1、71实验七 脉冲幅度调制与解调实验一、实验目的1 理解脉冲幅度调制的原理和特点。2 了解脉冲幅度调制波形的频谱特性。二、实验内容1 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。2 改变基带信号或抽样时钟的频率，重复观察波形。 3 观察脉冲幅度调制波形的频谱。三、实验器材1. 信号源模块2. PAM、AM 模块3. 终端模块（可选）4. 频谱分析模块5. 20M 双踪示波器 一台6. 频率计（可选） 一台7. 音频信号发生器（可选） 一台8. 立体声单放机（可选） 一台9. 立体声耳机 一副10. 连接线 若干四、实验原理抽样定理表明：一个频带限制在（0，
2、 ）内的时间连续信号 ，如果以 秒的间()mt隔对它进行等间隔抽样，则 将被所得到的抽样值完全确定。()mt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()t ()tT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()mt ()mt抽样。若用 表示此抽样函数，则有：()mts()()sTmtt12HfHf72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()mtTt()st()M()T()s理， 的傅立叶变换是 和 的卷积：T1()()2s因为 )TTsns2所以 1()()()s TsnMT由卷积
3、关系，上式可写成()()s sn该式表明，已抽样信号 的频谱 是无穷多个间隔为 s 的 相迭加而成。这就()mt()M()M意味着 中包含 的全部信息。()Ms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()()T在重叠（亦称混叠），因此不能由 恢复 。可见， 是抽样的最大间隔，()Ms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sf2B 时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱 。sf()mt()smtt()mt乘法器 低通滤波器12Hf12Hf73(a) 连续信号的频谱（b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）（c） 低抽样频率
4、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。00 m()Ft()ft10tSTmss()sF0 sT()sft0 sTt()sft mss ()s
5、F1ST0音 频 输 入 隔 离 电 路 调 制 电 路抽 样 脉 冲 低 通 滤 波 器 音 频 输 出74图 7-3 脉冲幅度调制原理框图1 2 3 4ABCD4321DCBAR202100KI/OS201BNI/OS202BNTP201TPTP202TP+12-12321411U200ATL084 R20310K1 213U201A4066TP206TPC222104PAMPAM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（3003400Hz），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
6、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
7、原出原音频信号。解调电路如图 7-5 所示。1 2 3 4ABCD4321DCBAC206103C205103R206750R20510KR209750R2045.6KTP207TP567U200BTL0841098U200CTL084TP206TPR20833K R20733K 图 7-5 脉冲幅度调制信号解调电路原理图75五、实验步骤1 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。2 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
8、、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。3 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。4 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。5 将单放机（或音频信号发生器）输出的信号经信号源模块放大之后送入 PAMAM 模块的信号输入点“
9、PAM 音频输入”（方法同实验五的实验步骤 9），引入适当时钟信号（从“PAM 时钟输入”点输入），重复上述观察。（可选）6 将“解调输出”引入终端模块（方法同实验五的实验步骤 10），用耳机听还原出来的声音，与单放机直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。（可选）六、输入、输出点参考说明1 输入点参考说明PAM 音频：基带信号输入点。PAM 时钟输入：抽样时钟信号输入点。2 输出点参考说明调制输出：PAM 调制信号输出点。解调输出：PAM 解调信号输出点。七、实验思考题1 简述抽样定理。2 本实验是什么方式的抽样？为什么？3 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。4 在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？5 造成系统失真的原因有哪些？6 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1 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。2 根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图。3 对实验思考题加以分析，并画出原理图与工作波形图。
