振幅調(diào)制與解調(diào)multisim仿真

1、武漢理匸大學(xué)g烏頻電子線路課程設(shè)訃說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 工作單位：題 S：振幅調(diào)制與解調(diào)初始條件：振幅調(diào)制與解調(diào)原理，Multisim軟件要求完成的主要任務(wù)：(1) 設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)振幅調(diào)制與解調(diào)的原理，設(shè)計(jì)電路圖，并在multisim軟件仿真出波形結(jié)果。(2) 設(shè)計(jì)要求 惰性失真測(cè)試； 負(fù)峰切割失真的測(cè)試； 檢波器電壓系數(shù)的測(cè)試；時(shí)間安排：1、2014年11月17日集中,作裸設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)吿格式的要求說(shuō)明。2、2014年11月17日,査閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)墓本原理。3、2014年11月18日至2014年11月20_H ,方案選擇和電路設(shè)計(jì)。4、2014年1

2、1月20日至2014年11月21日,電路仿真和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。5、2014年11月23日上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告,同時(shí)進(jìn)行答幕裸設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主13樓電于科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名:系主任(或責(zé)任教師)簽名:摘要本文是振幅調(diào)制與解調(diào)的原理分析與multisim仿真實(shí)現(xiàn)，其中包括其調(diào)制與解調(diào)的基 本原理、數(shù)學(xué)定義、電路框圖、仿真原理、仿真波形尺其在現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要性，其中 詳細(xì)講述了電壓調(diào)制系數(shù)的定義、計(jì)算、尺其對(duì)調(diào)制與解調(diào)結(jié)杲的影響，最后對(duì)解調(diào)的兩 種失真，惰性失真和負(fù)峰切割失真，進(jìn)行了深入的分析并給岀了減小這種失真的辦法。關(guān)鍵字：振幅調(diào)制，AM信號(hào)解調(diào)，multisim仿真。AbstractT

3、his paper is the principle of amplitude modulation and demodulation analysis and multisim simulation implementation, including its basic principle of modulation and demodulation, mathematical definition, circuit diagram and simulation principle and simulation wavcf（）rm and its importance in the fiel

4、d of modern communications, the definition and calculation of voltage modulation coefficient is described in detail, and its effect on the result of the modulation and demodulation, the last of demodulation of the two kinds of distortion, inert distortion and negative peak cutting distortion, carrie

5、d on the thorough analysis and the way to minimize this distortion is givenKey words: amplitude modulation, AM signal demodulation, multisim simulation.目錄1振幅調(diào)制的原理41-1調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用41.2調(diào)制的墓本方式41.3振幅調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方式41-4全載波調(diào)幅電路模型與工作原理51-5電壓調(diào)制系教52振幅調(diào)制的仿真62.1 multisim 軟件簡(jiǎn)介62.2振幅調(diào)制的時(shí)域分析62.3振幅調(diào)制的頻域分析83調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的原理93-1調(diào)

6、制信號(hào)的解調(diào)93.2包絡(luò)檢波94調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的仿真95悄性失真的測(cè)試及分析105-1情性失真產(chǎn)生原因105-2惰性失真的仿真測(cè)試116負(fù)峰切割失真的測(cè)試及分析116.1負(fù)峰切割失真的產(chǎn)生原因116.2負(fù)峰切割失真的仿真測(cè)試127總結(jié)138參考文獻(xiàn)：131振幅調(diào)制的原理1.1調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用調(diào)制技術(shù)是高頻電于線路課程中一個(gè)十分重要的技術(shù)，它是一種信號(hào)處理技術(shù)。 無(wú)論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。調(diào)制的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行頻譜的 搬移，其作用與目的有以下三個(gè)方面。(a) 頻率變換：為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線方式傳送信息，如將(0.3-3.4KHZ)有效帶寬內(nèi)的語(yǔ)音信 號(hào)調(diào)制到給定的髙頻頻段上去

