高频电子线路试验振幅调制

1、太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告实验名称 振幅调制专业班级 信息13-1 学号20131010姓名0_成绩实验五 .振幅调制（集成乘法器幅度调制电路）5-1.振荡调制的基本工作原理根据电磁波理论知道，只有频率较高的振荡才能被天线有效地辐射。但是人.的讲话声音量变换为相应的电信号的频率较低.，不适用于直接从天线上辐射，因此，为了传递信息，就必须将要传递的信息、“记载”到高频振荡上去。这一“记载”过程称为调制，调制后的高频振荡称为已调波.，未调制的高频振荡称为载.波。需要.“记载”的信息称为週制信号。调制过程是用被传递的低频信号，.使高频输出信号.的参数（幅度，频率，相位相应于低频

2、信号变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频信号段，被高频信号携带传播的目的，完成调制过程的装置叫週制器。.调制器和解调器必须由非线性元件构成，他们可以是二极管或者三极管。近年来集成电路在模拟通信中得到广泛的应用，调制器，解调器都可以用模拟乘法器来实现。二振幅调制和调幅波.振幅调制就是用低频调制信息去控制高频载波信号的振.幅，使载波的信号的振幅，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 （简称调幅波）。.週幅波有普通调.幅波AM.） 抑制载波的双边带调.幅波（一一DSB一和抑制载波的单边带週幅波（§§P一三种。1普通调幅波（.AML.（.1

3、）.调幅波的表达式，波形.设调制信号为单一频率的余弦波:U （t） =U 丨 m cos't = U $ m cos2n Ft.载波信号为.Uc（t）二卩创 COSWct 二Ucm COS2冗 f为了简化分析，设两者波形的初相角均为零，因为调幅波的振幅和调制信号成正比，由此可得调幅彼的振幅为一.-U AM 宀创 kaU i m COS "T二 Ucm(1ka 仏 COSt)U cm二 Ucm(1maCOSt)式中,ma - ka其中,ma称为调幅指数或调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制程度?ka _为由调制电路决定的比例常数。由于实现调幅调制后载波频率保持不变，因此已调波的

4、表示式为一.UAM （t）二 Uam （t）COSWct 二 Ucm（1 ma COlt）COSWct.可见，週幅波也是一个高频振荡,而它的振幅变化规律（即包络变化）.是与调制信号完全一致的，因此调幅波携带着原调制信号的信息。由于调幅指数ma与调制电压的振幅成正比，.一即.U?m越大，ma越大， 调幅波幅度变化越大,_ma小于或等于1：_如果.maLl，.调幅波产生失真.，这种情况称为过调幅，在实际工作中应该避免产生过週幅。调幅波的波形如图5-1 -所示。.由式（5-4 ）展开得1 1U am (t) =Ucm (t) COSWct - maU cm COS(Wc )t ? maU cm CO

5、S(Wc)t可见，用单音频信号调制后的已调波,由三个高频分量组成，.除角频率为WC的载波以外.，还有（Wc+?.）和一（Wc-?.两个新角频率分量。其中一个比.Wc高，称为上边频分量；一个比Wc低，称为下变频分量。载.波频率分量的振幅仍为 Ucm,而两个下边频的分量的振幅均为1 maU cm。因为ma的最大值只能等于1,所以25-2所示的频谱图。在这个一 1边频振幅的最大值不能超过U cm，将这三个频率分量.用图画出.，便可的到图图上，调幅波的每一个正弦分量一个线段表示，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表其频率。下边频如匕边频以上分析表明，调幅.的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移至

6、到高频载波分量两侧的过程。显然，在调.幅波中，载波并不含有任何有用的信息，要传送的信息只包含于边频分量中。边频的振幅反应了调制信号幅度.的大小，边频的频谱虽属于高频范畴，但反映了调制信号频率的高低。一有图.5-2 _可见，在单频调制时，其调幅波.的频带宽度为调制信号频谱的.两倍，即.B=2Fo实际上调制信 号不是单一频率的正弦.波，而是包含若干频率分量的复杂波形（例如实际的语音信号就很复杂），在多频 调制时，如由若干个不同频率.?1,?.2,.,.：.,?k .的信号所调制，其调幅波方程为.UAM(t)二 Ucm(1 mCOSjtma2COS2t )COSW相乘展开后得到.Uam (t)二Uc

7、mCOSWct 号 Ucm COS(Wc )tUcm COS(Wc - " Jtma2UcmCOS（Wc i2）t U m COS（Wc -： '2）t makUcmCOS（Wc ' ）t -makU COS（Wc - Mk）t相应的，其调幅波含有一个载波分量及一系列的高低边频分量（一 Wc+? 1） ,（Wc+_? 2） , ：.（Wc+一.?k）等等。多频调制调幅波的频谱.图如图.5-3.所示。.由此可以看出.，一个调幅.波实际上是占有某一个频率范围，这个范围称为频带。.总的频带宽带度为最高频率的两倍，即 B=2Fmax,这个结论很重要。.因为在接收和发送调幅.

