幅度调制与解调实验指导书

幅度调制与解调实验
一、实现目的及达到的要求
1、 通 过 本 次 实 验 ， 起 到 理 论 联 系 实 际 的 作 用 ， 将 理 论 课 中 学 到 的 调 幅 、 检 波 电 路 的 分 析 方 法 用 到 实 验 电 路 的 分 析 和 实 验 结 果 的 分 析 中 ，使 理 论 真 正 地 用 在 实 际 电 路 中 ，落 到 实 处 。要 求 学 生 必 须 从 时 域 、频 域 对 调制和解调过程中信号的变换分析清楚。 2、 本 次 采 用 的 实 验 电 路 既 能 实 现 普 通 调 幅 ， 又 能 实 现 双 边 带 调 幅 ， 通 过 实 验 更 进 一 步 理 解 普 通 调 幅 （ AM ） 和 双 边 常 调 幅 （ DSB ） 在 理 论 上 、 电路中的联系和区别。 3、实 验 中 所 测 量 的 各 种 数 据 、曲 线 、波 形 是 代 表 电 路 性 能 的 主 要 参 数 ，要 求 理解参数的意义和测量方法，能从一组数据中得出不同的参数并衡量电 路的性能。
C11
47U
1
Vin
+5V
3
C21 C20 47u
0.1
2、 波 形 分 析
通过对调制电路各主要点的波形分析，更容易理解电路的工作原理，也 便于调整时对照。各主要点的波形示意图如图所示。为了表示简单图中没有 考虑直流偏置电平。
从 图 7 中 可 以 看 出 ，只 要 改 变 电 位 器 ，使 直 流 电 压 改 变 ，就 可 以 改 变 调 制 度 m， 当 直 流 电 压 在 平 衡 点 时 ， 输 出 为 双 边 带 信 号 。 注 意 ： 为 便 于 比 较 ， 图中将同相跟随器输出信号和反相跟随器输出信号画在同一坐标中；由于是 开 关 调 制 ，输 出 的 已 调 波 中 的 载 波 成 分 是 方 波 ，再 经 过 T1 和 C14 组 成 的 回 路 滤波就可以得到正弦波。
2
5V
5V
2
C2 47U
C3
5V
R2
D1
A K
1K
5819
C9 47U
Uam
R14
51
J2
2 1 CON2
1
1
8
R1
L1
0.1
W1
AD8552 1 U+R8
1
J1
C10
1K
220UH
C1
0.1
U1A
2 1
47U
3
1K
10K
W
2
Uin
3
2
CON2
1000
2 VDD
S1
C5
1000P
C7
U2
ADG779
四、实验内容及步骤
1、 观 察 各 级 电 压 的 波 形
测 试 说 明 ：在 幅 度 调 制 和 解 调 的 过 程 中 ，信 号 在 频 域 和 时 域 都 发 生 了 变 化，特别是时域波形的特征非常明显，用示波器观察各级波形可以很方便的 了解调制和解调的原理和过程。测量步骤如下： （ 1） 接 通 电 源 。 按 直 流 稳 压 电 源 的 电 源 开 关 ， 调 整 电 压 旋 钮 使 电 压 显 示 为 9V，此 时 电 流 旋 钮 控 制 的 及 电 流 表 显 示 的 是 最 大 输 出 电 流（ 也 称 为 保 护 电 流） ； 连 接 到 电 路 板 的 电 源 线 ， 按 输 出 按 钮 后 电 路 板 就 获 得 了 9V 直 流 供 电 ， 此时电流表显示的是实际输出的电流值。 （ 2） 观 察 调 制 波 形 。 接 通 低 频 信 号 发 生 器 电 源 ， 调 整 其 频 率 为 1kHz、 幅 度 为 1V P - P 的 信 号 加 到 电 路 板 的 调 制 信 号 输 入 端 J1 ， 用 示 波 器 观 察 Uam 点 输 出 的 已 调 波 波 形 ，调 整 电 位 器 分 别 调 出 m=30%的 普 通 调 幅 波 和 双 边 带 信 号 ，并 做 记 录（ 调 制 度 测 量 方 法 见 后 ） 。