模拟乘法器综合应用实验-调制与解调

1、,模拟乘法器综合应用实验调制与解调,实 验 四,模拟调制可分为线性调制和非线性调制，本次实验研究线性调制。线性调制的任务是把基带信号的频谱搬移到通带频谱上，以适应（无线）信道的传输要求，或将多路信号合并起来进行多路传输。通过本实验：,1加深理解振幅调制（AM）、双边带（DSB）调制、单边带（SSB）调制的基本原理及实现方法。,2掌握各种线性调制信号的时域和频域的测试方法与技能。,3.熟悉并掌握MC1496 乘法器的基本应用。,一、实 验 目 的,二、实 验 内 容,3DSB调制信号的产生与测量。,1AM调制信号的产生与测量。,4AM调制与DSB调制信号的频域测量。,2AM调制信号的调幅系数测量

2、。,5振副调制的（EWB）仿真实验。,三、实验应知知识,3、提高辐射能力：实现无线传输信道的要求,尽量减小天线的尺寸,一、调制在通信系统中的作用,1、频率变换：为了采用无线传送方式，如将（0.3-3.4KHz）有效带宽内的语音信号调制到给定的高频频段上去。,调制是高频电子线路中一个十分重要的概念，是一种信号处理技术。无论在模拟通信、数字通信还是数据通信中都扮演着重要角色。调制的实质是频谱的搬移,其作用与目的有以下四个方面。,2、实现频率分配:保证多个电台同时工作时,发出的信号互不干扰,4、实现多路复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输,即实现频分复用。,二、调制的基本特征,调制

3、的实质是进行频谱的搬移,即把携带消息的基带信号的频谱搬移到较高的高频频率的范围.,三、实验应知知识,经调制后的已调波应该具有两个基本特征:,一是高频已调波仍然携带有消息;,二是高频已调波适合于信道传输.,三、实验应知知识,2、按载波信号c(t)不同分：,线性调制，特点：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。,三、调制的分类,调制方法可以从以下几个角度进行分类。,1、按调制信号m(t)的不同分：,数字调制，特点：m(t)是数字信号。,模拟调制，特点：m(t)是连续信号。,连续波调制，特点：c(t)连续，如(t)=cosct；,脉冲调制，特点：c(t)为脉冲，如周期矩形脉冲序列。,3、 按调制器功能的不

4、同分：,幅度调制，特点：用: m(t)改变c(t)的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB。,相位调制，特点：用: m(t)改变c(t)的相位，如PM。,频率调制，特点：用: m(t)改变c(t)的频率，如FM。,4、按调制器传输函数来分：,非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份,三、实验应知知识,四、调制系统需掌握的主要技术,高频电子线路中所讲授的调制技术，是用取值连续（模拟）的基带信号去控制正弦载波的参数（振幅、频率和相位）的模拟调制系统。需掌握的主要技术与应知的主要参数有：,1、调制系统的工作原理，调制信号、载波信号和已调信号三者的关系。,2、已调信号的带宽。,3、噪声对调制系

5、统性能的影响。,主要技术,主要参数,1、发送功率,2、过滤带宽。,3、设备的复杂性,4、抗噪声性能，如输出信噪比等。,三、实验应知知识,五. 调制技术中有关术语,调制信号u ：需要传输的信号 （原始信号）,载波信号uc ：高频振荡信号 （等幅）,已调信号UAm：经过调制后的高频信号（射频信号）,信号,三、实验应知知识,根据载波受调制参量的不同, 调制可分为三种基本方式, 它们分别是：,振幅调制AM （调幅）,频率调制FM （调频）,相位调制PM （调相）,调制基本方式,六. 调制的基本方式,三、实验应知知识,七、振幅调制与实现方法,所谓振幅调制(AM), 就是用调制信号u去控制高频载波信号uc

6、的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号u的规律变化。即已调制信号uAM变化的周期与调制信号u的周期相同，且幅度的变化与调制信号的振幅成正比.,振幅调制信号种类,三种振幅调制信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。,7、1 全载波调幅(AM)实现方法:,全载波调幅电路模型,图中，m为乘法器的乘积常数，为加法器的加权系数。,全载波振幅调制电路的模型可由一个乘法器和一个加法器组成，如图所示。,全载波振幅调制信号波形,波形特点：时域分析 （1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致 包络之内的填充频率是f0; (2) 调幅度ma反映了载波振副

