信息工程與自動(dòng)化學(xué)院

高頻電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

（MATLAB系統(tǒng)仿真部分）

編寫(xiě)：陳家福

2010年9月8日

目錄

實(shí)驗(yàn)一、MATLAB仿真基本操作綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、AM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三、DSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四、SSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五、FM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六、混頻器（變頻器）仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)七、PLL鎖相環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)八、基于PLL的頻率合成器仿真實(shí)驗(yàn)

編寫(xiě)說(shuō)明

隨著電子技術(shù)領(lǐng)域中信息化、數(shù)字化進(jìn)程的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普適應(yīng)用，

傳統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)的局限性和眾多缺點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)始突顯出來(lái)，過(guò)去靠硬件完成的電路功能，

現(xiàn)在大部都可由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)了。虛擬儀器和軟件無(wú)線電己經(jīng)正在取代傳統(tǒng)硬件設(shè)備。

現(xiàn)在，只要能用數(shù)學(xué)描述的任何事件、過(guò)程、信號(hào)和功能電路，都可以通過(guò)傳感

轉(zhuǎn)換技術(shù)、DSP技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)仿真就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的不可缺失

的重要的前期階段。特別是需要配置貴重儀器或大量?jī)x器參與的各種系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，用

傳統(tǒng)方法操作的復(fù)雜程度高、成本也高，在規(guī)模化辦學(xué)條件下幾乎不可能滿足實(shí)際需

要。這種情況下計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性就顯現(xiàn)出來(lái)了，像是任意多蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波、

頻譜分析、邏輯分析和復(fù)雜系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)等，幾乎必須由計(jì)算機(jī)仿真來(lái)完成。計(jì)算機(jī)

仿真技術(shù)的應(yīng)用能力己經(jīng)成為高級(jí)工程技術(shù)人員必須具備的重要的工程素質(zhì)之一。

綜上所述，適當(dāng)引入計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)成為高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要補(bǔ)充。

為此，我們?cè)凇陡哳l電子線路》（或稱《通信電子線路》、也稱《非線性電子線路》）的

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行嘗試，選擇了一些對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備硬件配置要求較高的一定數(shù)量的與

高頻電路相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)。由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，若有不足，敬請(qǐng)各位師生指教。

通信工程實(shí)驗(yàn)室陳家福

2011年10月

實(shí)驗(yàn)一、MATLAB仿真基本操作綜合實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)基于MATLAB仿真的M文件程序?qū)崿F(xiàn)與Simulink仿真工具箱仿真模塊調(diào)

用實(shí)現(xiàn)的兩種基本方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)掌握各類仿真儀器設(shè)備的參數(shù)設(shè)置和操作使用

方法。

(-)信號(hào)及其運(yùn)算的MATLAB實(shí)現(xiàn)

注意：以M文件方式，通過(guò)調(diào)用MATLAB相關(guān)函數(shù)編程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，命令和程序的輸

入一定要在純英文狀態(tài)下，否則輸入的命令將會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，程序無(wú)法執(zhí)行。我們可通

過(guò)MATLAB仿真工作窗中的編輯器功能來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正各類錯(cuò)誤。

1.1連續(xù)信號(hào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

MATLAB提供了大量用以生成基本信號(hào)的函數(shù)，比如最常用的指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)

和三角波信號(hào)等就可通過(guò)MATLAB的內(nèi)部函數(shù)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要借助任何工具箱就

可調(diào)用的函數(shù)。例如MATLAB的部分波形或圖形函數(shù)，詳見(jiàn)表一中所示：

表一、部分波形函數(shù)

函數(shù)產(chǎn)生的波形

Sin正弦波

Cos余弦波

Square方波

Sawtooth鋸齒波

Rectpuls非周期方波

Tripuls非周期三角波

Pulstran脈沖序列

表二、部分圖形函數(shù)

函數(shù)圖形

figure生成圖框

axis設(shè)置坐標(biāo)軸

text在圖上標(biāo)記文字

plot畫(huà)圖

title添加圖名

grid網(wǎng)格線

xlabel給X軸添加文本標(biāo)記

ylabel給y軸添加義本標(biāo)記

1.指數(shù)信號(hào)

指數(shù)信號(hào)A*在MATLAB中可用exp函數(shù)表示，其調(diào)用形式為：

y=A*exp(a*t)

