《高频电子线路》课程“振幅解调”教学策略

李 娜 唐永刚 宗素兰 常红霞

（1 宿州学院机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000）

（2 河海大学计算机与信息学院，江苏 南京 211100）

（3 巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 238000）

《高频电子线路》课程“振幅解调”教学策略

李 娜1，2唐永刚1宗素兰1常红霞3

（1 宿州学院机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000）

（2 河海大学计算机与信息学院，江苏 南京 211100）

（3 巢湖学院机械与电子工程学院，安徽 巢湖 238000）

介绍两种常用的调幅信号解调方法，即同步检波法、包络检波法。采用对比教学法帮学生建立振幅解调的完整知识体系。引导学生设计简易二极管包络检波电路并观察解调失真。初步探索在高频电子线路课程中理论、实践相结合的新思路、新途径。

高频电子线路；同步检波法；包络检波法；乘积型；叠加型

振幅解调是《高频电子线路》课程中需要学生学以致用的重要内容。教师一味地按照课本讲解振幅解调原理、解调公式、解调电路图，学生不免感觉空洞抽象、枯燥乏味。将书本知识结合收音机电台信号接收的实际应用，更能激发学习兴趣，实现教学目标。本文先介绍两种常用的调幅信号解调方法，即同步检波法、包络检波法。其中，乘积型同步检波、叠加型同步检波都需要同步信号，二极管构成的包络检波则不需要同步信号，且电路简单，性能优越。采用对比教学法帮学生建立振幅解调的完整知识体系。教学过程中要求学生自己动手设计制作一款简易的调幅解调电路，学生兴致浓厚并主动探索高频电子线路相关知识。通过理论实践相结合的过程，使学生快速掌握振幅解调的原理和应用。

1 解调原理

在教学过程中发现学生对振幅解调的概念模糊，通过介绍振幅解调原理让学生初步了解振幅解调的相关概念。

解调是从已调波中还原调制信号的过程，是调制的逆过程。解调又称检波，振幅调制的解调称振幅检波。振幅检波过程可以用图1说明。图中振幅检波器输入信号为一调制频率为fC的普通调幅波，它的时域和频域的波形如图1（A）所示。检波器的输出电压是直流和频率为F的余弦波的混合信号，它的时域和频域的波形如图1（B）所示［1］。

输入、输出波形图让学生对解调对象、解调结果一目了然。

图1 振幅检波

常用的调幅信号解调有同步检波（相干解调）和包络检波两种方法。

2 同步检波电路

很多学生弄不清楚乘积型同步检波和叠加型同步检波的区别，也弄不明白两种检波的公式是怎么推导的，下面给出详细分析及推导过程。

同步检波也叫相干解调，同步检波需要一个与已调载波具有相同频率、相同相位的参考信号ur（t），也叫同步信号。同步检波是通过已调波和同步信号相乘来实现信号频谱的线性搬移，然后利用低通滤波器将调制信号提取出来而实现的。同步检波有两种形式，即乘积型同步检波、叠加型同步检波。

2.1 乘积型同步检波

在频域，振幅检波是频谱搬移。因此，可以用信号相乘运算实现振幅检波。若信源是一个双边带信号us=UsmcosΩt，本地振荡信号是一个与载波同频同相的信号ur=Urmcoswct，两个信号相乘可得［2］

通过低通滤波器滤除高频，得到的低频信号即为调制信号。这种解调方法称为乘积型同步检波，框图如图2所示。检波的输出为

其中，kd=kM·kF，kM是乘法器的增益，kF是低通滤波器的增益。

图2 乘积型同步检波器框图

2.2 叠加型同步检波

叠加型同步检波是先将输入信号Us与同步信号Ur叠加合成一普通调幅波，其包络反映调制信号的变化。再利用二极管的峰值包络检波器将其解调输出。叠加型同步检波的框图如图3所示。

信源电压若是一个双边带信号，则它与本振信号相加的和信号为［3］：

图3 叠加型同步检波器框图

3 二极管包络检波电路

在教学中采用对比法，让学生明白包络检波电路与同步检波电路的本质区别。另外二极管包络检波电路的工作过程分析是解调电路的重点和难点，需要教师循循善诱，引导学生耐心分析，并通过示波器观察给学生讲解包络检波电路中的两种失真。

