实验三集电极调幅与大信号检波.docx
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实验三集电极调幅与大信号检波
实验三集电极调幅与大信号检波
一、实验目的
1、进一步加深对集电极调幅和二极管大信号检波工作原理的理解；
2、掌握动态调幅特性的测试方法；
3、掌握利用示波器测量调幅系数ma的方法；
4、观察检波器电路参数对输出信号失真的影响。
二、实验内容
1、调试集电极调幅电路特性，观察各点输出波形。
2、改变输入信号大小，观察电流波形。
3、观察检波器的输出波形。
三、实验仪器
1、20MHz双踪模拟示波器一台
2、BT-3频率特性测试仪（选项）一台
四、实验原理
1、原理
（1）集电极调幅的工作原理
集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。
实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅。
调幅管处于丙类工作状态。
集电极调幅的基本原理电路如图5—1所示：
图5－1集电极调幅原理电路
图中，设基极激励信号电压（即载波电压）为：
则加在基射极间的瞬时电压为
调制信号电压υΩ加在集电极电路中，与集电极直流电压VCC串联，因此，集电极有效电源电压为
式中，VCC为集电极固定电源电压；
为调幅指数。
由式可见，集电极的有效电源电压VC随调制信号压变化而变化。
由图5—2所示，
VBmax
icic
ωt
0Vc4Vc3Vc2Vc1Vc0欠压临界
过压
图5－2同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形
图中，由于-VBB与υb不变，故
为常数，又RP不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。
若电源电压变化，则动态线随VCC值的不同，沿υc平行移动。
由图可以看出，在欠压区内，当VCC由VCC1变至VCC2（临界）时，集电极电流脉冲的振幅与通角变化很小，因此分解出的Icm1的变化也很小，因而回路上的输出电压υc的变化也很小。
这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。
当动态特性曲线进入过压区后，VCC等于VCC3、VCC4等，集电极电流脉冲的振幅下降，出现凹陷，甚至可能使脉冲分裂为两半。
在这种情况下，分解出的Icm1随集电极电压VCC的变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随VCC而变化。
输出高频电压的振幅Vc=Icm1·Rp，Rp不变，Icm1随Vc而变化，而VCC是受υΩ控制的，回路两端输出的高频电压也随υΩ变化，因而实现了集电极调幅。
其波形如图5—3所示。
图5-3集电极调幅波形图
当没有加入低频调制电压I
υΩ（即υΩ=0）时，逐步Icm1
改变集电极直流电压VCC的大
小，同样可使ic电流脉冲发生Ic0
变化，分解出的ICO或Icm1也Q
会发生变化。
我们称集电极高
频电流Icm1（或ICO）随VCC
变化的关系线为静态调制特性
曲线。
根据分析结果可作出静
态调制特性曲线如图5—4所示。
O VCCQ VCCOVCC
图5－4集电极调幅的静态调制特性
静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。
通常调制信号角频率Ω要比载波角频率ωo低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变的一周内，调制信号电压基本上不变。
这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过程。
我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。
由图5—4可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程都工作在过压状态，所以工作点Q应选在调制特性曲线直线段的中央，即VCCQ=1/2VCCO处，VCCO为临界工作状态时的集电极直流电压。
否则，工作点Q偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。
在本实验中会得到证实。
（2）二极管大信号检波的工作原理
当输入信号较大（大于0.5伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。
（a）
大信号检波原理电路如图5-5-a所示。
检波的物理过程如下：
在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流iD很大，使电容器上的电压υc很快就接近高频电压的峰值。
充电电流的方向如图5－5（a）图中所示。
这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。
这时二极管导通与
否，由电容器C上的电压υc和输入信号电压υi共同决定。
当高频信号的瞬时值小于υc时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。
