实验目的

• 理解幅度调制（AM）的基本原理。

• 学习设计和实现包络检波器。

• 掌握非相干解调技术。

实验原理

幅度调制原理

• 幅度调制（AM）是把基带信号（像音频、视频这类原始信号）加载到高频载波信号上的技术，通过改变载波信号幅度来承载基带信号信息。

• 设基带信号为m(t)，载波信号为c(t) = Acos (ωt)，这里A是载波幅度，ω是载波角频率。幅度调制后的已调信号s(t)可写成

• 其中A是添加的直流分量，目的是确保始终为正，避免调制时信号失真。这样基带信号频谱就被移到载波频率附近，方便在信道中传输。

非相干解调基本概念

• 非相干解调，也叫包络检波，是不用恢复载波信号就能从已调信号中提取原始基带信号的解调办法。对于AM信号，其已调波包络和基带信号成正比，所以能通过检测已调信号包络恢复原始基带信号。这种解调方式比较简单，成本低，在对载波同步要求不高的场景中应用广泛。

包络检波器原理

• 二极管包络检波器主要由二极管和低通滤波器构成。当AM信号输入到二极管包络检波器，二极管有单向导电性，信号正半周导通，负半周截止。导通时，电容快速充电到输入信号峰值，截止时，电容经电阻缓慢放电。这样，电容两端电压就近似于输入AM信号的包络。低通滤波器用来滤除高频分量，留下低频的基带信号。通过这一过程，完成从AM已调信号到原始基带信号的非相干解调。

实验设备与材料

• Instrument Playground软件

• Anolog Discovery 实验台

• 导线若干

实验步骤

步骤1：调制信号、载波信号与已调信号

• 生成一个正弦波调制信号 ()，频率为 16Hz，振幅为 0.5V，偏置为1V，从AO1输出。

• 生成一个余弦波载波信号 ()，频率为 1.6kHz，振幅为 1V，从AO2输出。

• 将AO1和AO2输出的信号接入乘法器，输出已调信号()。

步骤2：包络检波器的设计

• 设计包络检波器，如图所示，参数如下

• 二极管：1N4007

• 电容：0.1uF

• 电阻：100kΩ

步骤3：信号解调与显示

• 将已调信号 () 通过包络检波器，得到输出信号 ()。

• 将()和()分别接到AI1+和AI2+，在软件示波器中显示

步骤4：结果分析

• 改变包络检波器电容和电阻的参数，观察对应的解调效果。

4.1 改变电阻

1) 0.1uF/1MΩ：

2) 0.1uF/200kΩ：

3) 0.1uF/20kΩ：

4) 0.1uF/2kΩ：

4.2 改变电容

1) 2uF/100kΩ

2) 1uF/100kΩ

3) 0.01uF/100kΩ

3) 2.2nF/100kΩ

结论

• 当包络检波器中的电阻和电容过大时，电路响应速度慢，使得电路对快速变化的输入信号反应迟钝，从结果来看，这种影响主要体现在电容器来不及放电，从而使得解调后的信号失真。

• 当包络检波器中的电阻和电容过小时，电路响应速度过快，这使得电容的放电加快，从而使得测量得到的解调信号趋向于已调信号的正向信号，导致解调信号不够平滑。