3.1 工作原理

二极管包络检波电路如图4所示，电路由二极管VD和RC低通滤波器构成。

设输入信号ui为等幅高频电压（载波状态），当ui从零开始增大时，VD导通，C被充电。此时uD=uC-ui。如图5所示，当uC达到u1值时，uD=uC-ui=0，VD截止，电容器 C通过R放电。因放电常数RC较大，放电较慢，在uC值下降不多时，ui的下一个正半周已到来。当ui＞uC（如图5中u2值）时，VD再次导通，电容C在原有积累电荷量的基础上又得到补充，uC进一步提高。然后，继续上述放电、充电过程，直至达到动态平衡状态，输出电压uo稳定在u4附近作等幅波动［4］。

图4 二极管峰值包络检波器

图5 加入等幅波时检波器的工作过程

当输入信号为调幅波时，二极管包络检波器输出电压u0也将随着调幅波的包络线而变化。再经过滤波平滑，去掉叠加在上面的高频纹波，从而获得调制信号，完成检波过程，检波图如图6所示。

图6 输入为AM信号时检波器的输出波形图

3.2 惰性失真与负峰切割失真

根据图4介绍的二极管包络检波的原理图，引导学生设计检波电路，观察解调出现的两种失真，并分析解决办法。理论联系实际，带着目标进入学习，更易达到良好的教学效果。

3.2.1 示波器观察失真

引导学生用示波器观察惰性失真和负峰切割失真如下。

图7 两种失真

3.2.2 克服办法

图7（A）中t1到t2时间即是电容器放电跟不上包络变化的时间，在此期间引起失真。这种由于时常数RC过大而引起的失真叫惰性失真［5］。因此不产生惰性失真的条件就是电容器的放电速率始终比输入信号包络的变化速率高，即［6］

因检波电路的直流负载电阻与交流负载电阻数值相差较大，可能会使输出低频电压在负峰值附近被削平，如图7（B）所示，这种失真称为负峰切割失真［7］。为了避免出现负峰切割失真，在设计检波器时应尽量使检波器的交流负载阻抗接近于直流负载阻抗。

学生在学习理解两种失真产生的原因下，可以改善自己设计的解调电路，避免失真产生。在教学过程中引导学生用自己的语音信号作为基带信号进行调幅，并用解调电路解调出原先的语音信号。

4 结语

分析两种常用的调幅信号解调方法，同步检波法、包络检波法。用对比教学法使学生区别乘积型同步检波、叠加型同步检波、二极管构成的包络检波。在学习过程中学生建立振幅解调的完整知识体系，并通过实践验证解调过程。学生对电路实现振幅解调兴趣浓厚，在学习理解包络检波电路的情况下，可以自行设计同步检波解调电路。学生用自己设计的电路进行调幅、解调，通过示波器实时观察波形，更能体会到学习《高频电子线路》的实用性、乐趣性。该教学策略有助于学生探索该学科的有效学习方法，培养学生分析问题、解决问题能力的同时，也激发了学生求知欲和创新性。部分学生尝试用自己的语音信号或截取的一段音乐作为基带信号，通过振幅调制电路调幅后发射，并用振幅解调电路成功接收原信号。

［1］范瑜，潘启勇，邬正义，浦炜.“高频电子线路”的教学现状与改革思路［J］.电气电子教学学报，2009，（4）：20-21.

［2］石博雅.《高频电子线路》课程改革探讨［J］.中国电力教育，2008，（17）：136-137.

［3］周选昌.高频电子线路［M］.杭州：浙江大学出版社，2006：94-101.

［4］万家佑.高频电子线路仿真实验的设计与实现研究［J］.电子测试，2013，（5）：30-33.

［5］赵立权，贾雁飞，陈晓娟.高频电子线路课程教学模式的探索与实践［J］.广州化工，2013，（11）：252-253.

［6］陈松，郭云林，潘理，张国云.“高频电子线路”课程的教学模式探索［J］.电气电子教学学报，2013，（2）：47-48.

［7］于效宇，刘艳，杨会志.基于频谱分析的高频电子实验教学研究［J］.中国电力教育，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

杨松水

G642.1

A

1672-2868（2015）03-0160-05

2014-12-09

宿州学院校级教研项目（项目编号：szxyjyxm201307）；宿州学院校级教研项目（项目编号：szxyjyxm201209）；宿州学院校级教研项目（项目编号：szxyjyxm201412）

李娜（1983-），女，安徽宿州人。宿州学院，助教；河海大学，博士研究生。研究方向：无线通信与个人通信。