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3,4调幅与检波.rar

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    编号:20181030002128142    类型:共享资源    大小:1.36MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    金币
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    调幅 检波
    资源描述:
    实验三 模拟乘法器幅度调制电路一、实验目的1.通过实验了解振幅调制的工作原理。2.掌握用 MC1496 实现 AM 和 DSB 的方法,并通过示波器测量计算 AM 波调幅系数。3.掌握模拟乘法器调幅电路的输入失调电压调节方法并观察载漏和音漏现象。4.了解调制信号为方波时的调幅波二、实验基本原理及实验电路说明所谓调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡(载波)的幅度,使其成为带有低频信息的调幅波。目前由于集成电路的发展,集成模拟相乘器得到广泛的应用,为此本实验采用价格较低廉的 MC1496 集成模拟相乘器来实现调幅之功能。 1.MC1496 简介在本实验中采用集成模拟乘法器 MC1496 来完成调幅作用。MC1496 是四象限模拟乘法器,其内部电路图和引脚图如图 3-1 所示。其中 Q1、Q2 与 Q3、Q4 组成双差分放大器,以反极性方式相连接,而且两组差分对的恒流源 Q5 与 Q6 又组成一对差分电路,因此恒流源的控制电压可正可负,以此实现了四象限工作。D1 与 500 电阻构成 Q7、Q8 的偏置电路,Q7、Q8 所构成的镜像恒流源,作为差分放大器 Q5 与 Q6 的恒流源。图 3-1 MC1496 的内部电路及引脚图2 静态工作点的设定(1)静态偏置电压的设置(a)内部结构图静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态,即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于 2V,小于或等于最大允许工作电压。(2)静态偏置电流的确定静态偏置电流主要由恒流源 I0 的值来确定。当器件为单电源工作时,引脚 14 接地,5 脚通过一电阻 R 接正电源+V CC由于 I0 是 I5 的镜像电流,所以改变 R 可以调节 I0 的大小,即50.7VIC50当器件为双电源工作时,引脚 14 接负电源-V ee,5 脚通过一电阻 R 接地,所以改变 R 可以调节 I0 的大小,即 50R.7Ve5根据 MC1496 的性能参数,器件的静态电流应小于 4mA,一般取。在本实验电路中 R 用 6.8KΩ 的电阻 R5 代替。1mA50I3、仿真实验电路说明用 MC1496 集成电路构成的调幅器电路图如图 3-2 所示。图中 Rp1 用来调节引出脚 1、4 之间的平衡,器件采用双电源方式供电(+12V ,-8V ) ,所以5 脚偏置电阻 R5(6.8K)接地。电阻 R1(1K)、Rp2(可变电阻 4.7K)、R2(1K) 、R4(3.3Kor4.7K)、R6(3.3Kor4.7K), 为器件提供静态偏置电压,保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚 6、12 之间)输出,因此 R4、R6 的阻值必须相等。载波信号加在 V1-V4的输入端,即引脚 8、10 之间;载波信号 uC经高频耦合电容 C1 从 10 脚输入,C4 为高频旁路电容,使 8 脚交流接地。调制信号加在差动放大器 V5、V6 的输入端,即引脚 1、4 之间,1、4 之间外接有调零电路,可通过调节电位器Rp1(50K)使 1 脚电位比 4 脚高一直流电平 uAB,调制信号 uΩ与 uAB 叠加后经低频耦合电容 C2(1 )从 1 脚输入。调节电位器 Rp1 可改变调制指数 ma.引f脚 2、3 脚外接电阻 R3(1KΩ)为 Q5 与 Q6 差分对发射极之间跨接的负反馈电阻,以扩大调制信号动态范围。增大该电阻,可扩展调制信号的线性范围,但乘法器的增益(即乘法器的相乘系数)随之减小。注意:电路产生 AM 普通调幅波还是抑制载波的双边带调幅波 DSB 取决于引脚 1、4 之间是否存在直流电平。存在直流电平 uAB 则电路产生 AM 普通调幅波;反之,则产生 DSB。为了减小流经电位器的电流,便于精准调零,可加大两个 750Ω 电阻的阻值到 1K 或 10K。晶体管 Q11(晶体管为 9018)为射极跟随器,以提高调制器的带负载能力。图 3-2 MC1496 构成的调幅电路图三 仿真实验内容1 根据图 3-2 在 Multisim 中建立仿真电路。输入信号分别为调制信号(从 1、4 脚加入):频率 1kHz 正弦波,峰-峰值:80mVpp。载波信号(从 8、10 脚加入):频率 2MHz 正弦波,峰-峰值: 300mVpp。