通信原理实验指导书

实验一 抽样定理和PAM 调制解调实验

一、实验目的

1、 通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。

2、 通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。

二、实验内容

1、 观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间

的相互关系及特点。

2、 改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。

三、实验器材

1、 信号源模块 一块

2、 ①号模块 一块

3、 20M 双踪示波器 一台

4、 连接线 若干

四、实验原理

（一）基本原理 1、抽样定理

抽样定理表明：一个频带限制在（0，H f ）内的时间连续信号()m t ，如果以T ≤H

f 21

秒的间隔对它进行等间隔抽样，则()m t 将被所得到的抽样值完全确定。

假定将信号()m t 和周期为T 的冲激函数）t (T δ相乘，如图3-1所示。乘积便是均匀间隔为T 秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上()m t 的值，它表示对函数()m t 的抽样。若用()m t s 表示此抽样函数，则有：

()()()s T m t m t t δ=

图3-1 抽样与恢复

假设()m t 、()T t δ和()s m t 的频谱分别为()M ω、()T δω和()s M ω。按照频率卷积定理，

()m t ()T t δ的傅立叶变换是()M ω和()T δω的卷积：

[]1

()()()2s T M M ωωδωπ

=

* 因为 2()T T

s n n T

π

δδ

ωω∞

=-∞

=

-∑

T

s πω2=

所以 1()()()s T s n M M n T ωωδωω∞

=-∞⎡⎤

=*-⎢⎥⎣⎦

∑

由卷积关系，上式可写成

1()()

s s n M M n T ωωω∞

=-∞

=-∑ 该式表明，已抽样信号()m t s 的频谱()M s ω是无穷多个间隔为ωs 的()M ω相迭加而成。这就意味着()M s ω中包含()M ω的全部信息。

需要注意，若抽样间隔T 变得大于

H

f 21

，则()M ω和()T δω的卷积在相邻的周期内存在

重叠（亦称混叠），因此不能由()M s ω恢复()M ω。可见，H

f T 21

=是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。

上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与H f 之间，而是限制在L f （信号的最低频率）与H f （信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，其抽样频率s f 并不要求达到H f 2，而是达到2B 即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的两

倍。

图3-2画出抽样频率s f ≥2B （无混叠）和s f ＜2B （有混叠）时两种情况下冲激抽样信号的频谱。

（b ） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）

图3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱

2、脉冲振幅调制（PAM ）

所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。

但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM 方式，将具有实际意义。

自然抽样

平顶抽样

)

(t m )

(t T

图3-3 自然抽样及平顶抽样波形

PAM 方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，已抽样信号m s (t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM 信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。

（二) 电路组成

脉冲幅度调制实验系统如图3-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图3-5所示。

图3-4 脉冲振幅调制电路原理框图

04

图3-5 脉冲幅度调制电路原理图

（三）实验电路工作原理

1、PAM调制电路

如图3-5所示，LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。

LF398的内部结构如图3-6所示；

MCTR

Vi

MREF

图3-6 LF398的内部电路结构

N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为逻辑控制采样/保持开关，当S 接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。

LF398的引脚功能为：

3、12脚：正负电源输入端。

1脚：Vi，模拟电压输入端。

11脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。

10脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地。

8脚：HOC，采样/保持电容接入端。

7脚：OUT，采样/保持输出端。

如图3-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通，为低电平时开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。

2、PAM解调与滤波电路

解调滤波电路由集成运放电路TL084组成。组成了一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.4KHz左右，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图3-7所示

图3-7 PAM解调滤波电路

五、测试点说明

1、输入点参考说明

PAM-SIN：音频信号输入端口

PAMCLK：抽样时钟信号输入端口

IN：PAM解调滤波电路输入端口

2、输出点说明

自然抽样输出：自然抽样信号输出端口

平顶抽样输出：平顶抽样信号输出端口

OUT：PAM解调滤波输出端口

六、实验步骤及注意事项