实验四1496综合实验.ppt
,模拟乘法器综合应用实验调制与解调,实 验 四,高频电子线路实验,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加深理解与掌握振幅调制中全载波振幅调制（AM）、抑制载波双边带振幅调制（DSB）及单边带振幅调制（SSB）的基本原理及实现方法。,2掌握各种振幅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调制信号的产生与时域/频域波形测量。,1AM调制信号的产生与时域/频域波形测量。,2AM调制信号的调幅系数测量。,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（）有效带宽内的语音信号的频谱调制到给定的高频频段上去，即将低频变高频。,调制技术是高频电子线路中一个十分重要的概念，它是一种信号处理技术。无论是在模拟通信系统还是在数字通信系统中或是数据通信系统中都扮演着重要角色。调制技术的实质是进行频谱的搬移,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。,三、实验应知知识,二.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：经过调制后的高频信号（射频信号）,信号,如：全载波振幅调制信号的数学表达式：,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：由调制信号去控制载波振幅，使已调信号的振幅随 随调制信号线性变化。,频率调制FM：由调制信号控制载波频率，使已调波的频率随调制 信号线性变化。,相位调制PM：由调制信号控制载波相位，使已调波的相位随调制信号线变化,调制基本方式,三.调制的基本方式,三、实验应知知识,四、振幅调制与实现方法,所谓振幅调制,就是用调制信号u去控制高频载波信号uc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。,振幅调制分三种方式：,4、1 全载波调幅(AM)实现方法:,全载波调幅电路模型,所以，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，基本电路如图所示。,由AM调幅波的数学表达式：,可见，要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。,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。,4、2 抑制载波双边带调幅信号实现方法:,在AM调制过程中，如果将载波分量抑制就形成抑制载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以用载波和调制信号直接相乘得到，即：,所以，抑制载波双边带振幅调制电路的模型可由一个乘法器组成，基本电路如图所示。,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，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。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：,4、3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。,4、4 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,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，因而称之为四象限模拟乘法器。,MC1496内部电路,MC1496封装图,Mc1496调制器,RW2增益调整电阻,R7偏置调整电阻,RW1平衡调整电阻,SW1调制/混频,实验电路原理图,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的直流调制特性调节与测量,测试电路框图如图所示。,实验准备,载波Vc=500KHZ/50-80mV。,1、MC1496模拟乘法器的直流调制特性测量,1)把载波信号源输出的Vc=500KHZ/50-80mV的载波信号加到“Uc/IN”端（Ut/IN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 RW1 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。,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。,选定实验电路模块，连接+12V、-8V与地。,SW1跳线开关置上端连通。,1.1模拟乘法器实现AM的调制的原理与电路模型,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。,（载波）,（调制信号）,三、实验应会技能,1.2 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500KHZ/50mVp-p，加至载波输入端Uc/IN调制信号U=1-2KHZ/120mVp-p加至调制器输入端Ut/IN.,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，适当调节“SW2”，使其幅度约为1Vp-p以上。记录测试Am波的时域和频域波形，如图要求所示。,依据实验所得数据，计算出此条件下的AM信号的调制度m=?,说明什么是AM调制？,调RW1使VAB=120-150mV,三、实验应会技能,1.3 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,保持以上设置与实验条件不变。,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“OUT”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120mV）,适当调整平衡电位器RW1（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RW1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。