实验五振幅调制.docx

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实验五振幅调制

实验五振幅调制

一、实验目的

1．通过实验了解振幅调制的工作原理。

2．掌握用MC1496来实现AM和DSB的方法，并研究已调波与调制信号，载波之间的关系。

3．掌握用示波器测量调幅系数的方法。

二、实验内容

1．模拟相乘调幅器的输入失调电压调节。

2．用示波器观察正常调幅波（AM）波形，并测量其调幅系数。

3．用示波器观察平衡调幅波（抑制载波的双边带波形DSB）波形。

4．用示波器观察调制信号为方波、三角波的调幅波。

三、实验原理

将要传递的信息“记载”到高频振荡上去这一过程称为调制。

调制后的高频振荡称为已调波，未调制的高频振荡称为载波。

需要“记载”的信息称为调制信号。

调制器和解调器必须由非线性元件构成，它们可以是二极管或三极管。

近年来集成电路在模拟通信中得到了广泛应用，调制器、解调器都可以用模拟乘法器来实现。

（一）振幅调制和调幅波

振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。

经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称调幅波）。

调幅波有普通调幅波（AM）、抑制载波的双边带调幅波（DSB）和抑制载波的单边带调幅波（SSB）三种。

1.普通调幅波（AM）

2.抑制载波双边带调幅（DSB）

由于载波不携带信息，因此，为了节省发射功率，可以只发射含有信息的上、下两个边带，而不发射载波，这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅，简称双边带调幅，用DSB表示。

可将调制信号

和载波信号

。

直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到。

双边带调幅信号写为

3.抑制载波单边带调幅（SSB）

进一步观察双边带调幅波的频谱结构发现，上边带和下边带都反映了调制信号的频谱结构，因而它们都含有调制信号的全部信息。

从传输信息的观点看，可以进一步把其中的一个边带抑制掉，只保留一个边带（上边带或下边带）。

无疑这不仅可以进一步节省发射功率，而且频带的宽度也缩小了一半，这对于波道特别拥挤的短波通信是很有利的。

这种既抑制载波又只传送一个边带的调制方式，称为单边带调幅，用SSB表示。

由

通过边带滤波器后，就可得到上边带或下边带：

下边带信号：

上边带信号：

（二）普通调幅波的产生电路

下面介绍一种高电平调幅电路。

高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的，实际上它是一个输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器，根据调制信号注入调幅器方式的不同，分为基极调幅、发射极调幅和集电极调幅三种，下面我们仅介绍基极调幅。

基极调幅电路如图1-1所示。

由图可见，高频载波信号

通过高频变压器

加到晶体管基极回路，低频调制信号

通过低频变压器

加到晶体管基极回路，

为高频旁路电容，用来为载波信号提供通路。

图1-1基极调幅电路

在调制过程中，调制信号

相当于一个缓慢变化的偏压（因为反偏压

，否则综合偏压应是

），使放大器的集电极脉冲电流的最大值

和导通角

按调制信号的大小而变化。

在

往正向增大时，

和

增大；在

往反向减小时，

和

减少，故输出电压幅值正好反映调制信号波形。

晶体管的集电极电流

波形和调谐回路输出的电压波形，如图5-8所示，将集电极谐振回路调谐在载频

上，那么放大器的输出端便获得调幅波。

（三）抑制载波调幅的产生电路

产生抑制载波调幅波的电路采用平衡、抵消的办法把载波抑制掉，故这种电路叫抑制载波调幅电路或叫平衡调幅电路。

随着集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调幅器已被采用，图1-2是用模拟乘法器实现抑制载波的实际电路，它是用MC1596G构成。

这个电路的特点是工作频带宽，输出频率较纯，而且省去了变压器，调整简单。

图1-2用模拟乘法器产生抑制载波调幅

（四）振幅调制实验电路

图1-31496组成的调幅器实验电路

四、实验步骤及结果

1．实验准备

（1）在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。

接通实验箱上电源开关，按下模块上开关8K1，此时电源指标灯点亮。

（2）调制信号源：

采用低频信号源中的函数发生器，其参数调节如下（示波器监测）：

∙频率范围：

1kHz

∙波形选择：

正弦波

∙输出峰-峰值：

300mV

（3）载波源：

采用高频信号源：

∙工作频率：

2MHz用频率计测量（也可采用其它频率）；

∙输出幅度（峰-峰值）：

200mV，用示波器观测。

2．输入失调电压的调整（交流馈通电压的调整）

集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零，也就是要进行交流馈通电压的调整，其目的是使相乘器调整为平衡状态。

因此在调整前必须将开关8K01置“off”（往下拨），以切断其直流电压。

交流馈通电压指的是相乘器的一个输入端加上信号电压，而另一个输入端不加信号时的输出电压，这个电压越小越好。

（1）载波输入端输入失调电压调节

把调制信号源输出的音频调制信号加到音频输入端（8P02），而载波输入端不加信号。

用示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形，调节电位器8W02，使此时输出端（8TP03）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。

