5001拉斯维加斯-学子专区—ADALM2000实验指南：二极管环形调制器的设计

【导读】于模仿通讯与射频试验讲授中，理解旌旗灯号调制道理是把握现代通讯体系的要害一步。此中，均衡调制器作为一种高效电路，其焦点功效是孕育发生按捺载波的双边带（DSBSC）旌旗灯号——即于输出中巧妙移除了射频载波份量，仅保留携带信息的及频与差频份量。这类调制方式于保留全数信息的条件下，显著降低了传输功耗，是深切理解频谱效率与调制解调技能的经典实践课题。本次ADALM2000试验勾当将以经典的二极管环形调制器为实践对于象，指导进修者亲手搭建电路，不雅察并阐发DSBSC旌旗灯号的天生与特征，从而深化对换制理论的熟悉。

方针

本次试验旨于帮忙相识二极管环形调制器的事情道理，切磋它的典型运用，并把握天生双边带按捺载波(DSBSC)旌旗灯号的基本要领。

质料

• ADALM2000自动进修模块

• 无焊实验板

• 四个100 Ω电阻

• 两个1 kΩ电阻

• 四个1N914二极管

• 两个三线并绕变压器（若有）

配景常识

于模仿通讯与射频试验讲授中，理解旌旗灯号调制道理是把握现代通讯体系的要害一步。此中，均衡调制器作为一种高效电路，其焦点功效是孕育发生按捺载波的双边带（DSBSC）旌旗灯号——即于输出中巧妙移除了射频载波份量，仅保留携带信息的及频与差频份量。这类调制方式于保留全数信息的条件下，显著降低了传输功耗，是深切理解频谱效率与调制解调技能的经典实践课题。本次ADALM2000试验勾当将以经典的二极管环形调制器为实践对于象，指导进修者亲手搭建电路，不雅察并阐发DSBSC旌旗灯号的天生与特征，从而深化对换制理论的熟悉。

最多见的均衡调制器之一是二极管环形调制器，也称为格型调制器。它由四个最初呈环形摆列的二极管（是以患上名）和输入及输出变压器构成。调制器有两个输入：一个单频载波及一个调制旌旗灯号，后者可所以单频或者繁杂波形。载波施加在输入及输出变压器的中央抽头，调制旌旗灯号施加在输入变压器的低级。然而，输出于输出变压器的次级端被丈量。图1显示了两种差别电路标的目的的二极管环形调制器。

图1.二极管环形调制器

二极管环形调制器是电子通讯中利用最广泛的电路之一。除了了天生DSBSC旌旗灯号外，它还有用在频率及相位调制体系和数字调制体系，例如PSK及QAM。

环形调制器中二极管的标的目的不患上与二极管桥式整流器的标的目的混合。它们可能出现近似的环形，但环形调制器的所有二极管都朝顺时针或者逆时针标的目的，而桥式整流器的二极管则朝左或者右。

事情道理

二极管环形调制器中利用的二极管可所以硅二极管、硅肖特基势垒二极管或者砷化镓二极管。这些二极管用作开关，节制输入旌旗灯号是否以180°相位反转的方式经由过程。载波旌旗灯号以高速度节制二极管的通断。务必大白，为使调制器正常事情，载波的幅度必需显著年夜在调制旌旗灯号的幅度，凡是需要超出跨越约六到七倍。

图2.正半周操作

于正半周时期，D1及D2正偏导通，而D3及D4反偏开路。载波电流于输入变压器的次级中央抽头处匀称分配，并沿相反标的目的经由过程绕组的上半部门及下半部门。上部及下部的电流各自孕育发生一个巨细相等但标的目的相反的磁场。是以，所孕育发生的磁场彼此抵消，载波被按捺。成果，调制旌旗灯号从输入变压器经由过程D1及D2传送到输出变压器，相位不反转。图2显示了调制器的正半周操作。

图3.负半周操作

图3展示了二极管环形调制器的负半周操作。二极管D1及D2反偏关断，而D3及D4正偏导通。一样的征象再次呈现于载波电流上。它于输出变压器的低级匀称分配，两个电流孕育发生巨细相等但标的目的相反的磁场。这两个电流于输入变压器的次级归并，磁场彼此抵消，载波被按捺。调制旌旗灯号经由过程输入变压器并发生180°相位反转，然后达到输出变压器。

