高頻電子線路實(shí)驗(yàn)振幅調(diào)制

..XX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(zhuān)業(yè)班級(jí)信息13-1學(xué)號(hào)201310姓名0指導(dǎo)教師孫穎..……裝………訂…………線………實(shí)驗(yàn)名稱振幅調(diào)制專(zhuān)業(yè)班級(jí)……裝………訂…………線………實(shí)驗(yàn)五振幅調(diào)制〔集成乘法器幅度調(diào)制電路5-1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(hào)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(guò)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波。需要"記載"的信息稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制過(guò)程是用被傳遞的低頻信號(hào),使高頻輸出信號(hào)的參數(shù)〔幅度,頻率,相位相應(yīng)于低頻信號(hào)變化而變化,從而實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)搬移到高頻信號(hào)段,被高頻信號(hào)攜帶傳播的目的,完成調(diào)制過(guò)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(lái)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(lái)實(shí)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(hào)的振幅,使載波的信號(hào)的振幅,使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)成正比地變化。經(jīng)過(guò)振幅調(diào)制的高頻載波稱為振幅調(diào)制波〔簡(jiǎn)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〔DSB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(dá)式,波形設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦波：載波信號(hào)為為了簡(jiǎn)化分析,設(shè)兩者波形的初相角均為零,因?yàn)檎{(diào)幅波的振幅和調(diào)制信號(hào)成正比,由此可得調(diào)幅波的振幅為式中,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(hào)控制程度,ka為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由于實(shí)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(jiàn),調(diào)幅波也是一個(gè)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(hào)完全一致的,因此調(diào)幅波攜帶著原調(diào)制信號(hào)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U?m越大,越大,調(diào)幅波幅度變化越大,ma小于或等于1.如果ma》1,調(diào)幅波產(chǎn)生失真,這種情況稱為過(guò)調(diào)幅,在實(shí)際工作中應(yīng)該避免產(chǎn)生過(guò)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(kāi)得可見(jiàn),用單音頻信號(hào)調(diào)制后的已調(diào)波,由三個(gè)高頻分量組成,除角頻率為Wc的載波以外,還有〔Wc+?和〔Wc-?兩個(gè)新角頻率分量。其中一個(gè)比Wc高,稱為上邊頻分量；一個(gè)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(gè)下邊頻的分量的振幅均為。因?yàn)閙a的最大值只能等于1,所以邊頻振幅的最大值不能超過(guò),將這三個(gè)頻率分量用圖畫(huà)出,便可的到圖5-2所示的頻譜圖。在這個(gè)圖上,調(diào)幅波的每一個(gè)正弦分量一個(gè)線段表示,線段的長(zhǎng)度代表其幅度,線段在橫軸上的位置代表其頻率。以上分析表明,調(diào)幅的過(guò)程就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻載波分量?jī)蓚?cè)的過(guò)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(hào)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(hào)頻率的高低。有圖5-2可見(jiàn),在單頻調(diào)制時(shí),其調(diào)幅波的頻帶寬度為調(diào)制信號(hào)頻譜的兩倍,即B=2F。實(shí)際上調(diào)制信號(hào)不是單一頻率的正弦波,而是包含若干頻率分量的復(fù)雜波形〔例如實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)就很復(fù)雜,在多頻調(diào)制時(shí),如由若干個(gè)不同頻率?1,?2,........,?k的信號(hào)所調(diào)制,其調(diào)幅波方程為相乘展開(kāi)后得到相應(yīng)的,其調(diào)幅波含有一個(gè)載波分量及一系列的高低邊頻分量〔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(gè)調(diào)幅波實(shí)際上是占有某一個(gè)頻率范圍,這個(gè)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(gè)結(jié)論很重要。因?yàn)樵诮邮蘸桶l(fā)送調(diào)幅波的通信設(shè)置中,所以選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)不但能通過(guò)載頻,而且還要能通過(guò)邊頻成分。如果選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶太窄,將導(dǎo)致調(diào)幅波的失真。調(diào)制后調(diào)制信號(hào)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(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜搬移的過(guò)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(gè)邊帶,而不發(fā)射載波,這種調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅,簡(jiǎn)稱為雙邊帶調(diào)幅,用DSB表示?？蓪⒄{(diào)制信號(hào)u?