實驗四中頻放大及振幅調(diào)制

1、實驗四、中頻放大器及振幅調(diào)制陳建 151180013（1） 中頻放大器一、實驗?zāi)康?通過實驗了解中頻放大器的工作原理。2學(xué)會使用點測法繪制幅頻特性曲線。3理解工作點對晶體管正常工作的重要性。二、實驗原理中頻放大器位于混頻之后，檢波之前，是專門對固定中頻信號進(jìn)行放大的，中放和高放都是諧振放大器，它們有許多共同點，由于中頻放大器的工作頻率是固定的，而且頻率一般都較低，因而有其特殊之處。對于中頻放大器,不僅需要得到高的增益、好的選擇性,還要有足夠?qū)挼耐l帶和良好的頻率響應(yīng)、大的動態(tài)范圍等，不允許出現(xiàn)自激。由于中頻信號為單一的固定頻率,其通頻帶可最大限度地做得很小,以提高相鄰信道選擇性。在實際工程上,

2、一般采用多級放大器,并使每級實現(xiàn)某一技術(shù)要求，就電路形式而言,第一級中頻放大器多采用共發(fā)射極電路,多級晶體管單調(diào)諧回路級聯(lián)的方式實現(xiàn)應(yīng)有的增益。中頻放大器 ( IFA)是超外差接收機中的一個重要部分 ,它具有放大中頻信號、抑制噪聲和相鄰?fù)ǖ赖母蓴_以及自動增益控制(AGC)等功能。中頻放大器按照負(fù)載回路的構(gòu)成可分為單調(diào)諧中頻放大器和雙調(diào)諧中頻放大器，按照三極管的接法可分為共發(fā)射極、共基極和共集電極等中頻放大器。中頻放大器的工作過程與高頻放大器相同，它們都是小信號放大器，工作在甲類（A類）狀態(tài)，它們都采用諧振回路作負(fù)載，不再重復(fù)。三、實驗仿真總體電路圖如下：第一級為差分輸入端，采用帶有緣負(fù)載的射極

3、耦合差分放大電路，通過調(diào)節(jié) R7 來調(diào)節(jié)鏡像電流源參考電流大小，通過調(diào)節(jié) R8、R9 比值來調(diào)節(jié)差分電路恒流源部分恒流電流，從而改變放大倍數(shù)。C5 為耦合電容，由于該電路單電源供電，所以需要旁路電容去掉直流分量。單端輸出電壓增益為由于， 受恒流大小影響，所以改變 R8 或 R9 便可改變增益。第二級為中間級，采用了共射-共基放大電路，該電路特點是高頻特性好，可以一定意義上補償?shù)谝患壍母哳l帶寬不夠的情況，但是沒有電流放大作用，該部分的分立電路圖和分立頻率特性如下，可以看到其具有很好的高頻特性。共射-共基電路的增益為幅頻特性曲線為：示波器顯示輸入輸出為（此時輸入信號頻率為 1KHz）：最后一級采用

4、高頻共射放大電路，共射電路可以進(jìn)一步放大信號，并且具有不錯的輸入輸出特性，同時能放大電流和電壓，且易于在集電極構(gòu)成諧振回路。為了使放大器工作在800KHz 附近，取 C=200p，L=105uH，此時頻率特性如下圖所示。4、 實驗電路1.455KHZ 中頻放大器下圖是455KHZ中頻放大器實驗電路。從圖中可看出，本實驗電路采用兩級放大，而且都是共發(fā)射極放大，這樣可以獲得較大的增益。圖中電位器 4W1 用來調(diào)整第一級放大器工作點，4W2 用來調(diào)整中頻放大器輸出幅度。4L01、4C3 和 4L02、4C8 分別為第一級和第二級的諧振回路，其諧振頻率為 455KHZ 左右。圖中 4P01 為中頻信號

5、輸入口，4TP01 為輸入信號測試點，4P02 為中頻輸出口，4TP02 為輸出測量點。2. 10.7MHZ 中頻放大器下圖是 10.7MHZ 中頻放大器實驗電路。本實驗電路同樣采用兩級放大。3W1 用來調(diào)整第一級放大器工作點，3W2 用來調(diào)整中頻放大器輸出幅度。3W3 用來調(diào)整變?nèi)莨?3D1 的偏壓，從而改變其容量。3L5、3L6 和變?nèi)莨?3D1 構(gòu)成第一級的諧振回路，3L7、3L8 和 3C11組成第二級諧振回路，調(diào)整 3W3 可調(diào)整中頻放大器的諧振頻率。3P01 為中頻信號輸入口，3TP01 為輸入信號測量點，3P02 為中頻輸出口，3TP02 為輸出測量點。5、 實驗過程與結(jié)果1.