8、波的通信设置中，所以选频网络应当不但能通过载频，而且还要能通过边频成分。如果选频网络的通频带太窄，将导致调幅波的失真。上边卿带5-3匕频涮制淌幅波的料诱图调制后调制信号的频谱被线性地搬移到载频的两边，成为调幅波上，下边带。所以，调幅的过程实质上是一种频谱搬移的过程。2.抑制载波双边带调.幅X._DSB_由于载波不携带信息因此.'为了节省发射功率，可以只发射含有信息的上？.下两个边带.'，而不发射载波.'这种週制方式称为抑制载波的双边带调幅.，,简称为双边带调幅.'用 DS.B表示。可将调制信号上?.和载 波信号一 uc.°一直接加.到乘法器或者平衡调幅

9、器电路得到。.双边带.调幅信号写为(5-B)拭诡0) = AU Lbn cosQ/Ll-rcnsftA/=2 月t/% LU cos(奴 + cos(他匕一门“圈斤T収越借调幅的週:号ZJ：调輛池PHRSR的極诜阁由以上讨论可以看出.一 DSB调制信号有如下特点.(1). DSB信号的幅.值扔随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，DSB的包络不再反映调制信号的形.状，仍保持週幅波频谱搬移的特征。.(2)在调制信号的正负半周，载波相位相反，即高频振荡的相位在f(t)=O瞬间又180的突变。（3）对DSB调制，信号仍集中在载浜wc附近，所占频带为.Bdsb=2Fmax.由于一 DSB调制抑制了载波

10、.，输出功率是有用信号，它比普通的调幅经济，.但在频带利用频率没有什么改进，为进一步节省发送功率.，减小频带宽度，提高频带利用率.，下面介绍单边带传输方式°,3.抑制载波单边带调幅（.§SE）J .进一步观察双边带调幅.波的频谱结构发现上边带和下边带都反应了调制信.号的频谱结构，因而他们都.含有调制信号的全部信息°从传输信息的观点看，可以进一步吧其中.的一个边带抑制掉.，只保留一个边带上边带或下边带）。无疑这不仅可以进一步节省反射功率，而且频带的宽度也缩小了一半，这对于波导非 常拥挤的短波通信是很有利的。这种既抑制载波又只传送一个边带的调制方式，称为单边带调幅，用

11、SSB表示。.获得单边带信号常用.的方法有滤波法和移相法，现简述采用滤波法实现SSB信号。调制信号.U?.和.uc经乘法器.（或平衡振幅器）获得抑制载波.的 DSB信号，再经过带通滤波器滤除DSB 信号中的一个.边带一（上.边带或下边带 ）,.便可获得SSB信号°当边带滤波器的通带位于载频以上时，提取上 边.带，否则提取下边.带?由此可见，滤波法的关键是高频带通滤.波器，它必须具备这样的特性：对于要求滤除的边带信号应具有很强的抑制能力，而对于要求保留的边带信号应使其不失真地通过。这就要求滤波器在载频处具有非常陡峭的滤波特性。用这种方法实现单边带调幅的数字模型如图56所示。占uns e

12、叫rrnm 实唱甲尬苹呻輛殆号的敝学换肌由式（.5-8 .可知，双.边带信号为.=川川和Ml =寸人血 cns £1/rcm fdl F=舟水 Li4- fJ）/ £ ljf通过辿带鸿波黠后.就可得到 上边带或卜辺册：卜边邻忙i挡：riwsr （O =斗 MIA ：£ 1JJ匕地常忙也从上两式看出，ssb信号的振幅与週制信号振幅.U. m成正比。它的频率随调制信号的频率不同而不同。表.5-1.列.出了在单音信号调.制下三种已调信号的时域波形图及频谱示意图以及多音信号调制下三种已调信号的频谱示意图。"1二种凋幅波时域頻域波形广m一二、普通调幅波的产生电路.

