振幅调制器

实验四 振幅调制器一、实验目的1、熟悉集成模拟乘法器 MC1496 实现 AM 和 DSB 调幅的电路结构。

2、掌握用示波器测量调幅指数（或调幅度）的方法，熟悉影响调幅指数的因素。

二、实验仪器 1、示波器2、高频信号发生器（用于产生载波）3、实验箱上函数发生器（用作产生调制信号） 3、万用表4、实验板 3 三、预习要求1、复习课本中有关调幅的原理。

2、熟悉1496乘法器引脚分布，分析1496乘法器实现调制的工作原理。

3、分析AM 调幅及DSB 调幅信号特点，画出频谱图。

四、实验内容1、模拟乘法器的输入失调电压调节、直流调制特性测量。

2、用示波器观察AM 波形，测量调幅指数。

3、用示波器观察DSB 波形。

五、基本原理及实验电路 1、振幅调制基本原理振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波。

振幅调制波有标准振幅调制（Amplitude Modulation ，缩写为AM ）、双边带振幅调制（Double Side Band AM ，缩写为DSB AM ）和单边带振幅调制（Single Side Band AM 缩写为SSB AM ）等。

标准振幅调制就是用低频调制信号取控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称AM 波）,如图 4-1 所示。

这里，调制信号为单一频率的余弦波()cos m u t U t ΩΩ=Ω，调幅波信号为()cos c cm c u t U t ω=,则，调幅波信号为()(cos )cos (1cos )cos mAM cm a m c cm ac cmU u t U k U t t U k t t U ωωΩΩ=+Ω=+Ω (1cos )cos cm a c U m t t ω=+Ω (4-1) 其中，ma acmU m k U Ω=称为调幅指数或调幅度，表示载波振幅受调制信号控制的程度，ka 为由调制电路决定的比例常数。

可见，AM 波也是一个高频振荡信号，而它的振幅变化规律（即包络变化）与调制信号完全一致，因此 AM 波携带着原调制信号的信息。

从图 4-1 可知，可得调幅度a m 的计算公式 100%a A Bm A B-=⨯+ (4-2) 由于调幅指数与调制电压的振幅成正比，即m U Ω越大，a m 越大。

若a m 大于 1，调幅波产生失真（如图 4-2 所示） ，这种情况称过调幅，在实际工作中应避免，即调幅时a m ≤1单一频率信号调制频谱图如图 4-3 所示。

这可由下式得到。

11()(1cos )cos cos cos()cos()22AM cm a c cm c a cm c a cm c u t U m t t U t m U t m U t ωωωω=+Ω=++Ω+-Ω（4-3）由于载波不携带信息，为了节省发射功率，可以发射只含有信息的上、下两个边带或其中一个，这种调制方式分别称为抑制载波的双边带调幅（如图4-4所示）和抑制载波的单边带调幅，相应的调制信号称抑制载波的双边带调幅波（简称DSB 波）和抑制载波的单边带调幅波（简称 SSB 波）。

2、F1496 简介通信电子电路中振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与调解的过程均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程，因此普通调幅可用如图4-5所示的框图实现，这里的乘法器通过采用集成模拟乘法器。

F1496是一种常用的四象模拟乘法器，其内部电路图如图 4-6。

电路采用了两组差分对由14V V 组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即5V 与6V ，因而亦称为双差分对模拟乘法器。

恒流源的控制电压可正可负，实现了四象限工作。

其典型用法是：引脚8、10之间接一路输入（称上输入1v ，调幅或检波时接载波）；引脚1、4之间接另一路输入（称下输入2v ，调幅时接调制信号，检波时接已调信号）；两组差分对放大器的集电极（引脚6、12）分别经由集电极电阻 Rc 接到正电源+12V 上；输出0v 从引脚6、12间取出；引脚2、3间外接 1k Ω的负反馈电阻Rt ，以扩大（调制）信号动态范围，Rt 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少；引脚5与地之间接电阻（典型值为6.8k Ω），用来控制由D 、V7、V8组成的恒流源电路的恒流值；引脚8 接负电源-8V ；不用引脚7、9、11、13悬空不用。

乘法器输出为012v kv v =（DSB 调幅）或012()D v k v V v =+（AM 调幅），这里，0v 是OUT 端电压，D V 是5V 与6V 间直流电压。

调幅时，若1v 为调制信号、2v 为载波信号，则前者可实现DSB 调幅，后者可实现AM 调幅。

检波时，若1v 为 AM 或 DSB 信号、2v 为载波信号，则前者可实现检波。

3、F1496 组成的调幅实验电路本实验采用模拟乘法器构成的调幅电路如图 4-7 所示。

引脚2、3间的8R (1k Ω)对应于t R 。

引脚6、12间的3R 、10R (3.9k Ω)对应于c R 。

14V V -的基极偏压由+12V 经1R 、2R (1k Ω)和 RP2(51Ω电位器)分压后接入到引脚8、10端供给，RP2 用来调节引脚8、10间的平衡。

5V 、6V 的基极偏压由-8V 通过RP1(47k Ω电位器)分别经4R 、5R (10k Ω)和6R 、7R (51Ω)电阻分压分压后接入到引脚1、4间供给。

