实验四幅度调制及调幅波的解调.docx

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实验四幅度调制及调幅波的解调

实验四幅度调制及调幅波的解调

201414104914电子郑敏诺

一、实验目的

1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并研究已调波与二输入信号的关系。

2.掌握测量调幅系数的方法。

3.了解调幅波的解调方法，掌握用集成电路实现同步检波的方法。

4.了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真；掌握二极管包络检波法。

5.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。

三、实验仪器

1.模拟双踪示波器CS－4135A一台

2.DDS函数信号发生器DG1022一台

3.数字万用表VC88E一台

4.实验电路板G3一块

四、实验原理及电路说明

（一）利用集成模拟乘法器实现幅度调制

幅度调制就是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。

变化的周期与调制信号周期相同。

即振幅变化

与调制信号的振幅成正比。

通常称高频信号为载波信号，图4-11496芯片内部电路图

低频信号为调制信号，调幅器即为产生调幅信号的装置。

本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器，图4-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1-V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。

进行调幅时，载波信号加在V1-V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。

用1496集成电路构成的调幅器电路图如图4-2所示，图中RP1用来调节引出脚①、④之间的平衡，RP2用来调节⑧、⑩脚之间的平衡，三极管V为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。

图4-21496构成的调幅器

根据相乘器的原理，当载波信号为：

VC（t）＝VCSinc（t）

（1）

调制信号为：

VS（t）＝VSSinW（t）

（2）

并假定两信号输入端均处于平衡状态，那么其输出信号为；

Vo（t）=kVC（t）·VS（t）=kVS·VCSinct·SinWt

=

kVS·VC[cos（c－W）t－cos（c＋W）t]（3）

式中k为相乘器的乘法因子，可用实验测得，本实验中k＝70。

从（3）式不难看出，该输出信号中只含有两边频分量而不含载频分量，因此它是一个抑制载波的双边带调幅信号。

如果调制信号输入端不平衡，即V①④≠0，那么加在引出脚①、④之间的信号为：

V¢s（t）=V①④＋Vs（t）=V①④＋VsSinWt（4）

于是输出信号就为：

Vo（t）=kVC（t）·V¢S（t）=kVCSinct（V①④＋VsSinWt）

=kVCV①④（1＋mSinWt）·Sinct（5）

式中：

（6）

为调幅系数理论计算公式。

由（5）式可以看出，这是一个全载波调幅信号，它含有三个频率分量，即载频及两个边频分量。

由此可见，当相乘器的调制信号输入端不平衡时，相当于在平衡的调制信号输入端垫上一个直流电压，此时若在载波信号输入端加上一个高频信号，即可实现全载波调幅，其调幅系数由调制信号的振幅Vs及直流电压V①④的大小决定，若改变Vs或V①④均可达到改变调幅系数的目的。

调幅波调幅系数m的大小可以由（6）式来计算，也可以用示波器来测量，如图4－3所示，若测得调幅波的峰—峰值为

，其谷—谷值为

，则：

（7）

图4－3调幅系数m的测量

（二）调幅波的解调电路

调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。

调幅波解调方法有二极管包络检波法（非相干解调）和同步检波法（相干解调）。

1.二极管包络检波器

适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程，它具有电路简单，易于实现的特点。

实验电路如图4－4所示，主要由二极管D及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。

所以RC时间常数选择很重要，RC时间常数过大,则会产生对角切割失真。

RC时间常数太小，高频分量会滤不干净。

图4－4二极管包络检波器

综合考虑要求满足下式:

其中:

m为调幅系数，fO为载波频率，Ω为调制信号角频率。

图中A对输入的调幅波进行幅度放大（满足大信号的要求），D是检波二极管，R4、C2、C3滤掉残余的高频分量，R5、和RP1是可调检波直流负载，C5、R6、RP2是可调检波交流负载，改变RP1和RP2可观察负载对检波效率和波形的影响。

2.同步检波器

利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号。

实验电路如图4－5所示，采用1496集成电路构成解调器，载波信号VC经过电容C1加在⑧、⑩脚之间，调幅信号VAM经电容C2加在①、④脚之间，相乘后信号由（12）脚输出，经C4、C5、R6组成的低通滤波器，在解调输出端，提取调制信号。

