本實(shí)驗(yàn)室教程討論了一個典型的本科電子實(shí)驗(yàn)室練習(xí)尸折，以及如何使用 Moku:Go 有效地進(jìn)行練習(xí)啰脚，以教授 AM 無線電接收器和鎖定放大器的基礎(chǔ)知識。
使用鎖定放大器構(gòu)建AM無線電接收器
本實(shí)驗(yàn)室教程討論了一個典型的本科電子實(shí)驗(yàn)室練習(xí)实夹，以及如何使用 Moku:Go 有效地進(jìn)行練習(xí)橄浓，以教授 AM 無線電接收器和鎖定放大器的基礎(chǔ)知識晾咪。
Moku:Go 在一臺高性能設(shè)備中結(jié)合了 10 多種實(shí)驗(yàn)室儀器，具有 2 個模擬輸入贮配、2 個模擬輸出谍倦、16 個數(shù)字 I/O 引腳和可選的集成電源。
本實(shí)驗(yàn)的目的是介紹 AM 無線電接收器的基礎(chǔ)知識并演示使用鎖相放大器的基礎(chǔ)知識泪勒。 您將使用 Moku:Go 的鎖定放大器昼蛀、數(shù)字濾波器盒和頻譜分析儀儀器以及集成電源來設(shè)計和優(yōu)化 AM 無線電接收器。
調(diào)幅 (AM) 收音機(jī)雖然在很大程度上被調(diào)頻 (FM) 收音機(jī)所取代圆存，但它仍然是一種通過無線電波傳輸信息的非常有用的方法叼旋。 在本實(shí)驗(yàn)中，您將設(shè)計和實(shí)現(xiàn) AM 無線電接收器沦辙。 您將學(xué)習(xí)查找本地 AM 無線電頻率并使用鎖定放大器實(shí)現(xiàn)無線電接收器夫植。 圖 1 顯示了使用 Spectrum Analyzer 儀器在澳大利亞堪培拉采集的 AM 無線電信號。
背景
調(diào)幅收音機(jī)
在 AM 無線電中油讯，信號的幅度被調(diào)制详民； 這與調(diào)制信號頻率的 FM 收音機(jī)相比較。 這種差異可以在圖 2 中看到陌兑，其中波的幅度在 AM 調(diào)制波形中明顯變化沈跨，而在 FM 調(diào)制波形中，正弦波的頻率隨時間變化兔综。 兩種類型的無線電傳輸都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)饿凛。 商業(yè) AM 廣播電臺在 535 kHz – 1605 kHz 范圍內(nèi)工作，因此與 88 – 108 MHz 范圍內(nèi)的 FM 相比软驰，它通常具有更長的范圍涧窒，但它更容易受到噪音的影響，并且與音樂相比更適合談話廣播- 基于廣播節(jié)目锭亏。
AM 收音機(jī)通過使用消息信號（音頻信號）調(diào)制的正弦載波進(jìn)行操作纠吴；此音頻是正在發(fā)送的信息。在這種類型的調(diào)制中贰镣，載波的幅度會被消息信號改變（因此稱為 AM）呜象。
對應(yīng)于特定無線電臺的調(diào)制信號可以清楚地視為頻域中的尖峰（例如圖 1）膳凝，盡管在時域中通常很難看到碑隆。 Moku:Go 的 FIR 濾波器生成器允許我們在廣播電臺周圍設(shè)置一個窄帶通濾波器，從而消除電臺以外的幾乎所有信號蹬音。
圖 3 中可以看到一個示例上煤，其中 FIR 濾波器生成器挑選出大約 600 kHz 的 AM 無線電臺。用語音信號調(diào)制的 AM 載波可以在藍(lán)色跡線中清楚地看到著淆。紅色軌跡（天線輸入）表明劫狠，如果沒有窄帶通拴疤，就不可能選擇這個或任何其他廣播電臺；事實(shí)上独泞，信號完全由截取屏幕截圖的辦公室中可調(diào)光 LED 照明的 ~25 kHz 開關(guān)控制呐矾。
為了接收然后收聽消息信號，需要無線電接收器接收特定的AM無線電頻率并將其解調(diào)以從消息信號中分離出載波信號懦砂。 簡單 AM 無線電接收器的框圖如圖 4 所示蜒犯。
接收器通過使用無線電天線來檢測無線電波； 但是荞膘，該信號通常相對較弱罚随，因此需要一個射頻放大器來增強(qiáng)信號，以便對其進(jìn)行進(jìn)一步處理羽资。 由于天線將捕獲所有可能的頻率淘菩，因此需要調(diào)諧器來找到所需的特定頻率。
模擬解調(diào)調(diào)諧器通常由一個 LC（電感-電容）電路組成，如圖 5 所示馒胆。根據(jù)所使用的電感和電容烤咧，電路將以特定頻率諧振。 高于和低于該諧振頻率的所有其他頻率都將被阻止进陡。 可以將消息信號整流為僅提供直流信號，并通過二極管和旁路電容器從載波中解調(diào)微服。 然后可以放大消息單并將其發(fā)送到揚(yáng)聲器趾疚、耳機(jī)等。
鎖相放大器是一種功能強(qiáng)大的設(shè)備以蕴，可以將調(diào)制信號從嘈雜的背景中分離出來糙麦，在我們的例子中，從信號陣列中分離出特定的 AM 信號丛肮。這意味著鎖定放大器可以用作無線電接收器赡磅，因?yàn)樗瑹o線電接收器的幾個關(guān)鍵組件。
Moku:Go 的鎖相放大器能夠通過使用相敏檢測器 (PSD) 來解調(diào)調(diào)制信號宝与，例如無線電波焚廊。它使用與載波信號頻率相同的正弦參考信號。它可以跟蹤與參考信號的任何差異习劫，因此能夠跟蹤頻率漂移咆瘟。
