本实验室教程讨论了一个典型的本科电子实验室练习，以及如何使用 Moku:Go 有效地进行练习，以教授 AM 无线电接收器和锁定放大器的基础知识。
使用锁定放大器构建AM无线电接收器
本实验室教程讨论了一个典型的本科电子实验室练习，以及如何使用 Moku:Go 有效地进行练习，以教授 AM 无线电接收器和锁定放大器的基础知识。
Moku:Go 在一台高性能设备中结合了 10 多种实验室仪器，具有 2 个模拟输入、2 个模拟输出、16 个数字 I/O 引脚和可选的集成电源。
本实验的目的是介绍 AM 无线电接收器的基础知识并演示使用锁相放大器的基础知识。 您将使用 Moku:Go 的锁定放大器、数字滤波器盒和频谱分析仪仪器以及集成电源来设计和优化 AM 无线电接收器。
调幅 (AM) 收音机虽然在很大程度上被调频 (FM) 收音机所取代，但它仍然是一种通过无线电波传输信息的非常有用的方法。 在本实验中，您将设计和实现 AM 无线电接收器。 您将学习查找本地 AM 无线电频率并使用锁定放大器实现无线电接收器。 图 1 显示了使用 Spectrum Analyzer 仪器在澳大利亚堪培拉采集的 AM 无线电信号。
背景
调幅收音机
在 AM 无线电中，信号的幅度被调制； 这与调制信号频率的 FM 收音机相比较。 这种差异可以在图 2 中看到，其中波的幅度在 AM 调制波形中明显变化，而在 FM 调制波形中，正弦波的频率随时间变化。 两种类型的无线电传输都有优点和缺点。 商业 AM 广播电台在 535 kHz – 1605 kHz 范围内工作，因此与 88 – 108 MHz 范围内的 FM 相比，它通常具有更长的范围，但它更容易受到噪音的影响，并且与音乐相比更适合谈话广播- 基于广播节目。
AM 收音机通过使用消息信号（音频信号）调制的正弦载波进行操作；此音频是正在发送的信息。在这种类型的调制中，载波的幅度会被消息信号改变（因此称为 AM）。
对应于特定无线电台的调制信号可以清楚地视为频域中的尖峰（例如图 1），尽管在时域中通常很难看到。 Moku:Go 的 FIR 滤波器生成器允许我们在广播电台周围设置一个窄带通滤波器，从而消除电台以外的几乎所有信号。
图 3 中可以看到一个示例，其中 FIR 滤波器生成器挑选出大约 600 kHz 的 AM 无线电台。用语音信号调制的 AM 载波可以在蓝色迹线中清楚地看到。红色轨迹（天线输入）表明，如果没有窄带通，就不可能选择这个或任何其他广播电台；事实上，信号完全由截取屏幕截图的办公室中可调光 LED 照明的 ~25 kHz 开关控制。
为了接收然后收听消息信号，需要无线电接收器接收特定的AM无线电频率并将其解调以从消息信号中分离出载波信号。 简单 AM 无线电接收器的框图如图 4 所示。
接收器通过使用无线电天线来检测无线电波； 但是，该信号通常相对较弱，因此需要一个射频放大器来增强信号，以便对其进行进一步处理。 由于天线将捕获所有可能的频率，因此需要调谐器来找到所需的特定频率。
模拟解调调谐器通常由一个 LC（电感-电容）电路组成，如图 5 所示。根据所使用的电感和电容，电路将以特定频率谐振。 高于和低于该谐振频率的所有其他频率都将被阻止。 可以将消息信号整流为仅提供直流信号，并通过二极管和旁路电容器从载波中解调。 然后可以放大消息单并将其发送到扬声器、耳机等。
锁相放大器是一种功能强大的设备，可以将调制信号从嘈杂的背景中分离出来，在我们的例子中，从信号阵列中分离出特定的 AM 信号。这意味着锁定放大器可以用作无线电接收器，因为它包含无线电接收器的几个关键组件。
Moku:Go 的锁相放大器能够通过使用相敏检测器 (PSD) 来解调调制信号，例如无线电波。它使用与载波信号频率相同的正弦参考信号。它可以跟踪与参考信号的任何差异，因此能够跟踪频率漂移。