例如圖1-1所示指數(shù)衰減信號(hào)的MATLAB源程序如下(取A=l,-0.4):

%programl-lDecayingexponentialsignal

A=l;a=-0.4;

t=0:0.01:10;

ft=A*exp(a*t);

plot(t,ft);gridon;

2.正弦信號(hào)

正弦信號(hào)Acos(g*t+9)和Asin(g+Q)分別用MATLAB的內(nèi)部函數(shù)cos和sin表示,

其調(diào)用形式為：A*cos(g*t+phi)

A*sin(<w0*t+phi)

例如圖1-2所示正弦信號(hào)的MATLAB源程序如下(取A=l,g二2%，(p=7r/6)：

%programl-2Sinusoidal

A=l;w0=2*pi;phi=pi/5;

t=0:0.001:8;

ft=A*sin(wO*t+phi);

plot(t,ft);gridon;

圖1-1單邊指數(shù)衰減信號(hào)圖1-2正弦信號(hào)

除了內(nèi)部函數(shù)外，在信號(hào)處理工具箱(SignalPressingToolbox)中還提供了諸

如取樣函數(shù)、矩形波、三角波、周期性矩形波和周期性三角波等在信號(hào)處理中常用的

信號(hào)。

3.取樣函數(shù)

取樣函數(shù)Sa⑴在MATLAB中用sine函數(shù)表示，其定義為：

Sinc(t)=sin(4t)/(4t)

其調(diào)用形式為：

Y=sinc(t)

例如圖1-3所示取樣函數(shù)的MATLAB源程序如下：

%programl-3Samplefunction

t=-3*pi:pi/100:3*pi;

ft=sinc(t/pi);

plot(tzft);gridon;

圖1-3取樣函數(shù)圖1-4矩形波信

號(hào)

4.矩形脈沖信號(hào)

矩形脈沖信號(hào)在MATLAB中用rectpuls函數(shù)來(lái)表示，其調(diào)用形式為：

y=rectpuls(t,width)

用以產(chǎn)生一個(gè)幅值為1、寬度為width、相對(duì)于t=0點(diǎn)左右對(duì)稱的矩形波信號(hào)。該

函數(shù)的橫坐標(biāo)范圍由向量t決定，是以t=0為中心向左右各展開(kāi)width/2的范圍。Width

的默認(rèn)值為lo例如圖1-4所示以t=2T(即t-2XT=O)為對(duì)稱中心的矩形脈汨信號(hào)的

MATLAB源程序如下(取T=l)：

%programl-4Rectangularpulsesignal

t=0:0.001:4;

T=l;

ft=rectpuls(t-2*1；2*T);

plot(t,ft);gridon;axis([04-0.51.5]);

周期性矩形波(方波)信號(hào)在NATLAB中用square函數(shù)來(lái)表示，其調(diào)用形式為：

y=square(t/DUTY)

用以產(chǎn)生一個(gè)周期為2乃、幅值為±1的周期性方波信號(hào)，其中的DUTY參數(shù)表示

占空比(dutycycle)，即在信號(hào)的一個(gè)周期中正值所占的百分比。例如圖1-5所示實(shí)現(xiàn)

頻率為30Hz的周期性方波信號(hào)的MATLAB源程序如下：

%programl-5Periodisrectangularpulsesignal

t=-0.0625:0.0001:0.0625;

y=square(2*pi*30*t,50);%DUTY=50(percent)

plot(t/y);axis([-0.06250.0625-1.51.5]);gridon

圖1-5周期性方波信號(hào)

5.三角波脈沖信號(hào)

三角波脈沖信號(hào)在MATLAB中用tripuls函數(shù)來(lái)表示，其調(diào)用形式為:

y=tripuls(t,width,skew)

用以產(chǎn)生一個(gè)最大幅度為1、寬度為width、斜度為skew的三角波信號(hào)。該函數(shù)

的橫坐標(biāo)范圍由向量t決定，是以t=0為中心向左右各展開(kāi)width/2的范圍。斜度skew

是一個(gè)介于-1和1之間的值，它表示最大幅度1出現(xiàn)在t=(width/2)Xskew的橫坐標(biāo)位

置。如圖1-6所示三角波信號(hào)的MATLAB源程序如下：

%programl-6Triangularpulsesignal

t=-3:0.001:3;

ft=5*tripuls(tA0.5);

plot(t,ft);gridon;axis([-33-0.55]);