和載波信號(hào)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(hào)寫(xiě)為由以上討論可以看出DSB調(diào)制信號(hào)有如下特點(diǎn)：〔1DSB信號(hào)的幅值扔隨調(diào)制信號(hào)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(hào)的形狀,仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。〔2在調(diào)制信號(hào)的正負(fù)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?！?對(duì)DSB調(diào)制,信號(hào)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(hào),它比普通的調(diào)幅經(jīng)濟(jì),但在頻帶利用頻率沒(méi)有什么改進(jìn),為進(jìn)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。3.抑制載波單邊帶調(diào)幅〔SSBJ進(jìn)一步觀察雙邊帶調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),上邊帶和下邊帶都反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu),因而他們都含有調(diào)制信號(hào)的全部信息。從傳輸信息的觀點(diǎn)看,可以進(jìn)一步吧其中的一個(gè)邊帶抑制掉,只保留一個(gè)邊帶上邊帶或下邊帶。無(wú)疑這不僅可以進(jìn)一步節(jié)省反射功率,而且頻帶的寬度也縮小了一半,這對(duì)于波導(dǎo)非常擁擠的短波通信是很有利的。這種既抑制載波又只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方式,稱為單邊帶調(diào)幅,用SSB表示。獲得單邊帶信號(hào)常用的方法有濾波法和移相法,現(xiàn)簡(jiǎn)述采用濾波法實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)。調(diào)制信號(hào)u?和uc經(jīng)乘法器〔或平衡振幅器獲得抑制載波的DSB信號(hào),再經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除DSB信號(hào)中的一個(gè)邊帶〔上邊帶或下邊帶>,便可獲得SSB信號(hào)。當(dāng)邊帶濾波器的通帶位于載頻以上時(shí),提取上邊帶,否則提取下邊帶。由此可見(jiàn),濾波法的關(guān)鍵是高頻帶通濾波器,它必須具備這樣的特性：對(duì)于要求濾除的邊帶信號(hào)應(yīng)具有很強(qiáng)的抑制能力,而對(duì)于要求保留的邊帶信號(hào)應(yīng)使其不失真地通過(guò)。這就要求濾波器在載頻處具有非常陡峭的濾波特性。用這種方法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的數(shù)字模型如圖5—6所示。由式〔5-8可知,雙邊帶信號(hào)為從上兩式看出,SSB信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)振幅U?m成正比。它的頻率隨調(diào)制信號(hào)的頻率不同而不同。表5-1列出了在單音信號(hào)調(diào)制下三種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形圖及頻譜示意圖,以及多音信號(hào)調(diào)制下三種已調(diào)信號(hào)的頻譜示意圖。二、普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路在無(wú)線電發(fā)射機(jī)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(lèi)。前者是在發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的已調(diào)波,后者多在發(fā)射機(jī)的前級(jí)產(chǎn)生小功率的已調(diào)波,再經(jīng)過(guò)線性功率放大器放大,達(dá)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(diǎn)是不需要采用效率低的線性放大器,有利于提高整機(jī)效率,電路簡(jiǎn)單。由于它輸出功率小,常用在雙邊帶調(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(shí)際上它是一種輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)諧功率放大器,根據(jù)調(diào)制信號(hào)注入調(diào)幅器方式的不同,分為基極調(diào)幅、發(fā)射級(jí)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(jiàn),高頻載波信號(hào)uw通過(guò)高頻變壓器T1加到晶體管基極回路,低頻調(diào)制信號(hào)u?通過(guò)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(lái)為載波信號(hào)提供通路。在調(diào)制過(guò)程中,調(diào)制信號(hào)u?相當(dāng)于一個(gè)緩慢變化的偏壓〔因?yàn)榉雌珘篍b=0,否則綜合偏壓應(yīng)是Eb+u?>,使放大器的集電極脈沖電流的最大值Icmax和θ增大；在u?往反向減小時(shí),Icm和θ減少,故輸出電壓幅值正好反應(yīng)調(diào)制信號(hào)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,如圖5-8所示,將集電極諧振回路調(diào)諧在載頻fc上,那么放大器的輸出端便獲得調(diào)幅波。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(shí)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(shí)現(xiàn)抑制載波的實(shí)際電路,它是用MC1596G構(gòu)成。這個(gè)電路的特點(diǎn)是工作頻帶寬,輸出頻率較純,而且省去了變壓器,調(diào)整簡(jiǎn)單。5-2振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路如圖所示,圖中,與上圖相對(duì)應(yīng)之處是：8R08對(duì)應(yīng)于Rt,8R09對(duì)應(yīng)于Rb,8R03,8R10,對(duì)應(yīng)于Rc.此外,8W01,用來(lái)調(diào)節(jié)〔1,〔4端之間的平衡,8W02用來(lái)調(diào)節(jié)〔8,〔10端的平衡,8K01開(kāi)關(guān)控制〔1端是否接入直流電壓,當(dāng)8K01置"on"時(shí),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(diǎn)位器,可改變調(diào)幅波的調(diào)制度。當(dāng)8K01置"off"時(shí),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(fù)載能力。5-3振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟一．