脉冲幅度调制与解调实验.doc

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实验七脉冲幅度调制与解调实验
一、实验目的
理解脉冲幅度调制的原理和特点。
了解脉冲幅度调制波形的频谱特性。
二、实验内容
观察基带信号、脉冲幅度调制信号、抽样时钟的波形，并注意观察它们之间的相互关系及特点。
改变基带信号或抽样时钟的频率，重复观察波形。
观察脉冲幅度调制波形的频谱。
三、实验器材
信号源模、块PAM、AM模块、频谱分析模块、20M双踪示波器、连接线
四、实验原理
抽样定理表明：一个频带限制在（0，）内的时间连续信号，如果以秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。
假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图7-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有：

乘法器
低通滤波器
图7-1抽样与恢复
假设、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理，的傅立叶变换是和的卷积：

因为
所以
由卷积关系，上式可写成
该式表明，已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为ωs的相迭加而成。这就意味着中包含的全部信息。
需要注意，若抽样间隔T变得大于，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见，是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。图7-2画出当抽样频率≥2B时（不混叠）及当抽样频率＜2B时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱。
0
0

(a)连续信号的频谱

1
0

0

（b）高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）

0

1

0

（c）低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）
图7-2采用不同抽样频率时抽样信号的频谱

所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则上述所介绍的抽样定理，就是脉冲幅度调制的原理。
但是，实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，通常采用窄脉冲串来代替。本实验模块采用32K或64K或1MHz的窄矩形脉冲来代替理想的窄脉冲串，当然，也可以采用外接抽样脉冲对输入信号进行脉冲幅度调制，本实验采用图7-3所示的原理方框图。具体的电路原理图如图7-4所示。

图7-3脉冲幅度调制原理框图

图7-4脉冲幅度调制电路原理图

图中，被抽样的信号从S201输入，若此信号为音频信号（300~3400Hz），则它经过TL084构成的电压跟随器隔离之后，被送到模拟开关4066的第1脚。此时，将抽样脉冲由S202输入，其频率大于或等于输入音频信号频率的2倍即可，但至少应高于3400Hz。该抽样脉冲送到U201（4066）的13脚作为控制信号，当该脚为高电平时，U201的1脚和2脚导通，输出调制信号；当U201的13脚为低电平时，U201的1脚和2脚断开，无波形输出。因此，在U201的2脚就可以观察到比较理想的脉冲幅度调制信号。
若要解调出原始语音信号，则将调制信号送入截止频率为3400Hz的低通滤波器。因为抽样脉冲的频率远高于输入的音频信号的频率，因此通过低通滤波器之后高频的抽样时钟信号已经被滤除，因而，只需通过一低通滤波器便能无失真地还原出原音频信号。解调电路如图7-5所示。

图7-5脉冲幅度调制信号解调电路原理图
五、实验步骤
将信号源模块、PAMAM模块、终端模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下四个模块中的开关POWER1、POWER2、S2、S3，对应的发光二极管LED001、LED002、D200、D201、LED600、L1、L2发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。
将信号源模块产生的2KHz（峰-峰值在2V左右，从信号输出点“模拟输出”输出）的正弦波送入PAMAM模块的信号输入点“PAM音频输入”，将信号源模块产生的62.5KHz的方波（从信号输出点64K输出）送入PAMAM模块的信号输入点“PAM时钟输入”，观察“调制输出”和“解调输出”点的波形。
将点“PAM音频输入”和“调制输出”的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。
七、实验思考题
简述抽样定理。
本实验是什么方式的抽样？为什么？
本实验的抽样形式同理想抽样有何区别？理论和实验相结合加以分析。
在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？
造成系统失真的原因有哪些？
为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？
八、实验报告要求
分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。
根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。
对实验思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。