模拟乘法器综合应用实验调制与解调.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,厚德博学 追求卓越,模拟乘法器综合应用试验,调制与解调,实 验 四,第1页,模拟调制可分为线性调制和非线性调制，此次试验研究线性调制。线性调制任务是把基带信号频谱搬移到通带频谱上，以适应,（无线）,信道传输要求，或将多路信号合并起来进行多路传输。经过本试验：,1,加深了解振幅调制（,AM,）、双边带（,DSB,）调制、单边带（,SSB,）调制基本原理及实现方法。,2,掌握各种线性调制信号时域和频域测试方法与技能。,3.,熟悉并掌握,MC1496,乘法器基本应用。,一、实 验 目,第2页,二、实 验 内 容,3,DSB,调制信号产生与测量。,1,AM,调制信号产生与测量。,4,AM,调制与,DSB,调制信号频域测量。,2,AM,调制信号调幅系数测量。,5,振副调制（,EWB,）仿真试验。,第3页,三、试验应知知识,3,、提升辐射能力：,实现无线传输信道要求,尽可能减小天线尺寸,一、调制在通信系统中作用,1,、频率变换：,为了采取无线传送方式，如将（,0.3-3.4KHz,）有效带宽内语音信号调制到给定高频频段上去。,调制是,高频电子线路,中一个十分主要概念，是一个信号处理技术。不论在模拟通信、数字通信还是数据通信中都饰演着主要角色。,调制实质是频谱搬移,其作用与目标有以下四个方面,。,2,、实现频率分配,:,确保多个电台同时工作时,发出信号互不干扰,4,、实现多路复用：,比如将多路信号互不干扰安排在同一物理信道中传输,即实现频分复用。,第4页,二、调制基本特征,调制实质是进行频谱搬移,即把携带消息基带信号频谱搬移到较高高频频率范围,.,三、试验应知知识,经调制后已调波应该含有两个基本特征,:,一是高频已调波依然携带有消息,;,二是高频已调波适合于信道传输,.,第5页,三、试验应知知识,2,、按载波信号,c(t),不一样分,：,线性调制，特点：调制前、后频谱呈线性搬移关系。,三、调制分类,调制方法能够从以下几个角度进行分类。,1,、按调制信号,m(t),不一样分,：,数字调制，特点：,m(t),是数字信号。,模拟调制，特点：,m(t),是连续信号。,连续波调制，特点：,c(t),连续，如,(t)=cosct,；,脉冲调制，特点：,c(t),为脉冲，如周期矩形脉冲序列。,3,、按调制器功效不一样分,：,幅度调制，特点：用,:m(t),改变,c(t),幅度，如,AM,，,DSB,，,SSB,，,VSB,。,相位调制，特点：用,:m(t),改变,c(t),相位，如,PM,。,频率调制，特点：用,:m(t),改变,c(t),频率，如,FM,。,4,、按调制器传输函数来分,：,非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份,第6页,三、试验应知知识,四、调制系统需掌握主要技术,高频电子线路,中所讲授调制技术，是用取值连续（模拟）基带信号去控制正弦载波参数（振幅、频率和相位）模拟调制系统。需掌握主要技术与应知主要参数有：,1,、调制系统工作原理，调制信号、载波信号和已调信号三者关系。,2,、已调信号带宽。,3,、噪声对调制系统性能影响。,主要技术,主要参数,1,、发送功率,2,、过滤带宽。,3,、设备复杂性,4,、抗噪声性能，如输出信噪比等。,第7页,三、试验应知知识,五,.,调制技术中相关术语,调制信号,u,：,需要传输信号,（原始信号）,图像,密码数据,语言,载波信号,uc,：高频振荡信号,（等幅）,正弦波,方波,三角波,锯齿波,已调信号,U,A,m,：经过调制后高频信号,（射频信号,）,信号,第8页,三、试验应知知识,依据载波受调制参量不一样,调制可分为三种基本方式,它们分别是：,振幅调制,AM,（调幅）,频率调制,FM,（调频）,相位调制,PM,（调相）,调制基本方式,六,.,调制基本方式,第9页,三、试验应知知识,七、振幅调制与实现方法,所谓振幅调制,(AM),就是用调制信号,u,去控制高频载波信号,uc,振幅,使载波信号振幅按照调制信号,u,规律改变。即已调制信号,u,AM,改变周期与调制信号,u,周期相同，且幅度改变与调制信号振幅成正比,.,振幅调制信号种类,三种振幅调制信号都有一个调制信号和载波乘积项，所以振幅调制电路实现是以乘法器为关键频谱线性搬移电路。,第10页,7,、,1,全载波调幅,(AM),实现方法,:,全载波调幅电路模型,图中，,m,为乘法器乘积常数，为加法器加权系数。,全载波振幅调制电路模型可由一个乘法器和一个加法器组成，如图所表示。