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实验五 调幅信号的解调 实验原理 从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调。解调是调制的逆过程。 调幅信号的解调，通常称为检波，其实现方法可分为包络检波和同步检波两大类。前者只适用于AM 波，而DSB或SSB信号只能用同步检波。当然同步检波也可解调AM信号，但因比包络检波器电路复杂，所以AM信号很少采用同步检波。 二极管峰值包络检波器 二极管包络检波分为峰值包络检波和平均包络检波。前者输入信号电压大于0.5V。检波器输出、输入间是线性关系——线形检波；后者输入信号较小，一般几毫伏至几十毫伏，输出的平均电压与输入信号电压振幅的平方成正比，又称平方率检波，广泛用于测量仪表中的功率指示。本实验仅研究二极管峰值包络检波，其原理电路如图6—1所示。 图中，输入回路提供调幅信号源。检波二极管通常选用导通电压小、导通电阻小的锗管。RC电路有两个作用：一是作为检波器的负载，在两端产生调制信号电压；二是滤除检波电流中的高频分量。 为此，RC网络必须满足 （6—1） 式中，为载波角频率，为调制角频率。 检波过程实质上就是信号源通过二极管向电容C充电和电容对电阻R放电的过程，充电时间常数为，为二极管正向导通电阻。放电时间常数为RC，通常，因此对C而言充电快，放电慢。经过若干个周期后，检波器的输出电压在充放电过程中逐步建立起来。该电压对二极管D形成一个大的负电压，从而使二极管在输入电压的峰值附近才导通，导通时间很短，电流通角很小。当C充放电达到动态平衡后，按高频周期作锯齿状波动，其平均值是稳定的，且变化规律与输入调幅信号包络变化规律相同，从而实现了AM信号的解调。 平均电压，即输出电压包含直流及低频调制分量： （6—2） 当电路元件选择正确时，接近但小于输入电压峰值。如果只需输出调制信号，则可在原电路上增加隔直电容和负载电阻。如图6—2（a)；如果需要检波器提供与载波电压大小成比例的直流电压（如用于自动增益控制），则可用低通滤波器滤除调制分量，取出直流。如图6—2（b）所示。 下面简单说明一下二极管峰值包络检波器的两项主要性能指标。 传输系数 传输系数亦称检波系数，检波效率，是描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。若输入电压振幅为，输出直流电压为，则定义为： （6—3） 对于AM信号，其定义为检波器输出低频电压振甫于输入高频已调波包络振幅之比 （6—4） 这两个定义是一致的。的大小决定于RC的取值及二级管导通电阻的大小，越趋近于1，检波效率越高。 检波器的失真 二极管峰值包络检波器的失真，除具有与放大器相同的线性与非线性失真外，还存在两种特有的失真—惰性失真和底部切割失真，如图6—3所示。 惰性失真表现为输出波形不随包络形状而变，他总是起始于输入电压负斜率的包络上，输出电压跟不上包络线的下降速度。这种失真是由于RC过大造成的，即由于RC时间常数过大，二极管截止期间C通过R放电速度过慢，使AM信号包络下降速度大于电容两端电压下降速度，因而造成二极管负偏压大于信号电压，致使二极管在其后的若干高频周期内不导通。为避免产生惰性失真，必须保证在每一个高频周期内二极管导通一次，也就是使电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度。 底部切削失真又称负峰切削失真，这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。分析表明，为防止失真，检波器交流负载与直流负载之比不得小于调幅波的调制度m，因此，必须限制交、直流负载的差别。 二极管峰值包络检波器实验电路为实验箱中05单元电路，如图6—4所示。图中5K1、5K2用于选择不同电容、电阻，以便讨论不同C、R对检波特性的影响。 同步检波 同步检波分为乘积型和叠加型两种方式，它们都需要接受端恢复载波支持。本实验采用乘积型同步检波，实验电路为实验箱06单元电路，如图6—5所示。 乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与调幅信号相乘，用低通滤波器滤除无用的高频分量，提取有用的低频信号，它要求恢复载波与发端的载波同频同相，否则将使恢复出来的调制信号产生失真。 本实验中，恢复载波直接取自原调幅波载波。因为在输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，很容易滤除，因此不需要载波调零电路，而且可采用单电源供电。本电路可以解调DSB或SSB信号，亦可解调AM信号。MC1496脚8输入载波信号，可用大信号输入，一般100—500mV；脚1输入已调信号，信号电平应使放大器保持在线性工作区内，一般在100mV以下。 实验箱06单元中，6GB1 及LC谐振电路用于鉴频器实验，后面再作介绍。 实验仪器 双踪示波器 XJ4330 或 HH4330 数字频率计 SP3165A 或 NFC—100 电源 万用表