7、受控的强弱程度，以看出：,一般m值越大调幅越深：,由单一频率信号产生的高频调幅波的数学表达式为：,可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：,全载波振幅调制信号的频谱,AM波信号特点：频域分析 1.AM的频谱由三部分组成：即载频和上下边频. 2.载频不含信息，两边频包含相同的信息，所占带宽为最高 调制频率fH的两倍。 2.从功率利用率看，AM信号的功率利用率不充分。,抑制载波双边带调幅信号实现方法:,为了克服全载波振幅调制效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以在AM调制过程中，将载波分量抑制，即不发送载波，而只发送边带信号,这就是抑制载波的双边带调幅(DSB AM).,双边带调

8、制电路的模型可由一个乘法器组成，如图所示。,可见要完成DSB调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。,双边带调幅电路模型,图中，m为乘法器的乘积常数。即双边带信号，可以用载波和调制信号直接相乘得到。,波形,双边带( DSB)调幅信号波形与频谱,频谱,(1) DSB信号的包络正比于调制信号，但DSB信号的包络不再反映调制信号的形状。,(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号正半周内的载波相位与调制信号负半周内的反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。,(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，只有上、下边带，全部功率为边带占有，功率

9、利用率高于AM波。,(4) 占用频带,m 是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。即：,调幅波的主要参数与测量,一般用m表示。,调幅度（m),一般要求0m1。,调幅度（m)的测量与计算,模拟乘法器是对两个以上互不相关的模拟信号（电压与电流）实现相乘功能的非线性函数电路。通常它有两个输入端（x端和y端）及一个输出端，其电路模型与符号分别可用如图(a)或(b)所示。,集成模拟乘法器原理简介,模拟乘法器的模型与电路符号,模拟乘法器的传输方程为:,在现代通信设备中，广泛使用集成模拟乘法器来实现AM、DSB、SSB调制与同步解调、倍频、混频和相位检测。它具有电路简单，性能优

10、越且稳定，调整方便，利于设备的小型化的优点。,式中：Am为增益系数,（1）集成模拟乘法器的电路模型,（2）集成模拟乘法器的基本原理,由模拟乘法器的电路模型可知，它是“二入一出”的三端器件。,设：,则输出：,可见，模拟乘法器可实现调制与混频，即实现频谱的 搬移，调制是向频率高端迁移，混频是向频率低端迁移。,（2）集成模拟乘法器的基本原理,设：,则输出：,式中：因子“1”，是为方便引入的，它相当于直流成分存在。 可见，此时可以实现普通的调幅。 即输出的调幅信号不仅含有边带信号，且含有高频载波信号。,（2）集成模拟乘法器的基本原理,则输出：,设：,若进一步滤除2成分，则输出为：,可见，同步检波、鉴频

11、、鉴相都是输入同频正弦波， 只是相位上有所区别，便能实现相应的特定功能。,MC1496模拟乘法器，其内部电路如图所示。电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（Q1Q4），且这两组差分对的恒流源管（Q5、Q6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟乘法器。其典型用法是：、脚间接一路输入（称为上输入ux），、脚间接另一路输入（称为下输入uy），、脚分别经由集电极电阻Rc 接到正电源12V 上，并从、脚间取输出uo。、脚间接负反馈电阻Rt。脚到地之间接电阻RB，它决定了恒流源电流I7、I8 的数值，典型值为6.8k。脚接负电源-8V。、脚悬空不用。由于两路输入ux、uy 的极性皆可取正或负，因

12、而称之为四象限模拟乘法器。,MC1496内部电路,MC1496封装图,三、实验应会知识,实验用MC1496构成的振幅调制电路,Mc1496调制器,调制平衡调节网络,调制信号输入端口,增益调整电阻,偏置调整电阻,调制信号输出端口,载波信号输入端口,载波平衡调节网络,实验现场操作规程,a、注意安全操作规程，确保人身安全,注意人身安全和仪器设备的安全,为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断实验台的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,b、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，不必经常开关电源。,切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师

