《高頻電子線路》課程“振幅解調(diào)”教學(xué)策略

李 娜 唐永剛 宗素蘭 常紅霞

（1 宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

（2 河海大學(xué)計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100）

（3 巢湖學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

《高頻電子線路》課程“振幅解調(diào)”教學(xué)策略

李 娜1，2唐永剛1宗素蘭1常紅霞3

（1 宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

（2 河海大學(xué)計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100）

（3 巢湖學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

介紹兩種常用的調(diào)幅信號解調(diào)方法，即同步檢波法、包絡(luò)檢波法。采用對比教學(xué)法幫學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識體系。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計簡易二極管包絡(luò)檢波電路并觀察解調(diào)失真。初步探索在高頻電子線路課程中理論、實踐相結(jié)合的新思路、新途徑。

高頻電子線路；同步檢波法；包絡(luò)檢波法；乘積型；疊加型

振幅解調(diào)是《高頻電子線路》課程中需要學(xué)生學(xué)以致用的重要內(nèi)容。教師一味地按照課本講解振幅解調(diào)原理、解調(diào)公式、解調(diào)電路圖，學(xué)生不免感覺空洞抽象、枯燥乏味。將書本知識結(jié)合收音機電臺信號接收的實際應(yīng)用，更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)教學(xué)目標。本文先介紹兩種常用的調(diào)幅信號解調(diào)方法，即同步檢波法、包絡(luò)檢波法。其中，乘積型同步檢波、疊加型同步檢波都需要同步信號，二極管構(gòu)成的包絡(luò)檢波則不需要同步信號，且電路簡單，性能優(yōu)越。采用對比教學(xué)法幫學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識體系。教學(xué)過程中要求學(xué)生自己動手設(shè)計制作一款簡易的調(diào)幅解調(diào)電路，學(xué)生興致濃厚并主動探索高頻電子線路相關(guān)知識。通過理論實踐相結(jié)合的過程，使學(xué)生快速掌握振幅解調(diào)的原理和應(yīng)用。

1 解調(diào)原理

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對振幅解調(diào)的概念模糊，通過介紹振幅解調(diào)原理讓學(xué)生初步了解振幅解調(diào)的相關(guān)概念。

解調(diào)是從已調(diào)波中還原調(diào)制信號的過程，是調(diào)制的逆過程。解調(diào)又稱檢波，振幅調(diào)制的解調(diào)稱振幅檢波。振幅檢波過程可以用圖1說明。圖中振幅檢波器輸入信號為一調(diào)制頻率為fC的普通調(diào)幅波，它的時域和頻域的波形如圖1（A）所示。檢波器的輸出電壓是直流和頻率為F的余弦波的混合信號，它的時域和頻域的波形如圖1（B）所示［1］。

輸入、輸出波形圖讓學(xué)生對解調(diào)對象、解調(diào)結(jié)果一目了然。

圖1 振幅檢波

常用的調(diào)幅信號解調(diào)有同步檢波（相干解調(diào)）和包絡(luò)檢波兩種方法。

2 同步檢波電路

很多學(xué)生弄不清楚乘積型同步檢波和疊加型同步檢波的區(qū)別，也弄不明白兩種檢波的公式是怎么推導(dǎo)的，下面給出詳細分析及推導(dǎo)過程。

同步檢波也叫相干解調(diào)，同步檢波需要一個與已調(diào)載波具有相同頻率、相同相位的參考信號ur（t），也叫同步信號。同步檢波是通過已調(diào)波和同步信號相乘來實現(xiàn)信號頻譜的線性搬移，然后利用低通濾波器將調(diào)制信號提取出來而實現(xiàn)的。同步檢波有兩種形式，即乘積型同步檢波、疊加型同步檢波。

2.1 乘積型同步檢波

在頻域，振幅檢波是頻譜搬移。因此，可以用信號相乘運算實現(xiàn)振幅檢波。若信源是一個雙邊帶信號us=UsmcosΩt，本地振蕩信號是一個與載波同頻同相的信號ur=Urmcoswct，兩個信號相乘可得［2］

