【導讀】本實驗活動使用ADALM2000和Scopy介(jie)紹(shao)包(bao)絡(luo)檢(jian)測(ce)和(he)幅(fu)度(du)調(tiao)製(zhi)。信(xin)號(hao)的(de)包(bao)絡(luo)相(xiang)當(dang)於(yu)其(qi)輪(lun)廓(kuo)，包(bao)絡(luo)檢(jian)波(bo)器(qi)連(lian)接(jie)該(gai)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)所(suo)有(you)峰(feng)值(zhi)。包(bao)絡(luo)檢(jian)測(ce)在(zai)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)和(he)通(tong)信(xin)領(ling)域(yu)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)，幅(fu)度(du)調(tiao)製(zhi)(AM)檢測便是其中一個應用。

目標

本實驗活動使用ADALM2000和Scopy介(jie)紹(shao)包(bao)絡(luo)檢(jian)測(ce)和(he)幅(fu)度(du)調(tiao)製(zhi)。信(xin)號(hao)的(de)包(bao)絡(luo)相(xiang)當(dang)於(yu)其(qi)輪(lun)廓(kuo)，包(bao)絡(luo)檢(jian)波(bo)器(qi)連(lian)接(jie)該(gai)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)所(suo)有(you)峰(feng)值(zhi)。包(bao)絡(luo)檢(jian)測(ce)在(zai)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)和(he)通(tong)信(xin)領(ling)域(yu)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)
，幅(fu)度(du)調(tiao)製(zhi)(AM)檢測便是其中一個應用。

AM是電子通信領域使用的一種調製技術，常用於通過無線電載波傳輸信息。在AM中
，載波的幅度（信號強度）與被傳輸的波形成比例變化。例如，該波形可能對應於揚聲器重現的聲音或電視像素的光強度。

典型的幅度調製信號如公式1所示。

包絡檢波器是一種電子電路，它以高頻信號為輸入並提供輸出
，即原始信號的包絡(ω c » ω m)。

包絡檢波器主要由兩個元素組成：

► 二極管/整流器：用於增強接收信號的一個半周而抑製另一個半周
► 低通濾波器：去除檢測/解調後信號中剩餘的高頻元素時需要。

濾波器通常由一個非常簡單的RC網絡組成，但在某些情況下，依靠整流器之後的電路有限頻率響應即可提供濾波器。

材料

► ADALM2000主動學習模塊

► 無焊試驗板和跳線套件

► 兩個1 kΩ電阻

► 兩個1 μF電容

► 兩個1N914二極管

包絡檢波器

背景知識

請看圖1所示的電路。

圖1.基本包絡檢波器電路。

dianluzhongdedianrongzaishangshengyanchucundianhe
，bingdangxinhaoxiajiangshi
，tongguodianzuhuanmanshifangdianhe。chuanliandeerjiguanduishuruxinhaojinxingzhengliu，jindangzhengshuruduandedianweigaoyufushuruduanshicaiyunxudianliuliudong。

圖2.包絡檢波器試驗板電路。

硬件設置

為包絡檢波器電路構建圖2中的試驗板電路。

程序步驟

使用第一波形發生器作為提供AM信號的信號源，其參數如下所示：

► k = 0.5
► ωc = 10 kHz
► ωm = 100 Hz
► A = 3

要生成AM信號，請使用Scopy信號發生器中的數學函數。將記錄長度設置為20 ms，將采樣率設置為75 MSPS，並應用以下函數：(1 + 0.5 × cos (2 × pi × 100 × t)) × 3 × cos (2 × pi × 100 × 100 × t)。生成的波形如圖3所示。

圖3.生成的AM信號。

配置示波器，以使輸出信號顯示在通道1上。

斷開電容與電路的連接，並觀察輸出信號。產生的波形如圖4所示。

圖4.生成的AM信號的正半部分。

如果不連接電容，電路的工作方式與正半波整流器類似，即保留大於0 V的信號部分。

現在，將電容重新連接到電路。產生的波形如圖5所示。

圖5.正半波包絡。

得到的信號是先前得到的正半波的包絡。實際上，它是具有10 kHz變化的100 Hz消息信號（由載波信號引入）。

頻域頻譜

這些信號也可使用頻譜分析儀工具在頻域中查看。首先，同時觀察10 kHz載波和100 Hz消息信號（因為二者都位於該電路的輸出端）。啟用通道1，並將掃描範圍設置為10 Hz至15 kHz。運行單次掃描。從標記選項卡和標記表中啟用標記1和2。使用上一個峰值
、下一個峰值移動每個標記，以便在載波和消息信號上設置這些標記。產生的波形如圖6所示。

圖6.消息和載波信號。

將掃描範圍設置為9 kHz至11 kHz。在圖7中，主峰值位於10 kHz載波頻率處，並且載波兩側有±100 Hz的調製邊帶（9900 Hz和10100 Hz）。