图4－51496构成的解调器

五、实验注意事项

1．+12V和-8V的电源不要接错。

模拟示波器探头设置在1X位置！

2．做调幅实验时，从示波器上读取输入信号的幅度，一定要在信号发生器接入电路以后再从电路的输入端读数，此时信号源的输出称为带负载输出，因此用示波器从电路输入端读到的电压值要比信号发生器上所显示的输出电压值要小。

3．本实验提供的信号幅度值是信号的峰值，而不是峰—峰值，读数时注意不要读错。

六、实验内容及步骤

实验电路见图4-2。

连接好+12V和-8V电源，然后打开电源开关。

输入端说明：

电路板左边IN1是载波信号输入端，RP2电位器用于调节载波的直流分量，其大小不能直接读出；IN2是调制信号输入端，RP1电位器用于调节调制信号的直流分量，其大小可以用数字万用表从A、B端直接读出；调制信号和载波信号分别由DG1022函数信号发生器的两个输出通道CH1及CH2提供。

1.调RP2电位器使载波输入端平衡

在DG1022函数信号发生器的CH1先设置一个频率为1KHz，幅值为400mVpp的正弦信号（此幅值只是一个预设值，下面需要调节），然后把函数信号发生器CH1的输出信号和模拟示波器同时接到电路的IN2输入端，调节函数信号发生器的输出电压幅值，从模拟示波器上读出峰值为100mV的信号（此时信号发生器的幅值约被调为380mVpp）作为调制信号。

此时载波输入端IN1暂不接交流信号。

用示波器观察调幅器电路OUT输出端的信号波形，调节Rp2电位器使输出端信号波形尽量接近于零，表示载波输入端的直流分量被调零，则载波输入端平衡。

（因为通过调节RP2电位器可以改变载波输入端直流分量的大小，当载波端的直流分量有一定数值时，与调制信号通过1496模拟相乘器相乘之后，在输出端必然有输出波形，若没有输出波形，则表示载波输入端的直流分量为零。

）

2.实现全载波调幅（注意：

与下一步骤相结合，完成每次调幅之后紧接着就做同步检波解调）

用合适的导线将载波输入端IN1和同步解调器的载波输入端UcIN先连接起来（导线已经连好，不要拔掉！

这是为了避免解调时载波信号幅度的衰减）。

（1）.在DG1022函数信号发生器的CH2先设置一个频率为100KHz，幅值为40mVpp的正弦信号，然后把函数信号发生器的CH2和模拟示波器同时接到电路的载波输入端IN1，再调节函数信号发生器CH2的输出电压（约调为37mVpp），从模拟示波器上读出峰值为10mV的信号作为载波信号。

（2）.调节RP1使VAB=0.1V（即是调制信号带有100mV的直流分量，则输出的调幅波为全载波调幅波）。

根据实验原理公式（6），我们将通过实验得到理论上m分别等于0.5、1、1.5的三种调幅波。

保持IN1载波端的信号不变，当IN2端调制信号的幅度（峰值）分别调节为Vs＝50mV，Vs＝100mV，Vs＝150mV时（频率仍为1KHz），在调幅器电路的OUT输出端将得到此三种不同调幅系数m的调幅波（通过微调触发电平旋钮，使触发电平处在调幅波峰值包络的有效范围内，可以在示波器上获得如图4－3所示的稳定的调幅波显示），请画出这三种调幅波的波形图，并在波形图上标明峰—峰值E1和谷—谷值E2，求出其调幅系数m（实验值与理论值会有一些偏差）。

注：

调幅系数m的测量见图4－3，

为峰—峰值，

为谷—谷值。

当调幅波形过调时（Vs＝150mV的情况），谷—谷值

（变成一个小的峰—峰值）的读数应该取负值，这样求出的m>1，表示过调。

3.利用1496模拟乘法器实现全载波调幅波信号的解调（同步检波法）

连接好电路的+12V电源，并将图4－5中的C4另一端接地，C5另一端接A；并在解调器的载波输入端UcIN加上与调幅实验相同的载波信号（线已接好）。

将上一步全载波调幅实验中所获得的三种调幅波输出，依次加至解调器的UAMIN输入端；分别记录解调输出的波形，标上输出幅度，并与原始调制信号相比较（方法：

把示波器的VERTMODE设在CHOP位置，用两个通道同时观看解调输出信号与IN2端的调制信号，在同一坐标上画出原始调制信号波形与解调输出信号的波形，并标上幅值）。