,第11页,全载波振幅调制,信号波形,波形特点：时域分析,（,1,）调幅波振幅（包络）改变规律与调制信号波形一致 包络之内填充频率是,f0;,(2),调幅度,m,a,反应了载波振副受控强弱程度，以看出：,普通,m,值越大调幅越深：,第12页,由单一频率信号产生高频调幅波数学表示式为：,可见,调幅波并不是一个简单正弦波，包含有三个频率分量：,全载波振幅调制信号,频谱,调制信号,c,载波,调幅波,c,+,上边频,c,-,下边频,(,),(,),W,-,W,+,含传输信息,下边频分量,含传输信息,上边频分量,不含传输信息,载波分量,:,:,:,),(,c,c,c,w,w,w,可见,调幅波并不是一个简单正弦波，包含有三个频率分量：,(,),(,),W,-,W,+,含传输信息,下边频分量,含传输信息,上边频分量,不含传输信息,载波分量,:,:,:,),(,c,c,c,w,w,w,在全载波调幅波中,载波是不含传送信息,但它最少占有,2/3,功率，而载有信息,边频功率之和最多占总输出功率,1/3,。,从有效地利用发射机功率来看，全载波调幅波是很不经济。,AM,波信号特点：频域分析,1.AM,频谱由三部分组成：即载频和上下边频,.,2.,载频不含信息，两边频包含相同信息，所占带宽为最高,调制频率,fH,两倍。,2.,从功率利用率看，,AM,信号功率利用率不充分。,第13页,抑制载波双边带调幅信号实现方法,:,为了克服,全载波,振幅调制效率低缺点，提升设备功率利用率，能够在,AM,调制过程中，,将载波分量抑制，,即,不发送载波，而只发送边带信号,这就是,抑制载波双边带调幅,(DSB AM).,双边带调制电路模型可由一个乘法器组成，如图所表示。,可见要完成,DSB,调制，其关键部分是实现调制信号与载波相乘。,双边带调幅电路模型,图中，,m,为乘法器乘积常数。即双边带信号，能够用载波和调制信号直接相乘得到。,第14页,波形,双边带,(DSB),调幅信号波形与频谱,调制信号,载波,频谱,上边频,下边频,(1)DSB,信号包络正比于调制信号，但,DSB,信号包络不再反应调制信号形状。,(2)DSB,信号载波相位反应了调制信号极性，,即在调制信号正半周内载波相位与调制信号负半周内反相。,所以严格地说，,DSB,信号已非单纯振幅调制信号，而是既调幅又调相信号,。,(3)DSB,波频谱成份中抑制了载波分量，只有上、下边带，全部功率为边带占有，功率利用率高于,AM,波。,(4),占用频带,第15页,m,是调幅波主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变程度。即：,调幅波主要参数与测量,普通用,m,表示。,调幅度（,m),普通要求,0,m1,。,调幅度（,m),测量与计算,第16页,模拟乘法器是对两个以上互不相关模拟信号（电压与电流）实现相乘功效非线性函数电路。通常它有两个输入端（,x,端和,y,端）及一个输出端，其电路模型与符号分别可用如图,(a),或,(b),所表示。,集成模拟乘法器原理介绍,模拟乘法器模型与电路符号,模拟乘法器传输方程为,:,在当代通信设备中，广泛使用集成模拟乘法器来实现,AM,、,DSB,、,SSB,调制与同时解调、倍频、混频和相位检测。它含有电路简单，性能优越且稳定，调整方便，利于设备小型化优点。,三、试验应知知识,式中：,Am,为增益系数,（,1,）集成模拟乘法器电路模型,第17页,三、试验应知知识,（,2,）集成模拟乘法器基本原理,由模拟乘法器电路模型可知，它是“二入一出”三端器件。,设：,则输出,：,可见，模拟乘法器可实现调制与混频，即实现频谱,搬移，调制是向频率高端迁移，混频是向频率低端迁移。,第18页,三、试验应知知识,（,2,）集成模拟乘法器基本原理,设：,则输出,：,式中：因子“,1”,，是为方便引入，它相当于直流成份存在。,可见，此时能够实现普通调幅。,即输出调幅信号不但含有边带信号，且含有高频载波信号。,第19页,三、试验应知知识,（,2,）集成模拟乘法器基本原理,则输出,：,设：,若深入滤除,2,成份，则输出为：,可见，同时检波、鉴频、鉴相都是输入同频正弦波，,只是相位上有所区分，便能实现对应特定功效。,第20页,三、试验应知知识,MC1496,模拟乘法器，其内部电路如图所表示。电路中采取了以反极性方式连接两组差分对（,Q1,Q4,），且这两组差分正确恒流源管（,Q5,、,Q6,）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟乘法器。其经典使用方法是：、脚间接一路输入（称为上输入,ux,），、脚间接另一路输入（称为下输入,uy,），、脚分别经由集电极电阻,R,c,接到正电源,12V,上，并从、脚间取输出,uo,。、脚间接负反馈电阻,R,t,。