实验三---集成乘法器幅度调制实验

高频实验报告实验名称：集成乘法器幅度调制实验南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的a)通过实验了解集成乘法器幅度调制的工作原理，验证普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅波（AMSCDSB/）的相关理论。b)掌握用集成模拟乘法器MC1496实现AM和DSB-SC的方法，并研究调制信号、载波信号与已调波之间的关系。c)掌握在示波器上测量与调整调幅波特性的方法。二、实验基本原理与电路1.调幅信号的原理(一)普通调幅波（AM）（表达式、波形、频谱、功率）(1)．普通调幅波（AM）的表达式、波形设调制信号为单一频率的余弦波：tUumcos,载波信号为：tUuccmccos普通调幅波（AM）的表达式为AMu=ttUcAMcos)()cos1(tmUacmtccos式中，am称为调幅系数或调幅度。由于调幅系数am与调制电压的振幅成正比，即mU越大，am越大，调幅波幅度变化越大，一般am小于或等于1。如果am1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。未调制状态调制状态maUcmω0Ω图3-1调幅波的波形（2）.普通调幅波（AM）的频谱普通调幅波（AM）的表达式展开得：tUmtUmtUuccmaccmaccmAM)cos(21)cos(21cos它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图3-2所示的频谱图，在这个图上调幅波的每一个正弦分量用一个线段表示，线段的长度代表其幅度，线段在横轴上的位置代表其频率。图3-2普通调幅波的频谱图调幅的过程就是在频谱上将低频调制信号搬移到高频载波分量两侧的过程。在单频调制时，其调幅波的频带宽度为调制信号频谱的两倍，即FB2（3）．普通调幅波（AM）的功率载波分量功率：LcmcRUP221上边频分量功率：caLcmaLcmaPmRUmRUmP2222141811)2(21下边频分量功率：caLcmaLcmaPmRUmRUmP2222241811)2(21因此，调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为：cacPmPPPP)21(221可见，边频功率随am的增大而增加，当1am时，边频功率为最大，即CPP23。这时上、下边频功率之和只有载波功率的一半，这也就是说，用这种调制方式，发送端发送的功率被不携带信息的载波占去了很大的比例，显然，这是很不经济的。但由于这种调制设备简单，特别是解调更简单，便于接收，所以它仍在某些领域广泛应用。(二)抑制载波双边带调幅（AMSCDSB/）1．抑制载波双边带调幅（AMSCDSB/）的表达式、波形由于载波不携带信息，因此，为了节省发射功率，可以只发射含有信息的上、下两个边带，而不发射载波，这种调制方式称为抑制载波的双边带调幅，简称双边带调幅，用DSB表示。可将调制信号u和载波信号cu直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到。双边带调幅信号写成：ttUAUuAuuccmmCDSBcoscos])cos()[cos(21ttUAUcccmmA为由调幅电路决定的系数；tUAUcmmcos是双边带高频信号的振幅，它与调制信号成正比。双边带调幅的调制信号、调幅波形如图3-3所示。双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。图3-4为AMSCDSB/频谱图。由以上讨论可以看出AMSCDSB/调制信号有如下的特点：图3-3双边带调幅的调制信号、调幅波图3-4AMSCDSB/频谱图（a）AMSCDSB/信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，AMSCDSB/的包络不再反映调制信号的形状，仍保持调幅波频谱搬移的特征。（b）在调制信号的正负半周，载波的相位反相，即高频振荡的相位在0)(tf瞬间有0180的突变。（c）AMSCDSB/调制，信号仍集中在载频0附近，所占频带为max2FBDSB由于AMSCDSB/调制抑制了载波，输出功率是有用信号，它比普通调幅经济。但在频带利用率上没有什么改进。2.集成模拟乘法器MC1496工作原理实现调幅的方法很多，目前集成模拟乘法器得到广泛的应用。本实验采用MC1496集成模拟乘法器来实现普通调幅波（AM）和抑制载波双边带调幅（AMSCDSB/）。图3-6MC1496的内部电路及引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图3-6所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压ux，1与4接另一输入电压uy，输出电压u0从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电，器件的静态工作点由外接元件确定，静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶V1V21012V5V6V3V46841235V7V8RRR14接－EE或接地1234567INxREREINxBIOUTXFC1596141312111098－EEOUTINyINyMC14960I5Ixuyu0u'0u体管的集一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。