高频电子线路实验指导书 - 图文

高频电子线路 实验指导书

中国计量学院信息工程学院

二零一四年四月

高频电子线路实验说明书

目 录

目 录 ............................................................................................................................................. 1

实验1 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器） ........................................................ 3 1-1 正弦波振荡器的基本工作原理 ................................................................................. 3 1-2 正弦波振荡器的实验电路 ......................................................................................... 7 1-3 正弦波振荡器实验内容和实验步骤.......................................................................... 9 实验2 振幅调制（集成乘法器幅度调制电路） ........................................................... 11 2-1 振荡调制的基本工作原理 ....................................................................................... 11 2-2 振幅调制实验电路 ................................................................................................... 21 2-3 振幅调制实验内容及实验步骤 ............................................................................... 23 实验3 振幅解调器（包络检波、同步检波）............................................................... 29 3-1 振幅解调基本工作原理 ........................................................................................... 29 3-2 振幅解调实验电路 ................................................................................................... 34 3-3 振幅解调实验内容和实验步骤 ............................................................................... 38 实验4 高频功率放大器 .................................................................................................. 43 4-1 高频功率放大器基本工作原理 ............................................................................... 43 4-2 高频功率放大器实验电路 ....................................................................................... 48 4-3 高频功率放大器实验内容和实验步骤.................................................................... 50 实验5 频率调制（变容二极管调频器） ...................................................................... 54 5-1 频率调制工作原理 ................................................................................................... 54 5-2 频率调制实验电路 ................................................................................................... 61 5-3 频率调制实验内容和实验步骤 ............................................................................... 63 实验6 调频波的解调（斜率鉴频与相位鉴频器） ....................................................... 65 6-1 调频波解调工作原理 ............................................................................................... 65 6-2 调频波解调实验电路 ............................................................................................... 68 6-3 调频波解调实验内容和实验步骤 ........................................................................... 70 实验7 调幅发射与接收完整系统的联调 ...................................................................... 72 7-1 无线电通信概述 ....................................................................................................... 72

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7-2 调幅发送部分联试实验 ........................................................................................... 76 7-3 调幅接收部分联试实验 ........................................................................................... 77 7-4 调幅发射与接收完整系统的联调 ........................................................................... 78 实验8 调频发射与接收完整系统的联调 ...................................................................... 80 实验9 高频电路开发实验（选配） .............................................................................. 82 附 录 ............................................................................................................................. 89

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实验1 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器）

1-1 正弦波振荡器的基本工作原理

振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。

正弦波振荡器在电子技术领域中有着广泛的应用。在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去的。在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。

振荡器的种类很多。从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。我们只讨论反馈式振荡器。根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器分为正弦波振荡器与非正弦波振荡器。我们只介绍正弦波振荡器。

常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。

一．反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理

以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦波自激振荡器的基本原理，其原理电路如图1-1所示。

图1-1

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?b加到晶体管输入端，这就是一个调谐放大器电路， 当开关K接“1”时，信号源V?F。 集电极回路得到了一个放大了的信号V

??b。若适?b不加入晶体管，输入晶体管是V?F的一部分V当开关K接“2”时，信号源V??b大小相等，相位相同，那么电路一定能维持?F的极性，可以使V?b和V当选择互感M和V

高频振荡，达到自激振荡的目的。实际上起振并不需要外加激励信号，靠电路内部扰动即可起振。

产生自激振荡必须具备以下两个条件：

??b同?b和V1.反馈必须是正反馈，即反馈到输入端的反馈电压与输入电压同相，也就是V

相。

2.反馈信号必须足够大，如果从输出端送回到输入端的信号太弱，就不会产生振荡了，

??b在数值上应大于或等于所需要的输入信号电压V?b。 也就是说，反馈电压V二．电容三点式LC振荡器

ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。 1.ＬＣ振荡器的起振条件

一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。 2.LC振荡器的频率稳定度

频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。

3.LC振荡器的调整和参数选择

以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图1-2所示。 从图可知，该电路C2上的电压为反馈电压，即该电压加在三极管be之间。由于该电压形成正反馈，符合振荡器的相位平衡条件。