6、實驗準(zhǔn)備將中頻放大器模塊插入實驗箱主板上，按下電源開關(guān).電源指示燈點亮即可開始實驗。2. 中頻放大器輸入輸出波形觀察及放大倍數(shù)測量（1）455KHZ 中頻放大器觀測將高頻信號源設(shè)置為 455KHZ,峰-峰值 Vp-p=150mv,其輸出送入中頻放大器的輸入端（4P01），用示波器測量中放輸出 4TP02 點的波形，微調(diào)電位器 4W1 使中放輸出幅度最大。調(diào)整 4W2 使中放輸出幅度最大且不失真，并記下此時的幅度大小，然后再測量中放此時的輸入幅度，即可算出中放的電壓放大倍數(shù)。下表是不同工作點下中頻放大器的中心頻率：工作點（VE/V）1.32.52.64.04.7中心頻率（kHz）49550347

7、1455440畫出圖像如下：可見改變工作點會影響晶體管的參數(shù)，進(jìn)而影響回路的工作頻率，由圖中可以看出，這種影響并不是線性的。當(dāng)選擇合適的工作點，使得中心頻率為455kHz時，輸入為150mV，輸出為11.6V，因而放大倍數(shù)為77.3倍。（2）10.7MHZ 中頻放大器觀測將高頻信號源頻率設(shè)置為 10.7MHZ，峰-峰值 Vp-p=200V，其輸出送入中頻放大器的輸入端（3P01），用示波器測量中放輸出 3TP02 點的波形，微調(diào) 3W3 使中放輸出幅度最大，調(diào)整 3W1 和 3W2 使中放輸出幅度最大且不失真，并記下此時的輸出幅度大小，然后再測量中放此時的輸入幅度，即可算出中放的電壓放大倍數(shù)。

8、輸入為200mv，輸出為1.20V，因而放大倍數(shù)為6倍。3. 測量 455KHZ 中頻放大器的諧振曲線( ( 幅頻特性) )保持上述 455KHZ 中頻放大器觀測狀態(tài)不變，按照表 4-1 改變高頻信號源的頻率，保持高頻信號源輸出幅度為 150mv，從示波器上讀出與頻率相對應(yīng)的幅值，并把數(shù)據(jù)填入表，然后以橫軸為頻率，縱軸為幅度，按照表 4-1，畫出中頻放大器的幅頻特性曲線。并從曲線上算出中頻放大器的通頻帶（幅度最大值下降到 0.707 時所對應(yīng)的頻率范圍為通頻帶）。頻率（kHz）300320340360380400420440460幅度（V）3.82.22.03.04.04.77.915.26.

9、8頻率（kHz）480500520540560580600620幅度（V）4.84.13.02.02.02.02.02.2做成圖像如下：由圖中可估計出帶寬為：40.7kHz（2） 振幅調(diào)制一 、實驗?zāi)康?.通過實驗了解振幅調(diào)制的工作原理。2.掌握用 MC1496 來實現(xiàn) AM 和 DSB 的方法，并研究已調(diào)波與調(diào)制信號，載波之間的關(guān)系。3.掌握用示波器測量調(diào)幅系數(shù)的方法。二、實驗原理傳遞信息是人類的重要活動之一當(dāng)代各種無線電技術(shù)，如廣播、雷達(dá)、導(dǎo)航等等。為了傳遞信息，都是將傳遞的信息“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

10、載”的信息稱為調(diào)制信號。根據(jù)電磁波理論知道，為什么要將信號調(diào)制，是基于以下幾點原因。1)天線要將低頻信號有效地輻射出去，它的尺寸就必須很大。例如，頻率為 1000Hz 的電磁波，其波長為 300000m，即 300km。如果采用 14 波長的天線，則天線的長度應(yīng)為 75000m。不用說，實際上這是難于辦到的。2)為了使發(fā)射與接收效率高，在發(fā)射機與接收機方面都必須采用天線和諧振回路。但語言、音樂、圖像信號等的頻率變化范圍很大，因此天線和諧振回路的參數(shù)應(yīng)該在很寬范圍內(nèi)變化。顯然，這又是難于做到的。3)如果直接發(fā)射音頻信號，則發(fā)射機將工作于同一頻率范圍。這樣，接收機將同時收到許多不同電臺的節(jié)目，無法