圖1-6三角波信號(hào)

周期性三角波信號(hào)在MATLAB中用sawtooth函數(shù)來(lái)表示，其調(diào)用形式為：

y=sawtooth(tzWIDTH)

用以產(chǎn)生一個(gè)周期為2乃、最大幅度為1、最小幅度為-1的周期性三角波(鋸齒波)

信號(hào)，其中的WIDTH參數(shù)表示最大幅度出現(xiàn)的位置：在一個(gè)周期內(nèi)，信號(hào)從t=0到

WIDTHX2)時(shí)函數(shù)值是從-1至I」1線性增加的，而從WIDTHX2%到2乃時(shí)函數(shù)值又是從

1到-1線性遞減的；在其他周期內(nèi)依次類推。例如圖1-7所示的周期性三角波信號(hào)的

MATLAB源程序如下：

%programl-7periodictriangularpulsesignal

t=-5*pi:pi/10:5*pi;

x=sawtooth(t,0.5);%鋸齒波(或三角波)

plot(t,x);axis([-1616-1.51.5]);gridon;

1.5

圖1.7周期性三角信號(hào)

6.一般周期性脈沖信號(hào)

一般周期性脈沖信號(hào)在MATLAB中用pulstran函數(shù)表示，其調(diào)用形式為：

y=pulstran(t,d/func,)

該函數(shù)基于一個(gè)名為func的連續(xù)函數(shù)并以之為一個(gè)周期，從而產(chǎn)生一串周期性的

連續(xù)函數(shù)(func函數(shù)可自定義)。該pulstran函數(shù)的橫坐標(biāo)范圍由向量t指定，而向最

d用于指定周期性的偏移量(即各個(gè)周期的中心點(diǎn))，這樣這個(gè)func函數(shù)會(huì)被計(jì)算

length(d)次，并且整個(gè)pulstran函數(shù)的返回值實(shí)際上就相當(dāng)于：

y=func(t-d(l))+func(t-d(2))+...

從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期性脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。函數(shù)pulstran的更一般調(diào)用形式為：

y=pulstran(t/d/func'/pl,p2/...)

其中的pl,p2,...為需要傳送給func函數(shù)的額外輸入?yún)?shù)值(除了變量t之外)，如

上述的rectuuls函數(shù)需要width這個(gè)額外參數(shù),tripuls函數(shù)需要width和skew這兩個(gè)額

外參數(shù)，即整個(gè)pulstran函數(shù)的返回值實(shí)際上相當(dāng)于：

y=func(t-d(l),pl,p2,...)+func(t-d(2),pl/p2,

例如圖1-8所示周期性矩形脈沖信號(hào)和周期性三角波信號(hào)的MATLAB源程序如

下：

%programl-8Periodicpulsegenerator

t=0:le-3:l;%lkHzsamplefreqforlsec

d=0:lA：l;%4Hzrepetitionfreq

,%脈沖系列定義為周期性矩形波

y=pulstran(t,d,rectpuls',0.1);

⑴%生成圖形、設(shè)置柵格與坐標(biāo)

figure;plot(t,y);gridon;axis([0,lz-0.1,l.l]);

t=0:le-3:l;%lkHzsamplefreqforlsec

d=0:l/5:l;%3Hzrepetitionfreq

y=pulstran(t/d,'tripuls',0.2);%脈沖系列定義為周期性三角波

figure(2);plot(t,y);gridon;axis([O,l,-O.lzl.l])；

圖1-8周期性矩形脈沖和三角波脈沖信號(hào)

（二）Simulink仿真工具箱模塊的調(diào)用與實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作使用

1、常用工具模塊的尋找路徑

AddProductl

DerivativeIntegratorTransferFen

Spectrum

Zero-OrderScope

Hold

Analog

FilterDesign

2、仿真儀器的操作使用練習(xí)

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

學(xué)習(xí)、掌握各類MATLAB仿真儀器設(shè)備、信號(hào)源、示波器與頻譜儀等的使用方法。

用仿真技術(shù)對(duì)某個(gè)給定信號(hào)波形進(jìn)行時(shí)域觀測(cè)和頻譜分析，學(xué)習(xí)Simulink虛擬頻譜儀