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图1-2 电容三点式LC振荡器交流等效电路

(1)静态工作点的调整

合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。

当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。

（2）振荡频率f的计算 f? C3BGC1RCC2L1

2?L(c?cT)式中CT为C1、C2和C3的串联值，因C1（300p）>>C3(75p),C2(1000P)>>C3(75p)，故CT≈C3，所以，振荡频率主要由L、C和C3决定。

(3) 反馈系数F的选择

F?C1 C2300?0.3 1000 反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F?0.1～0.5,本实验取F?4.克拉泼和西勒振荡电路

图1-3为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。 图1-4为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。

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VCCRb1RCC1CbRb2ReLVCCRb1RCC1CbCC3C2Rb2ReC2C

图1-3 克拉泼振荡电路 图1-4 西勒振荡电路

三．石英晶体振荡器

LC 振荡器的频率稳定度主要取决于振荡回路的标准型和品质因素（Q值），在采取了稳频措施后，频率稳定度一般只能达到10数量级。为了得到更高的频率稳定度，人们发明了一种采用石英晶体做的振荡器（又称石英晶体振荡器），它的频率稳定度可达到

-4

10?7~10?8数量级。石英晶体振荡器之所以具有极高的频率稳定度，关键是采用了石英晶

体这种具有高Q值的谐振元件。

图2-5是一种晶体振荡器的交流等效电路图。这种电路很类似于电容三点式振荡器，区别仅在于两个分压电容的抽头是经过石英谐振器接到晶体管发射极的，由此构成正反馈通路。C3与C4并联，再与C2串联，然后与L1组成并联谐振回路，调谐在振荡频率。当振荡频率等于石英谐振器的串联谐振频率时，晶体呈现纯电阻，阻抗最小，正反馈最强，相移为零，满足相位条件。因此振荡器的频率稳定度主要由石英谐振器来决定。在其它频率，不能满足振荡条件。

C5C3BG1C4JTIL1R4C2R5

图1-5 晶体振荡器交流通路 图5-1 晶体振荡器交流通路 6

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1-2 正弦波振荡器的实验电路

图1-6为电容三点式LC振荡器和晶体振荡器实验电路。图中，左侧部分为LC振荡器，中间部分为晶体振荡器，右侧部分为射极跟随器。

三极管3Q01为LC振荡器的振荡管，3R01、3R02和3R04为三极管3Q01的直流偏置电阻，以保证振荡管3Q01正常工作。图中开关3K05打到“S”位置时，为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置时，为改进型西勒振荡电路。四位拨动开关3SW01控制回路电容的变化，也即控制着振荡频率的变化。调整电位器3W01可改变振荡器三极管3Q01的电源电压。

图中3Q03为晶体振荡器振荡管，3W03、3R10、3R11和3R13为三极管3Q03直流偏置电阻，以保证3Q03正常工作，调整3W03可以改变3Q03的静态工作点。图中3R12、3C20为去藕元件，3C21 为旁路电容，并构成共基接法。3L03、3C18、3C19构成振荡回路，其谐振频率应与晶体频率基本一致。3C17为输出耦合电容。3TP03为晶体振荡器测试点。该晶体振荡器的交流电路与图1-5基本相同。

晶体振荡器输出与LC 振荡器输出由3K01来控制，开关与上方接通时，为晶振输出，与下方接通时，为LC振荡器输出。三极管3Q02为射极跟随器，以提高带负载的能力。电位器3W02用来调整振荡器输出幅度。3TP02为输出测量点，3P02为振荡器输出铆孔。

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+12VVCCGNDVCCGND+12V12V+12V-12V+12V13TP01+12V113U013+5VVin1+12V1DN3R123R09G3TP033C143L023C2013R0823W033L033D013C133C153W013R143C163C173R073R103K0123C10SW SPDT3Q033R03C3C041B3C183TP023R053L01E3C113Q02S3K05A3JZ0113R01220P2P33C123P023R11SOUT3K05BC3Q013C02P输出1B3C213R133C193W023R06E876533R023SW01SW DIP-43C013R043C03GND1123413C063C073C083C09

图1-6 LC振荡器和晶体振荡器实验电路

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1-3 正弦波振荡器实验内容和实验步骤

一．实验内容

1.用示波器观察LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰值Vp?p，并以频率计测量振荡频率； 2.测量LC振荡器的幅频特性； 3.测量电源电压变化对振荡器的影响；

