幅度調(diào)制與解調(diào)

1、 幅度調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)現(xiàn)目的1、通過本次實(shí)驗(yàn)，起到理論聯(lián)系實(shí)際的作用，將理論課中學(xué)到的調(diào)幅、檢波電路的分析方法用到實(shí)驗(yàn)電路的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析中，使理論真正地用在實(shí)際電路中，落到實(shí)處。要求學(xué)生必須從時(shí)域、頻域?qū)φ{(diào)制和解調(diào)過程中信號(hào)的變換分析清楚。 2、本次采用的實(shí)驗(yàn)電路既能實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，又能實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅，通過實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步理解普通調(diào)幅（AM）和雙邊常調(diào)幅（DSB）在理論上、電路中的聯(lián)系和區(qū)別。 3、實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的各種數(shù)據(jù)、曲線、波形是代表電路性能的主要參數(shù)，要求理解參數(shù)的意義和測(cè)量方法，能從一組數(shù)據(jù)中得出不同的參數(shù)并衡量電路的性能。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 1、數(shù)字示波器 TDS210 060MH

2、z 1臺(tái) 2、頻譜分析儀 GSP-827 02.7GHz 1臺(tái) 3、直流穩(wěn)壓電源 SS3323 030V 1臺(tái) 4、實(shí)驗(yàn)電路板 自制 1塊 三、實(shí)驗(yàn)電路及原理 1、實(shí)驗(yàn)電路介紹 實(shí)驗(yàn)所采用的電路為開關(guān)調(diào)幅電路，如圖所示。既能實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制，又能實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制，是一種穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)電路，其基本工作原理是：調(diào)制信號(hào)經(jīng)耦合電容C1輸入與電位器輸出的直流電壓疊加，分別送到同相跟隨器U1A和反相跟隨器U1B，這樣在兩個(gè)跟隨器的輸出端就得到兩個(gè)幅度相等，但相位相反的調(diào)制信號(hào)（U+和U-）。再分別送到高速模擬開關(guān)的兩個(gè)輸入端S1和S2，由開關(guān)在兩個(gè)信號(hào)之間高頻交替切換輸出（由載波控制），在輸出端就得

3、到調(diào)幅波，通過調(diào)整電位器可以改變直流電壓達(dá)到改變調(diào)制度m，當(dāng)電位器調(diào)到中心位置時(shí)就得到了雙邊帶的調(diào)幅信號(hào)。放大器為高精度運(yùn)放AD8552，開關(guān)為二選一高速CMOS模擬開關(guān)ADG779。另外，為防止實(shí)驗(yàn)過程中由于調(diào)制信號(hào)幅度過大而損壞電路，特加了保護(hù)二極管D1、D2；由于運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)是單電源軌至軌型，只能單5V供電，在使用時(shí)所有信號(hào)是疊加在2.5V直流電平上的，電路中R7、R8就是提供該直流偏置電平的，R12、R13、T1是用來抵銷直流電平的，以免對(duì)檢波電路產(chǎn)生影響；R8、C5、C7、L1和R9、C6、C8、L2起到導(dǎo)通直流和低頻信號(hào)、阻止高頻信號(hào)的作用，防止開關(guān)泄露的高頻載波信號(hào)對(duì)運(yùn)算

4、放大器產(chǎn)生影響；高頻載波信號(hào)（1MHz,方波）由有源晶體振蕩器X1產(chǎn)生。 幅度解調(diào)電路是一個(gè)二極管峰值包絡(luò)檢波器，輸入的調(diào)幅波經(jīng)二極管D3檢波，由電阻電容C15、R15、C17交流耦合，輸出解調(diào)信號(hào)。在該電路中通過跳線JP1、JP2可以接入或斷開C16、R16來改變?yōu)V波回路的時(shí)間常數(shù)，加大濾波回路的時(shí)間常數(shù)時(shí)，可以觀察到惰性失真（也叫對(duì)角失真），通過JP2、JP3可以接入或斷開R16、R18來改變交流負(fù)載電阻和直流負(fù)載電阻的比值，可以觀察到底邊切割失真（也叫負(fù)峰切割失真）。 該電路只適用于普通調(diào)幅波的解調(diào)，對(duì)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)是不能解調(diào)的。另外，由于檢波二極管有0.2 V的導(dǎo)通電壓（肖特基

5、二極管1n5819），所以在解調(diào)時(shí)為了減小解調(diào)的非線性失真和提高效率，必須工作在大信號(hào)狀態(tài)，即輸入信號(hào)在0.5 V以上。在信號(hào)比較小時(shí)，就要加一定的偏置，在本實(shí)驗(yàn)中暫不考慮。2、波形分析 通過對(duì)調(diào)制電路各主要點(diǎn)的波形分析，更容易理解電路的工作原理，也便于調(diào)整時(shí)對(duì)照。各主要點(diǎn)的波形示意圖如圖所示。為了表示簡(jiǎn)單圖中沒有考慮直流偏置電平。從 圖 7中可以看出，只要改變電位器，使直流電壓改變，就可以改變調(diào)制度m，當(dāng)直流電壓在平衡點(diǎn)時(shí)，輸出為雙邊帶信號(hào)。注意：為便于比較，圖中將同相跟隨器輸出信號(hào)和反相跟隨器輸出信號(hào)畫在同一坐標(biāo)中；由于是開關(guān)調(diào)制，輸出的已調(diào)波中的載波成分是方波，再經(jīng)過T1和C14組成的回