再 改 变 调 制 信 号 的 频 率 、电 压 和 调 整 电 位 器 观 察输出信号的相应变化。 （ 3）观 察 检 波 波 形 。在 m=30%时 ，接 通 JP2 、断 开 JP1 和 JP3 观 察 检 波 器 正 常 输 出 波 形 ； 接 通 JP1 、 断 开 JP2 和 JP3 ， 加 大 了 滤 波 电 容 和 电 阻 ， 观 察 惰 性 失 真 ；接 通 JP3 、断 开 JP1 和 JP2 ，减 小 了 交 流 电 阻 和 增 加 了 直 流 电 阻 ， 观察底边切割失真，记录所测波形。
2、 频 谱 测 量
测试说明：调幅作为线性频谱搬移其频谱具有特殊形状，通过频谱的测 量 可 以 更 容 易 理 解 频 谱 的 变 换 。 由 于 频 谱 分 析 仪 的 频 率 分 辨 率 最 高 为 3 kHz， 为了清楚地看到调幅波的上下边带和载频，调制信号的频率必须大于频谱分 析仪的频率分辨率。测量步骤如下： 用 同 轴 电 缆 将 已 调 波 （ J2 ， SMA 接 口 ） 输 入 到 频 谱 分 析 仪 的 输 入 端 ， 将 调 制 信 号 频 率 调 高 到 10 kHz， 频 谱 分 析 仪 的 中 心 频 率 等 于 载 波 频 率 设 为 1MHz、 SPAN 设 为 100kHz、 RBW 设 为 3 kHz， 调 整 电 位 器 使 波 形 分 别 为 AM、 DSB 波 观 察其频谱图，并作记录。
1、 实 验 电 路 介 绍
实 验 所 采 用 的 电 路 为 开 关 调 幅 电 路 ， 如 图 所 示 。 既 能 实 现 AM 调 制 ， 又 能 实 现 DSB 调 制 ，是 一 种 稳 定 可 靠 ，性 能 优 良 的 实 验 电 路 ，其 基 本 工 作 原 理 是 ： 调 制 信 号 经 耦 合 电 容 C1 输 入 与 电 位 器 输 出 的 直 流 电 压 叠 加 ， 分别送到同相跟 随 器 U1A 和 反 相 跟 随 器 U1B， 这 样 在 两 个 跟 随 器 的 输 出 端 就 得 到 两 个 幅 度 相 等 ， 但 相 位 相 反 的 调 制 信 号 （ U+和 U-） 。再分别送到高速模拟开关的两个输 入 端 S1 和 S2，由 开 关 在 两 个 信 号 之 间 高 频 交 替 切 换 输 出（ 由 载 波 控 制 ） ，在 输 出 端 就 得 到 调 幅 波 ，通 过 调 整 电 位 器 可 以 改 变 直 流 电 压 达 到 改 变 调 制 度 m， 当电位器调到中心位置时就得到了双边带的调幅信号。放大器为高精度运放 AD8552， 开 关 为 二 选 一 高 速 CMOS 模 拟 开 关 ADG779。 另 外 ， 为 防 止 实 验 过 程
3、 测 量 调 幅 特 性 曲 线 和 检 波 特 性 曲 线
测试说明：调幅是用调制信号的幅度去控制载波的幅度，使载波的幅度 随调制信号幅度而变换，其结果就得到了调幅波。调幅波的幅度和调制信号 的关系应该为线性关系。解调从功能上讲是调制的逆过程，解调器的输出信
6
