實驗5-振幅解調(diào)器、包絡檢波、同步檢波

太原理工大學現(xiàn)代科技學院高頻電子線路課程實驗報告專業(yè)班級測控14-4學號2023101XXX姓名XXXXXXXX指導教師XXXXXXX……裝………訂……裝………訂…………線……………裝………訂…………線………專業(yè)班級測控14-4……裝………訂…………線………實驗5振幅解調(diào)器、包絡檢波、同步檢波5-1振幅解調(diào)根本工作原理解調(diào)過程是調(diào)制的反過程，即把低頻信號從高頻載波上搬移下來的過程。解調(diào)過程在收信端，實現(xiàn)解調(diào)的裝置叫解調(diào)器。一．普通調(diào)幅波的解調(diào)振幅調(diào)制的解調(diào)被稱為檢波，其作用是從調(diào)幅波中不失真地檢出調(diào)制信號。由于普通調(diào)幅波的包絡反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，因此常用非相干解調(diào)方法。非相干解調(diào)有兩種方式，即小信號平方律檢波和大信號包絡檢波。我們只介紹大信號包絡檢波器。1.大信號檢波根本工作原理大信號檢波電路與小信號檢波電路根本相同。由于大信號檢波輸入信號電壓幅值一般在500mV以上，檢波器的靜態(tài)偏置就變得無關(guān)緊要了。下面以圖6-1所示的簡化電路為例進行分析。大信號檢波和二極管整流的過程相同。圖6-2說明了大信號檢波的工作原理。輸入信號ui(t)為正并超過C和RL上的uo(t)時，二極管導通，信號通過二極管向C充電，此時uo(t)隨充電電壓上升而升高。當ui(t)下降且小于uo(t)時，二極管反向截止，此時停止向C充電，uo(t)通過RL放電，uo(t)隨放電而下降。充電時，二極管的正向電阻rD較小，充電較快。uo(t)以接近ui(t)的上升速率升高。放電時，因電阻RL比rD大得多〔通常RL5~10k〕，放電慢，故uo(t)的波動小，并保證根本上接近于ui(t)的幅值。如果ui(t)是高頻等幅波，那么uo(t)是大小為Uo的直流電壓〔忽略了少量的高頻成分〕，這正是帶有濾波電容的整流電路。當輸入信號ui(t)的幅度增大或減少時，檢波器輸出電壓uo(t)也將隨之近似成比例地升高或降低。當輸入信號為調(diào)幅波時，檢波器輸出電壓uo(t)就隨著調(diào)幅波的包絡線而變化，……裝……裝………訂…………線………2.檢波失真檢波輸出可能產(chǎn)生三種失真：第一種是由于檢波二極管伏安特性彎曲引起的失真；第二種是由于濾波電容放電慢引起的失真，它叫對角線失真〔又叫對角線切割失真〕；第三種是由于輸出耦合電容上所充的直流電壓引起的失真，這種失真叫割底失真〔又叫底部切割失真〕。其中第一種失真主要存在于小信號檢波器中，并且是小信號檢波器中不可防止的失真，對于大信號檢波器這種失真影響不大，主要是后兩種失真，下面分別進行討論。〔1〕對角線失真參見圖6-1所示的電路，在正常情況下，濾波電容C對高頻每一周充放電一次，每次充到接近包絡線的電壓，使檢波輸出根本能跟上包絡線的變化。它的放電規(guī)律是按指數(shù)曲線進行，時間常數(shù)為RLC。假設RLC很大，那么放電很慢，可能在隨后的假設干高頻周期內(nèi)，包絡線電壓雖已下降，而C上的電壓還于包絡線電壓，這就使二極管反向截止，失去檢波作用，直到包絡線電壓再次升到超過電容上的電壓時，才恢復其檢波功能。在二極管截止期間，檢波輸出波形是C的放電波形，呈傾斜的對角線形狀，如圖6-3所示，故叫對角線失真，也叫放電失真。非常明顯，放電愈慢或包絡線下降愈快，那么愈易發(fā)生這種失真?！b……裝………訂…………線………〔2〕割底失真一般在接收機中，檢波器輸出耦合到下級的電容很大〔5-10F〕,圖6-4中的C1為耦合電容。檢波器輸出的直流而言，C1上充有一個直流電壓Uo。如果輸入信號ui(t)的調(diào)制度很深，以致在一局部時間內(nèi)其幅值比C1上電壓Uo還小，那么在此期間內(nèi)，二極管將處于反向截止狀態(tài)，產(chǎn)生失真。此時電容上電壓等于如圖6-5所示。二．抑制載波調(diào)幅波的解調(diào)電路包絡檢波器只能解調(diào)普通調(diào)幅波，而不能解調(diào)DSB和SSB信號。