的使用方法，深入理解時(shí)域和頻域的概念。

操作練習(xí)一：

從仿真工具箱中調(diào)出一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生器和一個(gè)示波器，學(xué)習(xí)用示波器觀測(cè)信號(hào)產(chǎn)生

器輸出的不同信號(hào)的波形，學(xué)習(xí)相關(guān)參數(shù)設(shè)置的方法。

操作練習(xí)二：頻譜儀的使用

周期信號(hào)是定義在（-8,8）區(qū)間，每隔一定時(shí)間，按相同規(guī)律重復(fù)變化的信號(hào),

它可表示為f(t)=f(t+mT),式中m為任意整數(shù)，T為信號(hào)周期，1/T為該信號(hào)的頻

率。

任意周期信號(hào)，當(dāng)滿足狄里赫利條件時(shí)，都可分解為付里葉級(jí)數(shù)。設(shè)某周期信號(hào)

2TT

“、3=2TTF=—,

冰)，周期為工角頻率T則可分解為

f(t)3

a0a0

=—+aicoswt+a2cos2o)t+bioot+b2sin2a)t+......—>ancosna)t

n=l

00

+Ebnsin(i)t

n=1

根據(jù)上述原理和實(shí)驗(yàn)的組成需要，從Simulink工具箱中調(diào)用信源功能模塊、頻譜

儀功能模塊和相關(guān)測(cè)試儀表，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并運(yùn)行仿真

實(shí)驗(yàn)，觀察不同周期信號(hào)(正弦波、方波、鋸齒波和隨機(jī)信號(hào)等)的時(shí)域波形和頻譜

結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示。

其中SignalGenerator為信號(hào)產(chǎn)生器模塊、Scope為示波器(時(shí)域分析)模塊、Spectrum為頻

譜分析儀(頻域分析)模塊、Zero-OrderHold為取樣保持器模塊。

當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出為如下正弦波時(shí)：

其頻譜儀測(cè)到的正弦波頻譜只有一根譜線:

FSA/SpectrumScope區(qū)

FileAxesChannelsWindowHelp

里

-15

p

8

K

n

b

s

.

-ng10

u

u

w

w

5

00.10.20.30405

Frame:4Frequency(Hz)

當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)波形為鋸齒波時(shí)

cope/叵］區(qū)

昌圖P拗遹n

?3

Timeoffset:0x10

裾齒波波形圖

Scopenx

FileAxesChannelsWindowHelp

20

OPQ

-

p15

2?

ne

sb

dp)

n

E10

6

e

w

5

00.10.20.30.40.5

Frame:4Frequency(Hz)

鋸齒波的頻譜圖

當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出為方波信號(hào)時(shí)，

示波器觀測(cè)到的時(shí)間域方波信號(hào)波形

仿真運(yùn)行所得的方波頻譜圖如下所示：

PPfx/SpectrumScope口亙區(qū)

EileAxesChannelsWindowHelp

20

15

10

pm

P-

la

ne5

sb

pd)

un0

6u

we

-5

05101520253035404550

Frame:4Frequency(kHz)

由頻譜儀觀測(cè)到的頻域的頻譜圖

可見(jiàn)，對(duì)一個(gè)方波信號(hào)中包含了理論上為無(wú)限多次的豐富的奇次諧波分量，它的頻

譜具有不連續(xù)的離散特征。譜線高度（即信號(hào)幅度）與諧波分量的頻率成反比，符合

信號(hào)分解的付里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式的變化規(guī)律。若選擇信號(hào)發(fā)生器的不同類型的信號(hào)波形,

其頻譜的譜線結(jié)構(gòu)也會(huì)跟著發(fā)生變化。

操作練習(xí)三：示波器在儀表計(jì)量校準(zhǔn)工作中的應(yīng)用

按下圖的實(shí)驗(yàn)電路要求在Simulink工具箱中調(diào)用信號(hào)發(fā)生器一個(gè)，正弦波形信號(hào)

產(chǎn)生器一個(gè)，XY模式專月示波器一個(gè)，組成周期信號(hào)李沙育圖形觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

改變正弦波形信號(hào)產(chǎn)生器正弦波信號(hào)的頻率或相位，觀測(cè)XY示波器中李沙育圖形

的變化規(guī)律，了解李沙育圖形測(cè)量原理和方法及標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、頻率信號(hào)儀表校準(zhǔn)中的工