2 输入失调电压的调整集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零,其目的是使相乘器调整为平衡状态。因此在调整时,使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的值越小越好。从理论上说,乘法器的一个输入为 0,则输出为零,由于总是存在失调电压,因此只能输出尽量小,而无法达到理想值(0)。(1)载波输入端输入失调电压调节把调制信号加到引脚 1、4,而载波输入端不加信号。用示波器监测相乘器输出端的输出波形,调节电位器 Rp2,使此时输出端的输出信号(称为调制输入端馈通误差)最小。(2)调制输入端输入失调电压调节把载波信号加到载波输入端引脚 8、10,而调制输入端不加信号。用示波器监测相乘器输出端的输出波形。调节电位器 Rp1 使此时的输出信号(称为载波输入端馈通误差)最小,此时 uAB 应近似为零(可用 multisim中的电压探针或数字万用表监测该电压)。3.DSB(抑制载波双边带调幅)波形仿真研究在完成载波输入、调制输入端失调电压调节(对应于 Rp2、Rp1 调节的基础上),可对 DSB 信号波形展开研究。(1)DSB 信号波形观察将高频载波信号接入引脚 8,10,低频调制信号接入引脚 1,4。用示波器接调幅输出端,即可用双踪观察调制信号及其对应的 DSB 信号波形。其波形如图 3-3 所示,图 3-3 DSB 波形如果观察到的 DSB 波形不对称,应微调 Rp2 电位器。问题 1、抑制载波双边带调制如何实现在普通调幅波中,载波功率是无用的,因为载波不携带任何信息,信息完全由边带传送,如果要将载波抑制产生 DSB 信号,只需通过调节 Rp1,使输入的调制信号中没有直流分量(即 uAB=0,则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号,或称双边带抑制载波(DSB-SC)信号,简称 DSB 信号。问题 2、为什么要抑制载波在 AM 信号中,载波分量并不携带信息,仍占据大部分功率,如果抑制载波分量的发送,就能够提高功率效率,这就抑制载波双边带调制 DSB-SC(Double Side Band with Suppressed Carrier),简称双边带调制(DSB)。问题 3、抑制载波双边带调制的包络和调制信号的包络还一致吗不一致,DSB 不能用包络检波进行解调。问题 4、请用频谱分析仪观察并记录抑制载波双边带调制的频带宽度 。抑制载波双边带调制节省了载波功率,但频带宽度还是上、下边带的宽度,和普通调制没能区别。问题 5、研究输出端射极跟随器的作用(2)DSB 信号过零反相点观察及 DSB 信号波形与载波波形的相位比较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 100KHZ,幅度为 200mv。调制信号仍为 1KHZ(幅度 80mv)。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 3-4 所示。图 3-4注意:如果反相波形观测不明显,可把载波频率降低为 10KHZ,幅度为 200mv,调制信号仍为 1KHZ(幅度 80mv)。可根据仿真分析波形自行调制载波频率与幅度,以求达到最佳观测效果。在载波频率从 2M 降低至 10KHz,电路仍旧能够实现幅度调制,说明该调幅电路的参数对频率变化没有什么影响。只是载波通路的耦合电容需调整。比如 2M,取 0.001 微法,载波降低时,应加大至 0.1 微法或 1 微法。结论:在调制信号正半周期间,已调波与载波两者同相;在调制信号负半周期间,两者反相。4.AM(普通调幅)波形研究调整 Rp1 使 uAB 0,载波频率仍设置为 2MHZ(幅度 300mv),调制信号频率 1KHZ(幅度 80mv)。用示波器观察输出的已调 AM 波形,图 3-5 给出实例。通过直接测量仿真调制波形的包络,根据 Ma的定义,测出 A、B,即可得到 Ma。 %10BAmaBA图 3-5调整 Rp1 可改变 AM 的调制度,分别记录 ma1 的仿真波形。5 通过仿真观察音漏和载漏波形,即不对称调制的 AM 波形观察在产生 AM 普通调幅波形的基础上,改变 Rp1、Rp2,可观察到调制度不对称的情形, 即载漏及音漏现象。6 仿真观察增大载波幅度时的调幅波变化保持调制信号输入不变,逐步增大载波幅度,仿真观察输出已调波。当载波幅度从初始值 100mv 开始逐步增大到某值(130mV,160mV, 200mV,….)时,已调波形开始有失真;而当载波幅度继续增大时,已调波形包络出现模糊。记录出现失真时的载波幅度 mv。通过仿真记录能够正常实现调幅功能的载波幅度范围 。说明:载波幅度过大,容易发生载漏现象;载波幅度过小,不能打开上面的开关器件。因此存在最佳载波工作电平范围7 仿真观察调制信号为方波时的调幅波波形1)将载波信号与调制信号互换,即载波输至 1,4 脚,调制信号输入至 8,10 脚,观察已调波波形。2)保持载波输出不变,但把调制信号改为方波(Vp-p200mv),调整 Rp1,观察输出波形调制度的变化。给出 ma1 的仿真波形及 DSB 波形。实验四 振幅解调器(包络检波、同步检波)一 实验目的1.