实验三 脉冲幅度调制与解调实验
一、实验目的
1）理解脉冲幅度调制的原理和特点。
2）了解脉冲幅度调制波形的频谱特性。
二、实验内容
1）观察基带信号、脉冲幅度调制信号、抽样时钟的波形，并注意观察他们之间的相互关系及特点。
2）改变基带信号或抽样时钟的频率，重复观察波形。
3）观察脉冲调制波形的频谱。
三、实验器材
1）信号源模块
2）PAM，AM模块
3）终端模块
4）频谱分析模块
5）20M双踪示波器材 一台
6）频率计（可选） 一台
7）音频信号发生器（可选） 一台
8）连接线 若干
四.实验原理
抽样定理表明：一个频带限制在
内的时间联系信号
，如果以
秒的时间对它进行等间隔抽样，则
将被所得到的抽样值完全确定。
假设将信号
和周期为T的冲激函数
相乘，如图7-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上
的值，他表示对函数
的抽样。若用
表示此抽样函数，则有：
图3-1抽样与恢复
假设
、
、和
的频谱分别为
、
和
。按照频率卷积定理，
的傅里叶变换是
和
的卷积：
因为
，
所以
则
该式表明，已抽样信号
的频谱
是无穷多个间隔为
的
相迭加而成。这就意味着
中包含
的全部信息。
需要注意，若抽样间隔T变得大于
，则
和
的卷积在相邻的周期内存在重叠，因此不能由
恢复
。可见，
是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。
所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的调制方式。如果脉冲载波是由脉冲组成的，则上述所介绍的抽样定理，就是脉冲幅度调制原理。
但是，实际上理想的冲激串物理实现困难，通常采用窄脉冲串来代替。本实验模板采用32K或64K或1MHz的窄矩形脉冲来代替理想的窄脉冲串，本实验采用图3-3所示的原理方框图。具体的电路原理如图3-3所示。
图3-3脉冲幅度调制的原理框图
若要调制出原始信号，则将调制信号送入截止频率为3400Hz的低通滤波器。因为脉冲信号的频率远高于输入的音频信号的频率，因此通过低通滤波器之后高频的抽样时钟信号已经被滤除，因此，只需通过一低滤波器便能无失真地还原出原音频信号。
五、实验步骤
1）将信号源模块，PAMAM模块，终端模块，频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2）插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1,POWER2,S2.S对应的发光二极管LED01,LED02,D200,D201,LED600,L1,L2发光，按以下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。
3）将信号源模块产生的2KHZ（峰-峰值在2V左右，从信号输出点“模拟输出”输出）的正弦波送入PAMAM模块的信号输入点“PAM音频输入”，将信号源模块产生的62.5KHZ的方波（从信号输出点64K输出）送入PAMAM模块的信号输入点“PAM时钟输入”，观察“调制输出”和“解调输出”点的波形D。
4）将点“PAM音频输入”和“调制输出”的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。
5）将单放机（或音频信号发生器）输出的信号经信号源模块放大之后送入PAMAM模块的信号输入点“PAM音频输入”，引入适当时钟信号（从“PAM时钟输入”点输入），重复上述观察。
六、实验记录
频率为2KHZ，峰-峰值2V的信号波形：
频谱分析图：
调制输出波形：
频率分析图：
解调波形:
频谱分析图：
七、思考
题
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1、简述抽样定理。
答：就是对时间连续的信号隔一定的时间间隔T抽取一个瞬时幅度值。在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号f（t），如果以1/2 f h的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号f（t）的频谱中最高频率不超过f h，当抽样频率f S≥2 f h时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。
2、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？
答：应不包含直流分量。抽样过程实际上是一个相乘的过程，得到的仍然是交流信号，因此经过调制后仍不包含直流分量。
3、造成系统失真的原因有哪些？
答：造成系统失真的原因主要为：发送端的非理想抽样和接收端低通滤波的非理想所带来的误差。
八、实验
心得
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通过本实验让我们理解脉冲幅度的原理特点及脉冲幅度调制波形的频谱特点。对采样定理的应用，不失真的恢复原波形，加深了对脉冲调制的认识。
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