脚到地之间接电阻,R,B,，它决定了恒流源电流,I7,、,I8,数值，经典值为,6.8k,。脚接负电源,-8V,。、脚悬空不用。因为两路输入,ux,、,uy,极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟乘法器。,MC1496,内部电路,MC1496,封装图,第21页,三、试验应会知识,试验用,MC1496,组成振幅调制电路,Mc1496,调制器,调制平衡调整网络,调制信号输入端口,增益调整电阻,偏置调整电阻,调制信号输出端口,载波信号输入端口,载波平衡调整网络,第22页,试验现场操作规程,a,、注意安全操作规程，确保人身安全,注意人身安全和仪器设备安全,为了预防器件损坏，在切断试验电路板上电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断试验台电源。,逐步养成用右手进行单手操作习惯。,b,、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，无须经常开关电源。,切忌,无目标拨弄仪器面板上开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，,请勿,随便调换配件。,注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超出！,当被测量大小无法预计时，应从仪表最大量程开始测试，然后逐步减小量程。,第23页,三、试验应会技能,1,、试验用模拟乘法器,MC1496,直流调制特征测量,为使模拟乘法器工作正常，需对其内部两对差分放大器进行平衡（即输入失调电压）调整，使输入,Vi=0,时，,Vo=0,。,测试电路框图如图所表示。,实,验,准,备,选定试验电路模块，连接,+12V,、,-8V,与地,载波,Vc=200KHZ/80-100mV,。,调制信号,U,=2KHZ/200-300mV,载波输入失调电压（平衡调整）调整,用调制信号源输出,V,=2KHZ/300mV,调制信号加到,IN2,端（,IN1,端开路），并用示波器,CH2,监测输出端,（,OUT,）,输出波形。调整电位器,Rp2,使此时输出端（,OUT,）输出信号（称为调制输入端馈通误差）为,0,或最小。然后断开调制信号源,并保持,Rp2,一直不再变动。,调制输入失调电压（平衡调整）调整,把载波信号源输出,Vc=200KHZ/80-100mV,调制信号加到,IN1,端（,IN2,端开路），并用示波器,CH2,监测输出端,（,OUT,）,输出波形。调整电位器,Rp1,使此时输出端（,OUT,）输出信号（称为载波输入端馈通误差）为,0,或最小。,MC1496,模拟乘法器直流调制特征测量,1),保持载波,IN1,端输入信号不变，用万用表测,A,、,B,端电压，用示波器观察调制器输出（,OUT,）端点信号,2),按表所列数据,即以,0.1V,为步长，调整,Rw1,电位器，改变模拟乘法器,1,脚与,4,脚之间直流电压（,VAB,），用示波器观察调制器输出（,OUT,）端点信号，并将测量数据统计于表中。,V,AB,（,mV,）,-400,-300,-200,-100,0,100,200,300,400,Vo(p-p),K,依据试验数据，,依公式：,Vo=KV,AB,V,C,(t),算出,1496,模拟乘法器直流调制百分比系数，并画出调制特征曲线。,第24页,三、试验应会技能,2,、,AM,调制信号产生与时域和频域波形测试：,音频信号,发生器,高频信号,发生器,mc1496,调制器,示波器,IN2,IN1,OUT,测试电路框图如图所表示。,实,验,准,备,载波信号,200KHZ/80-100mV,，加至载波输入端,IN1,调制信号,U,=2KHZ/200-300mV,加至调制器输入端,IN2.,以调制信号作双踪示波器“,CH1”,同时。,用示波器“,CH2,”,观察“,AM-OUT”,点输出信号时域和频域波形，统计测试结果，如图要求所表示。,依据试验所得数据，计算出此条件下,AM,信号调制度,m=?,说明什么是,AM,调制？,调,RP1,使,VAB=300mV,第25页,三、试验应会技能,、,AM,调制信号调制度控制与波形测试：,音频信号,发生器,高频信号,发生器,mc1496,调制器,示波器,IN2,IN1,OUT,测试电路框图如图所表示。,实,验,准,备,保持以上设置于试验条件不变。,载波信号,200KHZ/80-100mV,，加至载波输入端,IN1,调制信号,U,=2KHZ/300mV,加至调制器输入端,IN2.,保持载波信号幅度不变。适当增加或减小调制信号幅度，用示波器观察波调制系数,m,改变，说明,m,与调制信号幅度关系。