測控電路課程設(shè)計開關(guān)型振幅調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與調(diào)試劉婧改過后.doc

測控電路課程設(shè)計說明書 論文題目：開關(guān)型振幅調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計與調(diào)試 作者所在系部： 機電工程學院 作者所在專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 作者所在班級： B13122 作 者 姓 名 ： 劉婧 作 者 學 號 ： 201321462 指導(dǎo)教師姓名： 劉寶華 劉健 劉珊 完 成 時 間 ： 2016 年6月8日 北華航天工業(yè)學院教務(wù)處制目錄1 設(shè)計任務(wù)、要求及內(nèi)容.（3）二設(shè)計過程及原理.(3)三. 分析誤差原因.(11)四. 分析電路中產(chǎn)生的故障.（13）五. 課設(shè)心得.（13）一設(shè)計任務(wù)、要求及內(nèi)容1. 設(shè)計任務(wù)： 利用場效應(yīng)管的開關(guān)特性，實現(xiàn)低頻信號的幅值調(diào)制與解調(diào)，以抑制噪聲干擾，提高信噪比。2. 設(shè)計要求： （1）設(shè)計出相應(yīng)的各部分電路，組裝與調(diào)試該電路，并試驗其抗干擾性能； （2）設(shè)計一份電路原理圖（包括題目的理論設(shè)計模型及電路的multisim仿真結(jié)果）。 （3）完成一份設(shè)計說明書。3.設(shè)計電路參數(shù)： 調(diào)制信號：正弦波 ，頻率500HZ ， 幅值5v 。4. 設(shè)計內(nèi)容： （1）分析設(shè)計任務(wù)，設(shè)計各部分電路，分析其工作原理，選擇相應(yīng)的參數(shù)； （2）畫出完整的電路圖； （3）對完整電路圖進行Multisim仿真； （4）分析電路實驗中產(chǎn)生的故障； （5）分析產(chǎn)生誤差原因。5.時間安排： 第一周，查閱資料； 第二周，理論設(shè)計模擬電路及計算機Multisim仿真；第三周，撰寫設(shè)計說明書；二設(shè)計過程及原理（一）元器件的可靠性檢驗：1.運放的可靠性檢驗：先用運放搭成跟隨器，輸入正弦信號，用示波器檢驗器是否跟隨；之后用運放搭成反向放大器，輸入正弦信號看輸出幅值與相位；2.穩(wěn)壓管的匹配：將穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電阻構(gòu)成穩(wěn)壓電路，接入電源，測其性能參數(shù)，選擇穩(wěn)壓值相近的兩個穩(wěn)壓管。3導(dǎo)線的可靠性檢驗：把將要用到的導(dǎo)線全部用萬用表檢測其通斷；（二）原理方框圖： （三）方波發(fā)生電路： 原理圖如下： 方波發(fā)生電路中，積分電路的電壓電流關(guān)系: 其中是t=0時電容器已存儲的電荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到：常量根據(jù)初始條件確定，即t=0時，（0）=Q0/C.當輸入為常量時，輸出為：可見輸入為方波時輸出為三角波。上圖為遲滯比較電路，該電路用的是同向遲滯比較電路。R1=0時，ui接地，UR接輸入，Uo接輸出，門限電壓由求得： 。由穩(wěn)壓管確定.由此我們選定電阻R1=10K，R2=10K，R3=30K，R4=2.2K，電容C=0.01F，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5V。綜上所述，該電路前一部分是積分電路，后一部分為滯回比較器。作用：（a）積分電路：利用RC回路的充放電來產(chǎn)生三角波。（b）滯回電路：產(chǎn)生方波，方波的頻率為f=R3/4*R1*R2*C。計算可以得到：方波的頻率f=7500Hz，方波的占空比為50%。該電路中調(diào)節(jié)R1，R2，R3的阻值和C的容值，可以改變振蕩頻率；調(diào)節(jié)R1，R2的阻值可以改變方波的幅值。