【導讀】在(zai)模(mo)擬(ni)通(tong)信(xin)與(yu)射(she)頻(pin)實(shi)驗(yan)教(jiao)學(xue)中(zhong)

，理(li)解(jie)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)原(yuan)理(li)是(shi)掌(zhang)握(wo)現(xian)代(dai)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)一(yi)步(bu)。其(qi)中(zhong)，平(ping)衡(heng)調(tiao)製(zhi)器(qi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)高(gao)效(xiao)電(dian)路(lu)，其(qi)核(he)心(xin)功(gong)能(neng)是(shi)產(chan)生(sheng)抑(yi)製(zhi)載(zai)波(bo)的(de)雙(shuang)邊(bian)帶(dai)（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

在(zai)模(mo)擬(ni)通(tong)信(xin)與(yu)射(she)頻(pin)實(shi)驗(yan)教(jiao)學(xue)中(zhong)，理(li)解(jie)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)原(yuan)理(li)是(shi)掌(zhang)握(wo)現(xian)代(dai)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)一(yi)步(bu)。其(qi)中(zhong)，平(ping)衡(heng)調(tiao)製(zhi)器(qi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)高(gao)效(xiao)電(dian)路(lu)
，其(qi)核(he)心(xin)功(gong)能(neng)是(shi)產(chan)生(sheng)抑(yi)製(zhi)載(zai)波(bo)的(de)雙(shuang)邊(bian)帶(dai)（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：yigedanpinzaiboheyigetiaozhixinhao
，houzhekeyishidanpinhuofuzaboxing。zaiboshijiayushuruheshuchubianyaqidezhongxinchoutou，tiaozhixinhaoshijiayushurubianyaqidechuji。raner
，shuchuzaishuchubianyaqidecijiduanbeiceliang。tu1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。

huanxingtiaozhiqizhongerjiguandefangxiangbudeyuerjiguanqiaoshizhengliuqidefangxianghunxiao。tamenkenengchengxianleisidehuanxing，danhuanxingtiaozhiqidesuoyouerjiguandouchaoshunshizhenhuonishizhenfangxiang，erqiaoshizhengliuqideerjiguanzechaozuohuoyou。

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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