13、一-在无线电发射机中，振幅调制的方法按功率电平.的高低分.为高电平调制电路和低电平.调制电路两大类。 前者是在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波，后者多在发射机的前级产生小功率的已 调波，再经过线性功率放大器放大，达到所需的发射功率电平。普通调幅波.的产生多用高电平调制电路。它的优点是不需要采用效率低的线性放大器，有利于提高整 机效率，电路简单。由于它输出功率小，常用在双边带调制和低电平输出系统。低电平调幅可采用集成高 频放大器产生调幅波，也可利用模拟乘法器产生週幅波。下面介绍一种高电平调幅电路。高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成旳，实际上它是一种 输出电压振幅受调制信号

14、控制的调谐功率放大器，根据调制信号注入调幅器方式的不同，分为基极调幅、 发射级调幅和集电极调幅三种基极调幅电路如图.-5.-7.所示。由图可见，高频载波信号.uw通过高频变压器.T1加到晶体管基极回路，精选资料，欢迎下载低频调制信号u?通过低频变压器T2.；加到晶体管基极回路，.Cb为高频旁路电容，.用来为载波信号提供通路。国5-7橋擾调幅电格在调制过程中，调制信号.u?_相当于一个缓慢变化的偏压（因为反偏压E_b=0,否则综合偏压应是.Eb+u?.），.使放大器的集电极脉.冲电流.的最大值Icmax.和.目.增大；在U?.往反向减小.时?，Icm和减少，故输出电压幅值正好反应调制信号波形。晶

15、体管的集电极电流Ic波形和调谐回路输出的电压波形，如图5-8所示，将集电极谐振回路调谐在载频fc上，那么放大器的输出端便获得调幅波。一一三、抑制载波调幅的产生电路.一一.产生抑制载.波调幅波的电路采用平衡、抵消的办法把载波抑制掉，故这种电路叫抑制载波调幅电路或叫 平衡调幅电路。.一实现这种调幅的电路很多，目前广泛应用的是二极管环形调制器，电路如图5-9所示。调制借号W£J载波(¥15-9 二槎诗环I孩调制器1G随着集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调.幅器已经被采用，图是用模拟乘法器实现抑制载波的实-.- 际电路，它是用.一MC159.6G构成。.这个.电路的特点是工作频

16、带宽，输出频率较纯，而且省去了变压器，调整 简单。*inI 5"1 -ku3Slt 取国5-LO ：模拟亜也觀I抑的我波调幅5-2 ,. 一振幅调制实验电路1. MC1496N内部电路及外部连接一._ 2.用496组成的调幅器实验电路如图所示，图中，与上图相对应之处是:8R08对应于Rt,8R09对应于Rb,8R03,8R1O ,，对应于._Rc.此外,_8W0一，用来週节,1）,丄4）端之间的平衡，8W02用来调节丄8）, （ 10） 端的平衡?一8KQ1开关控制丄）端是否接入直流电压，.当8K01置.“ on”时,1496的（1.）端接入直流电压，. 其输出为正常週幅波（AM，调

17、整8WO3点位器，可改变週幅波的週制度。当一8K01置.“ 一of ”时，其输出为一一 平衡调幅波（DSB）。晶体管8Q01为随极跟随器，以提高调制器的带负载能力。汀村IRR 15SL 124Fira:uIAJUIWDZ14+L2VBIICaAbj1CAE-<MJT+i盼arr.'巴 Lt-VEETTIq outouriLJK5-3振幅调制实验内容及实验步骤实验内容1. 模拟相乘调幅器的输入失调.电压调节。2-用示波器观察正常调幅波一（一一.AM.波形，并测量调幅系数。3.用示波器观察平衡调幅波（抑制载波的双边带波形DSB.波形。4.用示波器观察调制信号为方波，三角波的调幅波。二

18、实验步骤一.1. 实验准备_1）在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通实验箱上的电源开关，按下模块上开关.8K1此时电源指示灯点亮。（2 ）调制信号源：采用低频信号源中的函数发生器，其参数调节如下-.（示波器监测.频率范围：.1KHZ波形选择：正弦波输出峰峰值:.3O0MV.（3）.载波源：采用高频信号源：工作频率:.2MHZ用频率计测量（也可采用其他频率）.输出幅度（峰.峰值）.：.2O0MV_.用示波器观测。2. 输入失调电压的调整（交流馈通电压的调整）一.集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零，也就是要进行交流馈通电压的週整，基目.的是使相乘器调整为平衡状态。因此在调整

