实验17  调幅与检波

一、实验目的

1. 熟悉调幅波的产生过程和检波器的作用。

2. 了解电路参数对调幅波波形和检波输出波形的影响。

3. 掌握调幅系数的测试方法。

二、实验原理

(一) 调幅电路

1. 调幅及调幅电路

调幅电路是能够实现使高频振荡信号的幅度随调制信号而变化的电路。图1.17.1 是晶体管集电极调幅实验电路。

由图可见，高频载波信号  va 由高频变压器 Tr1  耦合至晶体管 T 的基极和发射极之间。低频调制信号  vΩ 通过低频变压器 Tr3 耦合至晶体管的集电极。由于低频变压器的次级与直流电源 ＶCC 串联后加到晶体管的集电极，因此，集电极的电压  v'C 为直流电压ＶCC 和调制电压 vΩ 的叠 加，即

                       

在调制过程中，晶体管集电极电位是随调制信号  vΩ 而变化的。当输入的载波幅度足够大时，晶体管进入饱和区，集电极电压变化就能有效地控制集电极电流的变化，从而使集电极电流的幅度随调制信号的变化而变化，实现了幅度调制。集电极的调幅电流在 LC 并联谐振回路上产生压降，经高频变压器 Tr2 在负载 ＲL 上输出调幅波。调幅波如图 1.17.2 所示。

2. 调幅系数

图 1.17.2 所示的调幅波的包络在最大振幅 A 和最小振幅 B 之间变化。调幅波的形状和性能可以通过调幅系数  Ｍ a 来描述。其定义为

                                   

 

(二) 检波电路

1. 检波电路是能够从调幅波中取出调制信号的电路。简单的二极管检波电路如图 1.17.3 所示。

图中，调幅信号 vi 通过变压器 Tr  耦合至检波电路。利用检波二极管 D 的单向导电性，可以从调幅波中检出原来的低频调制信号。Ｃ 为高频滤波电容，Ｒ1 和 Ｒw1 组成检波器的直流负载电阻，B 点的输出电压即为检波输出电压。

2. 对检波器的基本要求

(1) 检波效率要高

衡量一个检波器检波效率的一个参数是电压传输系数 ＡV 。它定义为检波器输出调幅电压的幅值Ｖm (图 1.17.3 (b) 所示) 与检波器输入调幅包络变化幅值ΔＶΩm  之比，即

                         

由于二极管 D 存在内阻，因此传输系数 ＡV 总小于 1

。

(2) 避免对角线失真

在检波电路中，如果检波负载电路的时间常数 RC 太大，则滤波电容 Ｃ 上的电压可能跟不上调幅波包络线幅度的变化，就会产生对角线失真，如图 1.17.4 (a) 所示。

在调制系数  Ｍa 和最高调制频率ωΩmax确定的条件下，避免对角线失真的条件是

                  

(3) 负峰切割要小

负峰切割失真是由于检波器的直流负载和交流负载不同而引起的。在图 1.17.3 中，检波器的直流负载为Ｒ = Ｒ1+Ｒw1。而实际检波电路的输出端（图中的 B 端）常经耦合电容 (图中 Ｃ1）送至下一级负载（图中Ｒ2和Ｒw2），故检波器交流负载为  r =( Ｒ1+Ｒw1) // ( Ｒ2+Ｒw2) 。若调幅波的调幅系数 Ｍa 比较大，且直流分量小于低频分量的振幅（图 1.17.4（b）中 (Ｉm''＞Ｉ0)，则调幅波包络的波谷处被切割，出现了负峰切割失真。如图1.17.4 (b) 所示。

避免负峰切割失真的条件是

对于晶体管电路，下级放大器的输入电阻Ｒi 约为 2～5kΩ。如果 Ｍa 在 0.3～0.8 的范围内，则Ｒ 的取值范围为 1～10 kΩ。

三、实验内容及步骤

(一) 调幅电路实验

1. 检查电路

按照图 1.17.1 所示电路，认真检查实验室提供的实验电路板，并熟悉测试点的位置。确认电路无误后，接通电路。

2. 观察波形

在中频变压器 Tr1 的输入端输入频率为ｆa = 465kHz，幅度为Ｖa = 1V 的等幅载波信号

。用绝缘起子调节中频变压器 Tr2 的磁帽，同时用示波器在 ＲL 两端观察输出的等幅电压Ｖo 的波形，使输出电压最大。此时，中频变压器 Tr2 谐振于 465kHz。

保持载波信号不变，在低频变压器 Tr3 的输入端输入频率为ｆΩ = 1kHz、Ｖm = 0.5V 的调制信号，观察负载ＲL 两端的输出的调幅电压Ｖo 的波形。

改变调制信号的幅度 Ｖm。观察输出电压Ｖo 的波形。

3. 测量调幅系数Ｍa

保持载波信号不变，固定一个调制信号的幅度 ( 如 0.5V左右 )。使示波器上显示出稳定的调幅波波形。根据图 1.17.2 波形中有关参数的意义，用示波器测出该调幅波的包络的最大振幅 A 和最小振幅 B，按照式 (1.17.2) 求出该调幅波的调幅系数Ｍa。

(二) 检波电路实验

1. 检查电路

按照图 1.17.3 所示电路认真检查实验电路板，并熟悉各测试点的位置。确认电路无误后，接通电路。

２.观察波形

测量电压传输系数 Ａv 。将电路从 B 点打“”处断开。用示波器分别观察图 1.17.3 所示电路的 A、B 两点的波形，即检波前后的波形。根据 A 点的波形测出调幅包络变化的幅值ΔＶΩm，根据 B 点的波形测出调幅电压的幅值Ｖm 。根据式（1.17.3）求出该检波电路的电压传输系数 ＡV。

3. 观察对角线失真

改变电位器 Ｒw1 的阻值，用示波器观察对角线失真波形，观测并记录失真波形。

4. 观察负峰切割失真

将电路 B 点打“”处接通，也就是将电容Ｃ１、电阻Ｒ２、ＲＷ２接入电路。将示波器在电路的  Ｃ 点观测输出波形。这时，检波电路的交、直流负载不相等。调节电位器Ｒw2，使输出波形出现负峰切割失真，观察并记录失真波形。

四、实验仪器与设备

1. 高频信号发生器 (XFG-7)                    1台

2. 低频信号发生器 (XD-2)               1台

3. 示波器                                         1台

4. 万用表                                         1块

五、实验报告要求

1. 分别绘出观测到的载波信号  va、调制波信号  vΩ、调幅波信号  v0 的波形，在波形上标出有关的数值。

2. 整理对调幅波波形的有关测量数据，计算调幅系数Ｍa 。

3. 绘出观测到的检波电路的有关波形，标出有关数值，计算电压传输系数。

4. 绘出所观测的对角线失真波形和负峰切割失真波形 。