【導讀】zaimonitongxinyushepinshiyanjiaoxuezhong，lijiexinhaotiaozhiyuanlishizhangwoxiandaitongxinxitongdeguanjianyibu。qizhong，pinghengtiaozhiqizuoweiyizhonggaoxiaodianlu，qihexingongnengshichanshengyizhizaibodeshuangbiandai（DSBSC）信號——即ji在zai輸shu出chu中zhong巧qiao妙miao移yi除chu射she頻pin載zai波bo分fen量liang，僅jin保bao留liu攜xie帶dai信xin息xi的de和he頻pin與yu差cha頻pin分fen量liang。這zhe種zhong調tiao製zhi方fang式shi在zai保bao留liu全quan部bu信xin息xi的de前qian提ti下xia，顯xian著zhu降jiang低di了le傳chuan輸shu功gong耗hao，是shi深shen入ru理li解jie頻pin譜pu效xiao率lv與yu調tiao製zhi解jie調tiao技ji術shu的de經jing典dian實shi踐jian課ke題ti。本ben次ciADALM2000實驗活動將以經典的二極管環形調製器為實踐對象
，引導學習者親手搭建電路，觀察並分析DSBSC信號的生成與特性，從而深化對調製理論的認識。

目標

本次實驗旨在幫助了解二極管環形調製器的工作原理，探討它的典型應用，並掌握生成雙邊帶抑製載波(DSBSC)信號的基本方法。

材料

• ADALM2000主動學習模塊

• 無焊試驗板

• 四個100 Ω電阻

• 兩個1 kΩ電阻

• 四個1N914二極管

• 兩個三線並繞變壓器（如有）

背景知識

zaimonitongxinyushepinshiyanjiaoxuezhong，lijiexinhaotiaozhiyuanlishizhangwoxiandaitongxinxitongdeguanjianyibu。qizhong
，pinghengtiaozhiqizuoweiyizhonggaoxiaodianlu，qihexingongnengshichanshengyizhizaibodeshuangbiandai（DSBSC）信號——即ji在zai輸shu出chu中zhong巧qiao妙miao移yi除chu射she頻pin載zai波bo分fen量liang，僅jin保bao留liu攜xie帶dai信xin息xi的de和he頻pin與yu差cha頻pin分fen量liang。這zhe種zhong調tiao製zhi方fang式shi在zai保bao留liu全quan部bu信xin息xi的de前qian提ti下xia，顯xian著zhu降jiang低di了le傳chuan輸shu功gong耗hao，是shi深shen入ru理li解jie頻pin譜pu效xiao率lv與yu調tiao製zhi解jie調tiao技ji術shu的de經jing典dian實shi踐jian課ke題ti。本ben次ciADALM2000實驗活動將以經典的二極管環形調製器為實踐對象，引導學習者親手搭建電路
，觀察並分析DSBSC信號的生成與特性
，從而深化對調製理論的認識。

最常見的平衡調製器之一是二極管環形調製器，也稱為格型調製器。它由四個最初呈環形排列的二極管（因此得名）及輸入和輸出變壓器組成。調製器有兩個輸入：一(yi)個(ge)單(dan)頻(pin)載(zai)波(bo)和(he)一(yi)個(ge)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)，後(hou)者(zhe)可(ke)以(yi)是(shi)單(dan)頻(pin)或(huo)複(fu)雜(za)波(bo)形(xing)。載(zai)波(bo)施(shi)加(jia)於(yu)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)，調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)施(shi)加(jia)於(yu)輸(shu)入(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji)。然(ran)而(er)，輸(shu)出(chu)在(zai)輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)次(ci)級(ji)端(duan)被(bei)測(ce)量(liang)。圖(tu)1顯示了兩種不同電路方向的二極管環形調製器。

