通信電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、通信電子線路研究性報(bào)告姓名XX班級通信120X學(xué)號(hào)122110XX通線教師路勇時(shí)間2014/11/14一 實(shí)驗(yàn)要求1 了解丁類放大器的相關(guān)信息2 利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn) AM 、 SSB 及 DSB 的振幅調(diào)制與解調(diào)二 實(shí)驗(yàn)過程2.1 丁類放大器丁類放大也稱 D 類放大或數(shù)字式放大器。系利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來放大音頻 信號(hào)的。具有效率高，體積小的優(yōu)點(diǎn)。許多功率高達(dá) 1000W 的這類數(shù)字式放大器，體積只 不過像盒 VHS 錄像帶那么大。這類放大器不適宜于用作寬頻帶的放大器，但在有源超低音 音箱中卻有較多的應(yīng)用。D 類放大器實(shí)際上是一種開關(guān)放大器， 其開關(guān)頻率高達(dá) 100kHz 以上。 輸入端

2、是直接從 數(shù)碼信號(hào)源如 CD 唱機(jī)、 DVD 影碟機(jī)、 DVD Audio 或 SACD 光碟機(jī)以及 DTV 數(shù)碼電視等 輸入的數(shù)碼音頻信號(hào)，而不是經(jīng)過 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換或 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換處理的音樂模擬信號(hào)。 典型的實(shí)現(xiàn)過程如下：先由振蕩器調(diào)制直流電源產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)方波信號(hào)， 其工作頻率可跟隨輸入信號(hào)變化， 設(shè) 定為幾十到幾百千赫； 脈沖寬度則隨輸入信號(hào)的幅度大小而變化。 還可以設(shè)置一個(gè)鋸齒波信 號(hào)產(chǎn)生器， 其頻率為基準(zhǔn)方波信號(hào)的一倍，并與之同步。 鋸齒波信號(hào)用來同需要放大的、不 斷變化的輸入信號(hào)作比較。 當(dāng)鋸齒波同輸入信號(hào)發(fā)生差異時(shí)， 便產(chǎn)生與其瞬時(shí)振幅一致的相 移信號(hào)。再用一個(gè)邏輯上由基準(zhǔn)

3、信號(hào)和相移信號(hào)控制的開關(guān)電路輸出一個(gè)極性經(jīng)過選擇的脈 沖寬度調(diào)制信號(hào)（PWM信號(hào)）。PWM信號(hào)經(jīng)晶體管放大和高速整流，再通過低通濾波器濾 除高頻成分、平滑處理后回復(fù)為音頻信號(hào)饋送揚(yáng)聲器放音。這種電路最大優(yōu)點(diǎn)是功耗極小。 因?yàn)樗ǔ２捎媚投螕舸?開關(guān)轉(zhuǎn)換效率極高的場效 應(yīng)晶體管，運(yùn)行中幾乎沒有損耗，效率可達(dá)90%以上（普通 A 類或 AB 類放大器的效率最大也只不過 50%）。高效意味著耗電小、散熱要求低，從而導(dǎo)致集成電路化的大批量生產(chǎn)。 其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是失真小。 我們都知道，為了增加頻響寬度、防止信號(hào)飽和畸變，幾乎所有放 大器都需要使用反饋電路， 可是反饋產(chǎn)生的延時(shí)效應(yīng)卻對原音重現(xiàn)帶來失真。

4、 由于數(shù)碼放大 器轉(zhuǎn)換時(shí)間極快， 延時(shí)效應(yīng)微乎其微， 產(chǎn)生的誤差只有傳統(tǒng)模擬放大器的六分之一， 所以對 輸出控制得更好， 尤其是瞬態(tài)反應(yīng)更為精確真實(shí)， 特別適用于爆發(fā)力要求較高的重低音功放。2.2 AM、DSB及 SSB的調(diào)制2.2.1基本原理由于從消息轉(zhuǎn)換過來的調(diào)制信號(hào)具有頻率較低的頻譜分量，這種信號(hào)在許多信道中不宜傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程，同時(shí)在接受端則需要有解調(diào)過程從而還原出調(diào)制信號(hào)。所謂調(diào)制就是利用原始信號(hào)控制高頻載波信號(hào)的某一參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，最常用的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、調(diào)相（PM）三種。解調(diào)是與調(diào)

