实验6 振幅解调器（包络检波、同步检波）

6-1 振幅解调基本工作原理

解调过程是调制的反过程，即把低频信号从高频载波上搬移下来的过程。解调过程在收信端，实现解调的装置叫解调器。

一．普通调幅波的解调

振幅调制的解调被称为检波，其作用是从调幅波中不失真地检出调制信号。由于普通调幅波的包络反映了调制信号的变化规律，因此常用非相干解调方法。非相干解调有两种方式，即小信号平方律检波和大信号包络检波。我们只介绍大信号包络检波器。

1.大信号检波基本工作原理

大信号检波电路与小信号检波电路基本相同。由于大信号检波输入信号电压幅值一般在500mV以上，检波器的静态偏置就变得无关紧要了。下面以图6-1所示的简化电路为例进行分析。

			图6-1   大信号检波电路

大信号检波和二极管整流的过程相同。图6-2表明了大信号检波的工作原理。输入信号为正并超过和上的时，二极管导通，信号通过二极管向充电，此时随充电电压上升而升高。当下降且小于时，二极管反向截止，此时停止向充电，通过放电，随放电而下降。
充电时，二极管的正向电阻较小，充电较快。以接近的上升速率升高。放电时，因电阻比大得多（通常），放电慢，故的波动小，并保证基本上接近于的幅值。
如果是高频等幅波，则是大小为的直流电压（忽略了少量的高频成分），这正是带有滤波电容的整流电路。
当输入信号的幅度增大或减少时，检波器输出电压也将随之近似成比例地升高或降低。当输入信号为调幅波时，检波器输出电压就随着调幅波的包络线而变化，从而获得调制信号，完成检波作用。由于输出电压的大小与输入电压的峰值接近相等，故把这种检波器称为峰值包络检波器。

				图6-2 大信号检波原理

2.检波失真

检波输出可能产生三种失真：第一种是由于检波二极管伏安特性弯曲引起的失真；第二种是由于滤波电容放电慢引起的失真，它叫对角线失真（又叫对角线切割失真）；第三种是由于输出耦合电容上所充的直流电压引起的失真，这种失真叫割底失真（又叫底部切割失真）。其中第一种失真主要存在于小信号检波器中，并且是小信号检波器中不可避免的失真，对于大信号检波器这种失真影响不大，主要是后两种失真，下面分别进行讨论。

（1）对角线失真

参见图6-1所示的电路，在正常情况下，滤波电容对高频每一周充放电一次，每次充到接近包络线的电压，使检波输出基本能跟上包络线的变化。它的放电规律是按指数曲线进行，时间常数为。假设很大，则放电很慢，可能在随后的若干高频周期内，包络线电压虽已下降，而上的电压还大于包络线电压，这就使二极管反向截止，失去检波作用，直到包络线电压再次升到超过电容上的电压时，才恢复其检波功能。在二极管截止期间，检波输出波形是的放电波形，呈倾斜的对角线形状，如图6-3所示，故叫对角线失真，也叫放电失真。非常明显，放电愈慢或包络线下降愈快，则愈易发生这种失真。

			6-3  对角线失真原理图

（2）割底失真

一般在接收机中，检波器输出耦合到下级的电容很大（5-10 ）,图6-4中的为耦合电容。

					图6-4  

对检波器输出的直流而言，上充有一个直流电压。如果输入信号的调制度很深，以致在一部分时间内其幅值比上电压还小，则在此期间内，二极管将处于反向截止状态，产生失真。此时电容上电压等于，故表现为输出波形中的底部被切去，如图6-5所示。

			图6-5  割底失真波形图

二．抑制载波调幅波的解调电路

包络检波器只能解调普通调幅波，而不能解调DSB和SSB信号。这是由于后两种已调信号的包络并不反映调制信号的变化规律，因此，抑制载波调幅波的解调必须采用同步检波电路，最常用的是乘积型同步检波电路。
乘积型同步检波器的组成方框图如图6-6所示。它与普通包络检波器的区别就在于接收端必须提供一个本地载波信号，而且要求它是与发端的载波信号同频、同相的同步信号。利用这个外加的本地载波信号与接收端输入的调幅信号两者相乘，可以产生原调制信号分量和其它谐波组合分量，经低通滤波器后，就可解调出原调制信号。

