AM訊號的包絡濾波
標準調幅就是常規雙邊帶調制,簡稱調幅(AM)。假定調制訊號m(t)的平均值為0,將其疊加一個直流份量A0后與擴頻相加,即可產生調幅訊號。其頻域表達式為:
A0為外加的直流份量,m(t)可以是確定訊號,也可以是隨機訊號。
調制原理圖如下:
雖然總得來說,AM訊號的調制就是由調制訊號去控制高頻擴頻的幅度,使之隨調制訊號做線性變化的過程。AM訊號的譯碼就是把接收到的已調訊號還原為調制訊號m(t)。AM訊號的譯碼有兩種:相干譯碼法和包絡濾波法譯碼。其原理圖如下:
包絡濾波法:實現簡單,成本低,非常是接收端不須要同步擴頻訊號,大大增加了實現難度,故所有的調幅(AM)接收機都采用包絡濾波法進行譯碼。
相干譯碼法:借助相干擴頻(頻度和相位都與原擴頻相同的回復擴頻)進行的譯碼,相干收據的關鍵在于必須形成一個與調制器同頻同相位的擴頻。
所以設計方案即是根據上述AM訊號的調制與譯碼原理用仿真出AM訊號形成的過程,并對調幅輸出訊號進行包絡濾波以及相干譯碼,用示波器分別觀察調制訊號、載波訊號、AM訊號、包絡整流和相干譯碼的輸出波形。
工作原理說明(1)原理圖
其中SineWave是調制訊號,SineWave1是擴頻訊號。
(2)仿真圖
以上仿真圖由上至下的波形圖分別是調制訊號、載波訊號、AM訊號、包絡濾波和相干譯碼的輸出波形。
結果剖析仿真
仿真代碼及結果如下:
下邊展示一些仿真代碼。
// AM調制
t=0:0.01:2*pi;
m=sin(2*t);
subplot(3,1,1);
plot(t,m);
xlabel('t');
ylabel('m(t)');
A = 2;
wc = 200;
am = (A+m).*cos(wc.*t);
subplot(3,1,2);
plot(t,A+m);
xlabel('t');
ylabel('m(t)+A');
subplot(3,1,3);
plot(t,am);
xlabel('t');
ylabel('am(t)');
ylim([-3,3]);
從仿真的圖中可以看出,AM波的包絡與調制訊號m(t)形狀完全一樣,用包絡濾波的方式很容易恢復出原始調制訊號。
在代碼中,當A=1時電阻的測量電路圖描述,出現了“過調幅”現象。
因而可以得出推論:外加直流份量A應當不大于調制訊號m(t)絕對值的最大值,否則會出現“過調幅”的現象。
晶閘管包絡濾波器的設計設計方案的選擇
(1)R、C取值過大,會使R、C的放電時間常數所對應的放電速率大于AM包絡增長速率時,會導致輸出波形不隨輸入訊號包絡而變化,形成失真。所以為了防止惰性失真,各參數應當滿足:
(2)因為濾波電路交直流負載內阻的不同,有可能形成負峰切割失真。所以為了防止負峰切割失真,各參數應當滿足:
電路設計(1)電路圖
(2)電路工作原理
首先進行AM訊號的調制,通過理想的乘法器和加法器由調制訊號去控制高頻擴頻的幅度,使之隨調制訊號做線性變化。晶閘管包絡濾波電路仲,晶閘管D1為電抗器件,C和R構成低通混頻器。當輸入的已調訊號較大時,晶閘管D是斷續工作的,當輸入訊號正半周時,晶閘管導通,對電容C充電;訊號負半周和輸入電流較小時,晶閘管截至,電容C對R放電。在R兩端得到的電流包含的頻度成份好多,經過電容C濾除高頻部份,在輸出端就可以得到還原的低頻訊號。
電路性能測試
1)閉合開關A,此時晶閘管包絡濾波后的波形
此時輸出為正弦波,輸出波形不失真。
2)閉合開關C,此時的波形為
輸出的波形為鋸齒狀變化,發生了惰性失真。
3)將開關A、D閉合,且R2可調內阻拉到100%,此時的波形為
此時可以發覺輸出的正弦波頂部被切割了一部份,輸出發生了頂部失真。
當有效傳輸低頻訊號時,濾波器經常使用隔直流電容與下級耦合,此時R兩端的電流與三極管導通電流方向相反,會在一定程度上制止三極管導通。當調制指數較大時,形成的正弦波振幅也較大,當其幅值大于R兩端電流時,晶閘管截至,輸出電流恒定,不受輸入電流的控制。
當可調內阻電阻調到80%時電阻的測量電路圖描述,其波形輸出為。
當可調內阻電阻調到50%時,其輸出波形為
不難看出,當接入內阻R2越小越容易發生切割失真且失真愈加顯著。同時,由于實際的晶閘管中PN結存在極間電容效應,因為該電容非常微小,會使一部份高頻擴頻訊號通過,致使最終的輸入訊號中混和了高頻成份,致使示波器中觀察到的輸出波形“變粗”。