圖1.二極管環形調製器

二極管環形調製器是電子通信中使用最廣泛的電路之一。除了生成DSBSC信號外

，它還用於頻率和相位調製係統及數字調製係統，例如PSK和QAM。

環huan形xing調tiao製zhi器qi中zhong二er極ji管guan的de方fang向xiang不bu得de與yu二er極ji管guan橋qiao式shi整zheng流liu器qi的de方fang向xiang混hun淆xiao。它ta們men可ke能neng呈cheng現xian類lei似si的de環huan形xing，但dan環huan形xing調tiao製zhi器qi的de所suo有you二er極ji管guan都dou朝chao順shun時shi針zhen或huo逆ni時shi針zhen方fang向xiang
，而er橋qiao式shi整zheng流liu器qi的de二er極ji管guan則ze朝chao左zuo或huo右you。

工作原理

二極管環形調製器中使用的二極管可以是矽二極管
、矽肖特基勢壘二極管或砷化镓二極管。這些二極管用作開關，控製輸入信號是否以180°相xiang位wei反fan轉zhuan的de方fang式shi通tong過guo。載zai波bo信xin號hao以yi高gao速su率lv控kong製zhi二er極ji管guan的de通tong斷duan。務wu必bi明ming白bai，為wei使shi調tiao製zhi器qi正zheng常chang工gong作zuo，載zai波bo的de幅fu度du必bi須xu顯xian著zhu大da於yu調tiao製zhi信xin號hao的de幅fu度du，通tong常chang需xu要yao高gao出chu約yue六liu到dao七qi倍bei。

圖2.正半周操作

在正半周期間，D1和D2正偏導通，而D3和D4反fan偏pian開kai路lu。載zai波bo電dian流liu在zai輸shu入ru變bian壓ya器qi的de次ci級ji中zhong心xin抽chou頭tou處chu均jun勻yun分fen配pei，並bing沿yan相xiang反fan方fang向xiang通tong過guo繞rao組zu的de上shang半ban部bu分fen和he下xia半ban部bu分fen。上shang部bu和he下xia部bu的de電dian流liu各ge自zi產chan生sheng一yi個ge大da小xiao相xiang等deng但dan方fang向xiang相xiang反fan的de磁ci場chang。因yin此ci，所suo產chan生sheng的de磁ci場chang相xiang互hu抵di消xiao，載zai波bo被bei抑yi製zhi。結jie果guo，調tiao製zhi信xin號hao從cong輸shu入ru變bian壓ya器qi通tong過guoD1和D2傳送到輸出變壓器，相位不反轉。圖2顯示了調製器的正半周操作。

圖3.負半周操作

圖3展示了二極管環形調製器的負半周操作。二極管D1和D2反偏關斷
，而D3和D4正(zheng)偏(pian)導(dao)通(tong)。同(tong)樣(yang)的(de)現(xian)象(xiang)再(zai)次(ci)出(chu)現(xian)在(zai)載(zai)波(bo)電(dian)流(liu)上(shang)。它(ta)在(zai)輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)初(chu)級(ji)均(jun)勻(yun)分(fen)配(pei)，兩(liang)個(ge)電(dian)流(liu)產(chan)生(sheng)大(da)小(xiao)相(xiang)等(deng)但(dan)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)的(de)磁(ci)場(chang)。這(zhe)兩(liang)個(ge)電(dian)流(liu)在(zai)輸(shu)入(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)次(ci)級(ji)合(he)並(bing)

，磁(ci)場(chang)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，載(zai)波(bo)被(bei)抑(yi)製(zhi)。調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)輸(shu)入(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)並(bing)發(fa)生(sheng)180°相位反轉
，然後到達輸出變壓器。

