抽样定理与脉冲调幅（PAM）实验

实验一  抽样定理与脉冲调幅（PAM）实验

一、实验目的：
1、  验证抽样定理；
2、  观察了解PAM信号形成过程、平顶展宽解调过程；
3、  了解时分路系统中的路际串话现象。

二、实验原理及电路说明
1、  抽样定理
一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh(即m(t)的频谱中没有fh以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800hz的样值序列来表示。
实际上考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400HZ的语音信号，通常采用8KHZ抽样频率，这样可以留出1200HZ的防卫带。
在验证抽样定理的实验中，用单一频率fh的正弦波来代替实际的语音信号。采用标准抽样频率fs＝8KHZ，改变音频信号的频率fh，分别观察不同频率时，抽样序列的低通滤波器的输出信号，理解抽样定理。

2、  多路脉冲调幅（信号的形成和解调）
在图1.1中（附本章后），连接测试孔8和11、13和14后就构成了多路脉冲调幅实验电路。
将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。  n路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的，各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。

本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。接收端的选通电路也采用结型场效应为晶体管作开关元件，但输出负载不是电阻而不是电容。类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度ts是很窄的。当占空比为τs/Ts的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的，但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100%的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题，但平顶抽样将引起固有的频率失真。

PAM信号在时间上是离散的，但在幅度上是连续的。而在PCM系统里，PAM信号只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。
3、  多路脉冲调幅系统中的路际串话
在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地在本路时隙中的矩形脉冲。但如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象，当“拖尾”严重，以至侵入邻路时隙时，就产生了路际串话。

三、实验仪器
双踪同步示波器　　　　　　　　一台
数字频率计　　　　　　　　　　一台
低频信号发生器　　　　　　　　一台
毫伏表　　　　　　　　　　　　一台
直流稳压电源　　　　　　　　　一台
PAM教学实验箱　　　　　　　 一台
四、实验内容

在实验箱中使用了7805，7905各7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着

＋5V，－5V，＋12V的电源输入端应输入+7V，-7V，+14V的电源。

（一）、抽样和分路脉冲的形成
用示波器和频率计观察并记录各脉冲信号的频率、波形及脉冲宽度。
1、  在测试点1处观察主振脉冲信号；
2、  在测试点6处观察分路抽样脉冲（1-1）（8KHZ）
3、  在测试点7处观察分路抽样脉冲（2-1）（8KHZ）

（二）、验证抽样定理

1、  正弦信号从测试孔4输入，fh<3KHZ,幅度约2Vp-p。

2、  以测试点4的信号作双踪同步示波器的同步信号，观察测试点8－抽样后形成的PAM信号。把输入信号调整到合适的频率上，使PAM信号在示波器上显示稳定，计算在一个信号周期内的抽样次数，核对信号频率与抽样频率的关系。

3、  连接测试孔8－14，在测试点15观察经低通滤波器和放大器的解调信号，测量其频率确定和输入信号的关系。

4、  改变Fh,   Fh=6KHZ,重复2、3项内容。

（三）、PAM信号的形成和解调
连接测试孔8－11、13－14、2－12，观察并画出以下各点的波形。
1、  在测试孔4输入的正弦信号　，Fh<3HZ,幅度1.5 Vp-p。
2、  以测试孔4处的信号作为比踪同步示波器的同步信号，在测试点8处观察单路PAM信号。
3、  在测试点13处观察选通后的单路解调展信号。用示波器读出τ的宽度。
4、  在测试点15处观察经低通滤波器放大后的音频信号。
5、  改变输入正弦信号的频率（fmax≤2.4KHZ），在测试点15处测量整个系统的频率特性。

（四）、多路PAM系统中的路际串话现象
接通测试孔3－12，即接入分路选通脉冲（2－2）。
1、  在测试孔4处输入的正弦信号，fh≤3KHZ。
2、  在测试点15处观察第一路串入第二路的信号，用示波器观察并测量其频率和幅度。
3、  连接测试孔8－9、10－11，将开关K置于电容C11处，重复1、2项的内容，并与之比较。
4、  将开关K置于电容C12处，重复1、2项的内容，并与2、3项的结果比较。

五、实验报告
1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。
2、本实验在测试点8和13处得到的是哪一类抽样波形？从理论上对理想抽样、自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。
3、对实验内容（二）进行讨论。当fs>2fh和fs<2fh时，低通滤波器输出的波形是什么？试总结一般规律。
4、实验内容（四）中的2、3、4项内容有什么区别？分析影响串话的主要因素。根据本实验电路的元件数据计算信道上的截止频率。
5、  对改进实验内容和电路有什么建议？