高頻電子線路實驗振幅解調(diào)器

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 高頻電子線路 課程 實驗報告 專業(yè)班級 信息13-1 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 孫 穎 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院實驗報告裝訂線實驗名稱 振幅解調(diào)器（包絡(luò)檢波、同步檢波）專業(yè)班級 信息13-1 學(xué)號 201310 姓名 成績 實驗 6 振幅解調(diào)器（包絡(luò)檢 波、同步檢波） 6-1 振幅解調(diào)基本工作原理 解調(diào)過程是調(diào)制的反過程，即把低頻信號從高頻載波上搬移下來的過程。解調(diào)過程在收信端，實現(xiàn)解調(diào)的裝置叫解調(diào)器。 一普通調(diào)幅 波的解調(diào) 振幅調(diào)制的解調(diào)被稱為檢波，其作用是從調(diào)幅波中不失真地檢出調(diào)制信號。由于普通調(diào)幅波的包絡(luò)反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，因此常用非相干解調(diào)方法。非相干解

2、調(diào)有兩種方式，即小信號平方律檢波和大信號包絡(luò)檢波。我們只介紹大信號包絡(luò)檢波器。 1.大信號檢波基本工作原理大信號檢波電路與小信號檢波電路基本相同。由于大信號檢波輸入信號電壓幅值一般在 500mV 以上，檢波器的靜態(tài)偏置就變得無關(guān)緊要了。下面以圖 6-1 所示的簡化電路為例進(jìn)行分析。大信號檢波和二極管整流的過程相同。圖 6-2 表明了大信號檢波的工作原理。輸入信號 ui(t) 為正并超過 C 和 RL 上的 uo(t) 時，二極管導(dǎo)通，信號通過二極管向 C 充電，此時 uo(t) 隨充電電壓上升而升高。當(dāng) ui(t) 下降且小于uo(t) 時，二極管反向截止，此時停止向 C 充電， uo(t)

3、通過 RL 放電， uo(t) 隨放電而下降。 充電時，二極管的正向電阻 rD 較小，充電較快。uo(t) 以接近 ui(t) 的上升速率升高。放電時，因電阻 RL 比 rD 大得多（通常 RL = 5 10kW ），放電慢，故 uo(t) 的波動小，并保證基本上接近于 ui(t) 的幅值。 如果 ui(t) 是高頻等幅波，則 uo(t) 是大小為Uo 的直流電壓（忽略了少量的高頻成分），這正是帶有濾波電容的整流電路。 當(dāng)輸入信號 ui(t) 的幅度增大或減少時，檢波器輸出電壓 uo(t) 也將隨之近似成比例地升高或降低。當(dāng)輸入信號為調(diào)幅波時，檢波器輸出電壓uo(t) 就隨著調(diào)幅波的包絡(luò)線而變

4、化，從而獲得調(diào)制信號，完成檢波作用。由于輸出電壓 uo(t) 的大小與輸入電壓的峰值接近相等，故把這種檢波器稱為峰值包絡(luò)檢波器。2.檢波失真檢波輸出可能產(chǎn)生三種失真：第一種是由于檢波二極管伏安特性彎曲引起的失真；第二種是由于濾波電容放電慢引起的失真，它叫對角線失真（又叫對角線切割失真）；第三種是由于輸出耦合電容上所充的直流電壓引起的失真，這種失真叫割底失真（又叫底部切割失真）。其中第一種失真主要存在于小信號檢波器中，并且是小信號檢波器中不可避免的失真，對于大信號檢波器這種失真影響不大，主要是后兩種失真，下面分別進(jìn)行討論。 （1）對角線失真 參見圖 6-1 所示的電路，在正常情況下，濾波電容 C

5、 對高頻每一周充放電一次，每次充到接近包絡(luò)線的電壓，使檢波輸出基本能跟上包絡(luò)線的變化。它的放電規(guī)律是按指數(shù)曲線進(jìn)行，時間常數(shù)為 RLC 。假設(shè) RLC 很大，則放電很慢，可能在隨后的若干高頻周期內(nèi)，包絡(luò)線電壓雖已下降，而 C 上的電壓還于包絡(luò)線電壓，這就使二極管反向截止，失去檢波作用，直到包絡(luò)線電壓再次升到超過電容上的電壓時，才恢復(fù)其檢波功能。在二極管截止期間，檢波輸出波形是 C 的放電波形，呈傾斜的對角線形狀，如圖 6-3 所示，故叫對角線失真，也叫放電失真。非常明顯，放電愈慢或包絡(luò)線下降愈快，則愈易發(fā)生這種失真。（2）割底失真 一般在接收機(jī)中，檢波器輸出耦合到下級的電容很大（5-10 m

