6模拟乘法器应用及调幅电路

实验六 模拟乘法器应用及调幅电路 一、实验目的 1、掌握 AM、DSB 和 SSB 调制的原理与性质； 2、掌握模拟乘法器(MC1496)的工作原理及其调整方法； 3、研究已调波与调制信号和载波信号的关系； 4、掌握利用晶体三极管进行集电极调幅的原理； 二、实验仪器 1、模拟示波器（注意） 一台 2、稳压电源 一台 3、频谱 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪 一台 4、高频毫伏表 一台 5、万用表 一台 6、高频函数信号发生器 一台 7、低频信号源 （注意） 一台 8、实验板（正弦、功率放大、调幅） 三块 三、实验原理和相关知识 调制：就是将所要传送的信号“加载”到高频振荡信号上。“加载”过程实际就是利用 信号控制高频振荡信号的某个参数（幅度、频率、相位），使该参数随信号变化而变化，这 就是调制过程。 调制方式包括连续波调制和脉冲波调制。模拟连续信号的调制实际上就是连续波调制。 调制过程中，如果用发送信号控制高频振荡信号（载波）的幅度、频率或者相位。我们分别 将之称为调幅、调频和调相。 时域上，调幅波使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。频域上，频率变换前后， 信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上线性搬移。 调幅，混频，检波前后的频谱图如图 6-1 所示： ωo Ω1 Ω2 Ω3 Ω4 相对振幅 载频 ω ω0-Ω3 ω0+Ω3 ω ω0+Ω4 ωoω0–Ω4 ω0-Ω2 ω0+Ω1 ω0-Ω1 ω0+Ω2 (a) 调幅前后的频谱图 ωωi+Ω4ωiωi –Ω4ωωs+Ω4ωsωs–Ω4 ω0 本振 中频 ωi=ω0–ωs (b) 混频前后的频谱图 1 ωωωi+Ω 4ωiωi –Ω4 Ω1 Ω2 Ω3 Ω4 (c) 检波前后的频谱图 图 6-1频谱搬移电路的频谱图 1、振幅调制原理 在幅度调制过程中，根据所取出已调信号的频谱分量不同，分为普通调幅（ 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 调幅， AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）、抑制载波的单边带调幅（SSB）等。它们的主要区 别是产生的方法和频谱结构。注意比较各自特点及其应用。 普通调幅波 抑制载波的双边带调幅 波 单边带调幅 电压 表达式 tcos)tcosm1(V 0a0 ωΩ+ tcostcosVm 00a ωΩ t)cos(V 2 m 00 a Ω+ω )t)cos(V 2 m ( 00 a Ω+ω或 波形图 频谱图 ω0-Ω ω0 ω0+Ω V0m m0a Vm2 1 ω0 0-Ω ω +Ω m0a Vm2 1 ω0 0-Ω ω +Ω m0a Vm2 1 信号 带宽 )2 (2 π Ω ) 2 (2 π Ω π2 Ω 表 6-1 各种调幅波的特点和比较 如果把已调调幅波加到负载电阻 R上，则载波和边频都将给电阻传送功率，它们的功率 分别表示为： 载波功率： R V P ooT 2 2 1= (6-1) 每个边频功率（上边频或下边频）： oTa oa SBSB PmR Vm PP 2 2 21 4 12 1 2 1 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ == (6-2) 2 上、下边频总功率： oTaSSBDSB PmPP 2 2 12 == (6-3) 称为调幅指数即调幅度，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，一般 am 10 ≤< am 。 2、振幅调制方法与电路 调幅电路的原理框图分别如图 6-2 (a)(b)(c)所示。 带通v AM(t) ωo vΩ(t) V0(t) vΩ(t) vDSB(t) vo(t) (a)普通调幅波实现框图 (b)抑制载波的双边带调幅波 vΩ(t) v DSB(t) 带通 v SSB(t) v o(t) ω0+Ω 或ω0–Ω (c) 单边带调幅波实现框图 图 6-2 实现调幅的原理框图 幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。