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1、实验二 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，多次观察波形。 3、观察脉冲幅度调制波形的频谱。 三、实验仪器 1、信号源模块 2、PAM/AM模块 3、频谱分析模块（可选） 4、20M双踪示波器 一台 5、频率计（可选） 一台6、音频信号发生器（可选） 一台7、立体声单放机（可选） 一台8、立体声耳机（可选） 一副9、连接线 若干 四、实验原理 抽样定理表明：一个频带限制在（0， ）内
2、的时间连续信号，如果以T 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。 假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图2-1所示。乘积便是均匀间隔为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，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有： 图2-1 抽样与恢复 假设、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理，的傅立叶变换是和的卷积： 因为 所以 由卷积关系，上式可写成 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。这就意味着中包含的全部信息。 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在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见， 是抽样的最大间隔，它被
3、称为奈奎斯特间隔。图2-2画出当抽样频率2B时（不混叠）及当抽样频率2B时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱。 (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） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图2-2 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。图2-3 脉冲幅度调制原理框图但是，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
4、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2-3所示的原理方框图。具体的电路原理图如图2-4所示。 图2-4 脉冲幅度调制电路原理图 图中，被抽样的信号从H01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，将抽样脉冲由H03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U02（4066）的13脚作为控制信号，当该脚为高电平时，U02的1脚和2脚导通，输出调制信号；当U02的13脚为低电平时，U02的1脚和2脚断开，无波形输出。因此，在U02的2脚就可以观察到
5、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原出原音频信号。解调电路如图2-5所示。 图2-5 脉冲幅度调制信号解调电路原理图五、实验步骤 1、将信号源模块、PAM/AM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，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，各个模块对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位
6、键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 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PAM/AM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PAM/AM模块的信号输入点“PAM时钟输入”，观察“调制输出”和“解调输出”测试点输出的波形4、将“PAM音频输入”和“调制输出”测试点输出的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。调制输出频谱解调输出频谱六、实验思考题 1、简述抽样定理。答：如果一个信号是带限的，并且
7、它的样本足够密的话，那么这些样本值就能唯一地用来表征这一信号，并且能从这些样本中把信号完全恢复出来，这就是抽样定理。2、本实验是什么方式的抽样？为什么？答：采用窄巨型脉冲串来代替理想窄脉冲串。因为实际上理想的冲击脉冲串物理上实现困难。3、本实验的抽样形式同理想抽样有什么区别？理论和实验相结合加以分析。答：理想的抽样脉冲是时间点，是在一个时刻上实现的没有时间长度，而实际上是到不到，只能以窄巨型脉冲来代替理想的窄脉冲串。4、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？答：不包含直流分量。因为抽样后信号的频谱为()=，由此可知，其中不包含直流分量。 5、造成系统失真的原因有哪些？答：噪声的存在、采样频率不够高。 6、为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？答：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脉冲信号已经被滤除，因而，只需通过一个低通滤波器便能无失真地复原原信号。
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