13、寻求帮助，请勿随便调换配件。,注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！ 当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。,三、实验应会技能,1、实验用模拟乘法器MC1496的直流调制特性测量,为使模拟乘法器的工作正常，需对其内部的两对差分放大器进行平衡（即输入失调电压）调整，使输入Vi=0时，Vo=0。,测试电路框图如图所示。,实 验 准 备,选定实验电路模块，连接+12V、-8V与地,载波Vc=200KHZ/80-100mV。 调制信号U=2KHZ/200-300mV,载波输入失调电压（平衡调节）调节,用调制信号源输出V=2KHZ/300mV的调制信号加到IN2端

14、（IN1端开路），并用示波器 CH2 监测输出端（OUT）的输出波形。调节电位器 Rp2 使此时输出端（OUT）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）为0或最小。然后断开调制信号源,并保持Rp2始终不再变动。,调制输入失调电压（平衡调节）调节,把载波信号源输出的Vc=200KHZ/80-100mV的调制信号加到IN1端 （IN2端开路），并用示波器 CH2 监测输出端（OUT）的输出波形。调节电位器 Rp1 使此时输出端（OUT）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）为0或最小。,MC1496模拟乘法器的直流调制特性测量,1)保持载波IN1端输入信号不变，用万用表测A、B端电压，用示波器观察调制器

15、输出（OUT）端点的信号,2)按表所列数据, 即以0.1V为步长，调整Rw1电位器，改变模拟乘法器1脚与4脚之间的直流电压（VAB），用示波器观察调制器输出（OUT）端点的信号，并将测量数据记录于表中。,三、实验应会技能,2、AM调制信号的产生与时域和频域波形测试：,测试电路框图如图所示。,实 验 准 备,载波信号200KHZ/80-100mV，加至载波输入端IN1 调制信号U=2KHZ/200-300mV加至调制器输入端IN2., 以调制信号作双踪示波器的“CH1”同步。 用示波器“CH2”观察“AM-OUT”点输出信号的时域和频域波形，记录测试结果，如图要求所示。, 依据实验所得数据，计算

16、出此条件下的AM信号的调制度m= ?,说明什么是AM调制？,调RP1使VAB=300mV,三、实验应会技能,、AM调制信号的调制度控制与波形测试：,测试电路框图如图所示。,实 验 准 备,保持以上设置于实验条件不变。,载波信号200KHZ/80-100mV，加至载波输入端IN1 调制信号U=2KHZ/300mV加至调制器输入端IN2., 保持载波信号幅度不变。适当增加或减小调制信号的幅度，用示波器观察波的调制系数m变化，说明m与调制信号幅度的关系。, 保持调制信号的幅度为定值（如200mV ）,适当调整平衡电位器Rp1（增大或减小电阻），用示波器观察调幅波的调制系数m变化，比较两种控制方式的灵

17、敏度。?,若使AM波的调制m=80%，应如何操作，请实验证明，并 记录满足此要求时的调制信号U的幅值与直流电压VAB 的伏值。, 适当调整U的幅度或Rp1阻值,使m100% ，再适当调 节示波器的“伏/格”与“秒/格”旋钮，观察并记录全载波振 幅调制信号过调制时，过零点出的波形特点。,三、实验应会技能,4、DSB调制信号的产生与时域和频域波形测试：,测试电路框图如图所示。,实 验 准 备,选定实验电路模块，连接+12V与地,调节Rp1使VAB=0V。,载波信号200KHZ/80-100mV，加至载波输入端“IN1” 调制信号U=2KHZ/300mV加至调制器输入端“IN2”.,以调制信号作双踪

18、示波器的“CH1”同步。 用示波器“CH2”观察“AM-OUT”点输出信号的时域和频域波形，记录测试结果，如图要求所示。,说明什么是调制？, 观察并记录此时DSB调制信号过零点出的波形特点。,解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调方式。,三、实验应知知识,振幅 调制 过程,解调 过程,AM调制(全载波),DSB调制,SSB调制,包络检波,同步检波,峰值包络检波,平均包络检波,乘积型同步检波,叠加型同步检波,七、振幅调制信号的解调,三、实验应知知识,7.1调幅波解调的方法-包络检波法,二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰-峰值为0.5V 以上）的AM波。它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。,三、实验应知知识,7、2调幅波