4.观察并测量静态工作点变化对晶体振荡器工作的影响。

二．实验步骤

1.实验准备

插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，按下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。

2.LC 振荡实验（为防止晶体振荡器对LC振荡器的影响，应使晶振停振，即将3W03顺时针调到底。）

（1）西勒振荡电路幅频特性的测量

3K01拨至LC振荡器，示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P02。调整电位器3W02，使输出最大。开关3K05拨至“P”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如开关“1”、“2”往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表1-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰-峰值VP-P），并将测量结果记于表中。

表1-1

电容C（pf） 振荡频率f(MHZ) 输出电压VP-P(v) 10 50 100 150 200 250 300 350 注：如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。 （2）克拉泼振荡电路幅频特性的测量

将开关3K05拨至“S”，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述（1）的方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表2-1中。 （3）测量电源电压变化对振荡器频率的影响

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分别将开关3K05打至（S）和（P）位置，改变电源电压EC，测出不同EC下的振荡频率。并将测量结果记于表1-2中。

其方法是：频率计接振荡器输出3P01，调整电位器3W02使输出最大，用示波器监测，测好后去掉。选定回路电容为100P。即3SW01“3”往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表1-2给出的电压值Ec，调整3W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中△f为改变Ec时振荡频率的偏移，假定Ec=10.5V时 ,△f=0，则△f=f-f10.5V。

表1-2 EC（V） 串联（S） F(MHZ) △f(KHZ) EC（V） 并联（P） F(MHZ) △f(KHZ) 3.晶体振荡器实验

（1）3K01拨至“晶体振荡器”，将示波器探头接到3TP02端，观察晶体振荡器波形，如果没有波形，应调整3W03电位器。然后用频率计测量其输出端频率，看是否与晶体频率一致。

（2）示波器接3TP02端，频率计接3P02输出铆孔，调节3W03以改变晶体管静态工作点，观察振荡波形及振荡频率有无变化。 4.实验报告要求

（1）根据测试数据，分别绘制西勒振荡器，克拉泼振荡器的幅频特性曲线，并进行分析比较；

（2）根据测试数据，计算频率稳定度，分别绘制克拉泼振荡器、西勒振荡器的

10.5 10.5 9.5 9.5 8.5 8.5 7.5 7.5 6.5 6.5 5.5 5.5 ?f?Ec曲线； fo（3）根据实验，分析静态工作点对晶体振荡器工作的影响； （4）总结由本实验所获得的体会。

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实验2 振幅调制（集成乘法器幅度调制电路）

2-1 振荡调制的基本工作原理

根据电磁波理论知道，只有频率较高的振荡才能被天线有效地辐射。但是人的讲话声音变换为相应电信号的频率较低，不适于直接从天线上辐射。因此，为了传递信息，就必须将要传递的信息“记载”到高频振荡上去。这一“记载”过程称为调制。调制后的高频振荡称为已调波，未调制的高频振荡称为载波。需要“记载”的信息称为调制信号。

调制过程是用被传递的低频信号去控制高频振荡信号，使高频输出信号的参数（幅度、频率、相位）相应于低频信号变化而变化，从而实现低频信号搬移到高频段，被高频信号携带传播的目的。完成调制过程的装置叫调制器。

调制器和解调器必须由非线性元件构成，它们可以是二极管或三极管。近年来集成电路在模拟通信中得到了广泛应用，调制器、解调器都可以用模拟乘法器来实现。

一．振幅调制和调幅波

振幅调制就是用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。经过振幅调制的高频载波称为振幅调制波（简称调幅波）。调幅波有普通调幅波（AM）、抑制载波的双边带调幅波（DSB）和抑制载波的单边带调幅波（SSB）三种。

1.普通调幅波（AM） （1）调幅波的表达式、波形 设调制信号为单一频率的余弦波：

u?(t)?U?mcos?t?U?mcos2?Ft （2-1）

载波信号为

uc(t)?Ucmcos?ct?Ucmcos2?fct （2-2）

为了简化分析，设两者波形的初相角均为零，因为调幅波的振幅和调制信号成正比，由此可得调幅波的振幅为

UAM(t)?Ucm?kaU?mcos?TU?m?Ucm(1?kacos?t) （2-3）

Ucm?Ucm(1?macos?t)11

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式中，

ma?kaU?m Ucm其中，ma称为调幅指数或调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制程度，ka为由调制电路决定的比例常数。由于实现振幅调制后载波频率保持不变，因此已调波的表示式为

