通原实验报告

实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）

一、实验目的：

*了解DSB-SC AM信号的产生及相干解调的原理和实现方法。

*了解DSB-SC AM信号波形及振幅频谱特点，并掌握其测量方法。

*了解在发送DSB-SC AM信号加导频分量的条件下，收端用锁相环提取载波的原理及其实现方法。

*掌握锁相环的同步带和捕捉带的测量方法，掌握锁相环提取载波的测试方法。

二、实验原理：

DSB-SC AM信号的产生及相干解调原理：

增益G

将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波相乘得到DSB-SC AM信号，其频谱不包含载波分量。

DSB-SC AM信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波，在发端加导频。收端用窄带锁相环来提取导频信号作为恢复载波。锁定后的VCO输出信号与导频同频且几乎同相。

相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带号。

三、实验步骤

(A) DSB-SC AM信号的产生

1、实验步骤：

（1）调整音频振荡器输出的模拟信号频率为10KHZ，作为均值为零的调制信号m(t)。主振荡器输出100KHZ的模拟载波信号。如下图：

主振荡器输出音频振荡器输出

将两路信号连接到乘法器的两个输入端。

（2）乘法器输出波形如下图，波形在调制信号半周期的整数倍处的过零点存在相位翻转。

（3）已调信号的振幅频谱如下图：

该频谱具有以下特点：没有单独的载波分量，在载波频率的两侧有相互对称的两个冲击信号，分别称为上、下边带。该频谱是将基带信号线性搬移到载波频率上得到的。

（4）将DSB-SC AM信号和导频分别连接到加法器的输入端，调整加法器的增益G和g （a）调整G=1

（b）调整g=0.8，即为：频谱中导频信号幅度为已调信号边带幅度的0.8倍。

2、思考题

（1）说明DSB-SC AM信号波形的特点。

答：1、波形的包络按调制信号的规律变化；

2、瞬时变化频率为载波频率；

3、波形在调制信号半周期的整数倍处的过零点存在相位翻转。

（2）已调信号加导频的振幅频谱图如下：

答：此导频信号幅度为已调信号边带幅度的0.8倍，导频信号功率与已调信号功率之比为0.32。

(B) DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取

1、锁相环的调试：

（1）单独测量VCO的性能

VCO的中心频率范围约为70~130KHZ，将可变直流电压加入VCO的Vin端后得到-2V~+2V范围内VCO的鉴频特性如下图：

如图，直流电压在-2V~与+2V 之间时，VCO 并没有超出线性范围。由于仪器的可变直流模块提供的电压约在-2V~与+2V 之间，而且实验中VCO 也不需要太大的直流输入，所以仅考虑此范围内的VCO 鉴频特性即可。

调整VCO 中心频率为100KHZ ，可变直流电压为±1V 时VCO 频率偏移为±10KHZ,如下图：

中心频率为100KHZ

调整GAIN ，加±1V 直流电压VCO 频率偏移为±10KHZ

（2）单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的工作是否正常。

VCO 的开环、闭环的连接图如下：

开环：

闭环：

锁相环处于开环状态，乘法器相当于混频器。改变信源VCO 的中心频率，观察到输出信号为输入信号与VCO 输出信号的差拍信号，如下图：

（3）测量锁相环的同步带及捕捉带

将锁相环闭环连接，改变信源VCO 的中心频率，锁相环依次处于失锁、锁定状态，得到各状态转换时的输入频率如下图：

F2=95KHZ ，Vin=510mV F4=112KHZ ，

Vin=-1V

信号源

信号源

F3=107KHZ，Vin=-530mV F1=89KHZ，Vin=1.1V

*失锁时VCO输出信号频谱：

如上图，VCO失锁时输出信号为交变的差拍信号

*锁定时VCO输出信号频谱：

计算得：

同步带△F1=F4-F1=23KHZ

捕捉带△F2=F3-F2=12KHZ

最后，将主振荡器输入锁相环，使锁相环锁定于100KHZ，此时LPF输出的直流电平约为零电平。如下图：

2、恢复载波

（1）载波提取PLL为锁定状态，使LPF输出信号是直流信号，如下图：

这时可由示波器观察到导频信号与VCO输出的信号是同步的，两者的相位差约为90°，如下图：

（2）成功的提取了载波后，利用移相器使VCO输出波形移相90°，从而使输入与相干解调的恢复载波与发来的导频信号不仅同频而且同相。如下图：

（3）分析恢复载波的振幅频谱

如图，恢复的波形频谱为单一频率的分量，该分量的频率为载波频率，说明成功的恢复了载波。

3、相干解调

（1）将发送来的信号与恢复载波分别连至相干解调的乘法器的两个输入端。观察相干解调相乘，低通滤波后的输出波形如下图：

相干解调相乘，低通滤波后的输出波形与原调制信号m(t)

解调输出波形与调制信号m(t)基本上同频同相，存在很小的相位差，这是由于仪器的误差和电路的延时造成的。

(2)改变发端音频振荡器的频率，解调输出信号也随之改变，但由于本实验系统所提供的锁相环中的RC LPF的3dB带宽为2.8KHZ，所以调制信号频率改变必须在一定范围之内，超出了这个范围解调信号就会出现失真，如下图：

8KHZ,解调输出与调制信号相同 2KHZ ，调制频率太小解调输出波形出现失真

4、思考题

（1）实验中载波提取锁相环的LPF 是否可用TIME 系统中的“TUNEABLE LPF ”？

答：不可以。因为实验中使用的 UTILITIES 中的 RC LPF 的带宽是 2.8KHz,且只 有-3db 的衰减;而 TUNEABLE LPF 中 NORM 的带宽是 900Hz~5KHz,衰减 带衰减达到-50db,如果乘法器的输出(锁定时基本为 0HZ)小于 900HZ, 那么将被衰减到很小,不能起到控制 VCO 的作用,所以不能跟换。

（2）若本实验中的音频信号为1KHZ ，请问实验系统所提供的PLL 能否用来提取载波？ 答：不能，因为本实验系统所提供的锁相环中的RC LPF 的3dB 带宽为2.8KHZ ，所以音频调制信号频率不能太低，否则会出现失真。如3、相干解调中的（2），音频信号为2KHZ 时解调输出信号波形就出现了失真。

（3）可以采用平方环法和科斯塔斯(COSTAS)环法,下面使用平方环法进行提取载波,如下所示:

四、实验心得

在本次实验中,初步熟悉了 TIMS 实验系统的使用方法,了解了 TIMS 实验系统与示波器之间配合使用的一些基本技巧,学习和熟悉了各个电路模块的结构和功能,也对理论与实际之间存在的差别有了一个直观的认识。由于对于实验设备不熟悉,第一次实验遇到了一些困难。比如：如何用示波器较好的显示波形的频谱、VCO 的调整与测试、同步带，捕捉带的测量等等。经过了对实验仪器的一段适应之后，以上一些问题得到了很好的解决，并最终得到了很好的实验结果。经过老师的指导之后，补充了VCO 鉴频特性曲线及VCO 锁定及失锁时的频谱。