1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 實驗報告太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院高頻電子線路課程 實驗報告 專業(yè)班級 測控13-2班 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 溫濤 裝訂線 實驗二 振幅調(diào)制 一實驗?zāi)康?1掌握在示波器上測量調(diào)幅系數(shù)的方法。 2. 通過實驗中波形的變換，學(xué)會分析實驗現(xiàn)象。 3掌握用 MC1496 來實現(xiàn) AM 和 DSB-SC的方法，并研究已調(diào)波與調(diào)制信號、載波之間的關(guān)系 二實驗原理 根據(jù)電磁波理論知道，只有頻率較高的振蕩才能被天線有效地輻射。但是人的講話聲音變換為相應(yīng)電信號的頻率較低，不適于直接從天線上輻射。因此，為了傳遞信息，就必須將要傳遞的信息“記載”到高頻振蕩上去。這一“記載”過程稱為調(diào)制。

2、調(diào)制后的高頻振蕩稱為已調(diào)波，未調(diào)制的高頻振蕩稱為載波。需要“記載”的信息稱為調(diào)制信號。 調(diào)制過程是用被傳遞的低頻信號去控制高頻振蕩信號，使高頻輸出信號的參數(shù)（幅度、頻率、相位）相應(yīng)于低頻信號變化而變化，從而實現(xiàn)低頻信號搬移到高頻段，被高頻信號攜帶傳播的目的。完成調(diào)制過程的裝置叫調(diào)制器。 調(diào)制器和解調(diào)器必須由非線性元件構(gòu)成，它們可以是二極管或三極管。近年來集成電路在模擬通信中得到了廣泛應(yīng)用，調(diào)制器、解調(diào)器都可以用模擬乘法器來實現(xiàn)。 一振幅調(diào)制和調(diào)幅波 振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號成正比地變化。經(jīng)過振幅調(diào)制的高頻載波稱為振幅調(diào)制波（簡稱調(diào)幅波）。調(diào)幅波

3、有普通調(diào)幅波（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波（DSB）和抑制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB）三種。 1.普通調(diào)幅波（AM） （1）調(diào)幅波的表達(dá)式、波形 設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的余弦波： 載波信號 為了簡化分析，設(shè)兩者波形的初相角均為零，因為調(diào)幅波的振幅和調(diào)制信號成正比，由此可得調(diào)幅波的振幅為 其中， ma 稱為調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度，它表示載波振幅受調(diào)制信號控制程度， ka 為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由于實現(xiàn)振幅調(diào)制后載波頻率保持不變，因此已調(diào)波的表示式為 可見，調(diào)幅波也是一個高頻振蕩，而它的振幅變化規(guī)律（即包絡(luò)變化）是與調(diào)制信號完全一致的，因此調(diào)幅波攜帶著原調(diào)制信號的信息。由于調(diào)幅指數(shù) ma 與調(diào)制電

4、壓的振幅成正比，即 UWm 越大， ma 越大，調(diào)幅波幅度變化越大， ma 小于或等于 1。如果 ma > 1 ，調(diào)幅波產(chǎn)生失真，這種情況稱為過調(diào)幅，在實際工作中應(yīng)該避免產(chǎn)生過調(diào)幅。調(diào)幅波的波形如圖 5-1 所示。 （2）調(diào)幅波的頻譜 由式（5-4）展開得 可見，用單音頻信號調(diào)制后的已調(diào)波，由三個高頻分量組成，除角頻率為 wc 的載波以外，還有 () 和 () 兩個新角頻率分量。其中一個比高，稱為上邊頻分量；一個比 低，稱為下邊頻分量。載波頻率分量的振幅仍為 Ucm ,而兩個邊頻分量的振幅均為11。maUcm 。因為 ma 的最大值只能等于 1，所以邊頻振幅的最大值不能超過 Ucm ，將