5、制相反的過程，即從接收到的已調(diào)波信號(hào)中恢復(fù)原調(diào)制信息的過程。與調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相相對應(yīng)，有檢波、鑒頻和鑒相。振幅調(diào)制方式是用傳遞的低頻信號(hào)去控制作為傳送載體的高頻振蕩波（稱為載波）的幅度，是已調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號(hào)的大小線性變化，而保持載波的角頻率不變。 在振幅調(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號(hào)頻譜分量的不同，分為普通調(diào)幅（AM ）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB ）、抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）等。AM的載波振幅隨調(diào)制信號(hào)大小線性變化。 DSB是在普通調(diào)幅的基礎(chǔ)上抑制掉不攜帶有用信息的載波，保留攜帶有用信息的兩個(gè)邊帶。SSB是在雙邊帶調(diào)幅的基礎(chǔ)上，去掉一個(gè)邊帶，只傳輸一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。它們的主要區(qū)別

6、是產(chǎn)生的方法和頻譜的結(jié)構(gòu)不同。222 AM 調(diào)制AM信號(hào)是載波信號(hào)振幅在 Vmo上下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)幅信號(hào)，表達(dá)式 如下：V（t） Vmo kaU （t） COSWct（ “由表達(dá)式（1 ）可知，在數(shù)學(xué)上，調(diào)幅電路的組成模型可由一個(gè)相加器和一個(gè)相乘器組成，如圖1所示。圖中，AM為相乘器 的乘積常數(shù)，A為相加器的 加權(quán)系數(shù)，且k, AM AVcmu (t)Uc(t)調(diào)幅電路Uo（t ）11u (t)Am xyUc(t)JUo(t)圖2.1普通調(diào)幅(AM電路的組成模型設(shè)調(diào)制信號(hào)為:u (t) _ Ee UM cos t載波電壓為:Uc U cM cosWet上兩式相乘為普通振幅調(diào)制信

7、號(hào):丄 K(Ec UcMcos t)UcMCOSWctKU CM (Ec + U M cos t)cosWctKU CMEe (1 Ma cos t) COSWet_Us(1M a cos t) coswCt(2)M式中，MEc稱為調(diào)幅系數(shù)(或調(diào)制指數(shù))，其中Ov M a w 1。而當(dāng)M a 1時(shí),在t 附近，Uc(t)變?yōu)樨?fù)值，它的包 (t)絡(luò)已不能反映調(diào)制信號(hào)的變化而造成失真，通常將這種失真成為過調(diào)幅失真，此種現(xiàn)象是要盡量避免的。2.2.3普通調(diào)幅(AM信號(hào)的波形在Multisim仿真電路窗口中創(chuàng)建如圖3.1.2所示的由乘法器(K=1)組成的普通調(diào)幅(AM)電路,在該電路中，直流電壓源Ec

8、(圖中V1)和低頻調(diào)制信號(hào)U (t)(圖中V2)分別加到乘法器 A1的X輸入端口，高頻載波信號(hào)電壓Uc(t)(圖中V3)加到乘法器的Y輸入端口。將示波器的A、B通道分別加到乘法器的X輸入端口、乘法器的輸出端口，其構(gòu)成如下圖3.1所示：前半部分為乘法器調(diào)制電路，后半部分為包絡(luò)檢波的解調(diào)裝置。圖3.1乘法器組成的普通調(diào)幅（AM）電路Ma U ME運(yùn)行仿真電路可得到輸出波形 （見圖3）。此時(shí)調(diào)幅指數(shù) EC =0.5,運(yùn)行仿真開關(guān),雙擊示波器圖標(biāo)，可以得到示波器仿真輸出波形和輸入調(diào)制信號(hào)波形（見圖3.2），從圖中輸出波形可以看出，高頻載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的振幅規(guī)律變化，即已調(diào)信號(hào)的振幅在u m上