程應(yīng)用。

【實(shí)驗(yàn)總結(jié)和報(bào)告要求】

改變信號(hào)發(fā)生器輸加信號(hào)的振幅、頻率和相位等參數(shù)，例如正弦波形信號(hào)的頻率

分別設(shè)為1倍、2倍、3倍等整倍數(shù)關(guān)系到；初始相位分別設(shè)為0°、45。（兀/4）、

90°（n/2）.180°（Ji270°（3冗/2）等值，觀測(cè)XY示波器中李沙育圖形的變化

及規(guī)律；觀測(cè)頻譜儀的輸出的譜線圖形。

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)Simulink仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；總

結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并做出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)二、AM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)非線性六端網(wǎng)絡(luò)的乘法器功能與應(yīng)用；了解AM調(diào)制與解調(diào)的工作原理和仿

真系統(tǒng)組成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

普通調(diào)幅（AM）電路屬于最基本的線性頻譜搬移電路，它可以由半導(dǎo)體二極管、

三極管或集成電路所組成的具有非線性作用的仟意六端非線性電路（或網(wǎng)絡(luò)）所蛆成O

非線性電路分析常用的一種分析法，就是在一定條件下，將非線性器件的伏安特

性用幕級(jí)數(shù)近似，在靜態(tài)工作點(diǎn)％附近按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)來(lái)進(jìn)行近似分析。它被稱為嘉

級(jí)數(shù)分析法。也是非線性電路分析中用的最多的方法。具體說(shuō)來(lái)，就是將非線性器件

的伏安特性，.=/(〃)=/(%+%+%),先用泰勒級(jí)數(shù)直接展開(kāi)，再用三角函數(shù)進(jìn)一步展

開(kāi)分析。

設(shè)非線性器件伏安特性為：

非線性

器件

i=/(?)(1-1)

如果/(〃)的各階導(dǎo)數(shù)存在，則該伏安特性可以展開(kāi)成以下嘉級(jí)數(shù):

2

i=+a}u+a2u++…

若忽略三次以上各項(xiàng)，可得

2

i=+aAu+a2u(1-2)

非線性

WiO?"找「工.u.

器件

式中％、％、和、是與特性相關(guān)的分解系數(shù)。。。為4點(diǎn)下的靜態(tài)值，卬為線

性項(xiàng)系數(shù)，%以上為非線性項(xiàng)系數(shù)。

設(shè)加在非線性器件上的電壓為單一頻率的信號(hào)，〃=U,"cos。1,將其代入(1-2)

式中則有

2

i=a0+aJJmcos%+生U；cos卯

=(〃o+axU,ncos^/+cosiest

—/0+Ihncos3/+I2tacos26y/

式中/。為直流分量，4”為基波分量振幅，人”,為二次諧波分量振幅，它們分別等

/（）=&+;呼:

/麗=。億，■

12m二］此

由以上分析可以看出

（1）由于非線性器件的作用，電流中產(chǎn)生了新的頻率分量；

（2）單一信號(hào)作用于非線性器件時(shí)，輸出電流中除了叼外，只包含有該頻率分

量的各次諧波，而無(wú)組合頻率分量。該電路只相當(dāng)于一個(gè)倍頻器或諧波發(fā)生器。

若在兩個(gè)輸入端口同時(shí)加入輸入信號(hào)〃1和〃2，且〃［二UlmC0S31f,

U

u2=U2tnCOSfy2/,根據(jù)〃=〃|+〃2=\mCOS69/+U2HICOS692r,以及三角函數(shù)的積化和

差公式

cosxcosy=gcos(x-y)+gcos(x+y)將兩個(gè)輸入信號(hào)代入下式

.23

I=a0+axu+a2u+a3u+???