号 幅 度 正 比 于 已 调 波 的 幅 度（ 包 络 大 小 ） 。调 制 特 性 曲 线 是 已 调 波 幅 度 与 调 制 信号幅度的关系曲线，它描述了调制器性能的好坏。检波特性曲线是检波输 出信号幅度与已调波幅度的关系曲线，它描述了检波器性能的好坏。为了方 便测量，这两种曲线在测量时一般采用所谓的静态测量，即调制信号是直流 信号，已调波是等幅波，解调输出也是直流信号。测量步骤如下: 调 制 信 号 输 入 端 接 地（ 调 制 信 号 =0） ，此 时 以 电 位 器 分 压 的 直 流 电 压 为 调 制信号，为直流调制，已调波输出为等幅波，检波器解调出的是直流信号。 调 电 位 器 使 直 流 电 压 从 0～ 1 V 变 化 ， 间 隔 为 0.1 V（ 在 Uin 处 测 量 ） ，同时 Uam 处 测 量 相 应 的 等 幅 波 信 号 的 幅 度 ， 在检波器输出耦合电容前面 （ R15 两 端 ） 测 量 检 波 器 输 出 的 直 流 电 压 ， 并 做 曲 线 --调 幅 特 性 曲 线 （ 等 幅 波 ~输 入 直 流 ） 和 检 波 特 性 曲 线 （ 输 出 直 流 ~等 幅 波 ） 。
)]
⎤ t⎥ ⎥ ⎦
= 2
(U
+
U
COS
⎡ Ω t ⎢∑ ⎢ n =1 ⎣
)
∞
(− 1 )n − 1 (2 n
2 COS − 1) π
(2 N
− 1 )ω
完 全 满 足 幅 度 调 制 的 要 求 ，由 于 是 开 关 调 制 ，输 出 信 号 中 必 然 存 在 着 各 次谐波，只要通过带通滤波器就可以滤除谐波，得到标准的调幅波。
中 由 于 调 制 信 号 幅 度 过 大 而 损 坏 电 路 ，特 加 了 保 护 二 极 管 D1、D2；由 于 运 算 放 大 器 和 模 拟 开 关 是 单 电 源 轨 至 轨 型 ，只 能 单 5V 供 电 ，在 使 用 时 所 有 信 号 是 叠 加 在 2.5V 直 流 电 平 上 的 ，电 路 中 R7、R8 就 是 提 供 该 直 流 偏 置 电 平 的 ，R12、 R13、 T1 是 用 来 抵 销 直 流 电 平 的 ， 以 免 对 检 波 电 路 产 生 影 响 ； R8、 C5、 C7、 L1 和 R9、 C6、 C8、 L2 起 到 导 通 直 流 和 低 频 信 号 、 阻 止 高 频 信 号 的 作 用 ， 防 止 开 关 泄 露 的 高 频 载 波 信 号 对 运 算 放 大 器 产 生 影 响 ； 高 频 载 波 信 号 （ 1MHz, 方 波 ） 由 有 源 晶 体 振 荡 器 X1 产 生 。 幅度解调电路是一个二极管峰值包络检波器，输入的调幅波经二极管 D3 检 波 ，由 电 阻 电 容 C15、 R15、 C17 交 流 耦 合 ， 输 出 解 调 信 号 。 在 该 电 路 中 通 过 跳 线 JP1、 JP2 可 以 接 入 或 断 开 C16、 R16 来 改 变 滤 波 回 路 的 时 间 常 数 ， 加大滤波回路的时间常数时，可以观察到惰性失真（也叫对角失真） ，通过 JP2、 JP3 可 以 接 入 或 断 开 R16、 R18 来 改 变 交 流 负 载 电 阻 和 直 流 负 载 电 阻 的 比值，可以观察到底边切割失真（也叫负峰切割失真） 。 该 电 路 只 适 用 于 普 通 调 幅 波 的 解 调 ，对 于 抑 制 载 波 的 双 边 带 信 号 是 不 能 解调的。 另外， 由 于 检 波 二 极 管 有 0.2 V 的 导 通 电 压（ 肖 特 基 二 极 管 1n5819） ， 所以在解调时为了减小解调的非线性失真和提高效率，必须工作在大信号状 态 ， 即 输 入 信 号 在 0.5 V 以 上 。 在 信 号 比 较 小 时 ， 就 要 加 一 定 的 偏 置 ， 在 本 实验中暂不考虑。