						图6-6

乘积检波电路可以利用二极管环形调制器来实现。环形调制器既可用作调幅又可用作解调。利用模拟乘法器构成的抑制载波调幅解调电路，如图6-7所示。

			图6-7  用模拟乘法器构成同步检波电路

6-2 振幅解调实验电路

1．二极管包络检波

二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。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1.5V以上）的AM波。它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。本实验电路主要包括二极管、RC低通滤波器和低频放大部分，如图6-8所示。
图中，10D01为检波管，10C02、10R08、10C07构成低通滤波器，10R01、10W01为二极管检波直流负载，10W01用来调节直流负载大小，10R02与10W02相串构成二极管检波交流负载，10W02用来调节交流负载大小。开关10K01是为二极管检波交流负载的接入与断开而设置的，10K01置“on”为接入交流负载，10K01置“off”为断开交流负载。10K02开关控制着检波器是接入交流负载还是接入后级低放。开关10K02拨至左侧时接交流负载，拨至右侧时接后级低放。当检波器构成系统时，需与后级低放接通。10BG01、10BG02对检波后的音频进行放大，放大后音频信号由10P02输出，因此10K02可控制音频信号是否输出，调节10W03可调整输出幅度。图中，利用二极管的单向导电性使得电路的充放电时间常数不同（实际上，相差很大）来实现检波，所以RC时间常数的选择很重要。RC时间常数过大，则会产生对角切割失真（又称惰性失真）。RC常数太小，高频分量会滤不干净。综合考虑要求满足下式：

其中：为调幅系数，Ω为调制信号角频率。
当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻不相等，而且调幅度又相当大时会产生底边切割失真（又称负峰切割失真），为了保证不产生底边切割失真应满足。

				图6-8 二极管包络检波电路

2．同步检波

同步检波又称相干检波。它利用与已调幅波的载波同步（同频、同相）的一个恢复载波与已调幅波相乘，再用低通滤波器滤除高频分量，从而解调出调制信号。本实验采用MC1496集成电路来组成解调器，如图6-9所示。该电路图利用一片1496集成块构成两个实验电路，即幅度解调电路和混频电路，混频电路在前面实验3已作介绍，本节介绍解调电路。图中，恢复载波vc先加到输入端9P01上，再经过电容9C01加在⑻、⑽脚之间。已调幅波vamp先加到输入端9P02上，再经过电容9C02加在⑴、⑷脚之间。相乘后的信号由（6）脚输出，再经过由9C04、9C05、9R06组成的型低通滤波器滤除高频分量后，在解调输出端（9P03）提取出调制信号。
需要指出的是，在图6-9中对1496采用了单电源（+12V）供电，因而⒁脚需接地，且其它脚亦应偏置相应的正电位，恰如图中所示。

			图6-9   MC1496 组成的解调器实验电路

6-3 振幅解调实验目的、内容和步骤

一、实验目的

1．掌握用包络检波器实现AM波解调的方法。了解滤波电容数值对AM波解调影响；
2．理解包络检波器只能解调m≤100％的AM波，而不能解调m＞100％的AM波以及DSB波的概念；
3．掌握用MC1496模拟乘法器组成的同步检波器来实现AM波和DSB波解调的方法；
4．理解同步检波器能解调各种AM波以及DSB波的概念。

二．实验内容

1．用示波器观察包络检波器解调AM波、DSB波时的性能；
2．用示波器观察同步检波器解调AM波、DSB波时的性能；
3．用示波器观察普通调幅波（AM）解调中的对角切割失真和底部切割失真的现象。

三．实验步骤

（一）实验准备

1．选择好需做实验的模块：集成乘法器幅度调制电路、二极管检波器、集成乘法
器幅度解调电路。
2．接通实验板的电源开关，使相应电源指示灯发光，表示已接通电源即可开始实验。
注意：做本实验时仍需重复振幅调制实验中部分内容，先产生调幅波，再供这里解调之用。

（二）二极管包络检波

1．AM波的解调

（1）的AM波的解调

① AM波的获得

与振幅调制实验步骤中的二、4．⑴中的实验内容相同，低频信号或函数发生器作为调制信号源（输出300mVp-p的1kHz正弦波），以高频信号源作为载波源（输出200mVp-p的2MHz正弦波），调节8W03，便可从幅度调制电路单元上输出的AM波，其输出幅度（峰-峰值）至少应为0.8V。

② AM波的包络检波器解调

先断开检波器交流负载（10K01=off），把上面得到的AM波加到包络检波器输入端（10P01），即可用示波器在10TP02观察到包络检波器的输出，并记录输出波形。为了更好地观察包络检波器的解调性能，可将示波器CH1接包络检波器的输入10TP01，而将示波器CH2接包络检波器的输出10TP02（下同）。调节直流负载的大小（调10W01），使输出得到一个不失真的解调信号，画出波形。

