实验三 集成乘法器幅度调制实验

高频实验报告

实验名称：集成乘法器幅度调制实验

南京理工大学紫金学院电光系

一、实验目的

a)通过实验了解集成乘法器幅度调制的工作原理，验证普通调幅波（AM）

和抑制载波双边带调幅波（AM

SC

/）的相关理论。

DSB

b)掌握用集成模拟乘法器MC1496实现AM和DSB-SC的方法，并研究调制信

号、载波信号与已调波之间的关系。

c) 掌握在示波器上测量与调整调幅波特性的方法。

二、实验基本原理与电路

1.调幅信号的原理

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

t

U u m Ω=ΩΩcos ,载波信号为 ：

t

U u c cm c ωcos =

普通调幅波（AM ）的表达式为AM u =t t U c AM ωcos )()cos 1(t m U a cm Ω+=t

c ωcos

式中，

a

m 称为调幅系数或调幅度。

由于调幅系数a

m 与调制电压的振幅成正比，即

m

U Ω越大，

a

m 越大，调幅波

幅度变化越大， 一般

a

m 小于或等于1。如果

a

m >1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。

未调制状态调制状态

图3-1 调幅波的波形

（2）. 普通调幅波（AM ）的频谱

普通调幅波（AM ）的表达式展开得：

t U m t U m t U u c cm a c cm a c cm AM )cos(21

)cos(21cos Ω-+Ω++

=ωωω

它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图3-2

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。

图3-2 普通调幅波的频谱图

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。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F B 2=

（3）．普通调幅波（AM ）的功率 载波分量功率：

L cm

c R U P 2

21=

上边频分量功率：

c

a L cm a L cm a P m R U m R U m P 2222141811)2(21===

下边频分量功率：

c

a L cm a L cm a P m R U m R U m P 22

22241811)2(21===

因此，调幅波在调制信号的一个周期内给出的平均功率为：

c

a c P m

P P P P )21(2

21+=++=

可见，边频功率随a m 的增大而增加，当1=a m 时，边频功率为最大，即

C

P P 23=。

这时上、下边频功率之和只有载波功率的一半，这也就是说，用这种调制方式，发送端发送的功率被不携带信息的载波占去了很大的比例，显然，这是很不经济的。但由于这种调制设备简单，特别是解调更简单，便于接收，所以它仍在某些领域广泛应用。

(二) 抑制载波双边带调幅（AM SC DSB -/）

1．抑制载波双边带调幅（AM SC DSB -/）的表达式、波形

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Ωu 和载波信号c u 直接加到乘法器或平衡调幅器电路得到。双边带调幅信号写成：

t

tU AU u Au u c cm m C DSB ωcos cos Ω==ΩΩ

])cos()[cos(21

t t U AU c c cm m Ω-+Ω+=

Ωωω

A 为由调幅电路决定的系数；t U AU cm m ΩΩcos 是双边带高频信号的振幅，它

与调制信号成正比。双边带调幅的调制信号、调幅波形如图3-3所示。双边带调幅波的包络已不再反映调制信号的变化规律。图3-4为AM SC DSB -/频谱图。

由以上讨论可以看出AM SC DSB -/调制信号有如下的特点：

图3-3 双边带调幅的调制信号、调幅波

图3-4 AM SC DSB -

/频谱图

（a ）AM SC DSB -/信号的幅值仍随调制信号而变化，但与普通调幅波不同，

AM SC 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。

（b ）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0)(=t f 瞬间有0

180的突变。

（c ）AM SC DSB -/调制，信号仍集中在载频0ω附近，所占频带为

max

2F B DSB =

由于AM SC 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。

2. 集成模拟乘法器MC1496工作原理

实现调幅的方法很多，目前集成模拟乘法器得到广泛的应用。本实验采用 MC1496集成模拟乘法器来实现普通调幅波（AM ）和抑制载波双边带调幅（AM SC DSB -/）。

图3-6 MC1496的内部电路及引脚图

MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图3-6 所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压ux ，1与4接另一输入电压uy ，输出电压u0从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE ，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy 的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。

MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电，器件的静态工作点由外接元件确定，静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶

84

1

5

接－E E 或接地

IN R E R E IN OU －E E

T y y

x u y u