比较分析信号的幅度、频率和相位，如何判断解调出来的信号是正确的信号？

根据f=1/t

当信号的周期相同时，频率解调成功。

其他的没关系，A对输入的调幅波进行幅度放大。

调幅系数由调制信号的振幅Vs及直流电压V①④的大小决定，若改变Vs或V①④均可达到改变调幅系数的目的。

即幅值也没有关系

4.实现抑制载波调幅

（1）.调RP1使调制端平衡。

调节RP1电位器使VAB=0，即调制信号直流分量为零，调制信号端平衡，此时调制信号和载波两个输入信号都处于平衡状态。

（2）.载波输入端不变，调制信号输入端正弦信号峰值调为100mV，频率仍为1KHz，观察并记录电路的输出波形，即是抑制载波的双边带调幅波，并标明其峰一峰值电压。

（3）.所加载波信号和调制信号均不变，微调RP2让载波端稍微偏离平衡点（即是带有一点直流分量），观察并记录输出波形，解释波形现象。

最后调回平衡点（载波直流分量调回零）。

根据相乘器的原理，载波信号为：

VC（t）＝VCSinc（t）

（1）

调制信号为：

VS（t）＝VSSinW（t）

调节电阻会使信号偏移

5.利用1496模拟乘法器解调抑制载波的双边带调幅信号

把上一步骤所获得的抑制载波双边带调幅波加至解调器UAMIN输入端，其它连线均不变，观察并记录解调输出波形，标上输出幅度，并与IN2端的调制信号相比较（方法与步骤3相同）。

频率相同。

6.二极管包络检波器（非同步检波法）

实验电路见图4-4。

实验过程中注意不要把检波电路里的RP1、RP2和调幅电路中的RP1、RP2搞混！

（1）.解调全载波调幅信号

①.m＝0.5的调幅波的包络检波

按实验步骤2

（2）的条件获得调幅系数m＝0.5（即调制信号的幅度为50mV，直流分量VAB=0.1V）的调幅波输出，并将它加至图4-4二极管包络检波器的UAMIN信号输入端（注意二极管包络检波电路需事先接入－12V电源）。

②.先把示波器的时间基线调零，并设置在直流耦合（DC）输入的状态（在下面的测量中一直保持此状态。

当信号较大，波形超出屏幕显示范围时，只能通过增大示波器通道电压单位的办法使波形下降到屏幕显示范围内，而不能直接调垂直位移旋钮！

），用示波器从OUT2输出端观察解调输出信号。

调节检波电路的RP1改变直流负载，观测二极管直流负载改变对检波幅度和波形的影响，分别记录当RP1处于最左边和最右边时的输出解调波形（解调波形如果有失真和干扰要如实反映出来），测量并记录此时解调波形的峰值和谷值，求出解调波形的直流分量大小，并与原始调制信号相比较（用示波器两个通道同时观察解调输出波形与原始调制信号，在同一坐标上画出波形图）。

分析当RP1处于最左边和最右边时的输出解调波形，说明其特点和原因。

Rp1处于最左边时为最小值，

根据相乘器的原理，当载波信号为：

VC（t）＝VCSinc（t）

（1）

调制信号为：

VS（t）＝VSSin（t）

所以信号会比较还原，平移较小

当处于最右边时，平移较大

③.把检波电路的RP1旋至最左边，短接a、b两点，用示波器从OUT3输出端观察解调输出信号。

调节检波电路的RP2改变交流负载，观测二极管交流负载对检波输出信号幅度和波形的影响，记录当RP2处于最左边和最右边时的输出解调波形（如果有失真和干扰要如实反映），测量并记录此时解调波形的峰值和谷值，并与调制信号相比较（用示波器两个通道同时观察解调输出波形与原始调制信号，在同一坐标上画出波形图）。