19、前必须将开关8K01.置“ _o.ff _ ”.（.往下拨）?,以切断其直流电压。交. 流馈通电压指的是相乘器的一个输入端加上信号电压，而另一个输入端不加信号时的输出电压，这个电压越小越好。（1）载波输入端输入失调节.一.把调制信号源输出的音频调制信号加到音频输入端（ 8P02）,而载波输入端不加信号。用示波器监测 相乘器输出端（8TP03）的输出波形，週节点位器-一3W02使此时输出端丄8TP03）的输出信号（称为週制输 入端馈通误.差）.最小。（2）调制输入端输入失调电压调节把载波源输出的载波信号加到载波输入端.（.8P01）,，而音频输入端不加信号。用示波器监测相乘器输出端（8TP.03

20、）的输出波形，调节电位器8.W01使此时输出.（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）. 最小。3. DSB（抑制载波双边带週幅）波形观察.在载波输入，音频输入端已进行输入失调电压（对应于8W02,8W01调节的基础上）_,可进行. _DSB测量。一（1.LDSB信号波形观察将高频信号源输岀的载波接入载波输入端.（ 8P01）.低频调制信号接入音频输入端（一.8.P02）.示波器.CHI接调制信号（可用带“钩”的探头接到 8TP02上），示波器.CH2接调幅输出端.（8TP03）.即可观察到调制信号及其对应的DSB信号波形。其波形如图.5-13所示.，如果观察到的.DSB波形不对称，

21、应该微调8W01电位器。(2) DSB言号反向点观察为了清楚地观察双边带信号过零点的反相?必须降低载波的频率。本实验可将载波频率降低为lOOkhz(如果是DDS高频信号源可直接调制10OKHZ如果是其他信号源，需另配-一1O0KHZ的函数发生器)亠幅度仍为200MV一一週制信号仍为1KHZ(幅度一 一 30OMVL。增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的dsb信号，过零点时刻的波形应.该反相，如.图5-14所示。(3) DSB言号波形与载波波形的相位比较。在实验一 3( 2)的基础上，将示波器CH1改接.8TP01点，把调制器的输入载波波形与输.出DSB波形的相位进行比较，

22、可发现.：在调制倩号正半周期间，两者相同.再调制信号负半周期，两者.相反。(4).SSB _(单边带.调制).波形一观察单边带（SSB一一是将抑制载波的双边带一 _（一一D_SB 一通过边带滤波器除二个边带而得到的。本实验利用.滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器作为边带滤波器.，该滤波器的中心频率114KHZ左右，通频带约为.2_KHZ为了利用该带通滤波器取出上边带而抑制下边带.。双边带 DS.B的载波频率应取.110理乙._具体操 作方法如下.：.将载波频率为110KHZ-一幅度-300MV的正弦波接入载波输入端（-8P01）,将频率为4KHL幅度300皿丫的 正弦波接入音频输入端一（.8P0

23、2）。按照.DSB的调试方法得到.DSB波形，将週幅输出（8.P03）连接到滤波与 计数鉴频模块.中的带通滤波器输入端（15P05），一用示波器测量带通滤波器输出.（15P06）?_即可观察到.SSB信号波形。在本实验中，正常的SSB波形应为.114KHZ的等幅波形?，但由于带通滤波器频带较宽，下边带不可能完全抑制，因此，其输出波形不完全是等幅波。5.AM （常规调幅）波形测量.（1） AM正常波形观测.在保持输入失调电压调节的基础上，将开关. 8K01置“_ON（往上拨）.，即转为正常调幅状态。载. 波频率仍设置为一2.MH（幅度.200MV.，调制信号频率1KH.Z（幅度300MV.。示波

24、器CH1接8TP02QH2.接8TP03, 即可观察到正常旳AM波形，如图所示。调整电位器8W0,可以改变调幅波的週制度。在观察输出波形时，改变音频调制信号的频率及幅. 度，输出波形应随之变化。下图为用示波器测出的正常调幅波波形:（2）不对称调制度跑.AM波形观察在 AM正常波形调整的基础上，改变一一一8W02 一一可观察到调制度不对称的情形。最后仍週到制度对称的情形。下图为用示波器测出的不对称调幅波波形：（3）过调制时的AM波形观察.在上述实验的基础上，即载波一2NHZ 一 （幅度一 一200MV，音频调制信号一1KHZ（幅度一一 300mV一丄示波器.CH1接一8TP02,CH2接.8TP03o_X 8W03使调制为100%一一然后增大