UAM(t)?UAM(t)cos?ct?Ucm(1?macos?t)cos?ct （2-4）

可见，调幅波也是一个高频振荡，而它的振幅变化规律（即包络变化）是与调制信号完全一致的，因此调幅波携带着原调制信号的信息。由于调幅指数ma与调制电压的振幅成正比，即U?m越大， ma越大，调幅波幅度变化越大，ma小于或等于1。如果ma?1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅，在实际工作中应该避免产生过调幅。调幅波的波形如图2-1所示。

图2-1 调幅波的波形

（2）调幅波的频谱 由式（2-4）展开得

11UAM(t)?Ucm(t)cos?ct?maUcmcos(?c??)t?maUcmcos(?c??)t （2-5）

22可见，用单音频信号调制后的已调波，由三个高频分量组成，除角频率为?c的载波以外，还有(?c??)和(?c??)两个新角频率分量。其中一个比?c高，称为上边频分量；一个比?c低，称为下边频分量。载波频率分量的振幅仍为Ucm,而两个边频分量的振幅均

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为

11maUcm。因为ma的最大值只能等于1，所以边频振幅的最大值不能超过Ucm，将这22三个频率分量用图画出，便可得到图2-2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。

幅度下边频Ucm上边频mamaUcmUcm220

?c???c??c??图2-2 普通调幅波的频谱图

以上分析表明，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。

显然，在调幅波中，载波并不含有任何有用信息，要传送的信息只包含于边频分量中。边频的振幅反映了调制信号幅度的大小，边频的频谱虽属于高频范畴，但反映了调制信号频率的高低。

由图2-2可见，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

B?2F。实际上调制信号不是单一频率的正弦波，而是包含若干频率分量的复杂波形（例

如实际的话音信号就很复杂），在多频调制时，如由若干个不同频率?1,?2,……,?k的信号所调制，其调幅波方程为

uAM(t)?Ucm(1?ma1cos?1t?ma2cos?2t?…)cos?ct

相乘展开后得到

uAM(t)?Ucmcos?ct?ma1ma1Ucmcos(?c??1)t?Ucmcos(?c??1)t22ma2ma2 （2-7） ?Ucmcos(?c??2)t?Ucmcos(?c??2)t?…22makmak?Ucmcos(?c??k)t?Ucmcos(?c??k)t22相应地，其调幅波含有一个载频分量及一系列的高低边频分量(?c??1)，(?c??2)，

…(?c??k)等等。多频调制调幅波的频谱图如图2-3所示。由此可以看出，一个调幅波

实际上是占有某一个频率范围，这个范围称为频带。总的频带宽度为最高调制频率的两倍，即B?2Fmax，这个结论很重要。因为在接收和发送调幅波的通信设备中，所有选频网络

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应当不但能通过载频，而且还要能通过边频成分。如果选频网络的通频带太窄，将导致调幅波的失真。

图5-3 多频调制调幅波的频谱图

调制后调制信号的频谱被线性地搬移到载频的两边，成为调幅波上、下边带。所以，调幅的过程实质上是一种频谱搬移的过程。

2.抑制载波双边带调幅（DSB）

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uc。直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到。双边带调幅信号写为

uDSB(t)?Au?uc?AU?mcos?tUcmcos?ct （2-8） 1?AU?mUcm?cos(?c??)t?cos(?c??)t?2式（2-8）中，A为由调幅电路决定的系数；AU?mUcmcos?t是双边带高频信号的振幅，它与调制信号成正比。高频信号的振幅按调制信号的规律变化，不是在Ucm的基础上，而是在零值的基础上变化，可正可负。因此，当调制信号从正半周进入负半周的瞬间（即调幅包络线过零点时），相应高频振荡的相位发生180°的突变。双边带调幅的调制信号、调幅波如图2-4所示。由图可见，双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。

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图2-4 双边带调幅的调制信号及调幅波 图2-5 DSB的频谱图

图2-5为 DSB的频谱图。

由以上讨论可以看出DSB调制信号有如下特点：

（1）DSB信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，DSB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。

