李 娜 唐永剛 宗素蘭 常紅霞

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

（2 河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100）

（3 巢湖學(xué)院機(jī)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(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

（2 河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100）

（3 巢湖學(xué)院機(jī)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(hào)解調(diào)方法，即同步檢波法、包絡(luò)檢波法。采用對(duì)比教學(xué)法幫學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識(shí)體系。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(shí)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(jué)空洞抽象、枯燥乏味。將書本知識(shí)結(jié)合收音機(jī)電臺(tái)信號(hào)接收的實(shí)際應(yīng)用，更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。本文先介紹兩種常用的調(diào)幅信號(hào)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(hào)，二極管構(gòu)成的包絡(luò)檢波則不需要同步信號(hào)，且電路簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越。采用對(duì)比教學(xué)法幫學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識(shí)體系。教學(xué)過(guò)程中要求學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)制作一款簡(jiǎn)易的調(diào)幅解調(diào)電路，學(xué)生興致濃厚并主動(dòng)探索高頻電子線路相關(guān)知識(shí)。通過(guò)理論實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)振幅解調(diào)的概念模糊，通過(guò)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(hào)的過(guò)程，是調(diào)制的逆過(guò)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(guò)程可以用圖1說(shuō)明。圖中振幅檢波器輸入信號(hào)為一調(diào)制頻率為fC的普通調(diào)幅波，它的時(shí)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(hào)，它的時(shí)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(duì)解調(diào)對(duì)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(hào)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(xì)分析及推導(dǎo)過(guò)程。

同步檢波也叫相干解調(diào)，同步檢波需要一個(gè)與已調(diào)載波具有相同頻率、相同相位的參考信號(hào)ur（t），也叫同步信號(hào)。同步檢波是通過(guò)已調(diào)波和同步信號(hào)相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的線性搬移，然后利用低通濾波器將調(diào)制信號(hào)提取出來(lái)而實(shí)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(hào)相乘運(yùn)算實(shí)現(xiàn)振幅檢波。若信源是一個(gè)雙邊帶信號(hào)us=UsmcosΩt，本地振蕩信號(hào)是一個(gè)與載波同頻同相的信號(hào)ur=Urmcoswct，兩個(gè)信號(hào)相乘可得［2］

通過(guò)低通濾波器濾除高頻，得到的低頻信號(hào)即為調(diào)制信號(hào)。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(hào)Us與同步信號(hào)Ur疊加合成一普通調(diào)幅波，其包絡(luò)反映調(diào)制信號(hào)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(gè)雙邊帶信號(hào)，則它與本振信號(hào)相加的和信號(hào)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(duì)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(guò)程分析是解調(diào)電路的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要教師循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生耐心分析，并通過(guò)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(hào)ui為等幅高頻電壓（載波狀態(tài)），當(dāng)ui從零開始增大時(shí)，VD導(dǎo)通，C被充電。此時(shí)uD=uC-ui。如圖5所示，當(dāng)uC達(dá)到u1值時(shí)，uD=uC-ui=0，VD截止，電容器 C通過(guò)R放電。因放電常數(shù)RC較大，放電較慢，在uC值下降不多時(shí)，ui的下一個(gè)正半周已到來(lái)。當(dāng)ui＞uC（如圖5中u2值）時(shí)，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(bǔ)充，uC進(jìn)一步提高。然后，繼續(xù)上述放電、充電過(guò)程，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，輸出電壓uo穩(wěn)定在u4附近作等幅波動(dòng)［4］。

圖4 二極管峰值包絡(luò)檢波器

圖5 加入等幅波時(shí)檢波器的工作過(guò)程

當(dāng)輸入信號(hào)為調(diào)幅波時(shí)，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(guò)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(hào)，完成檢波過(guò)程，檢波圖如圖6所示。

圖6 輸入為AM信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形圖

3.2 惰性失真與負(fù)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(jì)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(shí)際，帶著目標(biāo)進(jìn)入學(xué)習(xí)，更易達(dá)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(fù)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(shí)間即是電容器放電跟不上包絡(luò)變化的時(shí)間，在此期間引起失真。這種由于時(shí)常數(shù)RC過(guò)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(hào)包絡(luò)的變化速率高，即［6］

因檢波電路的直流負(fù)載電阻與交流負(fù)載電阻數(shù)值相差較大，可能會(huì)使輸出低頻電壓在負(fù)峰值附近被削平，如圖7（B）所示，這種失真稱為負(fù)峰切割失真［7］。為了避免出現(xiàn)負(fù)峰切割失真，在設(shè)計(jì)檢波器時(shí)應(yīng)盡量使檢波器的交流負(fù)載阻抗接近于直流負(fù)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(jì)的解調(diào)電路，避免失真產(chǎn)生。在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生用自己的語(yǔ)音信號(hào)作為基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅，并用解調(diào)電路解調(diào)出原先的語(yǔ)音信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

分析兩種常用的調(diào)幅信號(hào)解調(diào)方法，同步檢波法、包絡(luò)檢波法。用對(duì)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(guò)程中學(xué)生建立振幅解調(diào)的完整知識(shí)體系，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證解調(diào)過(guò)程。學(xué)生對(duì)電路實(shí)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(jì)同步檢波解調(diào)電路。學(xué)生用自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行調(diào)幅、解調(diào)，通過(guò)示波器實(shí)時(shí)觀察波形，更能體會(huì)到學(xué)習(xí)《高頻電子線路》的實(shí)用性、樂(lè)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(wèn)題、解決問(wèn)題能力的同時(shí)，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(yǔ)音信號(hào)或截取的一段音樂(lè)作為基帶信號(hào)，通過(guò)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(hào)。

［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(bào)，2009，（4）：20-21.

［2］石博雅.《高頻電子線路》課程改革探討［J］.中國(guó)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(wàn)家佑.高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究［J］.電子測(cè)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(shí)踐［J］.廣州化工，2013，（11）：252-253.

［6］陳松，郭云林，潘理，張國(guó)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(bào)，2013，（2）：47-48.

［7］于效宇，劉艷，楊會(huì)志.基于頻譜分析的高頻電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究［J］.中國(guó)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(jí)教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：szxyjyxm201307）；宿州學(xué)院校級(jí)教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：szxyjyxm201209）；宿州學(xué)院校級(jí)教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：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(wú)線通信與個(gè)人通信。