這是由于后兩種已……裝……裝………訂…………線………乘積檢波電路可以利用二極管環(huán)形調(diào)制器來實現(xiàn)。環(huán)形調(diào)制器既可用作調(diào)幅又可用作解調(diào)。利用模擬乘法器構(gòu)成的抑制載波調(diào)幅解調(diào)電路，如圖6-7所示?！b………訂…………線………5-2振幅解調(diào)實驗電路1．二極管包絡檢波二極管包絡檢波器是包絡檢波器中最簡單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號電平較大〔俗稱大信號，通常要求峰-峰值為1.5V以上〕的AM波。它具有電路簡單，檢波線性好，易于實現(xiàn)等優(yōu)點。實驗電路主要包括二極管、RC低通濾波器和低頻放大局部，如圖6-8所示。圖中，10D01為檢波管，10C02、10R08、10C07構(gòu)成低通濾波器，10R01、10W01為二極管檢波直流負載，10W01用來調(diào)節(jié)直流負載大小，10R02與10W02相串構(gòu)成二極管檢波交流負載，10W02用來調(diào)節(jié)交流負載大小。開關(guān)10K01是為二極管檢波交流負載的接入與斷開而設置的，10K01置“on〞為接入交流負載，10K01置“off〞為斷開交流負載。10K02開關(guān)控制著檢波器是接入交流負載還是接入后級低放。開關(guān)10K02撥至左側(cè)時接交流負載，至右側(cè)時接后級低放。當檢波器構(gòu)成系統(tǒng)時，需與后級低放接通。10BG01、10BG02對檢波后的音頻進行放大，放大后音頻信號由10P02輸出，因此10K02可控制音頻信號是否輸出，調(diào)節(jié)10W03可調(diào)整輸出度。圖中，利用二極管的單向?qū)щ娦允沟秒娐返某浞烹姇r間常數(shù)不同〔實際上，相差很大〕來實現(xiàn)檢波，所以RC時間常數(shù)的選擇很重要。RC時間常數(shù)過大，那么會產(chǎn)生對角切割失真〔又稱惰性失真〕。RC常數(shù)太小，高頻分……裝………訂…………線………量會濾不干凈。綜合考慮要求滿足下式：……裝………訂…………線………時會產(chǎn)生底邊切割失真〔又稱負峰切割失真〕，為了保證不產(chǎn)生底邊切割失真應滿足2．同步檢波同步檢波又稱相干檢波。它利用與已調(diào)幅波的載波同步〔同頻、同相〕的一個恢復載波與已調(diào)幅波相乘，再用低通濾波器濾除高頻分量，從而解調(diào)出調(diào)制信號。本實驗采用MC1496集成電路來組成解調(diào)器，如圖6-9所示。該電路圖利用一片1496集成塊構(gòu)成兩個實驗電路，即幅度解調(diào)電路和混頻電路，混頻電路在前面實驗3已作介紹，本節(jié)介紹解調(diào)電路。圖中，恢復載波vc先加到輸入端9P01上，再經(jīng)過電容9C01加在⑻、⑽腳之間。已調(diào)幅波vamp先加到輸入端9P02上，再經(jīng)過電容9C02加在⑴、⑷腳之間。相乘后的信號由〔6〕腳輸出，再經(jīng)過由9C04、9C05、9R06組成的型低通濾波器濾除高頻分量后，在解調(diào)輸出端〔9P03〕提取出調(diào)制信號。需要指出的是，在圖6-9中對1496采用了單電源〔+12V〕供電，因而⒁腳需接地，且其它腳亦應偏置相應的正電位，恰如圖中所示?！b………訂…………線………5-3振幅解調(diào)實驗內(nèi)容和實驗步驟一．實驗內(nèi)容1．用示波器觀察包絡檢波器解調(diào)AM波時的性能；2．用示波器觀察同步檢波器解調(diào)AM波時的性能；二．實驗步驟〔一〕實驗準備1．選擇好需做實驗的模塊：集成乘法器幅度調(diào)制電路、二極管檢波器、集成乘法器幅度解調(diào)電路。2．接通實驗板的電源開關(guān)，使相應電源指示燈發(fā)光，表示已接通電源即可開始實驗。注意：做本實驗時仍需重復振幅調(diào)制實驗中局部內(nèi)容，先產(chǎn)生調(diào)幅波，再供這里解調(diào)之用?！捕扯O管包絡檢波1．AM波的解調(diào)〔1〕ma30%的AM波的解調(diào)①AM波的獲得與振幅調(diào)制實驗步驟中的二、4．