（2）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f(t)?0瞬间有180°的突变。

（3）对DSB调制，信号仍集中在载频?c附近，所占频带为

BDSB?2Fmax

由于DSB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。为进一步节省发送功率，减小频带宽度，提高频带利用率，下面介绍单边带传输方式。

3.抑制载波单边带调幅（SSB）

进一步观察双边带调幅波的频谱结构发现，上边带和下边带都反映了调制信号的频谱结构，因而它们都含有调制信号的全部信息。从传输信息的观点看，可以进一步把其中的一个边带抑制掉，只保留一个边带（上边带或下边带）。无疑这不仅可以进一步节省发射功率，而且频带的宽度也缩小了一半，这对于波道特别拥挤的短波通信是很有利的。这种

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既抑制载波又只传送一个边带的调制方式，称为单边带调幅，用SSB表示。

获得单边带信号常用的方法有滤波法和移相法，现简述采用滤波法实现SSB信号。 调制信号u?和uc经乘法器（或平衡调幅器）获得抑制载波的DSB信号，再通过带通滤波器滤除DSB信号中的一个边带（上边带或下边带），便可获得SSB信号。当边带滤波器的通带位于载频以上时，提取上边带，否则提取下边带。

由此可见，滤波法的关键是高频带通滤波器，它必须具备这样的特性：对于要求滤除的边带信号应有很强的抑制能力，而对于要求保留的边带信号应使其不失真地通过。这就要求滤波器在载频处具有非常陡峭的滤波特性。用这种方法实现单边带调幅的数学模型如图2-6所示。

图5-6 实现单边带调幅信号的数学模型

由式（2-8）可知，双边带信号为

UDSB(t)?Au?uc?AU?mcos?tUcmcos?ct 1?AU?mUcm?cos(?c??)t?cos(?c??)t?2通过边带滤波器后，就可得到上边带或下边带： 下边带信号：

uSSBL(t)?上边带信号：

1AU?mUcmcos(?c??)t 2uSSBH(t)?1AU?mUcmcos(?c??)t 216

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从上两式看出，SSB信号的振幅与调制信号振幅U?m成正比。它的频率随调制信号的频率不同而不同。

表2-1列出了在单音信号调制下三种已调信号的时域波形图及频谱示意图，以及多音信号调制下三种已调信号的频谱示意图。

表2-1 三种调幅波时域、频域波形

二．普通调幅波的产生电路

在无线电发射机中，振幅调制的方法按功率电平的高低分为高电平调制电路和低电平调制电路两大类。前者是在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波，后者多在发射机的前级产生小功率的已调波，再经过线性功率放大器放大，达到所需的发射功率电平。

普通调幅波的产生多用高电平调制电路。它的优点是不需要采用效率低的线性放大器，有利于提高整机效率。但它必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。低电平调制

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电路的优点是调幅器的功率小，电路简单。由于它输出功率小，常用在双边带调制和低电平输出系统。低电平调幅电路可采用集成高频放大器产生调幅波，也可利用模拟乘法器产生调幅波。

下面介绍一种高电平调幅电路。高电平调幅电路是以调谐功率放大器为基础构成的，实际上它是一个输出电压振幅受调制信号控制的调谐功率放大器，根据调制信号注入调幅器方式的不同，分为基极调幅、发射极调幅和集电极调幅三种，下面我们仅介绍基极调幅。

基极调幅电路如图2-7所示。由图可见，高频载波信号u?通过高频变压器T1加到晶体管基极回路，低频调制信号u?通过低频变压器T2加到晶体管基极回路，Cb为高频旁路电容，用来为载波信号提供通路。

图2-7基极调幅电路

在调制过程中，调制信号u?相当于一个缓慢变化的偏压（因为反偏压Eb?0，否则综合偏压应是Eb?u?），使放大器的集电极脉冲电流的最大值icmax和导通角?按调制信号的大小而变化。在u?往正向增大时，icmax和?增大；在u?往反向减小时，icmax和?减少，故输出电压幅值正好反映调制信号波形。晶体管的集电极电流ic波形和调谐回路输出的电压波形，如图2-8所示，将集电极谐振回路调谐在载频fc上，那么放大器的输出端便获得调幅波。