通過低通濾波器濾除高頻，得到的低頻信號即為調(diào)制信號。這種解調(diào)方法稱為乘積型同步檢波，框圖如圖2所示。檢波的輸出為

其中，kd=kM·kF，kM是乘法器的增益，kF是低通濾波器的增益。

圖2 乘積型同步檢波器框圖

2.2 疊加型同步檢波

疊加型同步檢波是先將輸入信號Us與同步信號Ur疊加合成一普通調(diào)幅波，其包絡(luò)反映調(diào)制信號的變化。再利用二極管的峰值包絡(luò)檢波器將其解調(diào)輸出。疊加型同步檢波的框圖如圖3所示。

信源電壓若是一個雙邊帶信號，則它與本振信號相加的和信號為［3］：

圖3 疊加型同步檢波器框圖

3 二極管包絡(luò)檢波電路

在教學(xué)中采用對比法，讓學(xué)生明白包絡(luò)檢波電路與同步檢波電路的本質(zhì)區(qū)別。另外二極管包絡(luò)檢波電路的工作過程分析是解調(diào)電路的重點和難點，需要教師循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生耐心分析，并通過示波器觀察給學(xué)生講解包絡(luò)檢波電路中的兩種失真。

3.1 工作原理

二極管包絡(luò)檢波電路如圖4所示，電路由二極管VD和RC低通濾波器構(gòu)成。

設(shè)輸入信號ui為等幅高頻電壓（載波狀態(tài)），當ui從零開始增大時，VD導(dǎo)通，C被充電。此時uD=uC-ui。如圖5所示，當uC達到u1值時，uD=uC-ui=0，VD截止，電容器 C通過R放電。因放電常數(shù)RC較大，放電較慢，在uC值下降不多時，ui的下一個正半周已到來。當ui＞uC（如圖5中u2值）時，VD再次導(dǎo)通，電容C在原有積累電荷量的基礎(chǔ)上又得到補充，uC進一步提高。然后，繼續(xù)上述放電、充電過程，直至達到動態(tài)平衡狀態(tài)，輸出電壓uo穩(wěn)定在u4附近作等幅波動［4］。

圖4 二極管峰值包絡(luò)檢波器

圖5 加入等幅波時檢波器的工作過程

當輸入信號為調(diào)幅波時，二極管包絡(luò)檢波器輸出電壓u0也將隨著調(diào)幅波的包絡(luò)線而變化。再經(jīng)過濾波平滑，去掉疊加在上面的高頻紋波，從而獲得調(diào)制信號，完成檢波過程，檢波圖如圖6所示。

圖6 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖

3.2 惰性失真與負峰切割失真

根據(jù)圖4介紹的二極管包絡(luò)檢波的原理圖，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計檢波電路，觀察解調(diào)出現(xiàn)的兩種失真，并分析解決辦法。理論聯(lián)系實際，帶著目標進入學(xué)習(xí)，更易達到良好的教學(xué)效果。

3.2.1 示波器觀察失真

引導(dǎo)學(xué)生用示波器觀察惰性失真和負峰切割失真如下。

圖7 兩種失真

3.2.2 克服辦法

圖7（A）中t1到t2時間即是電容器放電跟不上包絡(luò)變化的時間，在此期間引起失真。這種由于時常數(shù)RC過大而引起的失真叫惰性失真［5］。因此不產(chǎn)生惰性失真的條件就是電容器的放電速率始終比輸入信號包絡(luò)的變化速率高，即［6］

因檢波電路的直流負載電阻與交流負載電阻數(shù)值相差較大，可能會使輸出低頻電壓在負峰值附近被削平，如圖7（B）所示，這種失真稱為負峰切割失真［7］。為了避免出現(xiàn)負峰切割失真，在設(shè)計檢波器時應(yīng)盡量使檢波器的交流負載阻抗接近于直流負載阻抗。