忽略三次以上各項(xiàng)可得到

i=(U1析cos①"+U2njcos<y2/)+a2(Uhncoso/+U2mcos(w2r)

a

=(旬+券U+++\(U加cos卯+u2mcos%)

+g(U；mcos2卬+U2,ncos2gf)

+42U]〃"2"」COS@|+g)f+cos@|-co-,)]

由上式中可見(jiàn)，當(dāng)兩個(gè)不同頻率信號(hào)輸入到非線性元件時(shí)，由于平方律項(xiàng)的相乘

作用，使其輸出電流中不僅含有直流分量、基波分量和二次諧波分量，而且產(chǎn)生了有

用的組合頻率分量，其和頻（可+傷）與差頻（碼-牡）。利用這種特性，就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)

信號(hào)間的線性頻譜搬移。

當(dāng)考慮到三次以上各項(xiàng)分量的存在時(shí)，輸出電流中將包含如下無(wú)窮多個(gè)組合頻率

分量

叫/=|±pg±qg|

其中各諧波分量很容易被選頻網(wǎng)絡(luò)濾除，而由二次項(xiàng)的相乘運(yùn)算作用產(chǎn)生的基波

組合分量助」=|士外士則很容易被選取出來(lái)。這就是非線性電路的頻移特性（或稱

調(diào)制特性），這正是非線性器件為什么能產(chǎn)生頻譜搬移作用的根本原因。調(diào)幅電路的工

作原理就是基于上述理論的。

設(shè)有用調(diào)制信號(hào)和高頻載波信號(hào)均為單一頻率的余弦波，即

調(diào)制信號(hào)un（t）=UnmcosHt=Unmcos2nFt

u

載波信號(hào)c（0=Ucmcoso）ct=Ucmcos2nfct

由調(diào)幅的定義，可得AM已調(diào)波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

11AM-UAM（t）COS3ct=Ucm（l+ma（：osct）cos3ct

其中ma為調(diào)制度或調(diào)幅系數(shù)，它表示載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度。由于已調(diào)

波也是一個(gè)高頻振蕩波，它的振幅的變化規(guī)律（即包絡(luò)變化）與調(diào)制信號(hào)完全一致，

因此已調(diào)幅波的包絡(luò)中攜帶了原調(diào)制信號(hào)的信息。

解調(diào)過(guò)程本質(zhì)上就是調(diào)制的反過(guò)程。振幅調(diào)制的解調(diào)又稱為檢波，其作用是從調(diào)

幅波中不失真地取出原調(diào)制信號(hào)。它可用單向?qū)щ姷亩O管包絡(luò)檢波器解調(diào)，也可直

接用相乘器和低通波器來(lái)完成解調(diào)。

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

普通AM調(diào)制可由以下基本電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

〃/)°

4(2)①

°%

根據(jù)上述AM波的數(shù)學(xué)表達(dá)式和原理框圖，MATLAB仿真的技術(shù)路線圖如下所示。

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果及圖表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)需要可以任意設(shè)置多蹤示波器來(lái)觀測(cè)所有電路不同輸出點(diǎn)上的工作

波形，以下是原調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、己調(diào)波信號(hào)和解調(diào)后還原信號(hào)的完整工作波形

圖。

實(shí)驗(yàn)中，為了進(jìn)一步研究AM不同調(diào)制度和載波頻率下的工作過(guò)程和結(jié)果，實(shí)驗(yàn)

者可自行設(shè)定和改變相關(guān)參數(shù)，并不斷進(jìn)行仿真比較，深入進(jìn)行觀測(cè)和研究以加深認(rèn)

識(shí)。例如加大調(diào)制度，觀測(cè)過(guò)調(diào)制現(xiàn)象。

為了深入研究AM的頻譜（頻率域）特性，可調(diào)用頻譜儀同時(shí)對(duì)AM調(diào)幅度進(jìn)行

頻譜（頻率成分）的分析和觀測(cè)。

由MATLAB仿真頻譜儀觀測(cè)的AM調(diào)幅波頻譜的波形如下:

>AMF/SpectrijmScopeCTfo]fx

Fi1eAxesChannelsWindowHelp

25

CP-9

碧

39-

-n&

u=

守

w

O0.050.1O.1S0.20.250.30.350.4口450.5

Frame:4Frequency(kHz)

在上面的頻譜波形圖中，左邊為下邊頻分量，右邊為上邊頻分量，中間為載頻分

量。

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)和報(bào)告要求

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字化電路仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)和規(guī)律的

認(rèn)識(shí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并作出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)三、DSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)非線性六端網(wǎng)絡(luò)的乘法器功能與應(yīng)用；了解DSB調(diào)制與解調(diào)的工作原理和仿