9、下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。圖3.2普通調(diào)幅（AM電路的輸入波形（上）和調(diào)制信號(hào)波形（下）從圖3.2可得到如下結(jié)論：調(diào)幅電路組成模型中的相乘器對u （t）和Ujt）實(shí)現(xiàn)相乘運(yùn)若將圖321中調(diào)制信號(hào)電壓的幅值改為4V，則調(diào)指數(shù)嘰J，這時(shí)電路輸出的曲線的包絡(luò)恰好為調(diào)幅曲線，其仿真結(jié)果見仿真示波器屏幕，如圖3.3所示圖3.3調(diào)幅電路恰好調(diào)幅（M=1）時(shí)的調(diào)制信號(hào)（上）及其輸出波形（下）算得結(jié)果，反映在波形上是將U （t）不失真地轉(zhuǎn)移到載波信號(hào)振幅上。因此，在振幅調(diào)制仿真過程中可以得出如下結(jié)：為了保證已調(diào)波的包絡(luò)真實(shí)地反映出調(diào)制信號(hào)的化規(guī)律，避免產(chǎn)生過調(diào)失真，要求調(diào)制系數(shù)Ma必滿足0Ma1圖5.1振幅檢

10、波電路的作用如圖5.1所示，Us(t )為輸入振幅調(diào)制信號(hào)電壓，為U(t )反映調(diào)制信號(hào)變化的輸出電壓。在頻域上，這種作用就是將振幅調(diào)制信號(hào)頻譜不失真地搬回到零頻率附近。因此振幅檢波電路也是一種頻譜搬移電路，可以用相乘器實(shí)現(xiàn)這種作用，如圖5.2所示：Am xvUs(t)xU低通濾波器山一vUo (t)圖中電路由相乘器和低通濾波器組成。由圖可見，將Us(t)先與一個(gè)等幅余弦電壓 Ur(t)相乘，要求這個(gè)電壓與輸入載波信號(hào)同頻同相，即Ur(t)=VrmCsWct，稱為同步信號(hào)，相乘結(jié)果是Us(t)頻譜被搬移到 Wc的兩邊，一邊搬到 2Wc上，構(gòu)成載波角頻率為2Wc的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，它是無用的寄生分

11、量；另一邊搬到零頻率上，這樣，Us(t)的一邊帶就必將被搬到負(fù)頻率軸上，負(fù)頻率是不存在的，實(shí)際上，這些負(fù)頻率分量應(yīng)疊加到相應(yīng)的正頻率分量 上，構(gòu)成實(shí)際的頻譜，因此它比搬移到2Wc上的任一邊帶頻譜在數(shù)值上加倍。而后用低通濾波器濾除無用的寄生分量，取出所需的解調(diào)電壓。必須指出，同步信號(hào)Ur(t)必須與輸入信號(hào)保持嚴(yán)格同步(同頻、同相)是實(shí)現(xiàn)上述電路模型的關(guān)鍵，故將這種檢波電路稱為同步 檢波電路。否則檢波性能就會(huì)下降。當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相時(shí)，輸出將無失真的將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)處出來。信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式:抑制掉調(diào)幅信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)中無用的載頻分量，僅傳輸兩個(gè)邊頻的調(diào)制方式成為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊

12、帶調(diào)制，并表示為：Uo(t) kaU (t)csWct顯然，它與調(diào)幅信號(hào)的區(qū)別就在于其載波電壓振幅不是在Vm0上下按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。這樣，當(dāng)調(diào)制信號(hào) u進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，U就變?yōu)樨?fù)值。表明載波電壓產(chǎn)生1800相移。因而當(dāng)u自正值或負(fù)值通過零值變化時(shí)，雙邊帶調(diào)制信號(hào)波形均將出現(xiàn)1800的相移突變。雙邊帶調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)已不再反映u (t)的變化，但它仍保持頻譜搬移的特性，因而仍是振幅調(diào)制波的一種， 并可用相乘器作為雙邊帶調(diào)制電路的組成模型，如下圖7所示，圖中Am xyxu (t)Vcm cos WctyU(t)Am Vcm u (t)COSWct25圖5.3雙邊帶調(diào)制信號(hào)組成模型調(diào)制過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式

13、設(shè)載波電壓為：Uc (t) UcM COS Wct調(diào)制信號(hào)為：U (t) U m cos t經(jīng)過模擬乘法器A1后輸出電壓為抑制載波雙邊帶調(diào)制信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:u(t) K Uc(t) u (t)=K U cM coswct U M cos t_ KU cm U m cos(Wc )t cos(Wc解調(diào)過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式雙邊帶調(diào)幅波的電壓u(t)可表示為：U(t) KU cM cosWctU m cos t U mu (t) coswct本機(jī)載波電壓為:Uc(t) U CM COSWct解調(diào)波的表達(dá)式：UpK uc(t) u (t)=K U cM coswCt U M cos t2.2.5抑制