掌握用包络检波器实现 AM 波解调的方法。了解滤波电容数值对 AM 波解调影响;2.验证包络检波器只能解调 m≤100%的 AM 波,而不能解调 m>100%的 AM 波以及 DSB 波的概念;3.掌握用 MC1496 模拟乘法器组成的同步检波器来实现 AM 波和 DSB 波解调的方法;4.了解输惰性失真和负峰切割失真产生原因;5.同步检波器正确解调各种 AM 波以及 DSB 波的条件(本地载波不同频,不同相能否准确解调)。二 基本原理及仿真实验电路说明振幅解调即是从振幅受调制的高频信号中提取原调制信号的过程,亦称为检波。通常,振幅解调的方法有包络检波和同步检波两种。1.二极管包络检波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,通常要求峰一峰值为 1.5V 以上)的 AM 波。它具有电路简单,检波线性好,易于实现等优点。本实验电路主要包括二极管、RC 低通滤波器和低频放大部分,如图 4-1 所示。该电路参数取值的详细分析可参考电子工业出版社 《高频电子电路》 王卫东 傅佑麟编著 第 210 页图 4-1 二极管包络检波电路该图为实际物理电路接线图。在 Multisim 中创建仿真电路时可忽略其中的接线柱。如:TPxx,Jxx 等。图中,D21(2AP9)为检波管,C23( )、R20(510 )、C24( )构0.1f0.47f成低通滤波器,W21 为二极管检波直流负载,W21 用来调节直流负载大小,与W22 并联构成二极管检波电路的交流负载,W22 用来调节交流负载大小。开关K21 是为二极管检波交流负载的接入与断开而设置的。开关接通下方时为接入交流负载。开关接通上方时接入后级低频放大电路。三极管 Q21,Q22 采用高频管 9018,Q21 构成射极跟随器,其输入阻抗很大,使检波电路的交流负载很接近直流负载,以避免负峰切割失真。Q22 构成低频放大电路。调节可变电位器W23(4.7K)可调整输出幅度。图中,利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同来实现检波,所以 RC 时间常数的选择很重要。RC 时间常数过大,则会产生对角切割失真(又称惰性失真)。RC 常数太小,高频分量会滤不干净。综合考虑要求满足下式:amaxRC21其中:ma 是调幅系数, 为调制信号最高角频率。max当检波器的直流负载电阻 R 与交流音频负载电阻 不相等,而且调幅度R又相当大时会产生底边切割失真(又称负峰切割失真),为了保证不产生底a边切割失真应满足 。Rma2.同步检波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)的一个恢复载波与已调幅波相乘,再用低通滤波器滤除高频分量,从而解调出调制信号。本实验采用 MC1496 集成电路来组成同步解调器,参考电路如图 4-2所示。图中,本地载波经过电容 C1( )加在⑻ 、⑽脚之间。已调信号经过0.1f电容 C2 及外接的调零偏置电路后加在⑴、⑷脚之间。相乘后的信号由(6)脚输出,再经过由 C3( )、C4( )、R1(1K)组成的 型低通滤波器滤0.1f.f除高频分量后,再经过耦合电容 C5( )解调输出调制信号。1M c 1 4 9 681 0141 261 4 523C 1 0 . 1 u f1 k1 k0 . 1 u f1 k5 19 1 09 1 01 k 1 k6 . 8 k1 0 kC 30 . 0 1 u f3 . 3 k3 . 3 k- 8 v+ 1 2 vC 2 0 . 1 u fC 40 . 0 1 u f0 . 1 u fR 1 1 kC 5 1 u f载波已调信号解调输出图 4-2 同步检波电路三 仿真实验内容1.AM 波的解调(1) 的 AM 波的包络检波 am把由实验三得到的 AM 波(载波频率为 2MHZ,调制信号频率 1KHZ,ma<1 的普通调幅波,在不失真的情况下,已调波幅度尽可能大一点,以满足大信号峰值包络检波要求)加到图 4-1 所示包络检波器输入端(J21)。先断开检波器交流负载(开关 K21 不接),用 Multisim 中的示波器同时观察调幅波输入点 J21 和包络检波器的输出点 TP2 处的波形。a) 调节直流负载 W21(100K),使输出得到一个不失真的解调信号,若已调波的包络与解调出的频率相同,则成功解调了,记录成功解调时 W21 的阻值 。b) 改变调制信号频率为 2KHz,验证此时解调信号频率也变为 2KHz,用双踪示波器记录调制信号和解调信号的仿真波形。c) 通常 C23 与 C24 取相同数值的电容,将图 4-1 中 C24 ( )改为0.47f,观察解调信号是否产生变化?0.1f2 研究惰性失(对角切割失真)保持以上输出,调节直流负载(调 W21),使输出产生惰性失真,如果失真不明显可以加大调制度,记录产生明显惰性失真时 W21 数值 ,记录仿真得到的失真波形,并估算此时的 值 。am3 观察底部切割失真a)当交流负载 W22 未接入前,先调节 W21 使解调信号不失真。然后接通交流
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