⑴中的實驗內(nèi)容相同，低頻信號或函數(shù)發(fā)生器作為調(diào)制信號源〔輸出300mVp-p的1kHz正弦波〕，以高頻信號源作為載波源〔輸出200mVp-pa幅度〔峰-峰值〕至少應為0.8V?！b……………裝………訂…………線………先斷開檢波器交流負載〔10K01=off〕，把上面得到的AM波加到包絡檢波器輸入端〔10P01〕，即可用示波器在10TP02觀察到包絡檢波器的輸出，并記錄輸出波形。為了更好地觀察包絡檢波器的解調(diào)性能，可將示波器CH1接包絡檢波器的輸入10TP01，而將示波器CH2接包絡檢波器的輸出10TP02〔下同〕。調(diào)節(jié)直流負載的大小〔調(diào)10W01〕，使輸出得到一個不失真的解調(diào)信號，畫出波形。③觀察對角切割失真保持以上輸出，調(diào)節(jié)直流負載〔調(diào)10W01〕，使輸出產(chǎn)生對角失真，如果失真不明顯可以加大調(diào)幅度〔即調(diào)整8W03〕，畫出其波形，并記算此時的ma值。④觀察底部切割失真當交流負載未接入前，先調(diào)節(jié)10W01使解調(diào)信號不失真。然后接通交流負載〔10K01至“on〞，10K02至左側(cè)〕，示波器CH2接10TP03。調(diào)節(jié)交流負載的大小〔調(diào)10W02〕，使解調(diào)信號出現(xiàn)割底失真，如果失真不明顯，可加大調(diào)幅度〔即增大音頻調(diào)制信號幅度〕畫出其相應的波形，并計算此時的ma。當出現(xiàn)割底失真后，減小ma〔減小音頻調(diào)制信號幅度〕使失真消失，并計算此時的ma。在解調(diào)信號不失真的情況下，將10K02撥至右側(cè)，示波器CH2接10TP04，可觀察到放大后音頻信號，調(diào)節(jié)10W03音頻幅度會發(fā)生變化?！?〕ma100%的AM波的解調(diào)調(diào)節(jié)8W03，使ma=100%，觀察并記錄檢波器輸出波形。〔3〕ma100%的AM波的解調(diào)加大音頻調(diào)制信號幅度，使ma>100%,觀察并記錄檢波器輸出波形。M=30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào)……裝……裝………訂…………線………M>100%的AM解調(diào) 〔三〕集成電路〔乘法器〕構(gòu)成的同步檢波1.AM波的解調(diào)將幅度調(diào)制電路的輸出接到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端(9P02)。解調(diào)電路的恢復載波，可用鉚孔線直接與調(diào)制電路中載波輸入相連，即9P01與8P01相連。示波器CH1接調(diào)幅信號9TP02，CH2接同步檢波器的輸出9TP03。分別觀察并記錄當調(diào)制電路輸出為ma=30%、ma=100%、ma>100%時三種AM的解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號作比擬。實際觀察到各種調(diào)制度的解調(diào)波形如下列圖：M=30%的AM解調(diào) M=100%的AM解調(diào)……裝……裝………訂…………線………M>100%的AM解調(diào) 2．SSB波的解調(diào)采用振幅調(diào)制實驗步驟中的二、4中相同的方法來獲得SSB波，并將帶通濾波器輸出的SSB波形〔15P06〕連接到幅度解調(diào)電路的調(diào)幅輸入端，載波輸入與上述連接相同。觀察并記錄解調(diào)輸出波形，并與調(diào)制信號作比擬。改變調(diào)制信號的頻率及幅度，觀察解調(diào)信號有何變化。由于帶通濾波器的原因，當調(diào)信號的頻率降低時，其解調(diào)后波形將產(chǎn)生失真，因為調(diào)制信號降低時，雙邊帶〔DSB〕中的上邊帶與下邊帶靠得更近，帶通濾波器不能有效地抑制下邊帶，這樣就會使得解調(diào)后的波形產(chǎn)生失真。〔四〕、調(diào)幅與檢波系統(tǒng)實驗按圖可構(gòu)成調(diào)幅與檢波的系統(tǒng)實驗。將電路按圖6-10連接好后，按照上述實驗的方法，將幅度調(diào)制電路和