（2）调制输入端输入失调电压调节

把载波源输出的载波信号加到载波输入端（8P01），而音频输入端不加信号。

用示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形。

调节电位器8W01使此时输出（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。

3．DSB（抑制载波双边带调幅）波形观察

在载波输入、音频输入端已进行输入失调电压调节（对应于8W02、8W01调节的基础上），可进行DSB的测量。

（1）DSB信号波形观察

将高频信号源输出的载波接入载波输入端（8P01），低频调制信号接入音频输入端（8P02）。

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接调幅输出端（8TP03），即可观察到调制信号及其对应的DSB信号波形。

实验中观测到的波形如下图2-1所示：

图2-1调制信号及DSB信号波形

（2）DSB信号反相点观察

为了清楚地观察双边带信号过零点的反相，必须降低载波的频率。

本实验可将载波频率降低为100KHZ（如果是DDS高频信号源可直接调至100KHZ；如果是其它信号源，需另配100KHZ的函数发生器），幅度仍为200mv。

调制信号仍为1KHZ（幅度300mv）。

增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB信号，过零点时刻的波形应该反相。

实验中观测到的波形如下图2-2所示：

图2-2DSB信号反相点观察

由图可见，过零点的波形为反向。

（3）DSB信号波形与载波波形的相位比较

在实验3

（2）的基础上，将示波器CH1改接8TP01点，把调制器的输入载波波形与输出DSB波形的相位进行比较，可发现：

在调制信号正半周期间，两者同相；在调制信号负半周期间，两者反相。

实验中观测到的波形如下图2-3、图2-4所示：

图2-3调制信号正半周期DSB与载波比较图2-4调制信号负半周期DSB与载波比较

由图可见：

在调制信号正半周期间，DSB信号波形与载波波形同相；在调制信号负半周期间，DSB信号波形与载波波形反相。

与预期一致，实验结果正确。

4.SSB（单边带调制）波形观察

单边带（SSB）是将抑制载波的双边带（DSB）通过边带滤波器滤除一个边带而得到的。

本实验利用滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器作为边带滤波器，该滤波器的中心频率110KHZ左右，通频带约12KHZ。

为了利用该带通滤波器取出上边带而抑制下边带。

双边带（DSB）的载波频率应取104KHZ。

具体操作方法如下：

将载波频率为104KHZ，幅度300mv的正弦波接入载波输入端（8P01），将频率为6KHZ，幅度300mv的正弦波接入音频输入端（8P02）。

按照DSB的调试方法得到DSB波形。

将调幅输出（8P03）连接到滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器输入端（15P05），用示波器测量带通滤波器输出（15P06），即可观察到SSB信号波形。

在本实验中，正常的SSB波形应为110KHZ的等幅波形，但由于带通滤波器频带较宽，下边带不可能完全抑制，因此，其输出波形不完全是等幅波。

实验中观测到的SSB波形如下图2-5所示：

由图可见，SSB波形频率为104.2KHz左右，接近110KHz，幅度接近等幅波。

与预期基本一致，实验结果正确。

图2-5SSB（单边带调制）波形

5．AM（常规调幅）波形测量

（1）AM正常波形观测

在保持输入失调电压调节的基础上，将开关8K01置“on”（往上拨），即转为正常调幅状态。

载波频率仍设置为2MHZ（幅度200mv），调制信号频率1KHZ（幅度300mv）。

示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03，即可观察到正常的AM波形。

实验中观测到的波形如下图2-6所示：

图2-6AM正常波形

调整电位器8W03，可以改变调幅波的调制度。

在观察输出波形时，改变音频调制信号的频率及幅度，输出波形随之变化。

实验结果正确。

（2）不对称调制度的AM波形观察

在AM正常波形调整的基础上，改变8W02，可观察到调制度不对称的情形。

最后仍调到调制度对称的情形。

下图为用示波器观测到的不对称调幅波波形：

图2-7不对称调幅波波形

（3）过调制时的AM波形观察

在上述实验的基础上，即载波2MHZ（幅度200mv），音频调制信号1KHZ（幅度300mv），示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03。

调整8W03使调制度为100%，然后增大音频调制信号的幅度，可以观察到过调制时AM波形，并与调制信号波形作比较。

通过示波器观察到调制度为100%和过调制的AM波形如下：

图2-8调制度为100%的AM波形图2-9过调制AM波形

（4）增大载波幅度时的调幅波观察

保持调制信号输入不变，逐步增大载波幅度，并观察输出已调波。

可以发现：

当载波幅度增大到某值时，已调波形开始有失真；而当载波幅度继续增大时，已调波形包络出现模糊。

最后把载波幅度复原（200mv）。

实验中观测到失真的调幅波波形如下图：

图2-10增大载波幅度后失真的调幅波波形

（5）调制信号为三角波和方波时的调幅波观察

保持载波源输出不变，但把调制信号源输出的调制信号改为三角波（峰—峰值200mv）或方波（200mv），并改变其频率，观察已调波形的变化，调整8W03，观察输出波形调制度的变化。

下图为调制信号为三角波时的调幅波形：

实验中观测到调制信号为三角波时的调幅波波形如下图：

图2-11调制度为100%的三角波调幅波形图2-12过调制时的三角波调幅波波形

五、实验总结

1.通过对DSB信号与调制度为100%时AM波形的而比较，可见AM波形幅度比DSB信号小，但AM波形的频率比DSB要高很多，故承载信号的能力较强。

2.通过本次实验，对已调波与调制信号，载波之间的关系进行了探究，进一步了解调制信号与调幅波的分析方法。