图4以时序图的情势显示了二极管环形调制器的波形。

图4.二极管环形调制器波形：(a)调制旌旗灯号，(b)载波旌旗灯号，(c)输出变压器低级处的DSBSC旌旗灯号，(d)滤波后的DSBSC波形。

于二极管环形调制器的输出波形中，载波旌旗灯号被按捺，输出由输入频率的及频与差频构成。这些RF脉冲以载波旌旗灯号的频率为周期，复现调制旌旗灯号的外形及幅度。抱负环境下，载波旌旗灯号会被彻底按捺。但现实上，这类环境不会真正发生。输出旌旗灯号老是会陪同一个小的载波份量，这被称为载波走漏。这类征象由几个缘故原由引起：其一，变压器的中央抽头位置不敷切确；其二，二极管未彻底匹配。

硬件设置

图5.二极管环形调制器实验板电路

于无焊实验板上构建图5所示的电路。利用1N914快速开关二极管搭建二极管环路。将W1设置为1 kHz正弦调制旌旗灯号，其峰峰值幅度为1 V，将W2设置为10 kHz正弦载波，其峰峰值幅度为3 V。输入及输出变压器需要1:2的匝数比。您可以测验考试其他变压器匝数比，并将输出成果加以比力。本试验需要一个采用HP三、HP四、HP5或者HP6绕组结构的Hexa-Path Magnetics变压器。假如没有，您可使用LTspice®仿真继承试验。

步伐步调

不雅察电路的输出波形。它应该近似在图6所示的仿真波形。

图6.DSBSC波形

问题

1. 转变输入及输出变压器的匝数比。不雅察并比力输出波形。

2. 将电路中W1及W2的位置交换。将其与原始输出波形举行比力。输出波形发生了甚么变化？

简化二极管环形调制器

图7.简化的无变压器二极管环形调制器

如图7所示，咱们可以从传统二极管环形调制器中去失变压器，从而简化设计。经由过程利用ADALM2000及两个低阻值输入电阻R1及R2（从而无需输入变压器），将载波及调制旌旗灯号的及频与差频送入二极管环的两个相对于结点。输出可以于高阻值输出电阻R3及R4两头丈量。这些电阻代替输出变压器。

图8.简化的无变压器二极管环形调制器的实验板毗连

硬件设置

这类无变压器版本的二极管环形调制器很轻易经由过程ADALM2000的旌旗灯号发生器驱动：于一个结点提供载波与调制旌旗灯号的及频，于另外一个结点提供差频。设置实验板，将第一个波形发生器W1的输出毗连到R1的另外一端，第二个波形发生器W2的输出毗连到R2的另外一端。示波器输入1+毗连到D一、D3及R4的结点。示波器输入1-毗连到链接D二、D4及R3的节点。末了，将R3及R4之间的节点毗连到地。毗连拜见图8。

步伐步调

本试验将利用波形公式为fc = 3sin(10kt)的载波及公式为fm = 0.5sin(1kt)的调制旌旗灯号。最初，这两个波形相乘，输出旌旗灯号是二者的乘积。此中包罗上边带频率fusf及下边带频率flsf。详细的界说为：

fusf = fc + fm flsf = fc – fm，此中：

• fc = 载波旌旗灯号

• fm = 调制旌旗灯号

对于在这类简化要领，咱们直接将边带馈送到输入端。留意载波及调制旌旗灯号：对于在上边带，有f(t) = 3sin(10kt) + 0.5sin(1kt)；对于在下边带，有f(t) = 3sin(10kt)–0.5sin(1kt)。

于旌旗灯号发生器中：对于在W1 (Ch1)，设置公式f(t) = (3 × sin(10×t)) + (0.5 × sin(t))，频率为1 kHz；对于在W2，设置f(t) = (3 × sin(10×t))–(0.5 × sin(t))，频率一样为1 kHz。于示波器中，程度轴设置为200 µs/div，垂直轴设置为500 mV/div。运行旌旗灯号发生器及示波器，不雅察波形。成果应该与图9中的波形相似。

图9.简化的无变压器二极管环形调制器

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