5、這三個頻率分量用圖畫出，便可得到圖 5-2 所示的頻譜圖。在這個圖上，調(diào)幅波的每一個正弦分量用一個線段表示，線段的長度代表其幅度，線段在橫軸上的位置代表其頻率。 以上分析表明，調(diào)幅的過程就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號搬移到高頻載波分量兩側(cè)的過程。 調(diào)制信號幅度的大小，邊頻的頻譜雖屬于高頻范疇，但反映了調(diào)制信號頻率的高低。 由圖 5-2 可見，在單頻調(diào)制時，其調(diào)幅波的頻帶寬度為調(diào)制信號頻譜的兩倍，即B = 2F 。實際上調(diào)制信號不是單一頻率的正弦波，而是包含若干頻率分量的復(fù)雜波形（例如實際的話音信號就很復(fù)雜），在多頻調(diào)制時，如由若干個不同頻率 W1, W2, Wk 的信號所調(diào)制，其調(diào)幅波方程為 相應(yīng)

6、地，其調(diào)幅波含有一個載頻分量及一系列的高低邊頻分量 (w c ± W1) ， (w c ± W2) ，(w c ± Wk ) 等等。多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜圖如圖 5-3 所示。由此可以看出，一個調(diào)幅波實際上是占有某一個頻率范圍，這個范圍稱為頻帶?？偟念l帶寬度為最高調(diào)制頻率的兩倍，即 B = 2F max ，這個結(jié)論很重要。因為在接收和發(fā)送調(diào)幅波的通信設(shè)備中，所有選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)不但能通過載頻，而且還要能通過邊頻成分。如果選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶太窄，將導(dǎo)致調(diào)幅波的失真 調(diào)制后調(diào)制信號的頻譜被線性地搬移到載頻的兩邊，成為調(diào)幅波上、下邊帶。所以，調(diào)幅的過程實質(zhì)上是一種頻譜搬移的過程

7、。 2.抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB） 由于載波不攜帶信息，因此，為了節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射含有信息的上、下兩個邊帶，而不發(fā)射載波，這種調(diào)制方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡稱雙邊帶調(diào)幅， DSB用表示?？蓪⒄{(diào)制信號 uW 和載波信號 uc 。直接加到乘法器或平衡調(diào)幅器電路得到。雙邊帶調(diào)幅信號寫為 式（5-8）中， A 為由調(diào)幅電路決定的系數(shù)； AU WmUcm cos Wt 是雙邊帶高頻信號的振幅，它與調(diào)制信號成正比。高頻信號的振幅按調(diào)制信號的規(guī)律變化，不是在 Ucm 的基礎(chǔ)上，而是在零值的基礎(chǔ)上變化，可正可負(fù)。因此，當(dāng)調(diào)制信號從正半周進(jìn)入負(fù)半周的瞬間（即調(diào)幅包絡(luò)線過零點時），相應(yīng)高頻振蕩的相

8、位發(fā)生 180°的突變。雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制信號、調(diào)幅波如圖 5-4 所示。由圖可見，雙邊帶調(diào)幅波的包絡(luò)已 不再反映調(diào)制信號的變化規(guī)律 圖 5-5 為 DSB 的頻譜圖。 由以上討論可以看出 DSB 調(diào)制信號有如下特點： （1）DSB 信號的幅值仍隨調(diào)制信號而變化，但與普通調(diào)幅波不同，DSB 的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號的形狀， 仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特征。（2）在調(diào)制信號的正負(fù)半周，載波的相位反相，即高頻振蕩的相位在 f (t ) = 0 瞬間有 180°的突變。 （3）對 DSB 調(diào)制，信號仍集中在載頻 wc 附近，所占頻帶為 由于 DSB 調(diào)制抑制了載波，輸出功率是有用信號，它

9、比普通調(diào)幅經(jīng)濟，但在頻帶利用率上沒有什么改進(jìn)。為進(jìn)一步節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶利用率，下面介紹單邊帶傳輸方式。 3.抑制載波單邊帶調(diào)幅（SSB） 進(jìn)一步觀察雙邊帶調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，上邊帶和下邊帶都反映了調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，因而它們都含有調(diào)制信號的全部信息。從傳輸信息的觀點看，可以進(jìn)一步把其中的一個邊帶抑制掉，只保留一個邊帶（上邊帶或下邊帶）。無疑這不僅可以進(jìn)一步節(jié)省發(fā)射功率，而且頻帶的寬度也縮小了一半，這對于波道特別擁擠的短波通信是很有利的。這種既抑制載波又只傳送一個邊帶的調(diào)制方式，稱為單邊帶調(diào)幅，用 SSB 表示。 獲得單邊帶信號常用的方法有濾波法和移相法，現(xiàn)簡述采用濾波法實