6、F ）,圖 6-4 中的 C1 為耦合電容。檢波器輸出的直流而言，C1上充有一個直流電壓Uo。如果輸入信號ui(t )的調(diào)制度很深，以致在一部分時間內(nèi)其幅值比C1上電壓Uo還小，則在此期間內(nèi)，二極管將處于反向截止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生失真。此時電容上電壓等于如圖 6-5 所示。 二抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)電路 包絡(luò)檢波器只能解調(diào)普通調(diào)幅波，而不能解調(diào) DSB 和 SSB 信號。這是由于后兩種已調(diào)信號的包絡(luò)并不反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，因此，抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)必須采用同步檢波電路，最常用的是乘積型同步檢波電路。 乘積型同步檢波器的組成方框圖如圖 6-6 所示。它與普通包絡(luò)檢波器的區(qū)別就在于接收端必須提供一個本地

7、載波信號 ur ，而且要求它是與發(fā)端的載波信號同頻、同相的同步信號。利用這個外加的本地載波信號 ur 與接收端輸入的調(diào)幅信號 ui 兩者相乘，可以產(chǎn)生原調(diào)乘積檢波電路可以利用二極管環(huán)形調(diào)制器來實現(xiàn)。環(huán)形調(diào)制器既可用作調(diào)幅又可用作解調(diào)。利用模擬乘法器構(gòu)成的抑制載波調(diào)幅解調(diào)電路，如圖 6-7 所示。6-2 振幅解調(diào)實驗電路1二極管包絡(luò)檢波 二極管包絡(luò)檢波器是包絡(luò)檢波器中最簡單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號電平較大（俗稱大信號，通常要求峰-峰值為 1.5V 以上）的 AM 波。它具有電路簡單，檢波線性好，易于實現(xiàn)等優(yōu)點。實驗電路主要包括二極管、RC 低通濾波器和低頻放大部分，如圖 6-8 所示

8、。 圖中，10D01 為檢波管，10C02、10R08、10C07 構(gòu)成低通濾波器，10R01、10W01 為二極管檢波直流負(fù)載，10W01 用來調(diào)節(jié)直流負(fù)載大小，10R02 與 10W02 相串構(gòu)成二極管檢波交流負(fù)載，10W02 用來調(diào)節(jié)交流負(fù)載大小。開關(guān) 10K01 是為二極管檢波交流負(fù)載的接入與斷開而設(shè)置的，10K01 置“on”為接入交流負(fù)載，10K01 置“off”為斷開交流負(fù)載。10K02開關(guān)控制著檢波器是接入交流負(fù)載還是接入后級低放。開關(guān) 10K02 撥至左側(cè)時接交流負(fù)載，至右側(cè)時接后級低放。當(dāng)檢波器構(gòu)成系統(tǒng)時，需與后級低放接通。10BG01、10BG02 對檢波后的音頻進(jìn)行放大

9、，放大后音頻信號由 10P02 輸出，因此 10K02 可控制音頻信號是否輸出，調(diào)節(jié) 10W03 可調(diào)整輸出度。圖中，利用二極管的單向?qū)щ娦允沟秒娐返某浞烹姇r間常數(shù)不同（實際上，相差很大）來實現(xiàn)檢波，所以 RC 時間常數(shù)的選擇很重要。RC 時間常數(shù)過大，則會產(chǎn)生對角切割失真（又稱惰性失真）。RC 常數(shù)太小，高頻分量會濾不干凈。綜合考慮要求滿足下式： 其中： ma為調(diào)幅系數(shù)， 為調(diào)制信號角頻率。 當(dāng)檢波器的直流負(fù)載電阻 R 與交流音頻負(fù)載電阻 RW不相等，而且調(diào)幅度 ma又相當(dāng)大時會產(chǎn)生底邊切割失真（又稱負(fù)峰切割失真），為了保證不產(chǎn)生底邊切割失真應(yīng)滿足2同步檢波 同步檢波又稱相干檢波。它利用與已