,VAB,三、实验应会技能,2.1 DSB调制信号的产生原理与电路模型,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：,三、实验应会技能,2.2 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,保持以上设置与信号连接方式不变。,调节RW1使VAB=0V。,以调制信号作双踪示波器的“CH1”同步。用示波器“CH2”观察“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。,实验报告要求,一、实验报告内容：,二、实验思考题：,(1)分析所用实验电路的工作原理，简述工作过程。(2)整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。(3)画出同载波条件下的AM、DSB调幅波形，在图上标明峰-峰值电压。,(1)说明当改变VAB时能得到几种调制波形,分析其原因。(2)画出M100%时的全载波调幅波形及抑制载波双边带调幅波形，比较二者过零点的区别.,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,1、调幅波解调的方法 二极管串联峰值包络检波法,二极管串联峰值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。,1）电路与特点,电路：,特点：,Vs/D/C与R三者串联,具有平均电压负反馈效应,工作原理：,I 若 R/C的值愈大,则Vo脉动愈小,VAV愈大.ii iD的导通角很小,所以工作在输入信号的峰值附近,A.惰性失真（或称对角失真）,现象,原因：RLCL太大，说明放电速度跟不上包络下降的速度所致,克服条件：,非线性失真,(单音),B 负峰切割失真（削波失真）,现象,原因：,检波器与下一级级联时，必须加入隔直耦合电容引起的。,克服条件：,R RL Ri2 称为检波器的音频交流负载，RL为直流负载,克服措施:,若Rg小:采用射随器完成阻抗匹配.,若Rg大:RL=RL1+RL2,RL1(0.10.2)RL2,1、二极管包络检波器解调全载波调幅信号,B:以调制信号作示波器的同步信号（CH1)观测,用“CH2”信道观察并记录二极管检波器输出的信号波形，记录测试结果。,A:将AM调制器产生的调幅波，接入二极管包络检波器的“AM/IN”端,实验准备,载波信号500KHZ/50-80mV，加至载波输入端Uc/IN调制信号U=1-2KHZ/100-150mV加至调制器输入端Ut/IN.,调RW1使VAB=100-200mV,产生AM调幅波，M=30-50%幅度=1-3Vp-p（调RW2）,将SW0、SW1与SW3开关均拨置“右”端。,2、二极管检波器不接滤波电路观测,将“SW0”置左，用示波器A通道观察调幅信号.用B通道观察记录二极管包络检波器的输出信号波形。并记录输出信号波形。得出你的结论:,3、观察检波器的惰性失真,将“SW1”置左,记录输出信号波形。并说明产生惰性失真的原因与解决办法。,4、观察检波器的负峰切割失真,将“SW2”置左,记录输出信号波形。并说明产生惰性失真的原因与解决办法。,2、二极管包络检波器解调DSB调幅信号,实验准备,载波信号500KHZ/50-80mV，加至载波输入端Uc/IN调制信号U=1-2KHZ/100-150mV加至调制器输入端Ut/IN.,调RW1使VAB=0mV,产生DSB调幅波，幅度=500V-800mVp-p（调RW2）,将SW0、SW1与SW3开关均拨置“右”端。,A:将DSB调制器产生的调幅波，接入二极管包络检波器的“AM/IN”端,B:以调制信号作示波器的同步信号（CH1)观测,用“CH2”信道观察并记录二极管检波器输出(JB/OUT)的信号波形，记录测试结果。,3、同步检波器解调DSB振幅调幅信号,Mc1496乘法器,恢复载波IN,已调波IN,+12V/DCN,解调OUT,-8VDC,平衡调节 RW1,幅度调节 RW2,电源地 GND,三、实验应知知识,调幅波解调的方法同步检波法,同步检波，又称相干检波。它利用与已调幅波的载波同步（同频、同相）的一个恢复载波（又称基准信号）与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调得调制信号。,乘积型同步检波的电路模型:,解调载波,叠加型同步检波的电路模型:,高频已调波,解调波输出,高频已调波,解调载波,解调波输出,1、同步检波解调抑制载波的双边带调制信号,实验准备,用载波500KHZ/50-80mV，调制信号U=1-2KHZ/100-150mV，产生DSB已调波。,调RW1使VAB=0 mV,将同步与检波电路模块中的“SW1、SW2、SW3与SW4”置“JB”位,将DSB已调波“IN/B”端。,以调制载波作为“恢复载波”加入“IN/A”端。,用调制信号作示波器的同步信号（CH1）检测。用示波器的（CH2）检测解调输出“JB/OUT”端。将测试结果记录于表中。,2、同步检波解调全载波振幅调制（AM）信号,实验准备,载波500KHZ/50mV，调制信号1-2KHZ/120mV，产生M=30%的AM已调波。,调RW1使VAB=120-150 mV,将同步与检波电路模块中的“SW1、SW2、SW3与SW4”置“JB”位,将AM已调波接至“IN/B”端。（注意调控AM波的幅度-RW2控制）,以调制载波作为“恢复载波”加入“IN/A”端。,用调制信号作示波器的同步信号（CH1）检测。用示波器的（CH2）检测解调输出“JB/OUT”端。将测试结果记录于表中。,实验报告要求,一、实验报告内容：,二、实验思考题：,(1)整理实验数据，用坐标纸画出直流调制特性曲线。(2)画出调幅实验中m=30%、m=100%、m100%的调幅波形，在图上标明峰-峰值电压。,(1)说明当改变VAB时能得到几种调制波形,分析其原因。(2)画出M100%时的全载波调幅波形及抑制载波双边带调幅波形，比较二者过零点的区别.,
