抽样定理验证实验.doc

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1、实验三抽样定理和PAM调制解调实验一、实验目的1、通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺点。二、实验内容1、观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意观察它们之间的相互关系及特点。2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。三、实验器材1、信号源模块一块2、①号模块一块3、20M双踪示波器一台四、实验原理（一）基本原理1、抽样定理抽样定理表明：一个频带限制在（0，）内的时间连续信

2、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3-1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3-1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ωs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

3、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，它被称为奈奎斯特间隔。上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与之间，而是限制在（信号的最低频率）与（信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么，其抽样频率并不要求达到，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的两倍。00图3-2画出抽样频率≥2B（无混叠）和＜2B（有混叠）时两种情况下冲激抽样信号的频谱。100(a)连续信号的频谱010（b）高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）（c）低抽样频率时的抽样

4、信号及频谱（混叠）图3-2采用不同抽样频率时抽样信号的频谱2、脉冲振幅调制（PAM）所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入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，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。图3-3自然抽样及平顶抽样波形PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)

5、变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。（二)电路组成脉冲幅度调制实验系统如图3-4所示，主要由抽样保持芯片LF398和解调滤波电路两部分组成，电路原理图如图3-5所示。图3-4脉冲振幅调制电路原理框图图3-5脉冲幅度调制电路原理图（三）实验电路工作原理1、PAM调制电路如图3-5所示，LF398是一个专用

6、的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。LF398的内部结构如图3-6所示；图3-6LF398的内部电路结构N1是输入缓冲放大器，N2是高输入阻抗射极输出器。S为逻辑控制采样/保持开关，当S接通时，开始采样；当S断开时，开始保持。LF398的引脚功能为：3、12脚：正负电源输入端。1脚：Vi，模拟电压输入端。11脚：MCTR，逻辑控制输入端，高电平为采样，低电平为保持。10脚：MREF，逻辑控制电平参考端，一般接地。8脚：

7、HOC，采样/保持电容接入端。7脚：OUT，采样/保持输出端。如图3-5所示，被抽样信号从PAM-SIN输入，进入LF398的1脚Vi端，经内部输入缓冲放大器N1放大后送到模拟开关S，此时，将抽样脉冲作为S的控制信号，当LF398的11脚MCTR端为高电平时开关接通，为低电平时开关断开。然后经过射极输出器N2输出比较理想的脉冲幅度调制信号。K1为“平顶抽样”、“自然抽样”选择开关。2、PAM解调与滤波电路解调滤波电路由集成运放电路TL084组成。组成了一个二阶有源低通滤波器，其截止频率设计在3.

8、4KHz左右，因为该滤波器有着解调的作用，因此它的质量好坏直接影响着系统的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图3-7所示图3-7PAM解调滤波电路一、测试点说明1、输入点参考说明PAM-SIN：音频信号输入端口PAMCLK：抽样时钟信号输入端口IN：PAM解调滤波电路输入端口2、输出点说明自然抽样输出：自然抽样信号输出端口平顶抽样输出：平顶抽样信号输出端口OUT：PAM解调滤波输出端口二、实验步骤及注意事项1、观测PAM自然抽样波形1)用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调