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图2-8 基极调幅波形图

三．抑制载波调幅的产生电路

产生抑制载波调幅波的电路采用平衡、抵消的办法把载波抑制掉，故这种电路叫抑制载波调幅电路或叫平衡调幅电路。

实现这种调幅的电路很多，目前广泛应用的是二极管环形调制器，电路如图2-9所示。

图2-9 二极管环形调制器

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随着集成电路的发展，由线性组件构成的平衡调幅器已被采用，图2-10是用模拟乘法器实现抑制载波的实际电路，它是用MC1596G构成。这个电路的特点是工作频带宽，输出频率较纯，而且省去了变压器，调整简单。

图2-10 用模拟乘法器产生抑制载波调幅

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2-2 振幅调制实验电路

由于集成电路的发展，集成模拟相乘器得到广泛的应用，本实验采用MC1496集成模拟相乘器来实现调幅之功能。 1．MC1496简介

MC1496是一种四象限模拟相乘器，其内部电路以及用作振幅调制器时的外部连接如图2-11所示。由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T1～T4），且这两组差分对的恒流源管（T5、T6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。其典型用法是：

⑻、⑽脚间接一路输入（称为上输入v1），⑴、⑷脚间接另一路输入（称为下输入v2），⑹、⑿脚分别经由集电极电阻Rc接到正电源+12V上，并从⑹、⑿脚间取输出vo。 ⑵、⑶脚间接负反馈电阻Rt。⑸脚到地之间接电阻RB，它决定了恒流源电流I7、I8的数值，典型值为6.8kΩ。⒁脚接负电源?8V。⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。由于两路输入

v1、v2的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。可以证明：

vo? 时，方有：vo??v?2Rcv2?th?1?Rt?2vT?，因而，仅当上输入满足v1≤VT (26mV)

Rcv1?v2，才是真正的模拟相乘器。本实验即为此例。 RtvT

图2-11 MC1496内部电路及外部连接

2．MC1496组成的调幅器实验电路

用1496组成的调幅器实验电路如图2-12所示。图中，与图2-11相对应之处是：8R08

对应于RT，8R09对应于RB，8R03、8R10对应于RC。此外，8W01用来调节（1）、（4）端之间的平衡，8W02用来调节（8）、（10）端之间的平衡。8K01开关控制（1）端是否接入直流电压，当8K01置“on”时，1496的（1）端接入直流电压，其输出为正常调幅波（AM），调整8W03电位器，可改变调幅波的调制度。当8K01置“off”时，其输出为平衡调幅波（DSB）。晶体管8Q01为随极跟随器，以提高调制器的带负载能力。

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8R02+12V18R018R138C018TP0118R088P018R158C028C04238D01载波输入8U018R10LEDGADJGADJ8R118TP028CAR+8R038TP0318W028C05108P028C03CAR-OUT+68Q01VCC1121IN2SIG+OUT-8C068P03音频输入4SIG-BIAS5VEE8R06OUTMC149618K018R048R0548R09216.8kGND88R12318W018R14-12V18W038D028C07图2-12 1496组成的调幅器实验电路

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OUT

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2-3 振幅调制实验内容及实验步骤

一．实验内容

1．模拟相乘调幅器的输入失调电压调节。

2．用示波器观察正常调幅波（AM）波形，并测量其调幅系数。 3．用示波器观察平衡调幅波（抑制载波的双边带波形DSB）波形。 4．用示波器观察调制信号为方波、三角波的调幅波。

二．实验步骤

1．实验准备

（1）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，按下模块上开关8K1，此时电源指标灯点亮。

（2）调制信号源：采用低频信号源中的函数发生器，其参数调节如下（示波器监测）： ? 频率范围：1kHz ? 波形选择：正弦波 ? 输出峰-峰值：300mV （3）载波源：采用高频信号源：

? 工作频率：2MHz用频率计测量（也可采用其它频率）； ? 输出幅度（峰-峰值）：200mV，用示波器观测。 2．输入失调电压的调整（交流馈通电压的调整）

集成模拟相乘器在使用之前必须进行输入失调调零，也就是要进行交流馈通电压的调整，其目的是使相乘器调整为平衡状态。因此在调整前必须将开关8K01置“off”（往下拨），以切断其直流电压。交流馈通电压指的是相乘器的一个输入端加上信号电压，而另一个输入端不加信号时的输出电压，这个电压越小越好。 （1）载波输入端输入失调电压调节