10、調(diào)幅波的載波同步（同頻、同相）的一個恢復(fù)載波與已調(diào)幅波相乘，再用低通濾波器濾除高頻分量，從而解調(diào)出調(diào)制信號。本實驗采用 MC1496 集成電路來組成解調(diào)器，如圖 6-9 所示。該電路圖利用一片 1496 集成塊構(gòu)成兩個實驗電路，即幅度解調(diào)電路和混頻電路，混頻電路在前面實驗 3 已作介紹，本節(jié)介紹解調(diào)電路。圖中，恢復(fù)載波 vc 先加到輸入端 9P01 上，再經(jīng)過電容 9C01 加在、腳之間。已調(diào)幅波 vamp 先加到輸入端 9P02 上，再經(jīng)過電容 9C02 加在、腳之間。相乘后的信號由（6）腳輸出，再經(jīng)過由 9C04、9C05、9R06 組成的P型低通濾波器濾除高頻分量后，在解調(diào)輸出端（9P0

11、3）提取出調(diào)制信號。 需要指出的是，在圖 6-9 中對 1496 采用了單電源（+12V）供電，因而腳需接地，且其它腳亦應(yīng)偏置相應(yīng)的正電位，恰如圖中所示。6-3 振幅解調(diào) 實驗內(nèi)容和實驗步驟 一實驗內(nèi)容 1用示波器觀察包絡(luò)檢波器解調(diào) AM 波、DSB 波時的性能； 2用示波器觀察同步檢波器解調(diào) AM 波、DSB 波時的性能； 3用示波器觀察普通調(diào)幅波（AM）解調(diào)中的對角切割失真和底部切割失真的現(xiàn)象。 二實驗步驟 （一）實驗準(zhǔn)備 1選擇好需做實驗的模塊：集成乘法器幅度調(diào)制電路、二極管檢波器、集成乘法 器幅度解調(diào)電路。 2接通實驗板的電源開關(guān)，使相應(yīng)電源指示燈發(fā)光，表示已接通電源即可開始實驗。 注

12、意：做本實驗時仍需重復(fù)振幅調(diào)制實驗中部分內(nèi)容，先產(chǎn)生調(diào)幅波，再供這里解調(diào)之用。（二）二極管包絡(luò)檢波 1AM 波的解調(diào) （1） ma = 30% 的 AM 波的解調(diào) AM 波的獲得 與振幅調(diào)制實驗步驟中的二、4中的實驗內(nèi)容相同，低頻信號或函數(shù)發(fā)生器作為調(diào)制信號源（輸出 300mVp-p 的 1kHz 正弦波），以高頻信號源作為載波源（輸出 200mVp-pa幅度（峰-峰值）至少應(yīng)為 0.8V。 AM 波的包絡(luò)檢波器解調(diào) 先斷開檢波器交流負(fù)載（10K01=off），把上面得到的 AM 波加到包絡(luò)檢波器輸入端（10P01），即可用示波器在 10TP02 觀察到包絡(luò)檢波器的輸出，并記錄輸出波形。為了更

13、好地觀察包絡(luò)檢波器的解調(diào)性能，可將示波器 CH1 接包絡(luò)檢波器的輸入 10TP01，而將示波器 CH2 接包絡(luò)檢波器的輸出 10TP02（下同）。調(diào)節(jié)直流負(fù)載的大?。ㄕ{(diào) 10W01），使輸出得到一個不失真的解調(diào)信號，畫出波形。 觀察對角切割失真 保持以上輸出，調(diào)節(jié)直流負(fù)載（調(diào) 10W01），使輸出產(chǎn)生對角失真，如果失真不明顯可以加大調(diào)幅度（即調(diào)整 8W03），畫出其波形，并記算此時的 ma 值。 觀察底部切割失真 當(dāng)交流負(fù)載未接入前，先調(diào)節(jié) 10W01 使解調(diào)信號不失真。然后接通交流負(fù)載（10K01至“on”，10K02 至左側(cè)），示波器 CH2 接 10TP03。調(diào)節(jié)交流負(fù)載的大小（調(diào) 10

14、W02），使解調(diào)信號出現(xiàn)割底失真，如果失真不明顯，可加大調(diào)幅度（即增大音頻調(diào)制信號幅度）畫出其相應(yīng)的波形，并計算此時的 ma 。當(dāng)出現(xiàn)割底失真后，減小 ma （減小音頻調(diào)制信號幅度）使失真消失，并計算此時的 ma 。在解調(diào)信號不失真的情況下，將 10K02 撥至右側(cè)，示波器 CH2 接 10TP04，可觀察到放大后音頻信號，調(diào)節(jié) 10W03 音頻幅度會發(fā)生變化。 （2） ma = 100% 的 AM 波的解調(diào) 調(diào)節(jié) 8W03，使 ma =100%，觀察并記錄檢波器輸出波形。 （3） ma > 100% 的 AM 波的解調(diào) 加大音頻調(diào)制信號幅度，使 ma >100%,觀察并記錄檢波器