圖4以時序圖的形式顯示了二極管環形調製器的波形。

圖4.二極管環形調製器波形：(a)調製信號
，(b)載波信號，(c)輸出變壓器初級處的DSBSC信號，(d)濾波後的DSBSC波形。

在二極管環形調製器的輸出波形中，載波信號被抑製，輸出由輸入頻率的和頻與差頻組成。這些RF脈(mai)衝(chong)以(yi)載(zai)波(bo)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)為(wei)周(zhou)期(qi)，複(fu)現(xian)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)形(xing)狀(zhuang)和(he)幅(fu)度(du)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，載(zai)波(bo)信(xin)號(hao)會(hui)被(bei)完(wan)全(quan)抑(yi)製(zhi)。但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)
，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)不(bu)會(hui)真(zhen)正(zheng)發(fa)生(sheng)。輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)總(zong)是(shi)會(hui)伴(ban)隨(sui)一(yi)個(ge)小(xiao)的(de)載(zai)波(bo)分(fen)量(liang)
，這(zhe)被(bei)稱(cheng)為(wei)載(zai)波(bo)泄(xie)漏(lou)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)由(you)幾(ji)個(ge)原(yuan)因(yin)引(yin)起(qi)：其一，變壓器的中心抽頭位置不夠精確；其二，二極管未完全匹配。

硬件設置

圖5.二極管環形調製器試驗板電路

在無焊試驗板上構建圖5所示的電路。使用1N914快速開關二極管搭建二極管環路。將W1設置為1 kHz正弦調製信號，其峰峰值幅度為1 V，將W2設置為10 kHz正弦載波，其峰峰值幅度為3 V。輸入和輸出變壓器需要1:2的匝數比。您可以嚐試其他變壓器匝數比
，並將輸出結果加以比較。本實驗需要一個采用HP3
、HP4

、HP5或HP6繞組布局的Hexa-Path Magnetics變壓器。如果沒有，您可以使用LTspice®仿真繼續實驗。

程序步驟

觀察電路的輸出波形。它應該類似於圖6所示的仿真波形。

圖6.DSBSC波形

問題

1. 改變輸入和輸出變壓器的匝數比。觀察並比較輸出波形。

2. 將電路中W1和W2的位置互換。將其與原始輸出波形進行比較。輸出波形發生了什麼變化
？

簡化二極管環形調製器

圖7.簡化的無變壓器二極管環形調製器

如圖7所示
，我們可以從傳統二極管環形調製器中去掉變壓器，從而簡化設計。通過使用ADALM2000和兩個低阻值輸入電阻R1和R2（從而無需輸入變壓器），將載波和調製信號的和頻與差頻送入二極管環的兩個相對結點。輸出可以在高阻值輸出電阻R3和R4兩端測量。這些電阻取代輸出變壓器。

圖8.簡化的無變壓器二極管環形調製器的試驗板連接

硬件設置

這種無變壓器版本的二極管環形調製器很容易通過ADALM2000的信號發生器驅動：在一個結點提供載波與調製信號的和頻，在另一個結點提供差頻。設置試驗板，將第一個波形發生器W1的輸出連接到R1的另一端
，第二個波形發生器W2的輸出連接到R2的另一端。示波器輸入1+連接到D1、D3和R4的結點。示波器輸入1-連接到鏈接D2、D4和R3的節點。最後，將R3和R4之間的節點連接到地。連接參見圖8。

程序步驟

本實驗將使用波形公式為fc = 3sin(10kt)的載波和公式為fm = 0.5sin(1kt)的調製信號。最初，這兩個波形相乘，輸出信號是兩者的乘積。其中包含上邊帶頻率fusf和下邊帶頻率flsf。具體的定義為：

fusf = fc + fm flsf = fc – fm
，其中：

• fc = 載波信號

• fm = 調製信號

對於這種簡化方法

，我們直接將邊帶饋送到輸入端。注意載波和調製信號：對於上邊帶，有f(t) = 3sin(10kt) + 0.5sin(1kt)；對於下邊帶，有f(t) = 3sin(10kt)–0.5sin(1kt)。

在信號發生器中：對於W1 (Ch1)，設置公式f(t) = (3 × sin(10×t)) + (0.5 × sin(t))，頻率為1 kHz；對於W2，設置f(t) = (3 × sin(10×t))–(0.5 × sin(t))，頻率同樣為1 kHz。在示波器中，水平軸設置為200 µs/div
，垂直軸設置為500 mV/div。運行信號發生器和示波器，觀察波形。結果應該與圖9中的波形相似。

圖9.簡化的無變壓器二極管環形調製器

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