RP1为调幅指数调节和载波调零电位器，用来调节引脚1、4间的平衡，同时用于在引脚1、4端间产生附加的直流电压，改变 RP1 可以使乘法器实现 AM 调幅或 DSB 调幅.调制信号u Ω从2IN 端接入，通过3C (10F μ)电容耦合输入到引脚1。

载波信号从1IN 端接入，通过2C (0.01F μ)电容耦合输入到引脚10，8间。

引脚8通过1C 、4C (0.01F μ)电容交流接地。

三极管 V 为射极跟随器，以提高调幅器带负载的能力。

差分回路的工作特性取决于载波输入电压振幅的 Vcm 大小。

当 Vcm>260mV 时，电路工作于开关状态，差分回路的工作特性与 Vcm 大小关；Vcm<260mV 时，工作于线性时变状态。

同时加入v Ω、c v 时，输出回路电压为 AM 波或 DSB 波。

六、实验步骤实验电路见图 4-7，接入+12V 、-8V 直流电源。

调制信号源采用实验箱左上角的函数发生器，其参数设置如下（用示波器监测）：频率范围为1kHz ，（幅度衰减为-20dB ）波形选择为正弦波，输出幅度峰峰值为100mV 。

即3()100sin 210()v t t mV πΩ=⨯载波源采用高频信号发生器，其参数设置如下：工作方式为正弦波，工作频率为100kHz ，输出幅度峰峰值为 10mV 。

即，5()10sin 210()c v t t mV π=⨯. 1、静态测量(1)载波输入端（1IN ）调平衡1IN 端不加载波，2IN 端加调制信号，示波器2CH 接输出OUT 端。

调2p R 电位器使输出端信号（称调制输入端馈通误差）最小。

此时载波端平衡。

(2)调制输入端（2IN ）调平衡1IN 端加载波信号, 2IN 端不加调制信号，示波器2CH 接输出OUT 端，改变电位器1p R ，观察并记录输出波形的变化。

调1p R 使输出端信号（称载波输入端馈通误差）最小。

用万用表测量A 、B 之间的电压AB V ，可发现AB V =0V 。

此时调制端平衡。

(3)直流调制特性的测量。

1IN 端加载波信号，2IN 端不加调制信号，示波器1CH 接1IN 端，2CH 接OUT 端。

用万用表测AB V 。

以AB V =0.1V 为步长，观察1p R 由一端调至另一端的输出波形，记录输出电压峰峰值OP P V -，同时观察输入载波与输出波形间相位关系。

由公式O AB Cp p V kV V -=计算相乘系数k值，填表 4-1。

表4-1AB V （V ）0.40.30.20.1-0.1-0.2-0.3-0.4OP P V -（V ） 0.328 0.268 0.168 0.082 0 0.082 0.168 0.248 0.320 k8289.38482-82-84-82.780AB V =0 时，调制端平衡，用于实现DSB 调幅；AB V ≠0 时，调制端有直流电压，用于实现AM 调幅2、AM 波观察(1)载波输入端调平衡（实验内容 1(1)），在此基础上可进行 AM 波测量。

(2) 1IN 加载波信号5()10sin 210()c v t t mV π=⨯,调节1p R 使AB V =0.1V(3) 2IN 加调制信号3()sin 210()v t t mV πΩ=⨯,示波器1CH 接调制信号，2CH 接OUT 端。

观察并记录m V Ω=30mV 和100mV 时的AM 波形（标明峰-峰值OP P V -与谷-谷值OB B V -），由公式(4-2)计算调制指数a m ，填表 4-2。

表4-2m V Ω（mA ）OP P V -OB B V -a m30 91.2mV 76.0mV 9.09% 100104.0mV60.0mV26.83%(4)逐步增大调制信号幅度，观测并记录a m =100%（100%调制）和a m >100%（过调制）两种 AM 波的输出波形。

增大示波器X 轴扫描速率，仔细观察包络零点附近时的波形（建议用2CH 触发，X 轴扫描用 100s μ档） 。

a m =100% a m >100% (5)载波信号不变，调制信号3()100sin 210()v t t mV πΩ=⨯，调节1P R 观察输出AM 波形的变化情况，记录a m =30%（左右）和a m =100%的AM 波所对应的AB V 值。

a m =30%时，AB V =-0.078V . a m =100%时，AB V =-0.025V(6)载波信号不变，调制信号改为峰峰值为100mV 的方波，观察记录AB V =0V 、0.1V 、0.15V 时的输出波形。

最后仍把AB V 调节到 0.1V 。

0V 0.1V0.15V3、DSB 波形观察(1) 1IN 、2IN 调平衡（实验步骤1(1)、(2)），在此基础上可进行 DSB 波测量。

(2) 1IN 端加载波信号,2IN 端加调制信号，观察并记录波形，标明电压峰-峰值。

(3)加大示波器X 轴扫描速率，观察并记录DSB 波在零点附近波形，能否观察到反相点？比较它与ma=100%的 AM 波的区别。

用示波器比较调制器的输入载波波形与输出DSB 波形的相位，可发现：在调制信号正半周间两者同相;在调制信号负半周间，两者反相（建议用2CH 触发，X 轴扫描用10s 档）。