15、輸出波形。 （4）調(diào)制信號為三角波和方波的解調(diào) 在上述情況下，恢復(fù) ma > 30% ，調(diào)節(jié) 10W01 和 10W02，使解調(diào)輸出波形不失真。然后將低頻信號源的調(diào)制信號改為三角波和方波，即可在檢波器輸出端（10TP02、10TP03、10TP04）觀察到與調(diào)制信號相對應(yīng)的波形，調(diào)節(jié)音頻信號的頻率，其波形也隨之變化。 實際觀察到各種調(diào)制度的解調(diào)波形如下圖：M=30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào)M>100%的AM解調(diào)對角切割失真波形底部切割失真波形 調(diào)制信號為三角波的解調(diào)波形2DSB 波的解調(diào) 采用振幅調(diào)制實驗步驟中二、3 相同的方法得到 DSB 波形，并增大載波信號及調(diào)制信號

16、幅度，使得在調(diào)制電路輸出端產(chǎn)生較大幅度的 DSB 信號。然后把它加到二極管包絡(luò)檢波器的輸入端，觀察并記錄檢波器的輸出波形，并與調(diào)制信號作比較。 實際觀察到 DSB 解調(diào)波形如下圖： （三）集成電路（乘法器）構(gòu)成的同步檢波 1.AM 波的解調(diào) 將幅度調(diào)制電路的輸出接到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端(9P02)。解調(diào)電路的恢復(fù)載波，可用鉚孔線直接與調(diào)制電路中載波輸入相連，即 9P01 與 8P01 相連。示波器 CH1 接調(diào)幅信號 9TP02，CH2 接同步檢波器的輸出 9TP03。分別觀察并記錄當(dāng)調(diào)制電路輸出為 ma =30%、ma =100%、 ma >100%時三種 AM 的解調(diào)輸出波形，并

17、與調(diào)制信號作比較。 實際觀察到各種調(diào)制度的解調(diào)波形如下圖： M=30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào)M>100%的AM解調(diào)調(diào)制信號為三角波的解調(diào)2DSB 波的解調(diào) 采用振幅調(diào)制實驗步驟中的二、3 中相同的方法來獲得 DSB 波，并加入到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端，而其它連線均保持不變，觀察并記錄解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號作比較。改變調(diào)制號的頻率及幅度，觀察解調(diào)信號有何變化。將調(diào)制信號改成三角波和方波，再觀察解調(diào)輸出波形。 DSB 波解調(diào)波形如下圖： 3SSB 波的解調(diào) 采用振幅調(diào)制實驗步驟中的二、4 中相同的方法來獲得 SSB 波，并將帶通濾波器輸出的 SSB 波形（15P06）連接到

18、幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端，載波輸入與上述連接相同。觀察并記錄解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號作比較。改變調(diào)制信號的頻率及幅度，觀察解調(diào)信號有何變化。由于帶通濾波器的原因，當(dāng)調(diào)信號的頻率降低時，其解調(diào)后波形將產(chǎn)生失真，因為調(diào)制信號降低時，雙邊帶（DSB）中的上邊帶與下邊帶靠得更近，帶通濾波器不能有效地抑制下邊帶，這樣就會使得解調(diào)后的波形產(chǎn)生失真。（四）調(diào)幅與檢波系統(tǒng)實驗 按圖 6-10 可構(gòu)成調(diào)幅與檢波的系統(tǒng)實驗。將電路按圖 6-10 連接好后，按照上述實驗的方法，將幅度調(diào)制電路和檢波電路調(diào)節(jié)好，使檢波后的輸出波形不失真。然后將檢波后音頻信號接入低頻信號源中的功放輸入（P104），即用鉚孔線將二極管檢波器輸出 10P02（注意 10K01、10K02 的位置）與低頻信號源中的“功放輸入”P104 相連，或?qū)⑼綑z波器輸出 9TP03 與“功入輸入”(P104)相連，便可在揚(yáng)聲器中發(fā)出聲音。改變調(diào)制信號的頻率、聲音也會發(fā)生變化。將低頻信號源接“音樂輸出”，揚(yáng)聲器中就有音樂聲音。三、實驗.結(jié)論輸入的調(diào)幅波AM波DSBMa=30%Ma=100%Ma>100%包絡(luò)檢波能能不能不能同步檢波能能能能（2）對角切割失真情況,產(chǎn)生該失真的原因是濾波時間常數(shù)RC選得過大,以致濾波電容的放電速率跟不上包絡(luò)變化速率所造成的；底部切割