圖7.解調後的載波信號頻譜。

將掃描範圍設置為20 Hz至180 Hz。在圖8中
，主峰值位於100 Hz消息頻率處。

圖8.解調後的消息信號頻譜。

由you於yu使shi用yong基ji本ben包bao絡luo檢jian波bo器qi電dian路lu對dui輸shu出chu信xin號hao進jin行xing了le頻pin率lv分fen析xi，因yin此ci消xiao息xi和he載zai波bo信xin號hao均jun顯xian示shi出chu來lai。在zai施shi加jia的de輸shu入ru信xin號hao中zhong，載zai波bo幅fu度du大da於yu消xiao息xi幅fu度du，而er相xiang比bi之zhi下xia，頻pin譜pu分fen析xi儀yi繪hui圖tu通tong知zhi中zhong的de消xiao息xi信xin號hao(100 Hz)被放大，幅度相較於載波信號更為明顯（參見標記表）。

擴展包絡檢波器

背景知識

請看圖9所示的電路。

圖9.正負包絡檢波器電路。

在圖1的電路中添加一個類似的電路。唯一的區別是二極管反轉
，允許負電壓通過RC電路。

硬件設置

為擴展包絡檢波器電路構建圖10中的試驗板電路。

圖10.擴展包絡檢波器試驗板電路。

程序步驟

使用第一波形發生器作為提供AM信號的信號源，其參數如下所示：

► k = 0.5
► ωc = 10 kHz
► ωm = 100 Hz
► A = 3

要生成AM信號，請使用Scopy信號發生器中的數學函數。將記錄長度設置為50 ms，並應用以下函數：(1 + 0.5 × cos (2 × pi × 100 × t)) × 3 × cos (2 × pi × 100 × 100 × t)。生成的波形如圖11所示（顯示了5個周期）。

圖11.生成的AM信號。

配置示波器，以使輸出信號顯示在通道1上。

斷開電容C1和C2與電路的連接，並觀察輸出信號。產生的波形如圖12所示。

圖12.生成的AM信號的正半部分和負半部分。

如果不連接電容

，電路就像一個正半波整流器和負半波整流器

，並將正半波與負半波分開。

現在
，將電容重新連接到電路。產生的波形如圖13所示。

圖13.正半波包絡和負半波包絡。

得到的信號是先前得到的正半波和負半波的包絡。

問題

1. 如果電容/電阻值發生變化會如何？這種情況有什麼缺點？
2. 對於圖1中的電路，如果在D1和R1之間添加一個與二極管串聯的電阻，輸出會受到什麼影響
？請解釋有何差異。

額外活動：偏置包絡檢波器

如果幅度（即擺幅）小於二極管的正向導通電壓，則圖1中基於二極管的簡單包絡檢波器無法正常導電，或者根本無法導電。當二極管未完全導通時
，對於高調製指數（接近100%）
，調tiao製zhi信xin號hao的de負fu半ban部bu分fen將jiang嚴yan重zhong失shi真zhen。解jie決jue此ci限xian製zhi的de一yi個ge方fang法fa是shi為wei二er極ji管guan引yin入ru小xiao直zhi流liu偏pian置zhi。該gai小xiao偏pian置zhi電dian流liu移yi動dong到dao電dian路lu的de靜jing態tai工gong作zuo點dian，正zheng好hao位wei於yu二er極ji管guan的de導dao通tong點dian。

材料

► ADALM1000主動學習模塊
► 無焊試驗板和跳線套件
► 一個1.5 kΩ電阻（棕色、綠色、紅色）
► 一個10 kΩ電阻（棕色、黑色、橙色）
► 一個20 kΩ電阻（紅色

、黑色、橙色）
► 兩個1.0 μF電容（C1和C2）
► 一個2N3904 NPN晶體管
► 一個1N914二極管

背景知識

考慮圖14所示的電路。

圖14.偏置包絡檢波器電路。

幅度調製信號交流耦合到NPN晶體管Q1的基極，該晶體管配置為發射極跟隨器。分壓器R1和R2與二極管D1設置交流耦合輸入的直流偏置點（直流恢複）。如果沒有任何調製輸入，Q1發射極處的直流靜態工作點將等於R1和R2連接點的電壓減去D1的二極管壓降和Q1的VBE。Q1的基極電流流入二極管D1，使其正向偏置。在調製輸入的正半周期內，D1關閉，輸入信號峰值為濾波電容C2充電。在輸入信號的負半周期內，晶體管Q1關閉，D1的導電能力更強，提供輸入電流。

硬件設置

為偏置包絡檢波器電路構建圖15中的試驗板電路。

圖15.偏置包絡檢波器試驗板電路。

程序步驟

將電路連接至5 V電源。

weileceshigaidianlu，shouxianshiyongjiandanerjiguanbaoluojianboqishilizhongshiyongdexiangtongtiaozhixinhao。jiangxinshejiyujiandanerjiguanbaoluojianboqijinxingbijiao。shiyongyuqianmianxiangtongdebuzhou，shengchengjuyoujiaoxiaofudu/較高調製指數的AM信號，並比較這兩種檢波器設計的輸出。

圖16顯示了偏置包絡檢波器的輸入和輸出波形示例。

圖16.偏置包絡檢波器波形。 

（來源：ADI公司
，作者：Antoniu Miclaus，係統應用工程師，Doug Mercer
，顧問研究員）

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