把调制信号源输出的音频调制信号加到音频输入端（8P02），而载波输入端不加

信号。用示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形，调节电位器8W02，使此时

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输出端（8TP03）的输出信号（称为调制输入端馈通误差）最小。 （2）调制输入端输入失调电压调节

把载波源输出的载波信号加到载波输入端（8P01），而音频输入端不加信号。用

示波器监测相乘器输出端（8TP03）的输出波形。调节电位器8W01使此时输出（8TP03）的输出信号（称为载波输入端馈通误差）最小。 3．DSB（抑制载波双边带调幅）波形观察

在载波输入、音频输入端已进行输入失调电压调节（对应于8W02、8W01调节的基础上），可进行DSB的测量。

（1）DSB信号波形观察

将高频信号源输出的载波接入载波输入端（8P01），低频调制信号接入音频输入端（8P02）。

示波器CH1接调制信号（可用带“钩”的探头接到8TP02上），示波器CH2接调幅输出端（8TP03），即可观察到调制信号及其对应的DSB信号波形。其波形如图2-13所示，如果观察到的DSB波形不对称，应微调8W01电位器。

图2-13 图2-14

（2）DSB信号反相点观察

为了清楚地观察双边带信号过零点的反相，必须降低载波的频率。本实验可将载波频率降低为100KHZ（如果是DDS高频信号源可直接调至100KHZ；如果是其它信号源，需另配100KHZ的函数发生器），幅度仍为200mv。调制信号仍为1KHZ（幅度300mv）。 增大示波器X轴扫描速率，仔细观察调制信号过零点时刻所对应的DSB信号，过零点时刻的波形应该反相，如图2-14所示。

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（3）DSB信号波形与载波波形的相位比较

在实验3（2）的基础上，将示波器CH1改接8TP01点，把调制器的输入载波波形与输出DSB波形的相位进行比较，可发现：在调制信号正半周期间，两者同相；在调制信号负半周期间，两者反相。 4.SSB（单边带调制）波形观察

单边带（SSB）是将抑制载波的双边带（DSB）通过边带滤波器滤除一个边带而得到的。本实验利用滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器作为边带滤波器，该滤波器的中心频率110KHZ左右，通频带约12KHZ。为了利用该带通滤波器取出上边带而抑制下边带。双边带（DSB）的载波频率应取106KHZ。具体操作方法如下：

将载波频率为106KHZ，幅度300mv的正弦波接入载波输入端（8P01），将频率为4KHZ，幅度300mv的正弦波接入音频输入端（8P02）。按照DSB的调试方法得到DSB波形。将调幅输出（8P03）连接到滤波与计数鉴频模块中的带通滤波器输入端（15P05），用示波器测量带通滤波器输出（15P06），即可观察到SSB信号波形。在本实验中，正常的SSB波形应为110KHZ的等幅波形，但由于带通滤波器频带较宽，下边带不可能完全抑制，因此，其输出波形不完全是等幅波。 5．AM（常规调幅）波形测量 （1）AM正常波形观测

在保持输入失调电压调节的基础上，将开关8K01置“on”（往上拨），即转为正常调幅状态。载波频率仍设置为2MHZ（幅度200mv），调制信号频率1KHZ（幅度300mv）。示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03，即可观察到正常的AM波形，如图2-15所示。

图2-15

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调整电位器8W03，可以改变调幅波的调制度。在观察输出波形时，改变音频调制信号的频率及幅度，输出波形应随之变化。下图为用示波器测出的正常调幅波波形：

（2）不对称调制度的AM波形观察

在AM正常波形调整的基础上，改变8W02，可观察到调制度不对称的情形。最后仍调到调制度对称的情形。下图为用示波器测出的不对称调幅波波形：

（3）过调制时的AM波形观察

在上述实验的基础上，即载波2MHZ（幅度200mv），音频调制信号1KHZ（幅度300mv），示波器CH1接8TP02、CH2接8TP03。调整8W03使调制度为100%，然后增大音频调制信号的幅度，可以观察到过调制时AM波形，并与调制信号波形作比较。下图为调制度为100%和过调制的AM波形：