11、加以選擇。為了克服以上的困難，必須利用高頻振蕩，將低頻信號“附加”在高頻振蕩上。這樣，就使天線的輻射效率提高，尺寸縮??；同時，每個電臺都工作于不同的載波頻率，接收機可以調(diào)諧于不同頻率選擇不同的電臺，這就解除了上述的種種困難。但是調(diào)制過程是用被傳遞的低頻信號去控制高頻振蕩信號，使高頻輸出信號的參數(shù)（幅度、頻率、相位）相于低頻信號變化而變化，從而實現(xiàn)低頻信號搬移到高頻段，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。實現(xiàn)調(diào)幅的方法分為低電平調(diào)幅（調(diào)制過程在低電平級進(jìn)行，需要的調(diào)制功率小），屬于這種類型的有平方律調(diào)幅（運用電子器件搭成電路伏安特性曲線的平方律部分完成調(diào)幅）和斬波調(diào)幅（方波斬波

12、后通過帶通濾波器得到）；和高電平調(diào)幅（調(diào)制過程在高電平級進(jìn)行，通常為丙類放大器），屬于這一類的調(diào)制方法有集電極調(diào)幅和基極調(diào)幅。1. 振幅調(diào)制和調(diào)幅波振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波信號的振幅，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)幅波按頻譜特性分為普通調(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。普通調(diào)幅波（AM）由于實現(xiàn)振幅調(diào)制后載波頻率保持不變，因此已調(diào)波的表示式為其中，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，為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)?？梢?，調(diào)幅波也是一個高頻振蕩，而它的

13、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)與調(diào)制電壓的振幅成正比，即越大，越大，調(diào)幅波幅度變化越大， 小于或等于 1。如果 > 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 所示。 調(diào)幅波的頻譜：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，稱為下邊頻分量。載波頻率分量的振幅仍為,而兩個邊頻分量的振幅均為。因為 的最大值只能等于 1，所以邊頻振幅的最大值不能超過0.5 ，

14、將這三個頻率分量用圖畫出，便可得到圖所示的頻譜圖。在這個圖上，調(diào)幅波的每一個正弦分量用一個線段表示，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信息，要傳送的信息只包含于邊頻分量中。邊頻的振幅反映了調(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。如實際的話音信號就很復(fù)雜），在多頻調(diào)制時如由若干個不同頻率的信號所調(diào)制，相應(yīng)地，其調(diào)幅波含有一個載頻分量及一系列的高低邊頻分量等等。多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜圖如下圖所示。由此可以看出，一個調(diào)幅波實際上是占

15、有某一個頻率范圍，這個范圍稱為頻帶?？偟念l帶寬度為最高調(diào)制頻率的兩倍，即，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)備中，所有選頻網(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。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，簡稱雙邊帶調(diào)幅，用 DSB表示?？蓪⒄{(diào)制信號𝑈 和載波信號𝑢 𝑐 。直接加到乘法器或平衡調(diào)幅器電路得到。雙邊帶調(diào)幅信號寫為式中，A為由調(diào)幅電路決定的系數(shù)；是雙邊帶高

16、頻信號的振幅，它與調(diào)制信號成正比。高頻信號的振幅按調(diào)制信號的規(guī)律變化，不是在𝑈 𝑐𝑚 的基礎(chǔ)上，而是在零值的基礎(chǔ)上變化，可正可負(fù)。因此，當(dāng)調(diào)制信號從正半周進(jìn)入負(fù)半周的瞬間（即調(diào)幅包絡(luò)線過零點時），相應(yīng)高頻振蕩的相位發(fā)生 180°的突變。雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制信號、調(diào)幅波如圖所示。由圖可見，雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。而且，信號仍集中在載頻 Wc附近，所占頻帶為。.抑制載波單邊帶調(diào)幅（SSB）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映了調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，因而它們都含有調(diào)制信號的全部信息。從傳輸信息的觀點看，

17、可以進(jìn)一步把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(jìn)一步節(jié)省發(fā)射功率，而且頻帶的寬度也縮小了一半，這對于波道特別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（或平衡調(diào)幅器）獲得抑制載波的 DSB 信號，再通過帶通濾波器濾除 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

18、樣的特性：對于要求濾除的邊帶信號應(yīng)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)學(xué)模型如右圖所示。通過邊帶濾波器后，就可得到上邊帶或下邊帶：從上兩式看出，SSB 信號的振幅與調(diào)制信號振幅𝑈 成正比。它的頻率隨調(diào)制信號的頻率不同而不同。三、實驗仿真及分析1. 晶體管調(diào)幅波產(chǎn)生電路普通調(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。但它必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線性的要求。低電平調(diào)制電路的優(yōu)點是調(diào)幅器的功率小，電路簡單。由于它輸出功率小，常用在雙邊

