实验二-振幅调制与解调的实验研究

北京理工大学5系通信电路与系统实验报告实验二振幅调制与解调的实验研究一.实验目的1)掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路工作原理及特点。2)学习调制系数m及调制特性（m~Um关系曲线）的测量方法，了解m1和m=1及m1时调制波的波形特点。3)了解打信号峰值包络检波器的工作过程，学习检波器电压传输系数的测量方法。4)研究检波器的负载参数RLD、C和RLA对检波性能的影响。观察和了解检波器产生负峰切割失真和惰性失真的波形特点和原因。二.实验仪器及设备1)双踪示波器SS-7804型1台2)高频信号发生器1055A或TFG2030型1台3)低频信号发生器SG-1026型1台4)直流稳压电源WYJ-30F型1台5)实验电路板三.实验内容实验电路板原理图如下：北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图1.幅度调制及检波实验电路1)接通实验板电源，将W1旋转到最右端或最左端，检波滤波电容为0.01uF。高频信号源作为载波信号，输出电压Uc=15mV，频率fc=10MHz，用低频信号源作为调制信号，输出电压U=2V左右，频率f=1kHz，两信号接入实验板相应位置，观察普通调幅波1点的波形和检波器输出2点波形，计算出调制系数m值。实验结果：调制系数m的定义：图2.调幅信号波形调制系数m为：m=Umax−UminUmax+Umin……（1）实验中用示波器测得1点的实验波形如图3所示：mUsmoUmaxUmin北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图3.m1时的调制波形用示波器测得2点的检波波形如图4所示：图4.m1时的检波波形实验测量结果：Umax=165mV，Umin=63mV根据式（1）计算出m=0.4472)改变低频信号源的输出幅值，观察并记录m1、m=1和m1时的调幅波形。实验结果：当m1时，波形如图3所示当m=1时，波形如图5所示北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图5.m=1时的调制波形当m1时，波形如图6所示图6.m1时的调制波形3)在高频信号源输出电压Uc=15mV左右，频率fc=10MHz，低频信号源频率f=1kHz不变，电容接0.01uF，不接负载电阻RLA时，改变低频信号源的输出幅值，再m1的情况下测量m~Um曲线实验测量结果如表1所示：表1.m1情况下m~Um测量结果北京理工大学5系通信电路与系统实验报告低频信号输出峰峰值Vpp/VUmax峰峰值/mVUmin峰峰值/mV计算得出m值计算得出Um/mV1141630.22310.5216589.50.44720.32.5180.5500.56625.23193.5360.68629.342197.40.93537.2绘出m~Um曲线如图7所示图7.m~Um曲线4)保持上述条件不变，用示波器分别测量实验板上的1点和2点，计算检波器电压传输系数Kd。实验结果：Kd的计算公式由下式确定：北京理工大学5系通信电路与系统实验报告Kd=Um0mUsm0……（2）结合图2的测量方法以及表1的测量数据，经计算得到Kd=0.196.5)保持上述条件不变，调整W1，用示波器观察实验板上的1点波形变化，分析引起波形变化的原因，此时的波形叫什么调幅波。实验结果：当W1从最右端旋转到最左端时，1点的波形分别经历了从m1——m=1——m1——m=1——m1的过程。记录在m1的波形图像如图8所示：图8.调节W1在中间时的波形6)观察并记录不同的检波负载对检波器输出波形的影响。a)当Uc=15mV左右，频率fc=10MHz，改变低频信号源的频率，当f=1kHz和f=10kHz时，保持m0.5，将W1恢复为原来的状态，选择不同的检波负载电容接入电路，观察并记录检波器输出2点的波形变化。分析产生波形变化原因。