PSD 将两个信号相乘或“混合”在一起，生成两个信号的和项和差项。所需频率和参考信号由相同的频率组成，因此频率之间的差异为零。因此，所需的无线电波信号设置为直流。
然后，混合信号通过一个低通滤波器发送，该滤波器去除调制信号的交流分量。这只留下与信号幅度成比例的直流信号，然后可以使用直流放大器放大信号。
输出幅度可以从通过混频器和低通滤波器发送的信号中找到。这些可以在直角坐标或极坐标中找到。幅度R可以通过坐标之间的转换得到。对于 AM 信号，只需要幅度或 R（在极坐标中）；信号的相位可以忽略。
• 查找并详细列出您所在地区当前的 AM 电台列表。
• 你认为哪个信号最强？ 为什么？
• Moku:Go[x2]
• 天线
• 扬声器
• 低噪声放大器（可选）
• 鳄鱼夹
1.确保您已将最新版本的 Moku: 桌面应用程序 [2] 下载到您的计算机上。
2.将磁性电源适配器插入每个 Moku:Go 并等待前面的 LED 变为绿色。
3.这些第一步将解决 Moku:Go #1 的配置。
4.将天线连接到 Moku:Go 的输入 1，如图 6 和图 7 所示。
• 双击频谱分析仪。 找到 AM 范围并随意平均频谱以改进图表。
• 找到最占主导地位的 AM 无线电信号频率，您可以通过添加跟踪光标来做到这一点。
• 信号应在小于 2 MHz 的范围内。图 8 显示了频谱分析仪和设置配置的示例。
将您的扬声器连接到 Moku:Go #1 的输出 1。
• 返回仪器选择屏幕并双击锁定放大器。 打开示波器部分，确保您可以看到 A 和 B。
• 将探头 A 添加到输入 1（天线）
• 将探头 B 添加到输出 1（扬声器）
• 锁定放大器仪器页面的示例可在图 9 中查看。
将本地振荡器更改为您最主要的 AM 信号的频率。 首先将低通滤波器设置为 12 kHz。 根据需要更改为极性并更改增益。 您可能需要更改低通滤波器和增益以改善信号并产生尽可能清晰的声音。 小心不要使信号饱和。 图 10 给出了本地堪培拉地区的各种变量的示例设置。
将扬声器连接线移至 Moku:Go #2 的输出 2。 将电缆从 Moku:Go #1 的输出 1 连接到 Moku:Go #2 的输入 2。 这种设置可以在图 11 和图 12 中看到。
返回主屏幕并双击 Moku:Go #2 的图标。 双击数字滤波器框。 数字滤波器盒界面如图 13 所示。
将探头 A 添加到输入 2，将探头 B 添加到输出 2。首先，将滤波器更改为 Bessel 带通滤波器并根据需要更改增益。 改变频率以仅隔离消息信号，即音乐或声音，从而尝试去除低频噪声。 尝试瞄准由音乐和声音产生的频率。 图 14 给出了堪培拉地区的数字滤波器盒变量。
在天线和 Moku:Go #1 的输入 1 之间连接低噪声放大器。 要为低噪声放大器供电，请将鳄鱼夹连接到电源连接和 Moku:Go #1 的背面。 设置如图 15 所示。
确保它连接到 PPSU2 或类似的 12 V 电源。 单击菜单按钮打开电源并将电压设置为 12 V。可能的电源弹出窗口类似于图 16。
根据需要更改数字滤波器盒和锁定放大器的变量，以产生尽可能清晰的信号。
尝试改变你所在地区的其他 AM 信号，你能通过改变 Lock-in Amplifier 和 Digital filter Box 中的变量来优化你的音质吗？
本实验室探索在 Moku:Go 上将锁定放大器用作 AM 无线电接收器。 锁定放大器是学生探索如何从嘈杂的背景中解调信号的强大工具。 此外，学生还能够学习如何使用许多其他工具进一步提高信号清晰度。
通过 Moku：应用程序中的屏幕截图或文件共享，可以轻松完成结果的发布和报告。 您可以通过单击屏幕顶部的云图标来执行此操作。
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