實(shí)驗(yàn)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(cè)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(hào)為方波,三角波的調(diào)幅波。二．實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備〔1在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上集成乘法器幅度調(diào)制電路模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上的電源開(kāi)關(guān),按下模塊上開(kāi)關(guān)8K1此時(shí)電源指示燈點(diǎn)亮?！?調(diào)制信號(hào)源：采用低頻信號(hào)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(cè)：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(hào)源：工作頻率：2MHZ用頻率計(jì)測(cè)量〔也可采用其他頻率：輸出幅度〔峰—峰值：200MV,用示波器觀測(cè)。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(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零,也就是要進(jìn)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(kāi)關(guān)8K01置"off"〔往下?lián)?以切斷其直流電壓。交流饋通電壓指的是相乘器的一個(gè)輸入端加上信號(hào)電壓,而另一個(gè)輸入端不加信號(hào)時(shí)的輸出電壓,這個(gè)電壓越小越好。載波輸入端輸入失調(diào)節(jié)把調(diào)制信號(hào)源輸出的音頻調(diào)制信號(hào)加到音頻輸入端〔8P02,而載波輸入端不加信號(hào)。用示波器監(jiān)測(cè)相乘器輸出端〔8TP03的輸出波形,調(diào)節(jié)點(diǎn)位器8W02,使此時(shí)輸出端〔8TP03的輸出信號(hào)〔稱為調(diào)制輸入端饋通誤差最小?！?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(hào)加到載波輸入端〔8P01>,而音頻輸入端不加信號(hào)。用示波器監(jiān)測(cè)相乘器輸出端〔8TP03的輸出波形,調(diào)節(jié)電位器8W01使此時(shí)輸出〔8TP03的輸出信號(hào)〔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(jìn)行輸入失調(diào)電壓〔對(duì)應(yīng)于8W02,8W01調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,可進(jìn)行DSB測(cè)量?！?DSB信號(hào)波形觀察將高頻信號(hào)源輸出的載波接入載波輸入端〔8P01低頻調(diào)制信號(hào)接入音頻輸入端〔8P02。示波器CHI接調(diào)制信號(hào)〔可用帶"鉤"的探頭接到8TP02上,示波器CH2接調(diào)幅輸出端〔8TP03,即可觀察到調(diào)制信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的DSB信號(hào)波形。其波形如圖5-13所示,如果觀察到的DSB波形不對(duì)稱,應(yīng)該微調(diào)8W01電位器。〔2DSB信號(hào)反向點(diǎn)觀察為了清楚地觀察雙邊帶信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的反相,必須降低載波的頻率。本實(shí)驗(yàn)可將載波頻率降低為100khz〔如果是DDS高頻信號(hào)源可直接調(diào)制100KHZ；如果是其他信號(hào)源,需另配100KHZ的函數(shù)發(fā)生器,幅度仍為200MV。調(diào)制信號(hào)仍為1KHZ〔幅度300MV。增大示波器X軸掃描速率,仔細(xì)觀察調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的DSB信號(hào),過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的波形應(yīng)該反相,如圖5-14所示。〔3DSB信號(hào)波形與載波波形的相位比較。在實(shí)驗(yàn)3〔2的基礎(chǔ)上,將示波器CH1改接8TP01點(diǎn),把調(diào)制器的輸入載波波形與輸出DSB波形的相位進(jìn)行比較,可發(fā)現(xiàn)：在調(diào)制信號(hào)正半周期間,兩者相同；再調(diào)制信號(hào)負(fù)半周期,兩者相反。〔4.SSB〔單邊帶調(diào)制波形觀察單邊帶〔SSB是將抑制載波的雙邊帶〔DSB通過(guò)邊帶濾波器除一個(gè)邊帶而得到的。本實(shí)驗(yàn)利用濾波與計(jì)數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器作為邊帶濾波器,該濾波器的中心頻率114KHZ左右,通頻帶約為12KHZ。為了利用該帶通濾波器取出上邊帶而抑制下邊帶。雙邊帶〔DSB的載波頻率應(yīng)取110KHZ。具體操作方法如下：將載波頻率為110KHZ,幅度300MV的正弦波接入載波輸入端〔8P01,將頻率為4KHZ,幅度300MV的正弦波接入音頻輸入端〔8P02。按照DSB的調(diào)試方法得到DSB波形,將調(diào)幅輸出〔8P03連接到濾波與計(jì)數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器輸入端〔15P05,用示波器測(cè)量帶通濾波器輸出〔15P06,即可觀察到SSB信號(hào)波形。在本實(shí)驗(yàn)中,正常的SSB波形應(yīng)為114KHZ的等幅波形,但由于帶通濾波器頻帶較寬,下邊帶不可能完全抑制,因此,其輸出波形不完全是等幅波。5.AM〔常規(guī)調(diào)幅波形測(cè)量〔1AM正常波形觀測(cè)在保持輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,將開(kāi)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(hào)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(shí),改變音頻調(diào)制信號(hào)的頻率及幅度,輸出波形應(yīng)隨之變化。下圖為用示波器測(cè)出的正常調(diào)幅波波形：〔2不對(duì)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(duì)稱的情形。最后仍調(diào)到制度對(duì)稱的情形。下圖為用示波器測(cè)出的不對(duì)稱調(diào)幅波波形：〔3過(guò)調(diào)制時(shí)的AM波形觀察在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,即載波2NHZ〔幅度200MV,音頻調(diào)制信號(hào)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(hào)的幅度,可以觀察到過(guò)調(diào)