19、帶調(diào)制和低電平輸出系統(tǒng)。低電平調(diào)幅電路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，實際上它是一個輸出電壓振幅受調(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)射極調(diào)幅和集電極調(diào)幅三種，下面我們僅介紹和仿真基極調(diào)幅。目標(biāo)為設(shè)計一載波為 1MHz，音頻信號為 10kHz 的基極調(diào)幅電路基極調(diào)幅電路如下圖所示。由圖可見，高頻載波信號通過高頻變壓器直接加到晶體管基極回路，低頻調(diào)制信號 V2 和直流信號 V3 直接相串聯(lián)，C2 為高頻旁路電容，用來為高頻載波信號提供通路?；鶚O調(diào)幅過

20、程中，為了獲得很好的調(diào)幅效果，由丙類功放的知識可知，電路工作在欠壓狀態(tài)。因為進(jìn)入過壓狀態(tài)后，電流脈沖出現(xiàn)凹頂，隨著的增加，凹陷程度增大，增長緩慢，接近于恒定，無法獲得很好的調(diào)幅效果。丙類功放的動態(tài)特性曲線為，其中，可近似看作集電極總電導(dǎo)。為了使電路工作在欠壓狀態(tài)，因使集電極總電阻減小，即減小并聯(lián)電阻R1。同時，增大，即增大、，減小 。，則在調(diào)制過程中，調(diào)制信號 V2 相當(dāng)于一個緩慢變化的偏壓，使放大器的集電極脈沖電流的最大值和導(dǎo)通角按調(diào)制信號的大小而變化。在 V2 往正向增大時，和增大；在 V2 往反向減小時，和減少，故輸出電壓幅值正好反映調(diào)制信號波形。晶體管的集電極電流波形和調(diào)諧回路輸出的電

21、壓波形，如圖所示，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。仿真圖如下：由以上仿真圖可知，上述基極調(diào)幅確實能起到調(diào)效果但是諧振回路的頻率選擇性不夠好，導(dǎo)致調(diào)幅波有一定的失真。有圖可看出電路的頻譜特性，在 1MHz 左右有很多頻譜分量，這些分量導(dǎo)致了輸出波形的失真，可以通過增加諧振回路階數(shù)來改變這一問題。4、 實驗過程及結(jié)果1 實驗準(zhǔn)備（1）在實驗箱主板上插上幅度調(diào)制與混頻無線發(fā)射模塊。接通實驗箱上電源開關(guān)，按下模塊上白色開關(guān)，此時電源指標(biāo)燈點亮。（2）調(diào)制信號源：采用低頻信號源，其參數(shù)調(diào)節(jié)如下（示波器監(jiān)測）：頻率范圍：2KHZ波形選擇：正弦波輸出峰-峰值：300mV（3

22、）載波源：采用高頻信號源：工作頻率：1MHz 用頻率計測量（也可采用其它頻率）；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(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零，也就是要進(jìn)行交流饋通電的調(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) 3K01 置“off”，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。（1）載波輸入端輸入失調(diào)電壓調(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（3P02），而載波輸入端不加信號。用示波器監(jiān)測相乘器輸出端（3TP03）

23、的輸出波形，調(diào)節(jié)電位器 3W03，使此時輸出端（3TP03）的輸出信號（稱為調(diào)制輸入端饋通誤差）最小。（2）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（3P01），而音頻輸入端不加信號。用示波器監(jiān)測相乘器輸出端（3TP03）的輸出波形。調(diào)節(jié)電位器 3W02 使此時輸出（3TP03）的輸出信號（稱為載波輸入端饋通誤差）最小。（3） 調(diào)制線性范圍的觀測保持載波幅度為200mV不變，改變調(diào)制信號幅度，觀測輸出信號的變化規(guī)律。測得數(shù)據(jù)如下：被調(diào)制幅度mV50100150200250300350400輸出幅度V1.31.461.621.781.922.082.222.36繪制成圖表：然后保持被調(diào)制信號幅度300mV不變，改變載波信號幅度，觀察輸出幅度的變化規(guī)律。測得數(shù)據(jù)如下：載波幅度mV50100150200250300350400輸出幅度V1.282.323.123.644.004.004.004.00制成圖表：由上面兩組數(shù)據(jù)可以看到，被調(diào)制信號相對于載波來說有更大的線性范圍。另外我們也看到，當(dāng)載波幅度過大時，輸出幅度達(dá)到飽和，這樣會