7、，即將低頻信號(hào)變換為髙頻信號(hào)，適應(yīng)無(wú)線信道傳輸要求。(b) 實(shí)現(xiàn)頻率分配:保證多個(gè)電臺(tái)同時(shí)工作時(shí)，發(fā)出的信號(hào)互不干擾(c) 實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用：例如將多路信號(hào)互不干擾的安排在同一物理信道中傳輸，即實(shí)現(xiàn)頻分 復(fù)用。1.2調(diào)制的基本方式根據(jù)載波受調(diào)制參量的不同，調(diào)制可分為三種基本方式，它們分別是：振幅調(diào)制AM (調(diào)幅)調(diào)制基本方無(wú) Y 頻率調(diào)制FM (調(diào)頻)-相位調(diào)制PM (調(diào)相)1.3振幅調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方式所謂振幅調(diào)制(AM),就是用調(diào)制信號(hào)U去控制高頻載波信號(hào)Uc的振幅，使載波信號(hào)的 振幅按照調(diào)制信號(hào)U的規(guī)律變化。即已調(diào)制信號(hào)U紬變化的周期與調(diào)制信號(hào)的周期相 同，且幅度的變化與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比.

8、AM 信號(hào)：n =6(l + /ncos Q/)cos cot載波振幅調(diào)制)振幅調(diào)制 倍號(hào)種類(lèi)DSB信號(hào)：氓&二Kl；&； cos Qr cos 0Z(抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制)陽(yáng)B信號(hào)：堆汨二U(cosQ coso? sin Qt sinty) (FJ載鍛單邊帶振幅調(diào)制)三種振幅調(diào)制信號(hào)都有一個(gè)調(diào)制信號(hào)和載波的乘積項(xiàng)，所以振幅調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)是以 乘法器為核心的頻譜線性搬移電路。14全載波調(diào)幅電路模型與工作原理全載波振幅調(diào)制電路的模型如圖所示O高頻載液 調(diào)制信號(hào)畫(huà)固定直流圖全載波振幅調(diào)制電站的模型=% x(un+uDC)式1-1=Uc cos cot x (Uq cos Clt + Ug)=CO

9、S CD t COS fit +COS CD tC 12CX CC=U/； COS cot + - cos(Q Q)t + - U廣 Uc COS (co + Ci)t DC CC2C2 v 12C有結(jié)果可以看岀，輸岀的調(diào)幅信號(hào)不僅含有邊帶信號(hào)，且含有髙頻載波信號(hào)。1.5電壓調(diào)制系數(shù)全載波AM信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)形式為=厶；(1 + 他 cos Qt) cos (Ot 式 1-2其中g(shù)為電壓調(diào)制系數(shù)，又叫電壓調(diào)制度，反映了載波振幅受控的強(qiáng)弱程度，一般nv值越大調(diào)幅越深:兄=0時(shí)未調(diào)幅叭=1時(shí)最大調(diào)幅(百分之百)叫 1時(shí) 過(guò)調(diào)幅，包絡(luò)失真,實(shí)際電路中必須避免由定義可得U 一 Usa:nsU +Z7xulx

10、 mm式131 U 一 U .maxmm2 瓦-其中Unx表示調(diào)幅信號(hào)的最大振幅，Cmin表示調(diào)幅信號(hào)的最小振幅。2振幅調(diào)制的仿真2.1 multisim軟件簡(jiǎn)介Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用 于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述 語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程帥們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim 提煉了 SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容,這樣工程師無(wú)需懂得深入的SP1CE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行 捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電于學(xué)

11、教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù), PCE設(shè)計(jì)工程師和電于學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和 測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。2.2振幅調(diào)制的時(shí)域分析在multisim軟件中設(shè)計(jì)如圖2-1所示的電路圖，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的振幅調(diào)制圖2-1振幅調(diào)制仿真電站設(shè)定調(diào)制信號(hào)5的頻率為1kHz,載波Uc的頻率一般遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)的頻率，這里選 為2MHz,振幅為2V,由于所加的直流信號(hào)為IV,故調(diào)制信號(hào)的振幅等于電壓調(diào)制系數(shù), 圖22是調(diào)制信號(hào)的波形,調(diào)制結(jié)果如圖23(臥(b). (c)所示，調(diào)制系數(shù)為別為().5、K 15即普通調(diào)幅、最大調(diào)幅和過(guò)調(diào)幅，可以看到，調(diào)幅波的振幅(包

