调幅信号的解调(原理)

实验五 调幅信号的解调

一、实验原理

从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调。解调是调制的逆过程。

调幅信号的解调，通常称为检波，其实现方法可分为包络检波和同步检波两大类。前者只适用于AM 波，而DSB 或SSB 信号只能用同步检波。当然同步检波也可解调AM 信号，但因比包络检波器电路复杂，所以AM 信号很少采用同步检波。

1、 二极管峰值包络检波器

二极管包络检波分为峰值包络检波和平均包络检波。前者输入信号电压大于0.5V 。检波器输出、输入间是线性关系——线形检波；后者输入信号较小，一般几毫伏至几十毫伏，输出的平均电压与输入信号电压振幅的平方成正比，又称平方率检波，广泛用于测量仪表中的功率指示。本实验仅研究二极管峰值包络检波，其原理电路如图6—1所示。

图中，输入回路提供调幅信号源。检波二极管通常选用导通电压小、导通电阻小的锗管。RC 电路有两个作用：一是作为检波器的负载，在两端产生调制信号电压；二是滤除检波电流中的高频分量。

为此，RC 网络必须满足

1c R C ω 1f R C

ω （6—1） 式中，c ω为载波角频率，f ω为调制角频率。

检波过程实质上就是信号源通过二极管向电容C 充电和电容对电阻R 放电的过程，充电时间常数为d R C ，d R 为二极管正向导通电阻。放电时间常数为RC ，通常d R R >，因此对C 而言充电快，放电慢。经过若干个周期后，检波器的输出电压o U 在充放电过程中逐步建立起来。该电压对二极管D 形成一个大的负电压，从而使二极管在输入电压的峰值附近才导通，导通时间很短，电流通角θ很小。当C 充放电达到动态平衡后，o v 按高频周期作锯齿状波动，其平均值是稳定的，且变化规律与输入调幅信号包络变化规律相同，从而实现了AM 信号的解调。

平均电压，即输出电压o V 包含直流dc V 及低频调制分量f v ：

()()o dc f v t V v t =+ （6—2）

当电路元件选择正确时，dc V 接近但小于输入电压峰值。如果只需输出调制信号，则可在原电路上增加隔直电容L C 和负载电阻L R 。如图6—2（a)；如果需要检波器提供与载

波电压大小成比例的直流电压（如用于自动增益控制），则可用低通滤波器G G R C 滤除调制分量，取出直流。如图6—2（b ）所示。

下面简单说明一下二极管峰值包络检波器的两项主要性能指标。

（1） 传输系数d K

传输系数d K 亦称检波系数，检波效率，是描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入电压振幅为cm V ，输出直流电压为dc V ，则d K 定义为： dc d cm

V K V = （6—3） 对于AM 信号，其定义为检波器输出低频电压振甫于输入高频已调波包络振幅之比

fm

d cm V K mV = （6—4）

这两个定义是一致的。d K 的大小决定于RC 的取值及二级管导通电阻d R 的大小，d K 越趋近于1，检波效率越高。

（2） 检波器的失真

二极管峰值包络检波器的失真，除具有与放大器相同的线性与非线性失真外，还存在两种特有的失真—惰性失真和底部切割失真，如图6—3所示。

惰性失真表现为输出波形不随包络形状而变，他总是起始于输入电压负斜率的包络上，输出电压跟不上包络线的下降速度。这种失真是由于RC过大造成的，即由于RC时间常数过大，二极管截止期间C通过R放电速度过慢，使AM信号包络下降速度大于电容两端电压下降速度，因而造成二极管负偏压大于信号电压，致使二极管在其后的若干高频周期内不导通。为避免产生惰性失真，必须保证在每一个高频周期内二极管导通一次，也就是使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度。

底部切削失真又称负峰切削失真，这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。分析表明，为防止失真，检波器交流负载与直流负载之比不得小于调幅波的调制度m，因此，必须限制交、直流负载的差别。

二极管峰值包络检波器实验电路为实验箱中05单元电路，如图6—4所示。图中5K1、5K2用于选择不同电容、电阻，以便讨论不同C、R对检波特性的影响。

2、同步检波

同步检波分为乘积型和叠加型两种方式，它们都需要接受端恢复载波支持。本实验采用乘积型同步检波，实验电路为实验箱06单元电路，如图6—5所示。

乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与调幅信号相乘，用低通滤波器滤除无用的高频分量，提取有用的低频信号，它要求恢复载波与发端的载波同频同相，否则将使恢复出来的调制信号产生失真。

本实验中，恢复载波直接取自原调幅波载波。因为在输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，很容易滤除，因此不需要载波调零电路，而且可采用单电源供电。本电路可以解调DSB或SSB信号，亦可解调AM信号。MC1496脚8输入载波信号，可用大信号输入，一般100—500mV；脚1输入已调信号，信号电平应使放大器保持在线性工作区内，一般在100mV以下。

实验箱06单元中，6GB1 及LC谐振电路用于鉴频器实验，后面再作介绍。

二、实验仪器

双踪示波器XJ4330 或HH4330

数字频率计SP3165A 或NFC—100

电源万用表实验箱

三、实验内容

（一） 二极管峰值包络检波研究

1、 参考实验五内容，在4D 点得到m<1的正常AM 波。

2、 连接4/3—5/1，断开5/2—10/1，选择合适的5K1、5K2位置，

使在5A 点得到不失真的检波波形。用示波器测量4D 点AM

波包络峰—峰值fpp V 和5A 点解调信号峰—峰值fpp

V '，计算检波器传输系数

fpp

d fpp V K V '= （6—5）

3、 接通5/2—10/1，调整10DW1，试听检波效果；将7K 换成3

—1，再听检波效果。

4、 断开5/2—10/1，7K 换成2—1，选择不同5K1、5K2位置，用

示波器在5A 点观察不同R 、C 值对检波输出的影响。记录波

形最好和产生较大惰性失真的开关位置及RC 值。

5、 接通5/2—10/1，选择不同5K1,5K2位置（必要时调整10DW1），

使5A 点波形底部切削失真，记录5K1，5K2位置及RC 值。

（二）同步检波

1断开5/2—10/1，4/4—9/1；接通3/3—6/3，4/4—6/1；6K1置于1—4，用示波器在6C 点观察解调波形。接通6/4—10/1，试听检波效果。

2 参考实验五内，将AM 波转成DSB 波，观察解调波形。

恢复实验箱至初始状态。