分析当RP2处于最左边和最右边时的输出解调波形，说明其特点和原因。

根据公式如下

当跳到最右时，rc可能会比其中一项小，则产生失真

④.把检波电路RP1和RP2都旋至最右边，测量并记录此时解调波形的峰值和谷值，并与调制信号相比较，分析测量结果。

（2）.解调抑制载波的双边带调幅信号

按实验步骤4

（1）、4

（2）的条件获得抑制载波双边带调幅波，并加至二极管包络检波器UAMIN输入端，顺时针把检波电路的RP1调到最右边，用示波器从OUT2端观察并记录检波输出波形（注意保持上一步②中示波器的设置状态，输出带有直流分量），并与原始调制信号相比较，波形画在同一坐标上，通过波形的比较能够看出什么结论？

七、实验报告要求

4．完成下面思考题：

⑴．用相乘器实现调幅时（假定载波输入端是平衡的），为什么调节RP1可得到不同调幅度m的调幅波及抑制载波调幅波？

根据相乘器的原理，当载波信号为：

VC（t）＝VCSinc（t）

（1）

调制信号为：

VS（t）＝VSSinW（t）

Vo（t）=kVC（t）·V¢S（t）=kVCSinct（V①④＋VsSinWt）

=kVCV①④（1＋mSinWt）·Sinct（5）

式中：

⑵．用相乘器实现抑制载波调幅，要想获得较为理想的波形，其关键条件是什么？

相乘器的关键条件是滤除一个边带，取出另一个边带。

⑶．画出抑制载波双边带调幅波波形与m=1时的调幅波波形，比较二者的区别。

⑷．采用二极管包络检波法有可能出现哪些失真？

在本实验中，出现了什么失真的情况，在什么实验条件下出现？

有三种失真：

1、惰性失真，因为滤波电容与负载组成的RC时间常数太大，跟不上输入迅速变化的包络线。

2、底部切割失真（又叫负峰切割失真），因为耦合电容上直流分量对二极管形成反偏，把输入包络幅度最小（信号负半周）的波形割平。

3、小信号平方律失真，输入信号较小，二极管工作在曲线部分（近似平方曲线），输出幅度与输入幅度的平方成正比

⑸．二极管包络检波器能否用于解调抑制载波的双边带调幅波？

不能。

　无载频的调幅波，经过二极管的非线性作用后，只会产生谐波，不会与载频产生出音频成份。

一定要加入一个载频信号以后才能解调得到音频。

在单边带通信设备中，就要加入载频。

以前有线通信的载波技术中，就要采用晶体振荡器，并与对方端机进行同步调整，以引入载频才能进行解调，这样接收设备就很复杂了。

　　电视图像是采用调幅制，采用的方法是残留载频的方式，也即载频并不消除，只是发射时去除一个边带，另一个边带与载频一起发射出去，这样接收设备就比较简单。

八、预习要求

1.复习课本中有关幅度调制和解调原理的知识。

2.认真阅读实验指示书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用1496乘法器调制的工作原理，并分析各引出脚的直流电压。

它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1-V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。

进行调幅时，载波信号加在V1-V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。

3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点，并画出其频谱图。

如果输入的基带信号没有直流分量，则得到的输出信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称双边带抑制载波（DSB-SC）调制信号，简称DSB信号。

此时的DSB信号实质上就是

和载波

的相乘，其时域表达式为:

4.复习调幅波调制系数m的计算方法，分别算出下述条件下所需要的调制信号幅度Vs，已知：

载波信号

V①④=0.1V，调制信号：

，求m=30%时的Vs及m=100%时的Vs值。

5.分析二极管包络检波产生波形失真的主要因素。

有三种失真：

1、惰性失真，因为滤波电容与负载组成的RC时间常数太大，跟不上输入迅速变化的包络线。

2、底部切割失真（又叫负峰切割失真），因为耦合电容上直流分量对二极管形成反偏，把输入包络幅度最小（信号负半周）的波形割平。

3、小信号平方律失真，输入信号较小，二极管工作在曲线部分（近似平方曲线），输出幅度与输入幅度的平方成正比。