12、絡(luò))變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào) 波形一致，包絡(luò)之內(nèi)的填充頻率是載波頻率，圖厶3中，調(diào)幅波的最大振幅為3V,最小振幅為IV,已知調(diào)制系數(shù)為0.5,這印證了公式:U 一 U .式2JJJ二 *U +U. max amn .1也閆 口 1.254rfiT2-T1| LOrrcfit “400. Win* 書(shū)9.B23啲 122 502 W卻1 用用Ext.Tgsr附曲翻fiSe.奶J 200 gg奶J XC砒心，WJ svm加 JA 6丫竝廠o電平|o Iv )Y/r加弱印A A.B2 0 X AC 0 X ：-矣型正圧自對(duì)1無(wú)圖2-2調(diào)制信號(hào)波形圖2-3(a)心信號(hào)波形ma=0.5圖2-3(b) AM信號(hào)

13、波形ma= 1圖2-3(c) AM信號(hào)波形1.523振幅調(diào)制的頻域分析當(dāng)選取的載波頻率遠(yuǎn)大于調(diào)制信號(hào)的頻率時(shí)，mulrisim中的示波器無(wú)法顯示全部的頻 譜，這里為了直觀的顯示調(diào)幅信號(hào)的頻譜，選取了 2kHz的載波和1kHz的調(diào)制信號(hào)，圖2-4是電路圖，圖2-5為調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖，又有調(diào)幅波表達(dá)式u“cos cot + i U廣Uc cos (e % + - U廣Uc cos (tw + Q)t 式 2-2g CCC LCQ IU可知調(diào)幅波的特點(diǎn)有:(a) AM的頻譜由三部分組成：即載頻和上下邊頻.(b) 載頻不含信息，兩邊頻包含相同的信息，所占帶寬為最高調(diào)制頻率陰的兩倍。(c) 從功率利用率

14、看，AM信號(hào)的功率利用率不充分，載波是不含傳送信息的，但它至少 占有2/3的功率，而載有信息的邊頻功率定和最多占總輸岀功率的1/3。從有效地利用發(fā)射機(jī)功率來(lái)看，全載波調(diào)幅波是很不經(jīng)濟(jì)的。1 VAfOVmultiplierXSA1lllll.llllll.llllo_ aoa aaa圖24振幅調(diào)制頻域分析電路圖圖2-5 AM信號(hào)頻譜圖3調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的原理3.1調(diào)制信號(hào)的解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。從頻譜上看, 解調(diào)也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過(guò)程，是將高頻端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過(guò)程 是和調(diào)制過(guò)程相對(duì)應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)于不同的解調(diào)方式。一般的解調(diào)

15、方法有兩種, 一種是包絡(luò)檢波，一種是同步檢波，本設(shè)計(jì)采用的是包絡(luò)檢波，其電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。3.2包絡(luò)檢波二極管包絡(luò)檢波器是包絡(luò)檢波器中最簡(jiǎn)單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號(hào)電 平較大(俗稱(chēng)大信號(hào)，通常要求峰-峰值為0.5V以上)的AM波。它具有電路簡(jiǎn)單，檢波 線性好，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。4調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的仿真根據(jù)包絡(luò)檢波的原理在multisim軟件中設(shè)計(jì)如圖4-1所示的電路圖，AM信號(hào)直接在元 件庫(kù)中選取，AM信號(hào)的參數(shù)與2.2節(jié)中已調(diào)信號(hào)參數(shù)相同，解調(diào)的結(jié)果如圖42所示，可 以看到信號(hào)的周期T=T2-TU1.0()2ms, f=lkHz,即等于調(diào)制信號(hào)的周期，實(shí)現(xiàn)T AM調(diào)制 信號(hào)的解調(diào)。其

