訂線5-3振幅調(diào)制實驗內(nèi)容及

12、實驗步驟 一實驗內(nèi)容 1.模擬相乘調(diào)幅器的輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)。 2.用示波器觀察正常調(diào)幅波（AM）波形，并測量調(diào)幅系數(shù)。 3.用示波器觀察平衡調(diào)幅波（抑制載波的雙邊帶波形DSB）波形。 4.用示波器觀察調(diào)制信號為方波，三角波的調(diào)幅波。 二實驗步驟 1.實驗準備 （1）在實驗箱主板上插上集成乘法器幅度調(diào)制電路模塊。接通實驗箱上的電源開關(guān)，按下模塊上開關(guān)8K1 此時電源指示燈點亮。 （2）調(diào)制信號源：采用低頻信號源中的函數(shù)發(fā)生器，其參數(shù)調(diào)節(jié)如下（示波器監(jiān)測）： 頻率范圍：1KHZ 波形選擇：正弦波 輸出峰峰值：300MV （3）載波源：采用高頻信號源： 工作頻率：2MHZ用頻率計測量（也可采用其他頻

13、率）： 輸出幅度（峰峰值）：200MV，用示波器觀測。 2.輸入失調(diào)電壓的調(diào)整（交流饋通電壓的調(diào)整） 集成模擬相乘器在使用之前必須進行輸入失調(diào)調(diào)零，也就是要進行交流饋通電壓的調(diào)整，其目的是使相乘器調(diào)整為平衡狀態(tài)。因此在調(diào)整前必須將開關(guān)8K01置“off”（往下?lián)埽?，以切斷其直流電壓。交流饋通電壓指的是相乘器的一個輸入端加上信號電壓，而另一個輸入端不加信號時的輸出電壓，這個電壓越小越好。 （1）載波輸入端輸入失調(diào)節(jié) 把調(diào)制信號源輸出的音頻調(diào)制信號加到音頻輸入端（8P02），而載波輸入端不加信號。用裝訂線示波器監(jiān)測相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形，調(diào)節(jié)點位器8W02，使此時輸出端（8TP03）

14、的輸出信號（稱為調(diào)制輸入端饋通誤差）最小。 （2）調(diào)制輸入端輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié) 把載波源輸出的載波信號加到載波輸入端（8P01)，而音頻輸入端不加信號。用示波器監(jiān)測相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形，調(diào)節(jié)電位器8W01使此時輸出（8TP03）的輸出信號（稱為載波輸入端饋通誤差）最小。 3.DSB（抑制載波雙邊帶調(diào)幅）波形觀察 在載波輸入，音頻輸入端已進行輸入失調(diào)電壓（對應(yīng)于8W02,8W01調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上），可進行DSB測量。 （1）DSB信號波形觀察 將高頻信號源輸出的載波接入載波輸入端（8P01）低頻調(diào)制信號接入音頻輸入端（8P02）。示波器CHI接調(diào)制信號（可用帶“鉤”的探頭接到8TP02

15、上），示波器CH2接調(diào)幅輸出端（8TP03），即可觀察到調(diào)制信號及其對應(yīng)的DSB信號波形。其波形如圖5-13所示，如果觀察到的DSB波形不對稱，應(yīng)該微調(diào)8W01電位器。 （2）DSB信號反向點觀察 為了清楚地觀察雙邊帶信號過零點的反相，必須降低載波的頻率。本實驗可將載波頻率降低為100khz（如果是DDS高頻信號源可直接調(diào)制100KHZ；如果是其他信號源，需另配100KHZ的函數(shù)發(fā)生器），幅度仍為200MV。調(diào)制信號仍為1KHZ（幅度300MV）。 增大示波器X軸掃描速率，仔細觀察調(diào)制信號過零點時刻所對應(yīng)的DSB信號，過零點時刻的波形應(yīng)該反相，如圖5-14所示。 裝訂線（3）DSB信號波形與載

16、波波形的相位比較。在實驗3（2）的基礎(chǔ)上，將示波器CH1改接8TP01點，把調(diào)制器的輸入載波波形與輸出DSB波形的相位進行比較，可發(fā)現(xiàn)：在調(diào)制信號正半周期間，兩者相同；再調(diào)制信號負半周期，兩者相反。 4.AM（常規(guī)調(diào)幅）波形測量 （1）AM正常波形觀測 在保持輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將開關(guān)8K01置“ON”（往上撥），即轉(zhuǎn)為正常調(diào)幅狀態(tài)。載波頻率仍設(shè)置為2MHZ（幅度200MV），調(diào)制信號頻率1KHZ（幅度300MV）。示波器CH1接8TP02,CH2接8TP03,即可觀察到正常的AM波形，如圖所示。 調(diào)整電位器8W03，可以改變調(diào)幅波的調(diào)制度。在觀察輸出波形時，改變音頻調(diào)制信號的頻率及幅度

17、，輸出波形應(yīng)隨之變化。下圖為用示波器測出的正常調(diào)幅波波形： 裝訂線（2）不對稱調(diào)制度的AM波形觀察在AM正常波形調(diào)整的基礎(chǔ)上，改變8W02，可觀察到調(diào)制度不對稱的情形。最后仍調(diào)到制度對稱的情形。下圖為用示波器測出的不對稱調(diào)幅波波形：（3）過調(diào)制時的AM波形觀察在上述實驗的基礎(chǔ)上，即載波2NHZ（幅度200MV），音頻調(diào)制信號1KHZ（幅度300mv）,示波器CH1接8TP02,CH2接8TP03。調(diào)制8W03使調(diào)制為100%，然后增大音頻調(diào)制信號的幅度，可以觀察到過調(diào)制時AM波形，并與調(diào)制信號波形做比較，下圖為調(diào)制度為100%和過調(diào)制的AM波形： 裝訂線（4）增大載波幅度時的調(diào)幅波觀察保持調(diào)制信號輸入不變，逐步增大載波幅度，并觀察輸出已調(diào)波?？梢园l(fā)現(xiàn)：當載波幅度增到某值時，已調(diào)波形開始有失真；而當載波幅度繼續(xù)增到時，已調(diào)波形包絡(luò)出現(xiàn)模糊。最后把波形幅度復原（200MV）。 裝訂線5.調(diào)制度Ma的測試 我們可以通過直接測量調(diào)制包絡(luò)來測出Ma，將被測的調(diào)幅信號加到示波器CH1或CH2，并使