實驗四幅度調(diào)制及調(diào)幅波的解調(diào)

1、實驗四 幅度調(diào)制及調(diào)幅波的解調(diào)2014141049 14電子鄭敏諾一、實驗?zāi)康?1.掌握用集成模擬乘法器實現(xiàn)全載波調(diào)幅和抑制載波雙邊帶調(diào)幅的方法與過程，并研究已調(diào)波與二輸入信號的關(guān)系。 2.掌握測量調(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，檢波效率及波形失真；掌握二極管包絡(luò)檢波法。 5.通過實驗中波形的變換，學(xué)會分析實驗現(xiàn)象。三、實驗儀器 1.模擬雙蹤示波器 CS4135A 一臺 2.DDS函數(shù)信號發(fā)生器 DG1022 一臺3.數(shù)字萬用表 VC88E 一臺 4.實驗電路板 G3 一塊 四、實驗原理及電路說明（一）利用集成模擬

2、乘法器實現(xiàn)幅度調(diào)制 幅度調(diào)制就是載波的振幅受調(diào)制信號的控制作周期性的變化。變化的周期與調(diào)制信號周期相同。即振幅變化 與調(diào)制信號的振幅成正比。通常稱高頻信號為載波信號， 圖4-1 1496芯片內(nèi)部電路圖低頻信號為調(diào)制信號，調(diào)幅器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。 本實驗采用集成模擬乘法器1496來構(gòu)成調(diào)幅器，圖4-1為1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動對由V1-V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源又組成一對差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動放大器V5、V6的恒流源。進行調(diào)幅時，載波信號

3、加在V1-V4的輸入端，即引腳的、之間；調(diào)制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳的、之間，、腳外接1K電阻，以擴大調(diào)制信號動態(tài)范圍，已調(diào)制信號取自雙差動放大器的兩集電極(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用來調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡，RP2用來調(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，當載波信號為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號為：VS ( t ) VS SinW ( t ) (2)并假定兩信號輸入端均處于平衡狀態(tài)，那么其輸出信

4、號為； 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，可用實驗測得，本實驗中k70。從(3)式不難看出，該輸出信號中只含有兩邊頻分量而不含載頻分量，因此它是一個抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號。 如果調(diào)制信號輸入端不平衡，即V 0 ，那么加在引出腳、之間的信號為： V¢s (t) = VVs(t) = VVsSinW t (4) 于是輸出信號就為： 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)理論計算公式。由(5)式可以看出，這是一個全載波調(diào)幅信號，它含有三個頻率分量，即載頻及兩個邊頻分量。由此可見，當相乘器的調(diào)制信號輸入端不平衡時，相當于在平衡的調(diào)制信號輸入端墊上一個直流電壓，此時若在載波信號輸入端加上一個高頻信號，即可實現(xiàn)全載波調(diào)幅，其調(diào)幅系數(shù)由調(diào)制信號的振幅Vs及直流電壓V 的大小決定，若改變Vs或V均可達到改變調(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)式來計算，也可以用示波器來測量，如圖43所示，若測得調(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)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，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的檢波過程，它具有電路簡單，易于實現(xiàn)的特點。實驗電路如圖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波負載RC的充放電過程實現(xiàn)檢波。 所以RC時間常數(shù)選擇很重要， RC時間常數(shù)過大, 則會產(chǎn)生對角切割失真。RC時間常數(shù)太小，高頻分量會濾不干凈。 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)制信號角頻率。 圖中A對輸入的調(diào)幅波進行幅度放大（滿足大信號的要求），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)檢波直流負載，C5、R6、RP2是可調(diào)檢波交流負載，改變RP1和RP2可觀察負載對檢波效率和波形的影響。2.同步檢波器 利用一個和調(diào)幅信號的載波同頻同相的載波信號與調(diào)幅波相乘，再通過低通濾波器濾除高頻分量而獲得調(diào)制信號。實驗電路如圖45所示，采用1496集成電路構(gòu)成解調(diào)器，載波信號VC經(jīng)過電容C1加在、腳之間，調(diào)幅信號VAM經(jīng)電容C2加在、腳之間，相乘后信號由(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。 圖45 1496構(gòu)成的解調(diào)器五、實驗注意事項 1 +12V和-8V的電源不要接錯。模擬示波器探頭設(shè)置在1X位置！ 2 做調(diào)幅實驗時，從示波器上讀取輸入信號的幅度，一定要在信號發(fā)生器接入電路以后再從電路的輸入端讀數(shù)，此時信號源的輸出稱為帶負載輸出，因此用示波器從電路輸入端讀到的電壓值要比信號發(fā)生器上所顯示的輸出電壓值要小。 3 本實驗提供的信號幅度值是信號的峰值，而不是峰峰值，讀數(shù)時注意不要讀錯。六、實驗內(nèi)容及步驟 實驗電路見圖4-2。連接好+12V和-8V電源，然后打開電源開關(guān)。輸入端說明：電路板左邊IN1是載波信號輸入端，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)制信號輸入端，RP1電位器用于調(diào)節(jié)調(diào)制信號的直流分量，其大小可以用數(shù)字萬用表從A、B端直接讀出；調(diào)制信號和載波信號分別由DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的兩個輸出通道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)信號發(fā)生器的CH1先設(shè)置一個頻率為1KHz，幅值為400mVpp的正弦信號（此幅值只是一個預(yù)設(shè)值，下面需要調(diào)節(jié)），然后把函數(shù)信號發(fā)生器CH1的輸出信號和模擬示波器同時接到電路的IN2輸入端，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(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（此時信號發(fā)生器的幅值約被調(diào)為380mVpp）作為調(diào)制信號。此時載波輸入端IN1