PSD 將兩個信號相乘或“混合”在一起，生成兩個信號的和項(xiàng)和差項(xiàng)诽里。所需頻率和參考信號由相同的頻率組成袒餐，因此頻率之間的差異為零。因此，所需的無線電波信號設(shè)置為直流灸眼。
然后卧檐，混合信號通過一個低通濾波器發(fā)送，該濾波器去除調(diào)制信號的交流分量焰宣。這只留下與信號幅度成比例的直流信號霉囚，然后可以使用直流放大器放大信號。
輸出幅度可以從通過混頻器和低通濾波器發(fā)送的信號中找到匕积。這些可以在直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)中找到佛嬉。幅度R可以通過坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換得到。對于 AM 信號闸天，只需要幅度或 R（在極坐標(biāo)中）暖呕；信號的相位可以忽略。
? 查找并詳細(xì)列出您所在地區(qū)當(dāng)前的 AM 電臺列表苞氮。
? 你認(rèn)為哪個信號最強(qiáng)湾揽？ 為什么？
? Moku:Go[x2]
? 天線
? 揚(yáng)聲器
? 低噪聲放大器（可選）
? 鱷魚夾
1.確保您已將最新版本的 Moku: 桌面應(yīng)用程序 [2] 下載到您的計算機(jī)上笼吟。
2.將磁性電源適配器插入每個 Moku:Go 并等待前面的 LED 變?yōu)榫G色库物。
3.這些第一步將解決 Moku:Go #1 的配置。
4.將天線連接到 Moku:Go 的輸入 1贷帮，如圖 6 和圖 7 所示戚揭。
? 雙擊頻譜分析儀。 找到 AM 范圍并隨意平均頻譜以改進(jìn)圖表撵枢。
? 找到最占主導(dǎo)地位的 AM 無線電信號頻率民晒，您可以通過添加跟蹤光標(biāo)來做到這一點(diǎn)。
? 信號應(yīng)在小于 2 MHz 的范圍內(nèi)锄禽。圖 8 顯示了頻譜分析儀和設(shè)置配置的示例潜必。
將您的揚(yáng)聲器連接到 Moku:Go #1 的輸出 1。
? 返回儀器選擇屏幕并雙擊鎖定放大器沃但。 打開示波器部分磁滚，確保您可以看到 A 和 B。
? 將探頭 A 添加到輸入 1（天線）
? 將探頭 B 添加到輸出 1（揚(yáng)聲器）
? 鎖定放大器儀器頁面的示例可在圖 9 中查看宵晚。
將本地振蕩器更改為您最主要的 AM 信號的頻率垂攘。 首先將低通濾波器設(shè)置為 12 kHz。 根據(jù)需要更改為極性并更改增益淤刃。 您可能需要更改低通濾波器和增益以改善信號并產(chǎn)生盡可能清晰的聲音晒他。 小心不要使信號飽和。 圖 10 給出了本地堪培拉地區(qū)的各種變量的示例設(shè)置钝凶。
將揚(yáng)聲器連接線移至 Moku:Go #2 的輸出 2仪芒。 將電纜從 Moku:Go #1 的輸出 1 連接到 Moku:Go #2 的輸入 2唁影。 這種設(shè)置可以在圖 11 和圖 12 中看到耕陷。
返回主屏幕并雙擊 Moku:Go #2 的圖標(biāo)掂名。 雙擊數(shù)字濾波器框。 數(shù)字濾波器盒界面如圖 13 所示哟沫。
將探頭 A 添加到輸入 2饺蔑，將探頭 B 添加到輸出 2。首先嗜诀，將濾波器更改為 Bessel 帶通濾波器并根據(jù)需要更改增益猾警。 改變頻率以僅隔離消息信號，即音樂或聲音隆敢，從而嘗試去除低頻噪聲发皿。 嘗試瞄準(zhǔn)由音樂和聲音產(chǎn)生的頻率。 圖 14 給出了堪培拉地區(qū)的數(shù)字濾波器盒變量拂蝎。
在天線和 Moku:Go #1 的輸入 1 之間連接低噪聲放大器穴墅。 要為低噪聲放大器供電，請將鱷魚夾連接到電源連接和 Moku:Go #1 的背面温自。 設(shè)置如圖 15 所示玄货。
確保它連接到 PPSU2 或類似的 12 V 電源。 單擊菜單按鈕打開電源并將電壓設(shè)置為 12 V悼泌∷勺剑可能的電源彈出窗口類似于圖 16。
根據(jù)需要更改數(shù)字濾波器盒和鎖定放大器的變量馆里，以產(chǎn)生盡可能清晰的信號隘世。
嘗試改變你所在地區(qū)的其他 AM 信號，你能通過改變 Lock-in Amplifier 和 Digital filter Box 中的變量來優(yōu)化你的音質(zhì)嗎鸠踪？
本實(shí)驗(yàn)室探索在 Moku:Go 上將鎖定放大器用作 AM 無線電接收器以舒。 鎖定放大器是學(xué)生探索如何從嘈雜的背景中解調(diào)信號的強(qiáng)大工具。 此外慢哈，學(xué)生還能夠?qū)W習(xí)如何使用許多其他工具進(jìn)一步提高信號清晰度蔓钟。
通過 Moku：應(yīng)用程序中的屏幕截圖或文件共享，可以輕松完成結(jié)果的發(fā)布和報告卵贱。 您可以通過單擊屏幕頂部的云圖標(biāo)來執(zhí)行此操作滥沫。
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