一般情况下，晶体管的基极电流很小，，三对差分放大器的基极电流I8、I10、I1和I4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源（+UCC的典型值为+12V），由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0的大小，即5007.0550RVuIICC当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-UEE(一般接-8V)，5脚通过一电阻R5接地，因此，改变R5也可以调节I0的大小，即5007.0550RVuIIEE根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取I0＝I5＝1mA左右。3.实验电路集成乘法器幅度调制实验电路如图3-7所示。R1R2R3R4R5R6RW2C6R8R9TR11R10RW1C1IN3IN2ZR7-12C3R13+12C7OUTTP5KRW3TP2集成调幅实验TP1TP4TP3Sig+1Car+8Car-10Sig-4Bis5Out-6Out+12VEE1423AdjAdjMC1496LED1C9IN1C2C4C5R15R14A1-0808图3-7MC1496构成集成乘法器幅度调制实验电路三、实验内容1．模拟乘法器的调节，测试电路直流工作点。1)模拟乘法器的调节⑴在实验箱主板上插上集成乘法器幅度调制电路模块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。测得数据：U1=U4=-1.57VU6=U12=7.15VU8=U10=5.88VU5=-6.97V因此看出三极管是导通的。⑵信号源参数调节如下（示波器监测）：调制信号源：频率范围：1kHz，波形选择：正弦波，输出峰-峰值：300mV载波信号源：工作频率：6.5MHz（用频率计测量），输出幅度（峰-峰值）50mV，用示波器观测。⑶调整步骤（进行平衡调节使载漏和调制泄漏最小）：在IN1端加入载波信号，（IN3调制信号暂不加），TP1点监测幅度。调节RW2使OUT端输出载波信号电压幅度最小。在IN3端加入调制信号，（载波信号暂不加），TP2点监测幅度。调节RW1使OUT端输出电压幅度最小。反复进行上述调整，使OUT端输出调制信号电压幅度达到最小。测试调节波形如下：调制信号波载波信号波2．普通调幅波（AM）的产生，调幅系数ma测量与调整。2)．普通调幅波（AM）的产生，调幅系数测量与调整。IN1端加入载波信号50mVp-p，在IN3端加入调制信号300mVp-p，调节RW2，在OUT端观测普通调幅波（AM）。调节示波器时基旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形，如图3-8所示。为了使波形平滑美观，可调节示波器上的时基旋钮或CH1旋钮即可显示出平滑的波形曲线，如图3-8所示。图3-8普通调幅波图3-9调幅度ma的测试AB分别产生调幅系数ma为0.3，0.5和1的普通调幅波（AM），其中[ma=（A-B）/(A+B)]，并记录表3-1：表3-1调幅系数ma调幅系数maAB0.31170mv580mv0.5680mv461mv1560mv48mv调制信号频率：KHz，载波信号频率：MHz普通调幅波3．抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）的产生与观测。3)．抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）的产生与观测⑴抑制载波的双边带调幅波波形观察在上述载漏和调制泄漏最小的平衡状态，IN1端加入载波信号50mVp-p，在IN3端加入调制信号300mVp-p，在OUT端观测抑制载波的双边带调幅波波形。调节示波器时基旋钮使荧光屏显示几个周期的双边带调幅波波形，如图3-10所示。图3-10双边带调幅波波形⑵抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）信号反相点观察为了清楚地观察抑制载波的双边带调幅波信号过零点的反相，必须降低载波的频率，本实验可将调制信号设置为200KHZ（信号来自低频源第二频段，JS01在右边），幅度仍为300mV，接入IN3，载波信号仍为2MHz（幅度500mV），接入IN1。增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻信号，过零点时刻的波形应该反相，如图3-11所示。图3-11双边带调幅波波形调试波形如下：双边带调幅波波形四、实验总结与体会本次实验，了解集成乘法器幅度调制的工作原理，模拟乘法器的调节，测试电路直流工作点，普通调幅波（AM）的产生，调幅系数ma测量与调整以及抑制载波的双边带调幅波（DSB/SC-AM）的产生与观测。