知該方波發(fā)生電路為調(diào)制電路和解調(diào)提供開關(guān)信號Ua和Ub，進而控制三極管的導(dǎo)通和截止，并且Ua和Ub是一對相位相反的方波信號，則可知該電路后應(yīng)該接一個反向器用來產(chǎn)生相位相反的信號Ub。方波發(fā)生電路的仿真電路如圖所示： 方波發(fā)生電路產(chǎn)生的方波如下圖所示：（四）脈沖平衡調(diào)制電路：脈沖平衡調(diào)制電路如下圖所示，它由兩個電子開關(guān)，一個運算放大器和兩個脈沖信號Ua和Ub組成。電路中電阻均為5.1K，接方波處的電阻為2.2K，放大器處的反饋電阻為10.2K。根據(jù)調(diào)制電路的中的香農(nóng)定理，至少要求載波信號的頻率大于10倍的調(diào)制信號的頻率，解調(diào)時才可以較好的將調(diào)制信號與載波信號分開，檢出調(diào)制信號，并且由乃奎斯特采樣定理：為了保留一個頻率分量的全部信息，一個周期的間隔至少抽樣兩次，即必須保證Ws=2*Wm或者Fs=2*Fm。該電路中輸入的正弦波的頻率f=400Hz，此時方波的脈寬為0.125ms時，則有頻率f=4000Hz，滿足香農(nóng)定理的要求，可以防止頻率混疊的現(xiàn)象。電路中的電子開關(guān)用兩個晶體管構(gòu)成。兩個輸入脈沖信號Ua與 Ub的幅值和頻率相等，相位相反。Ua，Ub如下圖所示：當Ua為高電平時，Q1導(dǎo)通，Q2截止，a點接地，運算放大器則處于同向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為： 2RGI1= = 1 （R+R）當Ub為高電平時，Q2導(dǎo)通，Q1截止，b點接地，運算放大器則處于反向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為： R 2RGI2 = (1 + ) = +1 （2 R+R） R 由此可見，當增益為GI1時，輸出信號為 Ui, 而當?shù)诙N狀態(tài)時，輸出 信號為+Ui 。這樣，由于兩個晶體管受到兩個相位相反的脈沖控制，使輸入信號Ui的極性不斷地“變換”，所以在輸出端就得到與輸入信號相反的脈沖平衡調(diào)制波 調(diào)制電路仿真圖如下所示： 仿真電路（調(diào)制電路）產(chǎn)生的波形如圖所示：（五）放大器： 由于調(diào)制信號的幅值較小不便于后續(xù)的測量，要經(jīng)過放大電路的放大后再送入解調(diào)電路。要求的調(diào)制信號的參數(shù)：調(diào)制信號：正弦波.頻率500HZ ，幅值0.1v?？芍糯?倍，幅值為0.5V，作為解調(diào)電路的輸入信號。（六）脈沖平衡式解調(diào)電路： 下圖為雙極性振幅調(diào)制電路的電路圖，在這里研究該電路的解調(diào)。圖為現(xiàn)行較好的脈沖平衡式雙開關(guān)解調(diào)電路，由兩個運算放大器和兩個電子開關(guān)組成。其中，A2為反向放大器，A1位反向加法器。晶體管Q1和Q2是兩個電子開關(guān)，C為交流耦合電容，起隔直流作用。反向器A2使A點電壓與輸入信號反相，B點電壓與輸入信號相同。由于所有元件全是對稱匹配的，所以Ua與 Ub也是反相對稱的。Ua與Ub是兩個極性相反的脈沖序列，其頻率和幅值是相同的。由這兩個脈沖信號交替控制電子開關(guān)。當 Ua為正電平，Ub為負電平，即電子開關(guān)Q4導(dǎo)通，Q3截止時，O點對地短路，B點電壓不能輸給A2，P點電壓可輸給A2,其輸出為： R6 Uo(t) = - Ua(t) R3+R5 假設(shè)ui (t)為正電平，當t從0t1時，輸入信號ui (t)由包線路1決定，即由正的載波決定。在Q3截止Q4導(dǎo)通的條件下，ui (t)首先被A1反相，即A點電壓uA（t）= ui (t)，將這個關(guān)系帶入Uo（t）得到：R6 Uo（t）= Ui (t)R3+R5可見，輸出ui (t)也是正值，與ui (t)同相位。在A點電壓為Ua（t）Ui (t)，Ub（t）Ui (t)。