高頻電子線路實驗振幅調(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驗報告專業(yè)班級信息13-1學(xué)號201310姓名0指導(dǎo)教師孫穎..……裝………訂…………線………實驗名稱振幅調(diào)制專業(yè)班級……裝………訂…………線………實驗五振幅調(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〔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,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?！?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,線段在橫軸上的位置代表其頻率。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(fù)雜波形〔例如實際的語音信號就很復(fù)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〔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(dāng)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(dǎo)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,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。可將調(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)幅信號寫為由以上討論可以看出DSB調(diào)制信號有如下特點：〔1DSB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?！?在調(diào)制信號的正負(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。3.抑制載波單邊帶調(diào)幅〔SSBJ進一步觀察雙邊帶調(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)制信號的頻譜結(jié)構(gòu),因而他們都含有調(diào)制信號的全部信息。從傳輸信息的觀點看,可以進一步吧其中的一個邊帶抑制掉,只保留一個邊帶上邊帶或下邊帶。無疑這不僅可以進一步節(jié)省反射功率,而且頻帶的寬度也縮小了一半,這對于波導(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。獲得單邊帶信號常用的方法有濾波法和移相法,現(xiàn)簡述采用濾波法實現(xiàn)SSB信號。調(diào)制信號u?和uc經(jīng)乘法器〔或平衡振幅器獲得抑制載波的DSB信號,再經(jīng)過帶通濾波器濾除DSB信號中的一個邊帶〔上邊帶或下邊帶>,便可獲得SSB信號。當(dāng)邊帶濾波器的通帶位于載頻以上時,提取上邊帶,否則提取下邊帶。由此可見,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：對于要求濾除的邊帶信號應(yīng)具有很強的抑制能力,而對于要求保留的邊帶信號應(yīng)使其不失真地通過。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,雙邊帶信號為從上兩式看出,SSB信號的振幅與調(diào)制信號振幅U?m成正比。它的頻率隨調(diào)制信號的頻率不同而不同。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。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(dāng)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,Icm和θ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。5-2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(dāng)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(dāng)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(fù)載能力。5-3振幅調(diào)制實驗內(nèi)容及實驗步驟一．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(zhǔn)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?！?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)?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。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的輸出信號〔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。〔1DSB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。〔2DSB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(xì)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。〔3DSB信號波形與載波波形的相位比較。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(fù)半周期,兩者相反?！?.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通過邊帶濾波器除一個邊帶而得到的。本實驗利用濾波與計數(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連接到濾波與計數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器輸入端〔15P05,用示波器測量帶通濾波器輸出〔15P06,即可觀察到SSB信號波形。在本實驗中,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)幅波形測量〔1AM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,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：〔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)