低电平调 幅电路包括：(1)简单的二极管调幅电路；(2).平衡调制器；(3)环形调制器。高电平调幅电路 根据调制信号控制方式的不同，可分为基极调幅和集电极调幅。 (1)集电极调幅电路 集电极调幅电路如图 6-3 所示。 vb(t) + + – – VcT– + – VBB – +Vc(t) + ec eb – + – L Cvc vΩ + 6-3 集电极调幅的基本电路 3 (a) t (b) t t t t uC Ec0＋uΩ Ec0 0 0 ic 0 ic1 0 Ic1 0Ec uΩ0 t 0 Ic1 Ec0 临界 欠压区过压区 6-4 集电极调幅的基本电路 如 6-3 所示，集电极调幅电路以载波作为激励信号，集电极电源电压随调制信号变化， 工作在过压状态的高频谐振功率放大器。其优点是集电极效率高，缺点是已调波的边带功率 由调制信号供给，所以需要大功率信号源。 (2) 基极调幅电路 C vb(t) Vcc + L –+– VBT vbΩ + – +– – + VB(t) Vcc vc(t) t 0 Eb Ic1 Ebmin 欠压区 过压区 Ic1 ic1ub 0 0 t t Eb0 Ebmax Ebcr 图 6-5a 基极调幅电路 图 6-5b 基极调幅波形 如图 6-5 所示，集电极调幅电路以载波作为激励信号，基极电压随调制信号变化，基极 调幅电路是工作在欠压状态下的谐振功率放大器。优点是所需要信号源功率小，缺点是集电 极效率不高。 3、模拟乘法器实现调幅信号的方法 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中， 振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相 乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管 要简单得多，而且性能优越。目前无线通信、广播电视等方面应用较多。 MC1496 的内部结构及引脚图见实验五，为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。根据 MC1496 的特性 参数，静态偏置电压（输入电压为 0 时）应满足下列关系，即 ν8=ν10 , ν1=ν4 , ν6=ν12 15V≥ν6 (ν12)-ν8 (ν10)≥2V 4 15V≥ν8 (ν10)-ν1 (ν4)≥2V 15V≥ν1 (ν4)- ν5≥2V 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VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即： 500 7.0 50 + −=≈ R CC V VVII ，当器件为双电源工作时，引脚 14 接负电源-Vee，5 脚通过一电阻 VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即： 500 7.0 50 + −=≈ R ee V VVII 。 根据 MC1496 的性能参数，器件的静态电流应小于 4mA，一般取 。 mAII 150 =≈ 用 MC1496 集成电路构成的调幅器电路图如图 6-6 所示。 MC1496G 2 3 6 10 5 9 1 kΩ 1 kΩ 3.9 kΩ 3.9 kΩ ＋12 V 0.1 μF AM信号输出 6.8 kΩ 51 50 kΩ 750 750 ma值调节 51 0.1μF 60 mV载波 调制信号 uC(t) uΩ(t) 1 kΩ 0.1μF 51 (b) 4 1 8 7 300 mV(max) BG314 ＋15 V 3.3 kΩ 3.3 kΩ 3 kΩ 8.3 kΩ8.3 kΩ Yos微调 Xos微调 uΩ(t) uC(t) 10 kΩ(调节ma值) 5 4 9 8 12 6 10 11 1 2 14 uo(t) 调幅信号输出 6.8 kΩ0.1 μF 1 μF £Vcc (a) 3 13 7 6-6 利用集成模拟乘法器产生 AM 信号的外围电路 四、实验步骤 （一）、乘法器调幅（AM、DSB、SSB） 实验原理图如图 6-7 所示。 