與此同時，控制方波脈沖 Ua與Ub也反向，即Ua為負電平Ub為正電平，電子開關(guān)Q3導(dǎo)通，Q4截止。因此P點對地短路，A點電壓不能傳輸給A2，而Q點對地“斷路”,B點電壓可以傳輸給A2。所以A2地輸出為：R6 Uo（t）= - Ui (t)（R3+R5）由方程uo（t）顯然可以知道，增益仍然為R6/(R3+R5),與線段1的增益相同。 在電路中，如果取值R6=R3+R5,，則輸出曲線與輸入信號曲線的包絡(luò)線相同。而且，由于這是用運算放大器構(gòu)成的解調(diào)電路，所以對小信號也可以得到良好得線性度。 電路中輸出所存在的紋波，可以進行適當?shù)臑V波。如果輸入信號Ui需要阻抗變換以增加其帶負載的能力，可以在A1的前面另外一個緩沖放大器，即為（五）中的放大器。 解調(diào)電路的仿真圖如下：仿真電路（解調(diào)電路）產(chǎn)生的波形如圖：(七)低通濾波器：低通濾波器的參數(shù)：R1=5.1K，C1=200pF，解調(diào)信號中的低頻信號可以通過。濾除解調(diào)信號中的的干擾信號，進而更好的還原出來原來的波形。三：分析誤差原因（1）經(jīng)計算后搭建的電路兩路方波幅值相等，相位相反，占空比為50%，與預(yù)期效果基本相同，但仍存在一定問題。 1.三角波的頂端有時會有部分失真 產(chǎn)生原因：通過匹配R、C使理論輸出幅值大于運放的線性放大輸出范圍，而使輸出出現(xiàn)非線性失真，如果門限電壓選擇較高可能會導(dǎo)致無輸出或輸出錯誤； 解決辦法：選擇合適的運放，計算好RC環(huán)節(jié)，選取合適的電阻與電容，適當減小門限電壓。 2.輸出方波近似為梯形波 產(chǎn)生原因：由于運算放大器在比較輸出時會經(jīng)過一個線性區(qū)，由高向低（后有低向高）的過渡而產(chǎn)生； 解決辦法：通過匹配R2與R3可以減小線性區(qū)但不能消除。 （2）在設(shè)計時臨時把場效應(yīng)管換成9013三極管，由于場效應(yīng)管有負夾斷電壓，而三極管只能在PN結(jié)呈正電壓時才開啟，所以要把原來的原理圖進行改變，把用于反向?qū)ǖ亩O管換成限制基極電流的限流電阻。1.輸出的調(diào)制后波形出現(xiàn)相鄰波峰幅值不等現(xiàn)象 產(chǎn)生原因：輸入含有直流分量，在經(jīng)調(diào)制后與直流分量符號同向的正弦波形幅值變高，與直流分量符號相反的正弦波形幅值變小。而且會有輸入越小復(fù)制相差越大，的現(xiàn)象。 解決辦法：匹配電容濾去部分直流分量，小輸入可以先做放大處理，濾波后接入調(diào)制電路。（3）1.在方波信號接入該電路時出現(xiàn)帶負載能力不足現(xiàn)象解決辦法：由UA、UB接跟隨器以提高其帶負載能力。2. 輸出信號有毛刺。 產(chǎn)生原因：因輸入脈沖信號不是標準的方波而是近似梯形波，在線性區(qū)會由Q3與Q4同時開的時刻，此時輸出會有短暫的低電平毛刺現(xiàn)象 解決辦法：輸出信號接入低通濾波器根據(jù)輸出頻率算出匹配電阻與電容即可，有源無源濾波器皆可，現(xiàn)象都很好。四：分析電路實驗中產(chǎn)生的故障1、 信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號作為載波信號輸入下一級時，發(fā)現(xiàn)幅值出現(xiàn)衰減，分析電路原因，是方波信號的帶負載能力差，所以在方波信號后面加了一個跟隨器，同時，跟隨器還有隔離電路的作用。2、 調(diào)制后波形有因方波邊沿不平滑引起的毛刺現(xiàn)象，最后可以在電路后面加一低通濾波電路可以減小毛刺現(xiàn)象。3、 因輸入信號含有直流分量而使調(diào)制后波形同一周期的兩幅值不等。五：課設(shè)心得通過這次課設(shè)，我收獲很大，同時這也是把自己所學知識運用的平臺。首先，我深刻感受到正確的思路是很重要的，只要設(shè)計思路是正確的，那么設(shè)計才可能成功。因此，我們在第一周查閱了相關(guān)資料，為課設(shè)做了充分的的準備，為設(shè)計成功打下堅實的基礎(chǔ)。其次，我認識到：電路圖的連接和各種參數(shù)的選擇都是很重要的，有時不細心電路連接出現(xiàn)了錯誤就會