由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。
当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。
因此只要充电很快，即充电时间常数Rd·C很小（Rd为二极管导通时的内阻）；而放电时间常数足够慢，即放电时间常数R·C很大，满足Rd·C<另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期（放电时υc的基本不变），所以输出电压υc的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。
而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压υc就是原来的调制信号，达到了解调的目的。
根据上述工作特点，大信号检波又称峰值包络检波。
理想情况下，峰值包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。
但实际上二者之间总会有一些差距，亦即检波器输波形有某些失真。
本实验可以观察到该检波器的两种特有失真：
即惰性失真和负峰切割失真。
惰性失真是由于负载电阻R与负载电容C选得不合适，使放电时间常数RC过大引起的。
惰性失真又称对切割失真，如图5—6所示。
如图中t1-t2时间内，由于调幅波的包络下降，电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化，而输入信号电压υi总是低于电容C上的电压υc，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号电压控制，而是取决于RC的放电，只有当输入信号电压的振幅重新超过输出电压时，二极管才重新导电。
为了避免这种失真，理论分析证明，R·C的大小应满足下列条件
式中ma是调制系数；Ωmax是被检信号的最高调制角频率。
负峰切割失真是由于检波器的直流负载电阻R与交流（音频）负载电阻相差太大引起的一种失真。
图5-7接有交流负载的检波器
因此，检波器的交流负载电阻RΩ等于R与ri2的并联值，即
显然交、直流电阻是不同的，因而有可能产生失真。
这种失真通常使检波器音频输出电压的负峰被切割，因而称为负峰切割失真或底部切割失真，如图5—8所示。
VΩ
maVi
ViV
图5－8负峰切割失真
为了避免这种失真，经理论分析R和
应满足下列条件
2、实验线路
本实验的原理电路图如附图G3所示。
图中Q1为驱动管，Q2为调幅晶体管。
晶体管Q1工作于甲类，Q2工作于丙类，被调信号由高频信号源从IN1输入，C13与T1及C3与T2的初级调谐在输入信号，此处调谐在10.7MHz。
调制信号从IN3处输入，D1为检波管，R3、R4、R5为检波器的直流负载，C6、R3、C7组成π型低通滤波器，C10为耦合电容，R7、R6、R10为下级输入电阻。
五、实验步骤
1、调整集电极调幅的工作状态。
开关K61，连接好跳线J1,J2,J5;调W61使Q61的静态工作点为UEQ＝2.1V（即测其发射极对地的电压）。
2、从IN1处注入10.7MHz的载波信号（大小为Vp-p=250mV左右，此信号由高频信号源提供。
为了更好地得到调幅波信号，在实验过程中应微调10.7Mhz信号的大小。
），在TT61处用示波器观察输出波形，调节T63、T61的磁芯使TT1处输出信号最大且不失真。
IN1处注入10.7MHz的信号
TT61处用示波器观察到的输出波形
3、测试动态调制特性
用示波器从Q2发射极测试其输出电压波形，改变从IN1处输入信号的大小（即调W401，信号幅度从小到大），直到观察到电流波形顶点有下凹现象为止，此时，Q2工作于过压状态，保持输入信号不变，从IN3处输入1KHz的调制信号（调制信号由低频信号源提供，参照低频信号源的使用），调制信号的幅度由0V开始增加。
此时用示波器在TT1处可以看到调幅信号如图5-10。
改变调幅信号大小，记下不同的VΩ时的调幅系数ma，并制表5-2。
VΩ（V）
0.2
0.5
1
2
……
ma
图5-10调幅系数测量
4、观察检波器的输出波形
从TT2用示波器观察检波器输出波形，分别连接J2、J3、J4、J5，J6在TT2处观察输出波形。
（1）观察检波器不失真波形（参考连接为J2、J5，可以相应的变动）。
（2）观察检波器输出波形与调幅系数ma的关系。
（3）在检波器输出波形不失真的基础上，改变直流负载，观察“对角线切割失真”现象，若不明显，可加大ma（参考连接为J3、J5，可以相应的变动）。
（4）在检波器输出不失真的基础上，连接下一级输入电阻，观察“负峰切割失真”现象（参考连接为J2、J6，可以相应的变动）。
六、实验结果与分析
实验步骤：
电流波形出现凹顶
七、心得体会
通过这次试验，我不仅了解到集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，然后通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅的。
通过自己手动操作，虽然图形不是很好，但我把书本上集电极调幅这一块的知识点都弄懂了，所以很高兴了。
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