10、現(xiàn) SSB 信號。 調(diào)制信號 uW 和 uc 經(jīng)乘法器（或平衡調(diào)幅器）獲得抑制載波的 DSB 信號，再通過帶通濾波器濾除 DSB 信號中的一個邊帶（上邊帶或下邊帶），便可獲得 SSB 信號。當(dāng)邊帶濾波器的通帶位于載頻以上時，提取 由此可見，濾波法的關(guān)鍵是高頻帶通濾波器，它必須具備這樣的特性：對于要求濾除的邊帶信號應(yīng)有很強的抑制能力，而對于要求保留的邊帶信號應(yīng)使其不失真地通過。這就要求濾波器在載頻處具有非常陡峭的濾波特性。用這種方法實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的數(shù)學(xué)模型如圖 5-6 所示。 由式（5-8）可知，雙邊帶信號為 通過邊帶濾波器后，就可得到上邊帶或下邊帶： 下邊帶信號： 上邊帶信號： 從上兩式看出，

11、SSB 信號的振幅與調(diào)制信號振幅 UWm 成正比。它的頻率隨調(diào)制信號的頻率不同而不同。 表 5-1 列出了在單音信號調(diào)制下三種已調(diào)信號的時域波形圖及頻譜示意圖，以及多音信號調(diào)制下三種已調(diào)信號的頻譜示意圖。 二普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路 在無線電發(fā)射機中，振幅調(diào)制的方法按功率電平的高低分為高電平調(diào)制電路和低電平調(diào)制電路兩大類。前者是在發(fā)射機的最后一級直接產(chǎn)生達(dá)到輸出功率要求的已調(diào)波，后者多在發(fā)射機的前級產(chǎn)生小功率的已調(diào)波，再經(jīng)過線性功率放大器放大，達(dá)到所需的發(fā)射功率電平。 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生多用高電平調(diào)制電路。它的優(yōu)點是不需要采用效率低的線性放大器，有利于提高整機效率。但它必須兼顧輸出功率、效率和調(diào)制線

12、性的要求。低電平調(diào)制電路的優(yōu)點是調(diào)幅器的功率小，電路簡單。由于它輸出功率小，常用在雙邊帶調(diào)制和低電平輸出系統(tǒng)。低電平調(diào)幅電路可采用集成高頻放大器產(chǎn)生調(diào)幅波，也可利用模擬乘法器產(chǎn)生調(diào)幅波。 三實驗電路 由于集成電路的發(fā)展，集成模擬相乘器得到廣泛的應(yīng)用，本實驗采用 MC1496 集成模擬相乘器來實現(xiàn)調(diào)幅之功能。 1MC1496 簡介 MC1496 是一種四象限模擬相乘器，其內(nèi)部電路以及用作振幅調(diào)制器時的外部連接如圖5-11 所示。由圖可見，電路中采用了以反極性方式連接的兩組差分對（T1T4），且這兩組差分對的恒流源管（T5、T6）又 組成了一個差分對，因而亦稱為雙差分對模擬相乘器。其典型用法是：

13、1、腳間接一路輸入（稱為上輸入 v1），、腳間接另一路輸入（稱為下輸入 v2），、腳分別經(jīng)由集電極電阻 Rc 接到正電源+12V 上，并從、腳間取輸出 vo。 、腳間接負(fù)反饋電阻 Rt。腳到地之間接電阻 RB，它決定了恒流源電流 I7、I8 的數(shù)值，典型值為 6.8k 。腳接負(fù)電源-8V。、腳懸空不用。由于兩路輸入v1、v2 的極性皆可取正或負(fù)，因而稱之為四象限模擬相乘器?？梢宰C明 2MC1496 組成的調(diào)幅器實驗電路 用 1496 組成的調(diào)幅器實驗電路如圖 5-12 所示。圖中，與圖 5-11 相對應(yīng)之處是：8R08對應(yīng)于 RT，8R09 對應(yīng)于 RB，8R03、8R10 對應(yīng)于 RC。此外