10、暫不接交流信號。用示波器觀察調(diào)幅器電路OUT輸出端的信號波形，調(diào)節(jié)Rp2電位器使輸出端信號波形盡量接近于零，表示載波輸入端的直流分量被調(diào)零，則載波輸入端平衡。（因為通過調(diào)節(jié)RP2電位器可以改變載波輸入端直流分量的大小，當載波端的直流分量有一定數(shù)值時，與調(diào)制信號通過1496模擬相乘器相乘之后，在輸出端必然有輸出波形，若沒有輸出波形，則表示載波輸入端的直流分量為零。） 2.實現(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（導(dǎo)線已經(jīng)連好，不要拔掉！這是為了避免解調(diào)時載波信號幅度的衰減）。(1

11、) . 在DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH2先設(shè)置一個頻率為100KHz，幅值為40mVpp的正弦信號，然后把函數(shù)信號發(fā)生器的CH2和模擬示波器同時接到電路的載波輸入端IN1，再調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(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的信號作為載波信號。 (2). 調(diào)節(jié)RP1使VAB=0.1V（即是調(diào)制信號帶有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)實驗原理公式(6)，我們將通過實驗得到理論上m分別等于0.5、1、1.5的三種調(diào)幅波。保持IN1載波端的信號不變，當IN2端調(diào)制信號的幅度（峰值）分別調(diào)節(jié)為Vs50mV，Vs100mV，Vs150

12、mV時（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），請畫出這三種調(diào)幅波的波形圖，并在波形圖上標明峰峰值E1和谷谷值E2，求出其調(diào)幅系數(shù)m（實驗值與理論值會有一些偏差）。注：調(diào)幅系數(shù)m的測量見圖43，為峰峰值，為谷谷值。當調(diào)幅波形過調(diào)時（Vs150mV的情況），谷谷值（變成一個小的峰峰值）的讀數(shù)應(yīng)該取負值，這樣求出的m>1，表示過調(diào)。 3.利用1496模擬乘法器實現(xiàn)全載波調(diào)幅波信號的解調(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)幅實驗相同的載波信號（線已接好）。將上一步全載波調(diào)幅實驗中所獲得的三種調(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，標上輸出幅度，并與原始調(diào)制信號相比較（方法：把示波器的VERT MODE設(shè)在CHOP位置，用兩個通道同時觀看解調(diào)輸出信號與IN2端的調(diào)制信號，在同一坐標上畫出原始調(diào)制信號波形與解調(diào)輸出信號的波形，并標上幅值）。比較分析信號的幅度、頻率和相位，如何判斷解調(diào)出來的信號是正確的信號？根據(jù)f=1/t當信號的周期相同時，頻率解調(diào)成功。其他的沒關(guān)系，A對輸入的調(diào)幅波進行幅度放大。調(diào)幅系數(shù)由調(diào)