學(xué)生在學(xué)習(xí)理解兩種失真產(chǎn)生的原因下，可以改善自己設(shè)計的解調(diào)電路，避免失真產(chǎn)生。在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生用自己的語音信號作為基帶信號進行調(diào)幅，并用解調(diào)電路解調(diào)出原先的語音信號。

4 結(jié)語

分析兩種常用的調(diào)幅信號解調(diào)方法，同步檢波法、包絡(luò)檢波法。用對比教學(xué)法使學(xué)生區(qū)別乘積型同步檢波、疊加型同步檢波、二極管構(gòu)成的包絡(luò)檢波。在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識體系，并通過實踐驗證解調(diào)過程。學(xué)生對電路實現(xiàn)振幅解調(diào)興趣濃厚，在學(xué)習(xí)理解包絡(luò)檢波電路的情況下，可以自行設(shè)計同步檢波解調(diào)電路。學(xué)生用自己設(shè)計的電路進行調(diào)幅、解調(diào)，通過示波器實時觀察波形，更能體會到學(xué)習(xí)《高頻電子線路》的實用性、樂趣性。該教學(xué)策略有助于學(xué)生探索該學(xué)科的有效學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力的同時，也激發(fā)了學(xué)生求知欲和創(chuàng)新性。部分學(xué)生嘗試用自己的語音信號或截取的一段音樂作為基帶信號，通過振幅調(diào)制電路調(diào)幅后發(fā)射，并用振幅解調(diào)電路成功接收原信號。

［1］范瑜，潘啟勇，鄔正義，浦煒.“高頻電子線路”的教學(xué)現(xiàn)狀與改革思路［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，（4）：20-21.

［2］石博雅.《高頻電子線路》課程改革探討［J］.中國電力教育，2008，（17）：136-137.

［3］周選昌.高頻電子線路［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2006：94-101.

［4］萬家佑.高頻電子線路仿真實驗的設(shè)計與實現(xiàn)研究［J］.電子測試，2013，（5）：30-33.

［5］趙立權(quán)，賈雁飛，陳曉娟.高頻電子線路課程教學(xué)模式的探索與實踐［J］.廣州化工，2013，（11）：252-253.

［6］陳松，郭云林，潘理，張國云.“高頻電子線路”課程的教學(xué)模式探索［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013，（2）：47-48.

［7］于效宇，劉艷，楊會志.基于頻譜分析的高頻電子實驗教學(xué)研究［J］.中國電力教育，2013，（19）：141-142.

TEACHING STRATEGIES OF AMPLITUDE DEMODULATION IN HIGH FREQUENCY ELECTRONIC CIRCUIT

LI Na1，2TANG Yong-gang1ZONG Su-lan1CHANG Hong-xia3
（1 School of Mechanical&Electronic Engineering，Suzhou University，Suzhou Anhui 234000）
（2 School of Computer&Information Engineering，Hohai University，Nanjing Jiangsu 211100）
（3 College of Mechanical and Electronic Engineering，Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

This paper describes two common amplitude demodulation methods，namely synchronous detection method and envelope detection method.Contrasting teaching methods help students develop a complete knowledge system on amplitude demodulation，leading students to design a simple diode envelope detector circuit，and to detect demodulation distortion through an oscilloscope.This paper has explored new ideas and new ways of teaching the course of High Frequency Electronic Circuit through the combination of theory and practice

high frequency electronic circuit；synchronous detection method；envelope detection method；product type；superposition type

楊松水

G642.1

A

1672-2868（2015）03-0160-05

2014-12-09

宿州學(xué)院校級教研項目（項目編號：szxyjyxm201307）；宿州學(xué)院校級教研項目（項目編號：szxyjyxm201209）；宿州學(xué)院校級教研項目（項目編號：szxyjyxm201412）

李娜（1983-），女，安徽宿州人。宿州學(xué)院，助教；河海大學(xué)，博士研究生。研究方向：無線通信與個人通信。