14、，8W01 用來調(diào)節(jié)（1）、（4）端之間的平衡，8W02 用來調(diào)節(jié)（8）、（10）端之間的平衡。8K01 開關(guān)控制（1）端是否接入直流電壓，當(dāng) 8K01 置“on”時，1496 的（1）端接入直流電壓，其輸出為正常調(diào)幅波（AM），調(diào)整 8W03 電位器，可改變調(diào)幅波的調(diào)制度。當(dāng) 8K01 置“off”時，其輸出為平衡調(diào)幅波（DSB）。晶體管 8Q01 為隨極跟隨器，以提高調(diào)制器的帶負(fù)載能力。 四實驗內(nèi)容 1模擬相乘調(diào)幅器的輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)。 2用示波器觀察正常調(diào)幅波（AM）波形，并測量其調(diào)幅系數(shù)。 3用示波器觀察平衡調(diào)幅波（抑制載波的雙邊帶波形 DSB）波形。 4用示波器觀察調(diào)制信號為方波、三

15、角波的調(diào)幅波。 五實驗步驟 1實驗準(zhǔn)備 （1）在實驗箱主板上插上集成乘法器幅度調(diào)制電路模塊。接通實驗箱上電源開關(guān)，按下模塊上開關(guān),此時電源指標(biāo)燈點亮。 （2）調(diào)制信號源：采用低頻信號源中的函數(shù)發(fā)生器，其參數(shù)調(diào)節(jié)如下（示波器監(jiān)測）： 頻率范圍：1kHz 波形選擇：正弦波 輸出峰-峰值：300mV （3）載波源：采用高頻信號源： 工作頻率：2MHz 用頻率計測量（也可采用其它頻率）；輸出幅度（峰-峰值）：200mV，用示波器觀測。 2輸入失調(diào)電壓的調(diào)整（交流饋通電壓的調(diào)整）集成模擬相乘器在使用之前必須進(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零，也就是要進(jìn)行交流饋通電壓的調(diào)整，其目的是使相乘器調(diào)整為平衡狀態(tài)。因此在調(diào)整前必須

16、將開關(guān) 8K01 置“off”（往下?lián)埽?，以切斷其直流電壓。交流饋通電壓指的是相乘器的一個輸入端加上信號電壓，而另一個輸入端不加信號時的輸出電壓，這個電壓越小越好。 （1）載波輸入端輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié) 把調(diào)制信號源輸出的音頻調(diào)制信號加到音頻輸入端（8P02），而載波輸入端不加信號。用示波器監(jiān)測相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形，調(diào)節(jié)電位器 8W02，使此時輸出端（8TP03）的輸出信號（稱為調(diào)制輸入端饋通誤差）最小。 （2）調(diào)制輸入端輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié) 把載波源輸出的載波信號加到載波輸入端（8P01），而音頻輸入端不加信號。用示波器監(jiān)測相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形。調(diào)節(jié)電位器 8W01

17、使此時輸出（8TP03）的輸出信號（稱為載波輸入端饋通誤差）最小。 3DSB（抑制載波雙邊帶調(diào)幅）波形觀察 在載波輸入、音頻輸入端已進(jìn)行輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)（對應(yīng)于 8W02、8W01 調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上），可進(jìn)行 DSB 的測量。 (1)DSB 信號波形觀察 將高頻信號源輸出的載波接入載波輸入端（8P01），低頻調(diào)制信號接入音頻輸入端（8P02）。 示波器 CH1 接調(diào)制信號（可用帶“鉤”的探頭接到 8TP02 上），示波器 CH2 接調(diào)幅輸出端（8TP03），即可觀察到調(diào)制信號及其對應(yīng)的 DSB 信號波形。其波形如圖 5-13所示，如果觀察到的 DSB 波形不對稱，應(yīng)微調(diào) 8W01 電位器。 （2）