,保持,调制信号幅度为定值（如,200mV,）,适当调整平衡电位器,Rp1,（增大或减小电阻），用示波器观察调幅波调制系数,m,改变，比较两种控制方式灵敏度。,?,若使,AM,波调制,m=80%,，应怎样操作，请试验证实，并,统计满足此要求时调制信号,U,幅值与直流电压,V,AB,伏值。,适当调整,U,幅度或,Rp1,阻值,使,m100%,，再适当调,节示波器“伏,/,格”与“秒,/,格”旋钮，观察并统计全载波振,幅调制信号过调制时，过零点出波形特点。,第26页,三、试验应会技能,4,、,DSB,调制信号产生与时域和频域波形测试：,音频信号,发生器,高频信号,发生器,mc1496,调制器,示波器,IN1,IN2,OUT,测试电路框图如图所表示。,实,验,准,备,选定试验电路模块，连接,+12V,与地,调整,Rp1,使,VAB=0V,。,载波信号,200KHZ/80-100mV,，加至载波输入端,“,IN1”,调制信号,U,=2KHZ/300mV,加至调制器输入端,“,IN2”.,以调制信号作双踪示波器“,CH1”,同时。用示波器“,CH2,”,观察“,AM-OUT”,点输出信号时域和频域波形，统计测试结果，如图要求所表示。,说明什么是调制？,观察并统计此时,DSB,调制信号过零点出波形特点。,第27页,解调是调制逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号过程。从频谱上看，解调也是一个信号频谱线性搬移过程，是将高频端信号频谱搬移到低频端，,解调过程是和调制过程相对应，不一样调制方式对应于不一样解调方式。,三、试验应知知识,振幅,调制,过程,解调,过程,AM,调制,(,全载波,),DSB,调制,SSB,调制,包络检波,同时检波,峰值包络检波,平均包络检波,乘积型同时检波,叠加型同时检波,七、振幅调制信号解调,第28页,三、试验应知知识,7.1,调幅波解调方法,-,包络检波法,非线性电路,低通滤波器,t,调幅波,t,调幅波,t,调幅波,t,调幅波,调幅波频谱,c,+,c,-,c,检波输出,检波输出,检波输出,检波输出,包络检波输出,t,包络检波输出,t,包络检波输出,t,包络检波输出,t,输出信号频谱,二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最惯用一个电路。它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰,-,峰值为,0.5V,以上）,AM,波。它含有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。,第29页,三、试验应知知识,7,、,2,调幅波解调方法,同时检波法,同时检波，又称相干检波。它利用与已调幅波载波同时（同频、同相）一个恢复载波（又称基准信号）与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调得调制信号。,乘积型同时检波电路模型,:,乘法器,低通滤波器,u,DSB,u,o,u,解调载波,叠加型同时检波电路模型,:,包络检波器,加法器,u,DSB,u,o,u,高频已调波,解调波输出,高频已调波,解调载波,解调波输出,第30页,二极管包络检波器试验电路如图,所表示，开关,K4,置,OFF,位置。,二极管包络检波器,AM,波解调,m=30,AM,波解调,.,观察加大滤波电容对检波性能影响,把开关,K4,置,ON,位置，便可观察到加大滤波电容影响（输出减小，且有失真），然后把,K4,重置,OFF,位置。顺便指出：,R15=4.7kO,，,C9=0.022F,，,C10=0.1F,。,m=100,AM,波解调,加大调制信号幅度，使,m=100,，观察并统计检波器输出波形。,m,100,AM,波解调,继续加大调制信号幅度，使,m,100,，观察并统计检波器输出波形。,第31页,同时检波图,第32页,三、试验应知知识,（1）解调全载波信号,A,把调幅波调幅系数分别调至,M=30,、,M=100,、,M100,，分别统计输出波形并与调制信号相比较。,B,去掉,C4,、,C5,观察输出波形。统计输出波形，然后再复原。,调幅系数,调制信号波形,调幅信号波形,输出波形,m=30,m=100,m100,m=,去掉,C4,、,C5,时,第33页,（,2,）解调抑制载波双边带调制信号,A,把调幅试验中调好抑制载波调幅波加入，其它连线不变观察统计输出波形，并与调制信号波形相比较。,B,去掉,C4,、,C5,，观察输出改变，统计输出波形。,抑制载波调幅波,调制信号波形,调幅信号波形,输出波形,去掉,c4,、,C5,时,第34页,