调制度为100%的AM波形 过调制AM波形

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（4）增大载波幅度时的调幅波观察

保持调制信号输入不变，逐步增大载波幅度，并观察输出已调波。可以发现：当载波幅度增大到某值时，已调波形开始有失真；而当载波幅度继续增大时，已调波形包络出现模糊。最后把载波幅度复原（200mv）。 （5）调制信号为三角波和方波时的调幅波观察

保持载波源输出不变，但把调制信号源输出的调制信号改为三角波（峰—峰值200mv）或方波（200mv），并改变其频率，观察已调波形的变化，调整8W03，观察输出波形调制度的变化。下图为调制信号为三角波时的调幅波形：

6．调制度Ma的测试

我们可以通过直接测量调制包络来测出Ma。将被测的调幅信号加到示波器CH1或CH2，并使其同步。调节时间旋钮使荧光屏显示几个周期的调幅波波形，如图5-16所示。根据Ma的定义，测出A、B，即可得到Ma。

ma?

A?B?100% A?B27

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BA图2-16

三．实验报告要求

1．整理按实验步骤所得数据，绘制记录的波形，并作出相应的结论。 2．画出DSB波形和ma?100%时的AM波形，比较两者的区别。 3．总结由本实验所获得的体会。

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实验3 振幅解调器（包络检波、同步检波）

3-1 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3-1所示的简化电路为例进行分析。

图3-1 大信号检波电路

大信号检波和二极管整流的过程相同。图3-2表明了大信号检波的工作原理。输入信号ui(t)为正并超过C和RL上的uo(t)时，二极管导通，信号通过二极管向C充电，此时uo(t)随充电电压上升而升高。当ui(t)下降且小于uo(t)时，二极管反向截止，此时停止向C充电，uo(t)通过RL放电，uo(t)随放电而下降。

充电时，二极管的正向电阻rD较小，充电较快。uo(t)以接近ui(t)的上升速率升

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高。放电时，因电阻RL比rD大得多（通常RL?5~10k?），放电慢，故uo(t)的波动小，并保证基本上接近于ui(t)的幅值。

如果ui(t)是高频等幅波，则uo(t)是大小为Uo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ui(t)的幅度增大或减少时，检波器输出电压uo(t)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uo(t)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uo(t)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3-2 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3-1所示的电路，在正常情况下，滤波电容C对高频每一周充放电一次，

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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RLC。假设RLC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C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C的放电波形，呈倾斜的对角线形状，如图3-3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。

3-3 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 ?F）,图3-4中的C1为耦合电容。

图3-4

对检波器输出的直流而言，C1上充有一个直流电压Uo。如果输入信号ui(t)的调制度

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很深，以致在一部分时间内其幅值比C1上电压Uo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Uo，故表现为输出波形中的底部被切去，如图3-5所示。

图3-5 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3-6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ur，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ur与接收端输入的调幅信号ui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。

ui相乘器低通滤波器uour图3-6

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

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解调。利用模拟乘法器构成的抑制载波调幅解调电路，如图3-7所示。

图3-7 用模拟乘法器构成同步检波电路

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3-2 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3-8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：

RC???21?mama

其中：ma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R?不相等，而且调幅度ma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

ma?R?。 R34

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+12V110TP0210TP011110TP031led10D0210R0510K0210R0310R0410C04OUT10BG019018OUT10BG02110P0110C0110D0110R0851010C0610K01SW-K210TP0410R0710P0210L0110R0110C0210C0710R0210W0310C0310R0610W0110W02GND 图3-8 二极管包络检波电路

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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3-9所示。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3-9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。

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9C039R03+12V19R12 9TP019R079C019R045109R019D01 9P011LED9U019R99TP039R0561259C079C04MC14969C054700P9R109R069C062 载波输入9TP02GADJ8101CAR+CAR-SIG+SIG-VEE9R09GADJ3音频输出19P03OUT+OUT-BIAS 9P0219C029R029R084 调幅输入 14GND

GND9图3-9 MC1496 组成的解调器实验电路

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3-3 振幅解调实验内容和实验步骤

一．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。

二．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）ma?30%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ma?30%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ma值。 ④观察底部切割失真

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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ma。当出现割底失真后，减小ma（减小音频调制信号幅度）使失真消失，并计算此时的ma。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）ma?100%的AM波的解调

调节8W03，使ma=100%，观察并记录检波器输出波形。 （3）ma?100%的AM波的解调

加大音频调制信号幅度，使ma>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ma?30%，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

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