14、制信號的振幅Vs及直流電壓V 的大小決定，若改變Vs或V均可達到改變調(diào)幅系數(shù)的目的。即幅值也沒有關(guān)系 4.實現(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)制信號直流分量為零，調(diào)制信號端平衡，此時調(diào)制信號和載波兩個輸入信號都處于平衡狀態(tài)。(2) .載波輸入端不變，調(diào)制信號輸入端正弦信號峰值調(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，并標明其峰一峰值電壓。 (3) .所加載波信號和調(diào)制信號均不變，微調(diào)RP2讓載波端稍微偏離平衡點（即是帶有一點直流分量），觀察并記錄輸出波形，解釋波形現(xiàn)象。最后調(diào)回平衡點（載波直流分量調(diào)回

15、零）。 根據(jù)相乘器的原理，載波信號為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號為：VS ( t ) VS SinW ( t ) 調(diào)節(jié)電阻會使信號偏移 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 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，標上輸出幅度，并與IN2端的調(diào)制信號相比較（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） 實驗電路見圖4-4。實驗過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. m0.5的調(diào)幅波的

16、包絡(luò)檢波 按實驗步驟2(2)的條件獲得調(diào)幅系數(shù)m0.5（即調(diào)制信號的幅度為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)（在下面的測量中一直保持此狀態(tài)。當信號較大，波形超出屏幕顯示范圍時，只能通過增大示波器通道電壓單位的辦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。調(diào)節(jié)檢波電路的RP1改變直流負載，觀測二極管直流負載改變對檢波幅度和波形的影響，分別記錄當RP1處于最

17、左邊和最右邊時的輸出解調(diào)波形（解調(diào)波形如果有失真和干擾要如實反映出來），測量并記錄此時解調(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)制信號相比較（用示波器兩個通道同時觀察解調(diào)輸出波形與原始調(diào)制信號，在同一坐標上畫出波形圖）。分析當RP1處于最左邊和最右邊時的輸出解調(diào)波形，說明其特點和原因。 Rp1處于最左邊時為最小值，根據(jù)相乘器的原理，當載波信號為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號為：VS ( t ) VS SinW ( t )所以信號會比較還原，平移較小當處于最右邊時，平移較大 . 把檢波電路的RP1旋至最左邊，短接a、b兩點，用示波器從OUT3

18、輸出端觀察解調(diào)輸出信號。調(diào)節(jié)檢波電路的RP2改變交流負載，觀測二極管交流負載對檢波輸出信號幅度和波形的影響，記錄當RP2處于最左邊和最右邊時的輸出解調(diào)波形（如果有失真和干擾要如實反映），測量并記錄此時解調(diào)波形的峰值和谷值，并與調(diào)制信號相比較（用示波器兩個通道同時觀察解調(diào)輸出波形與原始調(diào)制信號，在同一坐標上畫出波形圖）。分析當RP2處于最左邊和最右邊時的輸出解調(diào)波形，說明其特點和原因。根據(jù)公式如下當跳到最右時，rc可能會比其中一項小，則產(chǎn)生失真 . 把檢波電路RP1和RP2都旋至最右邊，測量并記錄此時解調(diào)波形的峰值和谷值，并與調(diào)制信號相比較，分析測量結(jié)果。 (2).解調(diào)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號

19、按實驗步驟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)制信號相比較，波形畫在同一坐標上，通過波形的比較能夠看出什么結(jié)論？七、實驗報告要求 4完成下面思考題： 用相乘器實現(xiàn)調(diào)幅時（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，當載波信號為：VC ( t ) VC Sinwc ( t ) (1) 調(diào)制信號為：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)鍵條件是濾除一個邊帶，取出另一個邊帶。畫出抑制載波雙邊帶調(diào)幅波波形與m = 1時的調(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？在本實驗中，出現(xiàn)了什么失真的情況，在什么實驗條件下出現(xiàn)？ 有三種失真：1、惰性失真，因為濾波電容與負載組成的RC時間常數(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（又叫負峰切割失真），因為耦合電容上直流分量對二極管形成反偏，把輸入包絡(luò)幅度最?。ㄐ盘栘摪胫埽┑牟ㄐ胃钇健?、小信號平方律失真，輸入信號較小，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。 無載頻的調(diào)幅波，經(jīng)過二極管的非線性作用后，只會產(chǎn)生諧波，不會與載頻產(chǎn)生出音頻成份。一定要加入一個載頻信號以后才能解調(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，并與對方端機進行同步調(diào)整，以引入載頻才能進行解調(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)射時去除一個邊帶，另一個邊帶與載頻一起發(fā)射出去，這樣接收設(shè)備就比較簡單。八、預(yù)習(xí)要求 1.復(fù)習(xí)課本中有關(guān)