在电子通信领域，二极管环形调制器是一个至关重要的电路，它在信号调制等方面发挥着关键作用。本次 ADI 组织的学子专区 ADALM2000 活动，便聚焦于二极管环形调制器，旨在帮助学子们深入了解其工作原理、典型应用，并掌握生成双边带抑制载波（DSBSC）信号的基本方法。
实验材料准备
本次实验所需材料包括 ADALM2000 主动学习模块、无焊试验板、四个 100 Ω 电阻、两个 1 kΩ 电阻、四个 1N914 二极管，若条件允许还需两个三线并绕变压器。这些材料是搭建二极管环形调制器电路的基础。
背景知识介绍
在电子通信中，平衡调制器是生成 DSBSC 信号的重要电路。它能抑制射频载波，使输出端仅保留和频与差频。输出波形虽缺少载波，但包含传统 AM 信号的所有信息，可节省信号传输过程中的功耗。而二极管环形调制器，也称为格型调制器，是常见的平衡调制器之一。它由四个初呈环形排列的二极管及输入和输出变压器组成。调制器有两个输入：一个单频载波和一个调制信号，后者可以是单频或复杂波形。载波施加于输入和输出变压器的中心抽头，调制信号施加于输入变压器的初级，输出在输出变压器的次级端被测量。
二极管环形调制器不仅可用于生成 DSBSC 信号，还广泛应用于频率和相位调制系统及数字调制系统，如 PSK 和 QAM。需要注意的是，环形调制器中二极管的方向不得与二极管桥式整流器的方向混淆。环形调制器的所有二极管都朝顺时针或逆时针方向，而桥式整流器的二极管则朝左或右。
工作原理剖析
二极管环形调制器中使用的二极管可以是硅二极管、硅肖特基势垒二极管或砷化镓二极管，它们用作开关，控制输入信号是否以 180° 相位反转的方式通过。载波信号以高速率控制二极管的通断，为使调制器正常工作，载波的幅度必须显著大于调制信号的幅度，通常需要高出约六到七倍。
在正半周期间，D1 和 D2 正偏导通，而 D3 和 D4 反偏开路。载波电流在输入变压器的次级中心抽头处均匀分配，并沿相反方向通过绕组的上半部分和下半部分。上部和下部的电流各自产生一个大小相等但方向相反的磁场，所产生的磁场相互抵消，载波被抑制。结果，调制信号从输入变压器通过 D1 和 D2 传送到输出变压器，相位不反转。
在负半周期间，二极管 D1 和 D2 反偏关断，而 D3 和 D4 正偏导通。同样，载波电流在输出变压器的初级均匀分配，两个电流产生大小相等但方向相反的磁场。这两个电流在输入变压器的次级合并，磁场相互抵消，载波被抑制。调制信号通过输入变压器并发生 180° 相位反转，然后到达输出变压器。
在二极管环形调制器的输出波形中，载波信号被抑制，输出由输入频率的和频与差频组成。这些 RF 脉冲以载波信号的频率为周期，复现调制信号的形状和幅度。理想情况下，载波信号会被完全抑制，但实际上，输出信号总会伴随一个小的载波分量，这被称为载波泄漏。这种现象主要由变压器的中心抽头位置不够以及二极管未完全匹配等原因引起。
硬件设置与程序步骤
在无焊试验板上构建特定电路，使用 1N914 快速开关二极管搭建二极管环路。将 W1 设置为 1 kHz 正弦调制信号，其峰峰值幅度为 1 V，将 W2 设置为 10 kHz 正弦载波，其峰峰值幅度为 3 V。输入和输出变压器需要 1:2 的匝数比，也可以尝试其他变压器匝数比并比较输出结果。若没有合适的变压器，可使用 LTspice? 仿真继续实验。观察电路的输出波形，它应类似于特定的仿真波形。
此外，还可以对二极管环形调制器进行简化设计。从传统二极管环形调制器中去掉变压器，通过使用 ADALM2000 和两个低阻值输入电阻 R1 和 R2，将载波和调制信号的和频与差频送入二极管环的两个相对结点，输出可以在高阻值输出电阻 R3 和 R4 两端测量，这些电阻取代输出变压器。
设置试验板时，将个波形发生器 W1 的输出连接到 R1 的另一端，第二个波形发生器 W2 的输出连接到 R2 的另一端。示波器输入 1 + 连接到 D1、D3 和 R4 的结点，示波器输入 1 - 连接到链接 D2、D4 和 R3 的节点，将 R3 和 R4 之间的节点连接到地。本实验使用特定公式的载波和调制信号，在信号发生器和示波器中进行相应设置后运行，观察波形，结果应与特定波形相似。
实验问题思考
实验中还设置了一些问题供学子思考，如改变输入和输出变压器的匝数比，观察并比较输出波形；将电路中 W1 和 W2 的位置互换，观察输出波形的变化；改变简化电路中电阻值，观察输出波形幅度的变化等。这些问题有助于学子更深入地理解二极管环形调制器的特性和工作原理。
通过本次 ADALM2000 活动，学子们能够在实践中深入学习二极管环形调制器的相关知识，提升自己在电子通信领域的实践能力和理论水平。