6、路濾波就可以得到正弦波。3、數(shù)學(xué)分析 同相跟隨器輸出信號(hào)為：反相跟隨器輸出為：則輸出為：完全滿足幅度調(diào)制的要求，由于是開關(guān)調(diào)制，輸出信號(hào)中必然存在著各次諧波，只要通過帶通濾波器就可以濾除諧波，得到標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)幅波。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1、觀察各級(jí)電壓的波形 測(cè)試說明：在幅度調(diào)制和解調(diào)的過程中，信號(hào)在頻域和時(shí)域都發(fā)生了變化，特別是時(shí)域波形的特征非常明顯，用示波器觀察各級(jí)波形可以很方便的了解調(diào)制和解調(diào)的原理和過程。測(cè)量步驟如下： （1）接通電源。按直流穩(wěn)壓電源的電源開關(guān)，調(diào)整電壓旋鈕使電壓顯示為9V，此時(shí)電流旋鈕控制的及電流表顯示的是最大輸出電流（也稱為保護(hù)電流）；連接到電路板的電源線，按輸出按鈕后電

7、路板就獲得了9V直流供電，此時(shí)電流表顯示的是實(shí)際輸出的電流值。 （2）觀察調(diào)制波形。接通低頻信號(hào)發(fā)生器電源，調(diào)整其頻率為1kHz、幅度為1VP-P的信號(hào)加到電路板的調(diào)制信號(hào)輸入端J1，用示波器觀察Uam點(diǎn)輸出的已調(diào)波波形，調(diào)整電位器分別調(diào)出m=30%的普通調(diào)幅波和雙邊帶信號(hào)，并做記錄（調(diào)制度測(cè)量方法見后）。再改變調(diào)制信號(hào)的頻率、電壓和調(diào)整電位器觀察輸出信號(hào)的相應(yīng)變化。 （3）觀察檢波波形。在m=30%時(shí)，接通JP2、斷開JP1和JP3觀察檢波器正常輸出波形；接通JP1、斷開JP2和JP3，加大了濾波電容和電阻，觀察惰性失真；接通JP3、斷開JP1和JP2，減小了交流電阻和增加了直流電阻，觀察底

8、邊切割失真，記錄所測(cè)波形。注意： （a）由于載波頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)的頻率，所以在觀察波形時(shí)，要看調(diào)幅波的包絡(luò)時(shí)，示波器的掃速要慢，要看載波時(shí)，掃速要快，兩者無法兼顧。 （b）由于頻譜分析儀的輸入阻抗為50，而調(diào)幅波輸出端沒有專門的放大電路，在測(cè)量波形時(shí)不要接頻譜分析儀，以免對(duì)信號(hào)幅度衰減太大影響波形觀察。 （c）雙邊帶信號(hào)由于存在著干擾、載波泄露和在相位交替時(shí)幅度太小，很難觀察到相位倒相180°的情況。 （d）調(diào)制度的測(cè)量方法：調(diào)制度m的定義是包絡(luò)的變化量與載波幅度之比，可按圖8所示的方法用示波器上測(cè)量。2、頻譜測(cè)量 測(cè)試說明：調(diào)幅作為線性頻譜搬移其頻譜具有特殊形狀，通過頻譜的測(cè)量可

9、以更容易理解頻譜的變換。由于頻譜分析儀的頻率分辨率最高為3 kHz，為了清楚地看到調(diào)幅波的上下邊帶和載頻，調(diào)制信號(hào)的頻率必須大于頻譜分析儀的頻率分辨率。測(cè)量步驟如下： 用同軸電纜將已調(diào)波（J2，SMA接口）輸入到頻譜分析儀的輸入端，將調(diào)制信號(hào)頻率調(diào)高到10 kHz，頻譜分析儀的中心頻率等于載波頻率設(shè)為1MHz、SPAN設(shè)為100kHz、RBW設(shè)為3 kHz，調(diào)整電位器使波形分別為AM、DSB波觀察其頻譜圖，并作記錄。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、調(diào)制波形改變電位器：直流電平增大或減小，則上下波路逐漸分開（直到m=30%，如圖1）；當(dāng)直流電平為零時(shí)則輸出信號(hào)變?yōu)殡p邊帶信號(hào)（如圖2）。2、檢波波形（1）接通JP

10、2、斷開JP1和JP3時(shí)，輸出波形為正常波形（如圖3）。（2）接通JP1、斷開JP2和JP3時(shí)，由于加大了濾波電容和電阻，輸出波形產(chǎn)生惰性失真，圖形特征為時(shí)域幅度變小，信號(hào)上升時(shí)間變短下降時(shí)間變長(zhǎng)（如圖4）。 理論分析惰性失真：為避免惰性失真，則t1為信號(hào)包絡(luò)下降區(qū)間的某一時(shí)刻 設(shè)輸入的包絡(luò)為：在時(shí)刻，電容C通過R放電的時(shí)間函數(shù)：包絡(luò)的變化速率為：電容電壓的變化速率：為不失真，要求：不同時(shí)刻t1 ，調(diào)幅波的包絡(luò)下降速度不同，為了保證在包絡(luò)下降最快時(shí)仍不產(chǎn)生惰性失真。求得A達(dá)到最大值的時(shí)刻：即 代入A，得不失真條件：結(jié)論： 、越大，不產(chǎn)生惰性失真要求的時(shí)間常數(shù)就越小。（3）接通JP3、斷開JP1和JP2時(shí)，由于減小了交流電阻和增加了直流電阻，輸出波形產(chǎn)生底邊切割失真，時(shí)域波形特點(diǎn)是波形最低點(diǎn)被切使其絕對(duì)值變小如圖5。 理論分析底邊切割失真： 檢波器后接交流負(fù)載可能引入負(fù)峰切割失真。 輸入 ： 輸出： 不失真條件： 結(jié)論：檢波器