实验七 脉冲幅度调制与解调实验.doc

现代通信原理教师参考书
实验七 脉冲幅度调制与解调实验

一、实验要求
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。
3、理解抽样定理的定义。

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，并注意观察它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，多次观察波形。
3、观察脉冲幅度调制波形的频谱。

三、实验仪器
1、信号源模块
2、PAM/AM模块
3、终端模块（可选）
4、频谱分析模块
5、20M双踪示波器 一台
6、频率计（可选） 一台
7、音频信号发生器（可选） 一台
8、立体声单放机（可选） 一台
9、立体声耳机 一副
10、连接线 若干

四、实验原理
1、PAM调制电路

从PAM音频输入端口输入的是2KHz的正弦波，通过隔直电容C05去掉模拟信号的直流电平，然后通过射随电路提高带负载能力，输入到模拟开关74HC4066，由于实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，这里采用窄脉冲代替（频率为64K的方波）从PAM时钟输入端口输入，当方波为高电平时，模拟开关导通正弦波通过并从调制端口输出；当方波为低电平时，模拟开关截止正弦波不能通过，无波形输出。
2、PAM解调电路

若要解调出原始语音信号即2KHz的正弦波，则将该调制信号通过截止频率为4KHz的低通滤波器，因为抽样脉冲的频率64KHz远高于频率为2KHz的输入信号，则通过低通滤波器之后高频的抽样信号被滤除。PAM调制信号先经过射随电路提高带负载能力，然后通过二阶的低通滤波电路滤除。

五、实验步骤及注意事项
1、 将信号源模块、PAM/AM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，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，各个模块对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）
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PAM/AM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PAM/AM模块的信号输入点“PAM时钟输入”，观察“调制输出”和“解调输出”测试点输出的波形。
4、 将“PAM音频输入”和“调制输出”测试点输出的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。

六、实验结果
PAM音频输入：2KHz ，Vp-p=2V PAM时钟输入：信号源输出的62.5KHz方波

1、调制输出测试点 输出的波形 2、解调输出测试点 输出正弦波

七、思考题答案
1、描述抽样定理。
答：可参考任何通信原理教材。此不详述。

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，抽样过程实际是相乘的过程，得到的仍然是交流信号，经过调后仍不包含直流分量。

3、造成系统失真的原因有哪些？
答：可参考陈国通主编的《数字通信》，哈尔滨工业大学出版社。P28面2.3节抽样误差的分析。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。

4、为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？
答：可参考樊昌信编的《通信原理》教材，第四版，国防工业出版社。P193面7.3节脉冲振幅调制。注意一点，只有自然抽样才可以直接用低通滤波器解调，自然抽样后包含有原始信号频谱，但对于平顶抽样需在接收端低通滤波之前用特性为1/H（w）的网络加以修正。

八、提问及解答
1、已抽样信号的频谱混叠是什么原因引起的？若要求从已抽样信号中的正确恢复出原信号，抽样速率应满足什么条件？（信号是低通型连续信号）
答：因为已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为的相迭加而成。因此，若抽样间隔T变得大于1/2fH，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混迭）；若要求从已抽样信号中的正确恢复出原信号，则抽样速率应满足。

2、什么是低通型抽样定理？什么是带通型信号的抽样定理？
答：低通型抽样定理是若一个连续模拟信号的最高频率小于，则以间隔时间为 的周期性脉冲对其抽样时，将被这些抽样值所完全确定；带通型抽样定理是若一个连续模拟信号的最高频率为，最低频率为，带宽为B，则以频率大于2B的周期性脉冲对其抽样时，将被这些抽样值完全确定。且当原信号的最高频率时带宽的整数倍时，只要求其抽样频率，即只要求抽样频率等于带通信号带宽的2倍。

3、实验采用的是什么抽样方式？为什么？
答：实验采用的是自然抽样，自然抽样时，抽样过程实际是相乘的过程。另外说一下平顶抽样，实际应用中，平顶抽样是采用抽样保持电路来实现的。
4、本实验的抽样形式同理想抽样有何区别？试将理论和实验相结合加以分析。
答：可参考曹志刚编《现代通信原理》教材，清华大学出版社。P110面5.3节实际抽样。

九、扩展实验
1、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PAM/AM模块的信号输入点“PAM音频输入”（方法同实验五扩展实验1），引入适当时钟信号（从“PAM时钟输入”点输入），重复上述观察。
2、将终端模块也小心固定在主箱中，将“解调输出”测试点输出的波形引入终端模块（方法同实验五的扩展实验10），用耳机听还原出来的声音，与单放机直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。

十、芯片资料
MC14066 模拟乘法器
1、管脚排列图

2、内部电路图

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