16、中，Rl, C1電路有兩個(gè)作用，一是作為檢波器的負(fù)載，在其兩端產(chǎn)生調(diào)制頻率電壓；二是起到高頻電流的旁路作用，為此目的，需要滿(mǎn)足1 /哄R1C1I/O 式41計(jì)算可得R1C1在5 x燈倒ICT之間。圖42 AM信號(hào)解調(diào)后波形5惰性失真的測(cè)試及分析5.1惰性失真產(chǎn)生原因am信號(hào)包絡(luò)檢波檢波電路參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生兩種失真，分別為惰性失真和負(fù)峰切 割失真，其中惰性失真有稱(chēng)為對(duì)角線失真或放電失真，其產(chǎn)生原因?yàn)椋珻1R1很大，放電很 慢，可能在隨后的若干的髙頻周期內(nèi)，包絡(luò)線電壓雖已下降，而C1上的電壓還大于包絡(luò) 線電壓，這就使二極管方向截止，失去檢波作用。在截至期間，檢波輸出波形呈傾斜的對(duì) 角線形狀，對(duì)角

17、線失真可以總結(jié)為電容放電曲線回的下降速度慢于包絡(luò)線電壓下降的速度。不失真的條件為:斤 101 式51由此可見(jiàn)，m;I, 越大，包絡(luò)的下降速度越快，要求的R1C1就越小。5.2惰性失真的仿真測(cè)試設(shè)置調(diào)制系數(shù)為0.5, R1從原來(lái)的10k增大到l()()k ,其他參數(shù)不變，使其不滿(mǎn)足 式5-1,運(yùn)行后，仿真結(jié)果如圖5-2,明顯可以看到岀現(xiàn)惰性失真。圖1悄性失真電路參數(shù)圖5-2惰性失真波形6負(fù)峰切割失真的測(cè)試及分析6.1負(fù)峰切割失真的產(chǎn)生原因負(fù)峰切割失真又稱(chēng)為底部切割失真，這種失真是因檢波器的交直流負(fù)載電阻不同引起的。為了取岀低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器電路加入C2和R2,電容C2應(yīng)對(duì)低頻呈現(xiàn)短路，R2 是

18、所接負(fù)載。當(dāng)檢波器接有C2和R2時(shí)，檢波器的直流負(fù)載電阻R”仍等于R1,而低頻交流負(fù)載R乂等于R1與R2的并聯(lián)，因?yàn)镽g不等于R乂，將引起底部失真。要避免負(fù)峰切割失真，應(yīng)滿(mǎn)足:R2R1+R2式6-16.2負(fù)峰切割失真的仿真測(cè)試如圖6-1所示電路圖，設(shè)置調(diào)制系數(shù)為().7, R2從原來(lái)的2()k減小到lk ,其他參數(shù) 不變，即可得仿真結(jié)果，如圖6-2所示，為負(fù)峰切割失真。負(fù)峰切割失真圖6-2負(fù)峰切割失真波形7總結(jié)在這一周的課程設(shè)計(jì)中，我首先査閱教材和其他資料，深入理解振幅調(diào)制與解調(diào)的原 理與電路實(shí)現(xiàn)，然后開(kāi)始在mulrisim軟件中設(shè)計(jì)仿真電路圖，振幅調(diào)制只涉及到一個(gè)乘法 器，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，很快就得到了想要的仿真結(jié)果，接下來(lái)是AM信號(hào)的解調(diào)，搭建 電路時(shí)只遇到了一個(gè)困難，就是AM信號(hào)源的選擇，由于我是第一次使用這個(gè)軟件，對(duì)軟 件的各種操作不熟悉，不過(guò)百度了一下就解決了，隨后是包絡(luò)檢波電路元件參數(shù)的設(shè)置， 隨著接下來(lái)的各種嘗試，先是教材中給的限制條件，我發(fā)現(xiàn)這并不能很好的解決問(wèn)