14、載波的單邊帶調(diào)幅(KUcmU m cosWc)t cosWcSSB信號(hào)的波形(5)在Multisim仿真電路窗口中創(chuàng)建如下圖5.2.1所示的電路，其中由高頻載波信號(hào)Uc(t)(VI)、低頻調(diào)制信號(hào)u (t) (V2)及乘法器(K=1)A1組成抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路f(t) cos( ct)；由模擬積分器和乘法器(k=0.1)組成相移90.度？(t)Sin(衣)。兩者通過模擬加法器相加后，模擬出單邊帶調(diào)幅(SSB)信號(hào)W :V1:/ ：.LM741CU.圖5.1 SSB乘法器調(diào)制解調(diào)電路2.2.6 DSB 信號(hào)的調(diào)制波形與解調(diào)波形調(diào)制波形：S3 gaT2-T1時(shí)間通道/適嚼.4屁向469.420

15、 ms-3.410 V-2.300 V46Q.420 ms-X410 V-2.30DV保存0.000 0.000 V0.MDV外槪時(shí)基標(biāo)應(yīng):蔑鈾位移:0麗T涼加冋帚I區(qū)瓦2D0liiA訓(xùn)痔：丫鈾位移（格:0.2 交流r直剌5 V/Div匾道B劉唐：5 V/DN_ 丫軸包移格）：0.2SSJ 闔 ZIDSB波形圖，可見其過零點(diǎn)相位有一個(gè)180的反轉(zhuǎn)。解調(diào)波形如下觸發(fā)訥沿:水平:匡）匡I囚回魚0- II glDTl示液器-XH2226 SSB信號(hào)的解調(diào)各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)：由于從消息轉(zhuǎn)換過來的調(diào)制信號(hào)具有頻率較低的頻譜分量，這種信號(hào)在許多信道中不宜傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)

16、制過程， 同時(shí)在接受端則需要有解調(diào)過程從 而還原出調(diào)制信號(hào)。所謂調(diào)制就是利用原始信號(hào)控制高頻載波信號(hào)的某一參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)的 變化而變化。解調(diào)是與調(diào)制相反的過程，即從接收到的已調(diào)波信號(hào)中恢復(fù)原調(diào)制信息的過程 電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇 在本次課程設(shè)計(jì)電路圖中，所用到的元器件包括電容、電阻、直流電源、交流電源、單刀雙 擲開關(guān)、集成功放 LM741CN、相乘器、示波器等。特殊器件的介紹：（1）LM741CN的介紹：LM741CN是一款普通的8腳單通道運(yùn)算放大器，其工作電壓范圍 736V，單位增益帶寬1MHz，輸入失調(diào)電壓 6mV （最大值）。實(shí)物圖外部管腳圖（2）模擬相乘器的介紹：模擬

17、乘法器具有兩個(gè)輸入端（常稱 X輸入和Y輸入）和一個(gè) 輸出端（常稱 Z輸出），是一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，電路符號(hào)如圖所示：如果兩個(gè)輸入信號(hào)只能 為單極性的信號(hào)的乘法器為“單象限乘法器”；一個(gè)輸入信號(hào)適應(yīng)兩種極性，而一個(gè)只能是一種單極性的乘法器為“二象限乘法器”；兩個(gè)輸入信號(hào)都能適應(yīng)正、負(fù)兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。A2100mVA/ 0 V模擬相乘器SSB信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：單邊帶調(diào)制（SSB）信號(hào)是由DSB信號(hào)經(jīng)邊帶濾波器濾除一個(gè)邊帶或在調(diào)制過程中，直接將一個(gè)邊帶抵消而成的。根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有：濾波法和移相法。單頻調(diào)制時(shí)，曲二叭SSB信號(hào)的表達(dá)式為：取上邊帶：-:Aw -

18、 匚取下邊帶：丨怙=叫八J從上式看，單頻時(shí)的 SSB信號(hào)仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的。SSB信號(hào)的因此它含有消息振幅和調(diào)制信號(hào)的幅度成正比，它的頻率隨著調(diào)制信號(hào)頻率的不同而不同，它們的包絡(luò)都是一個(gè)特征。單邊帶信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)形狀相同，在單頻調(diào)制時(shí)，常數(shù)。U SS B-上邊帶，+下邊帶.圖6.1移相法產(chǎn)生SSB信號(hào)原理如圖所示,移相法是利用移項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)，對載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁?，以便在相加過程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得 SSB信號(hào)，圖為SSB調(diào)制信號(hào)的原理框圖，圖中，兩個(gè)調(diào)制器相同， 但輸入信號(hào)不同。調(diào)制器 B的輸入信號(hào)是移項(xiàng) 90度的載頻和調(diào)制信號(hào)；調(diào)制信號(hào)的輸入沒 有相