实验结果：当f=1kHz，负载电容为0.1uF时，波形如图9所示北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图9.f=1kHz负载电容0.1uF时波形当f=10kHz，负载电容为0.1uF时，波形如图10所示图10.f=10kHz负载电容0.1uF时波形此时得到的波形为正常检波的输出波形。f=1kHz，负载电容为51pF时，波形如图11所示北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图11.f=1kHz负载电容为51pF时波形f=10kHz，负载电容为51pF时，波形如图12所示图12.f=10kHz负载电容51pF时波形结论：当接入的负载电容太小时，会出现如图11和图12一样的输出纹波过大的现象。其原因是由于当负载电容过小时，二极管包络检波器的充放电建立时间过短，导致输出电压不能稳步上升到较高的高频信号的包络上去。一般RL*C的值都应该尽量取大一些，需满足：RlDC≤√1−m2m……（3）b)当Uc=15mV左右，频率fc=10MHz，改变低频信号源的频率，当f=1kHz和f=10kHz北京理工大学5系通信电路与系统实验报告时，保持m0.5，检波负载电容为0.01uF时，观察并记录不同的外接负载电阻RLA对检波器输出波形的影响。实验结果：f=1kHz，负载电阻为1k时，波形如图9所示f=10kHz，负载电阻为1k时，波形如图13所示图13.f=10kHz负载电阻1k时波形此时得到的波形为正常检波输出波形。f=1kHz，负载电阻为10k时，波形如图14所示图14.f=1kHz负载电阻10k时波形f=10kHz，负载电阻为10k时，波形如图15所示北京理工大学5系通信电路与系统实验报告图15.f=10kHz负载电阻10k时波形结论：当接入的负载电阻RL偏大时，会出现如图14和图15所示的负峰切割失真。其主要原因在于当负载电容较大时，其在低频一个周期内可认为其两端的直流电压基本维持不变，对于二极管来说会产生一个反向电压，如果在Usm最小值附近有一段时间数值小于UA，那么二极管在这段时间内会始终截止，电容C只充电不放电，由于负载电容较大，因此输出电压被维持在UA，Uo波形的底部被切割。一般为避免负峰切割失真，负载电阻RL应该满足以下不等式：RLD≤1−mmRLA……（4）四.预习要求和实验报告要求中的问题探讨1)若检波器输入调幅波的调制系数m=0.5，调制信号频率fmax=10kHz,RlD=5.1k。试问实验中C大于多少时会出现惰性失真。分析：当RlDC满足上述的（3）不等式时，不会出现惰性失真，将上述带入（3）式，计算出当C≥34nF时，会出现惰性失真。2)根据实验电路中给定的元件参数，计算MC1496P的偏置电流I5分析：当基流可忽略，可将I5看成流经二极管D和500电阻到14引脚的电流，双电源运北京理工大学5系通信电路与系统实验报告用时，第14引脚接负电压，则由第5引脚到地的电阻R5确定了电流I5，有I5=|U14|−0.7R5+500……（5）根据原理图，R5=6.8k，带入式（4），可以求得I5=1mA。3)如果m=0.5，RlD=5.1k，f=1kHz，试估算一下本实验不产生惰性失真和负峰切割失真时，电路中电容C和电阻RlA的值各为多少。分析：当不出现惰性失真时，电容C应该满足不等式（3），将本题中的参数带入有如下不等式：C≤√1−0.520.5∗1k∗5.1k=0.34uF即当C小于等于0.34uF时不会出现惰性失真。不出现负峰切割失真应该满足不等式（4）。将本题参数带入有：RLA≥m1−mRLD=0.51−0.55.1k=5.1k即当RLA大于等于5.1k时不会出现负峰切割失真。五.实验心得本次实验主要验证了振幅调制和解调的相关知识点。运用MC1496P集成乘法器实现了振幅调制。在解调过程中，分别测试了在不接负载电容与电阻情况下，不同的调制系数（m1,m=1,m1）下的调制波形。同时，还记录了不同的负载电容与电阻所造成的惰性失真和负峰切割失真的解调波形，并分析了造成这两种失真的原因。同过实验，让我对课堂知识有了更深入的了解，更深入的理解了调制与解调的内在原理。