真系統(tǒng)組成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)于單音調(diào)制，已知

調(diào)制信號(hào)11Q。）=Uftmcosfit=UQmCOS如Ft

載波信號(hào)Uc（t）=Ucmcoso）ct=Ucmcos2nfct

由調(diào)幅的定義，可得DSB已調(diào)波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

m"2U

UDSB（t）=（PcCOSQr?COS69rr=----[cos^9r-C）/+cos@（,+C）H

由式中可知，在AM調(diào)制的基礎(chǔ)上，只要省去加法運(yùn)算，通過(guò)非線性六端網(wǎng)絡(luò)的

乘法器電路，直接用調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘，就能實(shí)現(xiàn)DSB雙邊帶調(diào)制。

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

DSB調(diào)制與解調(diào)全過(guò)程的系統(tǒng)仿真電路如下所示，圖中包括了時(shí)域波形觀測(cè)和頻

域信號(hào)波形觀測(cè)。

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果及圖表

仿真模塊及參數(shù)設(shè)置由實(shí)驗(yàn)者完成。其時(shí)域波形圖如下所示：

在DSB調(diào)制波中可清楚看出，載波的過(guò)零點(diǎn)處均發(fā)了180度的相位反轉(zhuǎn)。這是雙

邊帶調(diào)制的主要特征點(diǎn)之一。

頻域波形圖如下所示：

由圖可見(jiàn)，頻譜中載波受到了抑制，調(diào)制波中沒(méi)有了載頻分量。

DSB/SpectrumScopeW宜區(qū)］

FileAxesChannelsWindowHelp

20

18

16

?14

-ao12

j

p

n

b

s

-10

a

p

n

一

三

夏

4

2

0

OO.OG0.1O.1G0.20.2G

Frame:2Frequency(kHz)

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字化電路仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)

置要點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并作出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)四、SSB調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)非線性六端網(wǎng)絡(luò)的乘法器功能與應(yīng)用；了解SSB調(diào)制與解調(diào)的工作原理和仿

真系統(tǒng)組成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

在DSB調(diào)制電路基礎(chǔ)上，對(duì)輸出的已調(diào)波采取邊帶濾波措施，就能實(shí)現(xiàn)SSB單邊

帶調(diào)制。

〃2U

U

上邊帶為：SSBH⑺=寸■上c°s@。+Q)r=USSBcos(^r+Q)r

m.U

下邊帶為：ASBLQ)=」^￡cos(@.一。"=USSBcos?.一Q"

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如下所示:

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果及圖表

時(shí)域波形觀測(cè)圖如下

采用不同的邊帶濾波器，就能得到上、下兩個(gè)不同邊頻（或邊帶）的SSB調(diào)制。

這里，僅給出了頻域觀測(cè)的上邊頻的頻譜圖。

EileAxesQhannelsWindowHelp

0.050.20.25

Frame:20Frequency(kHz)

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字化電路仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)

置要點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并作出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)五、FM調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)非線性頻譜搬移電路的應(yīng)用；了解FM調(diào)制與解調(diào)的工作原理和仿真系統(tǒng)組

成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)調(diào)頻定義，調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為（當(dāng)初始相位夕=0時(shí)）

⑺=UcmcosQj+△%（/）]=Ucmcos[①J+勺u(yù)Q（t）dt]=Ucmcos?J+嗎sillQr）

根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式，可用計(jì)算機(jī)仿真工具箱中的相關(guān)模塊進(jìn)行FM系統(tǒng)仿真。值得

一提的是，在現(xiàn)實(shí)中，F(xiàn)M調(diào)頻波是無(wú)法用普通時(shí)間域測(cè)量?jī)x器（普通示波器）觀測(cè)

其實(shí)時(shí)波形的，這是因?yàn)槠胀ㄊ静ㄆ鳑_其量?jī)H為雙時(shí)基掃描方式，無(wú)法對(duì)FM非線性

頻譜搬移后產(chǎn)生的眾多對(duì)（理論上為無(wú)限多對(duì)）的邊頻分量實(shí)現(xiàn)同步顯示。但是

MATLAB的仿真工具中的示波器卻能實(shí)現(xiàn)此功能。這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真的優(yōu)越性和可

貴之處。這是現(xiàn)有真實(shí)儀表無(wú)法相比的。

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

FM調(diào)制仿真可由以下電路組成。

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果及圖表

FM調(diào)制仿真觀測(cè)到的時(shí)域波形圖如下所示:

頻域測(cè)量結(jié)果如下:

這是調(diào)制度較下情況下的頻譜圖。若改變調(diào)制度的設(shè)置就能得到不同的頻譜測(cè)試

圖。

也就是說(shuō)，改變調(diào)制度，F(xiàn)M波中載波分量和邊頻分量就會(huì)按貝塞爾函數(shù)的規(guī)律

變化。通過(guò)選擇不同的調(diào)制度，就能控制FM波的最大頻偏、載波分量和有效邊頻的

對(duì)數(shù)即調(diào)頻波的帶寬。

（只有載頻）

（有載頻和二對(duì)邊頻）

（有戟頻和四對(duì)邊頻）

」?IIIII——f=2,4（無(wú)載頻、有六對(duì)邊頻）

-?IIIII山門一一/叫=3（有載頻和七對(duì)邊頻）

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字化電路仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)

置要點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并作出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)六、混頻器（變頻器）實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)線性頻譜搬移電路的應(yīng)用；了解混頻器（或變頻器）的工作原理和仿真系統(tǒng)

組成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)乘法器的兩個(gè)輸入端口中，一個(gè)是已調(diào)波，另一個(gè)為載波時(shí)，相乘的結(jié)果，通

過(guò)頻譜搬移作用，就能改變?cè){(diào)制波中的載頻，取其差頻項(xiàng)就能起到降低原調(diào)制波載

波頻率的作用?；祛l器又稱變頻器，在通信工程和廣播電視系統(tǒng)中，是不可缺少的頻

譜變換的功能電路。一般來(lái)說(shuō)，主要用于不改變?cè){(diào)制特性條件下的降頻處理。

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

混頻器通常由乘法器（或具有乘法功能的非線性六端網(wǎng)絡(luò)）、本地振蕩器和帶通濾

波器三個(gè)部分組成。

fs*力

圖中，人為本地振蕩器載波信號(hào)，外為已調(diào)波輸入信號(hào)。力為降頻處理

后的中頻信號(hào)，力與A具有相同的調(diào)制屬性。其中f—fc-fs=fli

且人》力，這種降頻工作方式又被稱為“超外差”方式。

Mixer*IZB區(qū)

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果及圖表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖中可以清楚看出，原調(diào)制信號(hào)的規(guī)律和屬性沒(méi)有改變，但是載波頻

率被變低了（周期變大，頻率降低）。相當(dāng)于在不改變?cè){(diào)制信號(hào)中有用信息特性的前

提下，用較低頻率的載波將較高頻的原載波給替換了，這是在為后續(xù)解調(diào)有用信號(hào)時(shí)

做降低技術(shù)門坎和難度的前期工作。

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)

總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)字化電路仿真模塊、儀表參數(shù)設(shè)

置要點(diǎn)和規(guī)律的認(rèn)識(shí)；總結(jié)實(shí)驗(yàn)體會(huì)并作出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)七、鎖相環(huán)（PLL）實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋?zhàn)詣?dòng)控制電路中的鎖相環(huán)（PLL）電路；了解PLL的工作原理和仿真

系統(tǒng)組成；學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真工具、儀表的使用、基本參數(shù)設(shè)置和仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

（二）實(shí)驗(yàn)原理

鎖相環(huán)由以下電路組成

參考晶體國(guó)J鑒相器畫(huà)環(huán)珞蟋器回壓控麒罌期

振蕩器

qPDLFVCO

?o(0

它的基本工作原理基于信號(hào)的相位的閉環(huán)反饋?zhàn)詣?dòng)控制。關(guān)鍵在掌握環(huán)路的鎖定條件，

當(dāng)鎖相環(huán)環(huán)路鎖定時(shí)：

（1）對(duì)于鑒相器輸入端有：

0=①"，fi=fo

（2）對(duì)于鑒相器輸出端有：

誤差電壓%（。=0（或趨于某較小的恒定值）

（三）技術(shù)路線及系統(tǒng)組成

PLL的系統(tǒng)組成電路如下圖所示?？芍苯诱{(diào)用MATLAB仿真工具箱中“幫助菜單”

欄中的提供的實(shí)例電路，對(duì)其相關(guān)參數(shù)和設(shè)置進(jìn)行不同的選擇和設(shè)定，就能深入研究

PLL的工作原理和特性。

PPLL

￡.ilcEditViewSinxilationFfinnatlooIsHelp

口百?；刎?/p>