19、移。兩個(gè)分量相加時(shí)為下邊帶信號(hào)，兩個(gè)分量相減時(shí)為上邊帶信號(hào)。2.2.7利用仿真軟件 Multisim 10 對SSB電路仿真分析在Multisim 仿真電路窗口中創(chuàng)建如下圖7.1所示的電路，其中由高頻載波信號(hào)Uc(t)(V1)、低頻調(diào)制信號(hào)U (t) (V2)及乘法器(K=1)A1組成抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路f(t) cos( ct)；由模擬積分器和乘法器(K=0.1)組成相移90.度？(t) sin( ct)。兩者 通過模擬加法器相加后，模擬出單邊帶調(diào)幅(SSB信號(hào)。TfliuVV OV15K0-W-iLM7T1CN示淵”心同步檢波器輸入的雙邊帶信號(hào)（下）及其輸出信號(hào)（上）MM用乘法器組成的抑

20、制載波雙邊帶（DSB）輸入波形及調(diào)制波形系統(tǒng)測試(要求測試環(huán)境、測試儀器、測量數(shù)據(jù))由于加性噪聲只對已調(diào)信號(hào)的接收產(chǎn)生影響，因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調(diào)制方式下各種解調(diào)器性能進(jìn)行度量，通常采用信噪比增益G (又稱調(diào)制制度增益)來表示解調(diào)器的抗噪聲性能。有加性噪聲時(shí)解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型如 圖所示。圖中:為已調(diào)信號(hào)，八 為加性高斯白噪聲和用J 首先經(jīng)過帶通濾波 器，濾出有用信號(hào)，濾除帶外的噪聲。經(jīng)過帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的信號(hào)為K擺、噪聲為高斯窄帶噪聲畑，顯然解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)信號(hào)的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調(diào)器解調(diào)輸出的有用信號(hào)為尬，噪聲為f和)。

21、有加性噪聲時(shí)解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型帶通濾波器的帶寬=已調(diào)信號(hào)帶寬帶通濾波器的帶寬等于 SSB信號(hào)帶寬SSB解調(diào)器與DSB吉構(gòu)相同，輸入輸出噪聲功率關(guān)系不變N w B(1 )噪聲功率4A-這里，B = fH 為SSB信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。%) 叫f 干一(2 )信號(hào)功率SSB信號(hào)22與相干載波相乘后，得解調(diào)器輸出信號(hào)C = a w (才) =(/) = m (r)因此，輸出信號(hào)平均功率丨& =叱=；（“eg仍丿工屈輸入信號(hào)平均功率為因出門與 w；的幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式“）信噪比單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為調(diào)制增益結(jié)論：信噪比沒有改善，因?yàn)樵谙喔山庹{(diào)過程中，

22、信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉。228實(shí)驗(yàn)小結(jié)模擬調(diào)制系統(tǒng)是電子信息工程通信方向最主要的模塊之一，通過在課堂上對理論知識(shí) 的學(xué)習(xí)，我們了解到模擬調(diào)制系統(tǒng)的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實(shí)踐中得到驗(yàn)證和應(yīng)用，是我們學(xué)習(xí)當(dāng)中的一個(gè)問題。而通過本次課程設(shè)計(jì)，我們在強(qiáng)大的Multisim平臺(tái)上對數(shù)字信號(hào)的調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了一次仿真，有效的完善了學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐不足的問題， 同時(shí)進(jìn)一步鞏固了原先的基礎(chǔ)知識(shí)。Multisim 軟件前身是加拿大IIT公司在20世紀(jì)八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench）,后來，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計(jì)更名為multisim ， 2005年之后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司（National Instrument ，簡稱NI公司），美國NI公司于2006年初首次推出 Multisim9.0 版本。目前最新版本是美國NI公司推出的multisim10。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路的硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真能力。它具有更形象直觀的人機(jī)交互界面，并且提供了更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法。完全滿足電路的各種仿真需要。Multisim 軟件是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真