5 R1 R10 R9 R11 R12 R2 R6 C2 C6 W1 C7L1 E1 R4 TP1 TP2 TP3 TT1 FL1 TT2 D1 R3 R8 TP4 MC1496 +12V -12V 1 23 4 5 6 810 14 12 图 6-7 模拟乘法器调幅实验原理图 调制信号从 TP2 输入，载波从 TP1 输入。 为兼容检波电路的滤波网络，在进行调制与检波实验时，调制信号的频率选择为 1KHz 左右，载波信号的频率选择为 10.7MHz。为了便于观察各种调幅波的频谱和 DSB 波的相位 突变现象，调制信号的频率选择为 500KHz，载波信号的频率选择为 11.2MHz。 1、连接实验电路 2、产生并观察 AM 波和 DSB 波 （1）输入调制信号VΩ 本步骤的调制信号可由正弦波振荡器模块的 RC 振荡器提供，也可由低频信号源提供。 ①若调制信号由正弦波振荡器模块的 RC 振荡器提供 用RC振荡器产生 1.2KHz左右的正弦波调制信号VΩ，使VΩ的峰峰值VΩp-p约为 700mV。 连接正弦波振荡器模块的TP6 和幅度调制与解调模块的TP2。 ②若调制信号由低频信号源提供 参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生频率为 1KHz，峰峰值约 700mV的正弦 波调制信号VΩ。连接信号源的Vout与幅度调制与解调模块的TP2。 （2）输入载波信号Vi 本步骤载波信号由高频信号源或正弦波振荡器模块提供。产生 10.7MHz 的载波信号。 将此信号输入到幅度调制与解调模块的 TP1。调节载波信号的幅度，使 TP1 处信号的峰峰 值约为 500mV。 （3）产生并观察 AM 波、DSB 波 ①用示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节幅度调制与解调模块的W1， 使 TT1 处出现 AM 波。 6 maxV )(tvo t minV 图6-8 普通调幅波波形 ②用示波器在幅度调制与解调模块的TT1处观察，适当调节幅度调制与解调模块的W1， 使 TT1 出现如图 6-9 所示的波形，即产生 DSB 波。 )(tvΩ )(tvc )(tvo 图 6-9 抑制载波调幅波形 3、观察 AM 波、DSB 波、SSB 波的频谱 为了便于观察各种调幅波的频谱、DSB 波和过调情况下的反相现象 （1）输入调制信号VΩ 参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生 500KHz的正弦波调制信号VΩ，峰峰值 VΩp-p约 700mV，输入到幅度调制与解调模块的TP2。 （2）输入载波信号Vi 载波信号Vi由高频信号源或正弦波振荡器模块的LC振荡电路提供。 （3）观察各种调幅波的频谱 ①观察 AM 波的频谱 用模拟示波器在幅度调制与解调模块的 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅度， 直至 TT1 处出现 AM 波。然后用频谱分析仪在 TT1 处观察 AM 波的频谱，调节调制信号的 幅度，观察各频率分量的变化情况。画出 AM 波的频谱图。 ②观察 DSB 波的频谱 用模拟示波器在幅度调制与解调模块的 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅度， 7 直至 TT1 处出现 DSB 波。然后用频谱分析仪在 TT1 处观察 DSB 波的频谱，再适当调节 W1 或调制信号的幅度使载波频率分量的幅度最小。画出 DSB 波的频谱图。 ③用模拟示波器在幅度调制与解调模块的 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅 度，直至 TT1 处出现 DSB 波。然后用频谱分析仪在 TT2 处观察 SSB 波的频谱，再适当调 节 W1 或调制信号的幅度使载波频率分量和上边带频率分量的幅度最小。画出 SSB 波的频 谱图。 4、观察 DSB 波和过调制情况下的反相现象： （1）用低频信号源产生 500KHz 的正弦波信号，峰峰值约 700mV，输入到幅度调制与 解调模块的 TP2。载波信号频率为 10.7MHz，由高频信号源或正弦波振荡器模块产生，将此 信号输入到 TP1。 （2）用模拟示波器在 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅度，直至出现 DSB 波。观察调幅波幅度为 0 的瞬间，载波相位的变化情况。画出 DSB 波的波形。 （3）用模拟示波器在 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅度，直至出现过调制 的情况。观察调幅波幅度为 0 的瞬间，载波相位的变化情况。画出过调时的波形。 5、观察 SSB 波的波形（选作） （1）用低频信号源产生 500KHz 的正弦波信号，峰峰值约 700mV，输入到幅度调制与 解调模块的 TP2。产生 11.2MHz 的载波信号，输入到幅度调制与解调模块的 TP1。 （2）用模拟示波器在 TT1 处观察，适当调节 W1 或调制信号的幅度，直至出现图 17 －3 所示的波形为止，即产生 DSB 波。 （3）搭建单级单调谐放大器，该模块 TP5 接地，用万用表测该模块三极管 Q2 发射极 对地的直流电压，调节 W3 使此电压为 5V。然后去掉 TP5 与地的连线。 （4）连接幅度调制与解调模块的 TP4 与小信号放大器模块的 TP5，用示波器在小信号 放大器模块的 TT2 处观察经放大的 SSB 波波形。适当调节幅度调制与解调模块的 W1、调 制信号的幅度以及小信号放大器模块的 T2，使 SSB 波波形最大不失真，画出 SSB 波的波形。 （二）、集电极调幅 集电极调幅是利用调制信号改变高频功率放大器集电极直流电源电压来实现调幅的。实 验原理图如图 6-10 所示。 C8 R1 R2 Q1 R4C2 C3 E1 C5 L3 Q2 T3 C7 R6 C1 L4 CC2 CC1 R8 R9R7 TT2 TT1 C4 W1 L1 R5 L2 C6 T1+12V T2 +12V K2 K3 K4 TP1 TP2 TP3TP4 TP5 图 6-10 集电极调幅实验原理图 TP2 和 TP3 是为测量丙类功放的效率而留出的接口，调幅实验时，TP2 与 TP3 相连。 调制信号从 TP5 输入，经音频变压器 T3 耦合到丙类功放的集电极。载波从 TP1 输入，调幅 波在 TT2 处观察和测量。调幅时，功放应工作在过压状态，可通过观察 TT1 处是否为下凹 的波形来判断功放是否工作在过压状态。 1、连接实验电路 8 2、静态工作点调节 TP1 接地，用万用表测量三极管 Q1 发射极对地的直流电压，调节 W1 使此电压为 1.8V。 3、输入载波 去掉 TP1 与地的连线，由高频信号源或正弦波振荡器模块为本实验提供 10.7MHz 的载 波信号。将此信号输入到高频功率放大器模块的 TP1。调节载波信号的幅度，使 TP1 处信 号的峰峰值约为 500mV。 4、调试功放使之工作在过压状态 用示波器在高频功率放大器模块的 TT1 处观察，调节该模块的 T1、T2，使 TT1 处出现 如图 16－2 所示的下凹波形，即功放工作在过压状态。 图 6-11 过压状态时 TT1 处的波形 5、输入调制信号 本实验的调制信号VΩ可由正弦波振荡器模块的RC振荡器提供，也可由低频信号源提 供。用RC振荡电路产生 1.2KHz左右的调制信号，调节正弦波振荡器模块的W3，使调制信 号VΩ的峰峰值VΩp-p约为 3V。连接正弦波振荡器模块的TP6 与高频功率放大器模块的TP5。 若调制信号VΩ由低频信号源提供，用低频信号源产生频率为 1KHz，峰峰值约为 3V的正弦 波信号VΩ。连接信号源的Vout与高频功率放大器模块的TP5。 6、观察调幅波波形并计算调幅系数 用示波器在 TT2 处观察调幅波，由 %100×+ −= BA BAma 计算调幅系数。 7、观察调幅系数与调制信号幅度的关系 保持载波信号的幅度不变，调制信号峰峰值VΩp-p由小变大，用示波器在TT2 处测量调 幅波，填表 6-1。 表 6-1 VΩp-p（V） 1 2.5 4 5.5 7 8.5 10 ma（％） 五、思考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1、讨论 SSB 调制时，减小载波频率与调制信号频率差别的好处。 2、实际电路实验中，DSB 波的频谱或多或少的存在载波频率成分，为什么？ 3、只有功放工作在什么状态时，才能实现集电极调幅，为什么？ 9