18、DSB 信號反相點觀察 為了清楚地觀察雙邊帶信號過零點的反相，必須降低載波的頻率。本實驗可將載波頻率降低為 100KHZ（如果是 DDS 高頻信號源可直接調(diào)至 100KHZ；如果是其它信號源，需另配 100KHZ 的函數(shù)發(fā)生器），幅度仍為 200mv。調(diào)制信號仍為 1KHZ 幅度 300mv）。 增大示波器 X 軸掃描速率，仔細(xì)觀察調(diào)制信號過零點時刻所對應(yīng)的 DSB 信號，過零點時刻的波形應(yīng)該反相，如圖 5-14 所示。 （3）DSB 信號波形與載波波形的相位比較 在實驗 3（2）的基礎(chǔ)上，將示波器 CH1 改接 8TP01 點，把調(diào)制器的輸入載波波形與輸出 DSB 波形的相位進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)

19、：在調(diào)制信號正半周期間，兩者同相；在調(diào)制信號負(fù)半周期間，兩者反相。 4.SSB（單邊帶調(diào)制）波形觀察單邊帶（SSB）是將抑制載波的雙邊帶（DSB）通過邊帶濾波器濾除一個邊帶而得到的。本實驗利用濾波與計數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器作為邊帶濾波器，該濾波器的中心頻率 114KHZ左右，通頻帶約 12KHZ。為了利用該帶通濾波器取出上邊帶而抑制下邊帶。雙邊帶（DSB）的載波頻率應(yīng)取 110KHZ。具體操作方法如下： 將載波頻率為 110KHZ，幅度 300mv 的正弦波接入載波輸入端（8P01），將頻率為 4KHZ，幅度 300mv 的正弦波接入音頻輸入端（8P02）。按照 DSB 的調(diào)試方法得到 DS

20、B 波形。將調(diào)幅輸出（8P03）連接到濾波與計數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器輸入端（15P05），用示波器測量帶通濾波器輸出（15P06），即可觀察到 SSB 信號波形。在本實驗中，正常的 SSB 波形應(yīng)為 114KHZ 的等幅波形，但由于帶通濾波器頻帶較寬，下邊帶不可能完全抑制，因此，其輸出波形不完全是等幅波。 5AM（常規(guī)調(diào)幅）波形測量 （1）AM 正常波形觀測 在保持輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將開關(guān) 8K01 置“on”（往上撥），即轉(zhuǎn)為正常調(diào)幅狀態(tài)。載波頻率仍設(shè)置為 2MHZ（幅度 200mv），調(diào)制信號頻率 1KHZ（幅度 300mv）。示波器 CH1 接 8TP02、CH2 接 8TP0

21、3，即可觀察到正常的 AM 波形，如圖 5-15 所示。 圖 5-15 調(diào)整電位器 8W03，可以改變調(diào)幅波的調(diào)制度。在觀察輸出波形時，改變音頻調(diào)制信號的頻率及幅度，輸出波形應(yīng)隨之變化。下圖為用示波器測出的正常調(diào)幅波波形： （2）不對稱調(diào)制度的 AM 波形觀察 在 AM 正常波形調(diào)整的基礎(chǔ)上，改變 8W02，可觀察到調(diào)制度不對稱的情形。最后仍調(diào)到調(diào)制度對稱的情形。下圖為用示波器測出的不對稱調(diào)幅波波形： （3）過調(diào)制時的 AM 波形觀察在上述實驗的基礎(chǔ)上，即載波 2MHZ幅度 200mv），音頻調(diào)制信號 1KHZ幅度 300mv），示波器 CH1 接 8TP02、CH2 接 8TP03。調(diào)整 8W03 使調(diào)制度為 100%，然后增大音頻調(diào)制信號的幅度，可以觀察到過調(diào)制時 AM 波形，并與調(diào)制信號波形作比較。下圖為調(diào)制度為100%和過調(diào)制的 AM 波形： 調(diào)制度為 100%的 AM 波形 過調(diào)制 AM 波形 （4）增大載波幅度時的調(diào)幅波觀察 保持調(diào)制信號輸入不變，逐步增大載波幅度，并觀察輸出已調(diào)波。可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)載波幅度增大到某值時，已調(diào)波形開始有失真；而當(dāng)載波幅度繼續(xù)增大時，已調(diào)波形包絡(luò)出現(xiàn)模糊。最后把載波幅度復(fù)原（200mv）。 （5）調(diào)制信號為三角波和方波