③ 观察对角切割失真

保持以上输出，调节直流负载（调10W01），使输出产生对角失真，如果失真不明显可以加大调幅度（即调整8W03），画出其波形，并记算此时的值。

④观察底部切割失真

当交流负载未接入前，先调节10W01使解调信号不失真。然后接通交流负载（10K01至“on”，10K02至左侧），示波器CH2接10TP03。调节交流负载的大小（调10W02），使解调信号出现割底失真，如果失真不明显，可加大调幅度（即增大音频调制信号幅度）画出其相应的波形，并计算此时的。当出现割底失真后，减小（减小音频调制信号幅度）使失真消失，并计算此时的。在解调信号不失真的情况下，将10K02拨至右侧，示波器CH2接10TP04，可观察到放大后音频信号，调节10W03音频幅度会发生变化。
（2）的AM波的解调
调节8W03，使=100%，观察并记录检波器输出波形。
（3）的AM波的解调
加大音频调制信号幅度，使>100%,观察并记录检波器输出波形。
（4）调制信号为三角波和方波的解调
在上述情况下，恢复，调节10W01和10W02，使解调输出波形不失真。然后将低频信号源的调制信号改为三角波和方波，即可在检波器输出端（10TP02、10TP03、10TP04）观察到与调制信号相对应的波形，调节音频信号的频率，其波形也随之变化。
实际观察到各种调制度的解调波形如下图：

2．DSB波的解调

采用振幅调制实验步骤中二、3相同的方法得到DSB波形，并增大载波信号及调制信号幅度，使得在调制电路输出端产生较大幅度的DSB信号。然后把它加到二极管包络检波器的输入端，观察并记录检波器的输出波形，并与调制信号作比较。
实际观察到DSB解调波形如下图：

（三）集成电路（乘法器）构成的同步检波

1.AM波的解调

将幅度调制电路的输出接到幅度解调电路的调幅输入端(9P02)。解调电路的恢复载波，可用铆孔线直接与调制电路中载波输入相连，即9P01与8P01相连。示波器CH1接调幅信号9TP02，CH2接同步检波器的输出9TP03。分别观察并记录当调制电路输出为=30%、=100%、>100%时三种AM的解调输出波形，并与调制信号作比较。
实际观察到各种调制度的解调波形如下图：

2．DSB波的解调

采用振幅调制实验步骤中的二、3中相同的方法来获得DSB波，并加入到幅度解调电路的调幅输入端，而其它连线均保持不变，观察并记录解调输出波形，并与调制信号作比较。改变调制信号的频率及幅度，观察解调信号有何变化。将调制信号改成三角波和方波，再观察解调输出波形。
DSB波解调波形如下图：

3．SSB波的解调

采用振幅调制实验步骤中的二、4中相同的方法来获得SSB波，并将带通滤波器输出的SSB波形（15P06）连接到幅度解调电路的调幅输入端，载波输入与上述连接相同。观察并记录解调输出波形，并与调制信号作比较。改变调制信号的频率及幅度，观察解调信号有何变化。由于带通滤波器的原因，当调制信号的频率降低时，其解调后波形将产生失真，因为调制信号降低时，双边带（DSB）中的上边带与下边带靠得更近，带通滤波器不能有效地抑制下边带，这样就会使得解调后的波形产生失真。
（四）调幅与检波系统实验
按图6-10可构成调幅与检波的系统实验。

				图6-10 调幅与检波系统实验图

将电路按图6-10连接好后，按照上述实验的方法，将幅度调制电路和检波电路调节好，使检波后的输出波形不失真。然后将检波后音频信号接入低频信号源中的功放输入（P104），即用铆孔线将二极管检波器输出10P02（注意10K01、10K02的位置）与低频信号源中的“功放输入”P104相连，或将同步检波器输出9TP03与“功入输入”(P104)相连，便可在扬声器中发出声音。改变调制信号的频率、声音也会发生变化。将低频信号源接“音乐输出”，扬声器中就有音乐声音。

四．实验报告要求

1．由本实验归纳出两种检波器的解调特性，以“能否正确解调”填入表中。

2．观察对角切割失真和底部切割失真现象并分析产生的原因。
对角线失真的主要原因是滤波电容放电慢。在正常的情况下,滤波电容对高频每一周充放电一次，每次充到接近包络线的电压，使检波输出基木能跟上包络线的变化。它的放电规律是按指数曲线进行的，时间常数为RC。假设RC很大，则放电很慢，可能在随后的若干高频周期内，包络线的电压虽然已经下降，但c上的电压还大于包络线的电压，这就使二极管反向截止，失去检波功能，直到包络线电压再次升到超过电容上的电压时，才恢复检波功能。在二极管反向截止期间，检波输出电压是C的放电波形，呈倾斜的对角线形状，故称其为对角线失真，也叫放电失真。
割底失真的主要原因是输入调制信号的调制深度很深，幅值太小。一般在接收机中，检波器输出耦合到下级的电容很人（5-10uF)。对检波器输出的直流而言，c1上充有一个直流电压 U。如果输入信号u(t)的调制度很深，以致在一部分时间内其幅值比 c1 上电压E还小，则在此期
间内，二极管将处于反向截止状态，产生失真。此时电容上电压等于E，故表现为输出波形中的底部被切去，称作割底失真或底部切割失真。

3．对实验中的两种解调方式进行总结。

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