根据电磁波理论，只有高频振荡才能被天线有效辐射。然而，人们的演讲声音转换为相应电信号的频率较低，不适合直接从天线辐射。因此，为了传递信息，必须将要传递的信息记录到高频振荡。这记录过程称为调制。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。 调制过程是利用传输的低频信号控制高频振荡信号，使高频输出信号的参数（范围、频率、相位）与低频信号相对应变化，从而实现低频信号移动到高频段由高频信号传输的目的。完成调制过程的装置称为调制器。 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。

振幅调节是利用低频调节信号控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅与调节信号成正比变化。振幅调节后的高频载波称为振幅调节波（以下简称振幅调节波）。振幅调节波有一个普通的振幅调节波（AM）、双边带调幅波抑制载波（DSB）单边调幅波抑制载波（SSB）三种。

余弦波设置调制信号为单频： （5-1） 载波信号为 （5-2） 为了简化分析，由于调幅波的振幅与调制信号成正比，设置两个波形的初相角为零，因此调幅波的振幅为 （5-3） 式中，

其中，称为调幅指数或调幅度，表示载波振幅由调制信号控制，是由调制电路决定的比例常数。由于振幅调制后载波频率保持不变，调波的表示为 （5-4） 可见调幅波也是一种高频振荡，其振幅变化规律(即包络变化)与调制信号完全一致，因此调幅波携带原调制信号的信息。调幅指数与调制电压的振幅成正比，即越大， 调幅波幅变化越大，小于或等于1。如果调幅波失真，这种情况称为过调幅，在实际工作中应避免过调幅。如图5-1所示。

  图5-1 调幅波的波形 

由式(5-4)展开 （5-5） 可见，用单音频信号调制后的已调波，由三个高频分量组成，除角频率为的载波以外，还有和两个新角频率分量。其中一个比高，称为上频分量；一个比低，称为下频分量。负载频率分量的振幅仍然是，两个边频分量的振幅都是。因为最大值只能等于1，所以边频振幅的最大值不能超过，图5-2所示的频谱图可以通过绘制这三个频率分量获得。在此图中，调幅波的每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5-2 普通调幅波的频谱图 

上述分析表明，调幅过程是将低频调制信号转移到高频载波分量两侧的过程。 显然，载波不包含任何有用的信息，要传输的信息只包含在边频重量中。边频振幅反映了调制信号的大小。虽然边频频谱属于高频范畴，但它反映了调制信号的频率。 从图5-2可以看出，在单频调制中，调幅波的频带宽度是调制信号频谱的两倍，即。事实上，调制信号不是单频的正弦波，而是包含多个频率重量的复杂波形（例如，音频信号非常复杂）。在多频调制中，如果调制了多个不同频率的信号，则调幅波方程为

相乘展开后得到 （5-7） 相应地，其调幅波包含载频分量和一系列高低边频分量等。多频调制调幅波的频谱图如图5-3所示。由此可见，调幅波实际上占据了一定的频率范围，称为频带。总频带宽度是最高调制频率的两倍，这一结论非常重要。因为在接收和发送调幅波的通信设备中，所有选频网络不仅要通过载频，还要通过边频组件。选频网络的通频带过窄，会导致调幅波失真。

    图5-3 多频调制调幅波的频谱图 

调制后调制信号的频谱线性移动到负载频率的两侧，成为调幅波的上下带。因此，调幅过程本质上是一个频谱移动过程。

由于载波不携带信息，为了节省发射功率，只能在不发射载波的情况下发射含有信息的上下边带。这种调节方法称为抑制载波的双边带调节，简称双边带调节 DSB表示。可以调制信号和载波信号。直接添加到乘法器或平衡调幅器电路中。双侧带调幅信号 （5-8） 在公式(5-8)中，是由调幅电路决定的系数；它是双边高频信号的振幅，与调制信号成正比。根据调制信号的规律，高频信号的振幅变化不是基于，而是基于零值，可以正也可以负。因此，当调制信号从正半周进入负半周（即调幅包络线过零点）时，相应的高频振荡相位为180°的突变。如图5-4所示，双边带调幅的调制信号和调幅波。从图中可以看出，双边带调幅波的包络不再反映调制信号的变化规律。

图5-4 双边带调幅的调制信号和调幅波          图5-5 DSB的频谱图 

图5-5为 DSB的频谱图。 从以上讨论可以看出DSB调制信号具有以下特点： （1）DSB信号的振幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，DSB包络不再反映调制信号的形状，而是保持调幅波频谱移动的特征。 (2)在调制信号的正负半周内，载波相反，即高频振荡相瞬间有180°的突变。 （3）对DSB调制时，信号仍集中在载频附近，占频带为

由于DSB控制载波，输出功率是一个有用的信号，比普通的调幅经济，但在频带利用率没有什么改进。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。

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5-9所示。

			图5-9   二极管环形调制器

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5-10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5-10  用模拟乘法器产生抑制载波调幅

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。

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5-11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： ，因而，仅当上输入满足v1≤VT (26mV)时，方有：，才是真正的模拟相乘器。本实验即为此例。

图5-11 MC1496内部电路及外部连接

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。

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。

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。

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5-13所示，如果观察到的DSB波形不对称，应微调8W01电位器。

		图5-13                              图5-14

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5-14所示。

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。

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104KHZ。具体操作方法如下： 将载波频率为104KHZ，幅度300mv的正弦波接入载波输入端（8P01），将频率为6KHZ，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。

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5-15所示。

					图5-15

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：

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：

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

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）。

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：

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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