AM調制解調電路的設計與仿真報告

1、AM調制解調電路的設計仿真與實現(xiàn)1.P roteus軟件簡介Proteus軟件是英國LABCENTERELECTRON公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其 它EDAX具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及 外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDAX具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調 試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。Proteus軟件具有4大功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單 片機協(xié)同仿真功能、實用的PCB設計平臺。由于Proteus軟件界面直觀、操作方便、仿真 測試和分析功能

2、強大，因此非常適合電子類課程的課堂教學和實踐教學，是一種相當好的 電子技術實訓工具，同時也是學生和電子設計開發(fā)人員進行電路仿真分析的重要手段。Proteus軟件具有其它EDAX具軟件(例：multisim )的功能。這些功能是：(1) 原理布圖(2) PCB自動或人工布線(3) SPICE電路仿真革命性的特點(1) 互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如 RAM ROM鍵盤，馬達，LED LCD AD/DA部分SPI器 件，部分IIC器件。(2) 仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR PIC、ARM等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的 虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運

3、行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛 擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。本次Proteus課程設計實現(xiàn) AM調制解調電路的原理圖繪制以及電路的仿真。運 用由三極管組成的乘法器調制出 AM信號，再經(jīng)非線性元件二極管與電容等組成的包 絡檢波電路解調得到解調信號。2. AM調制解調電路基本原理2.1振幅調制電路振幅調制AM調制也稱普通調幅波，已調波幅度將隨調制信號的規(guī)律變化而線性變化， 但載波頻 率不變。設載波是頻率為 3C的余弦波： uc(t)=Ucmcos 3 ct,調制信號為頻率為 Q的 單頻余弦信號，即UQ (t)=U Q mcosQ t( Qw c),則普

4、通調幅波信號為：UAh(t)= (U cm+kUbm cos Q t)cos w ct = U HI+McosQ t)cos w ct(1)式中：M吐kUQm/Ucm,稱為調幅系數(shù)或調幅度AM調制信號波形如圖1所示：WWVA圖1.普通調幅波形顯然AM波正負半周對稱時：MaUc中Uma>e Ucm = Ucm- Umin,調幅度為：Ma=( Uma> Ucm ) / Ucm =( Ucm- Umin ) / UcmMa= 0時，未調幅狀態(tài)Ma= 1時，滿調幅狀態(tài)(100%)，正常Ma值處于01之間。Ma>1時，普通調幅波的包絡變化與調制信號不再相同，會產(chǎn)生失真，稱為過調幅現(xiàn)象。

5、所 以，普通調幅要求Ma必須不大于1。圖2所示為產(chǎn)生失真時的波形。圖2.Ma>1時的過調制波形振幅調制電路的組成模型從調幅波的表達式（1）可知，在數(shù)學上調幅電路的組成模型，可以由一個相乘器和 一個相加器組成。如圖3所示：圖3低電平調幅原理圖2.2振幅解調電路包絡檢波原理振幅解調是振幅調制的逆過程，從頻譜的角度看就是將有用信號從高頻段搬到低頻段。而要完成頻譜搬移（有新頻率產(chǎn)生），電路中必須要有非線性器件。一般情況下， AM波采用包絡檢波即峰值檢波的方式實現(xiàn)解調。即包絡檢波就是從AM波中還原出原調制信號的過程.專業(yè)資料.設輸入普通調幅信號uAM(t )如(1)式所示，圖4中非線性器件工作在開

6、關狀態(tài)，則非線性器件輸出電流為：io(t)=guAM(t) K1 (3 ct)=gUcm(1+MbosQt)cos 3 ct !( i)n 12 cos( 2n i)wct2 n i(2n1)式中：g非線性器件伏安特性曲線斜率?？梢奿o中含有直流，Q,3 c ,3 c ±Q以及其它許多組合頻率分量，其中的低頻分 量是gUm(1+ISfcosQ t) /n。用低通濾波器取出io中這一低頻分量，濾除 3c- Q及其以 上的高頻分量，就可以恢復與原調制信號 U (t )成正比的單頻信號了。圖4.包絡檢波原理圖圖4中(a)圖為包絡檢波電路的組成模型，(b)圖則為包絡檢波還原信號的波形變化過

7、程和頻譜的變化情況。檢波器的性能指標二極管峰值包絡檢波器的性能指標主要有檢波效率(電壓傳輸系數(shù))Kd、輸入電阻Ri、 惰性失真和底部切割失真幾項。1. 檢波效率檢波效率是指檢波器的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。直流傳輸系數(shù)：Kd=Uc/ Um交流傳輸系數(shù)：Kd=LD /mUa其中，Uo為輸出直流電壓，Um為輸入高頻載波幅度；mUc為輸出解調信號幅度，UQ為包 絡幅度。由以上關系可知，檢波效率 Kd越大越好。2. 等效輸入電阻由于二極管在大部分時間處于截止狀態(tài)，僅在輸入高頻信號的峰值附近才導通，所以檢波器的瞬時輸入電阻是變化的。檢波器的前級通常是一個調諧在載頻的高Q值諧振回路，檢波器相當于此諧

8、振回路的負載。為了研究檢波器對前級諧振回路的影響，故定義檢波器等效輸入電阻Ri=Uim/lim，其中Uim是輸入等幅高頻電壓振幅，lim是輸入高頻電 流的基波振幅。經(jīng)分析可知，檢波器對前級諧振回路等效電阻的影響是并聯(lián)了一個阻值為 Ri的電阻。3惰性失真在調幅波包絡線下降部分，若電容放電速度過慢，導致uo的下降速率比包絡線的下 降速率慢，則在緊接其后的一個或幾個高頻周期二極管上為負電壓，二極管不能導通,故稱為惰性造成Uo波形與包絡線的失真。由于這種失真來源于電容來不及放電的惰性失真。要避免惰性失真4.底部切割失真需要滿足的條件是RCX V1m ax由交直流負載不同引起。直流負載為 R,交流負載R

9、是R與RL的并聯(lián)。不失真的條件是Mac R /R。負載切割失真在整個調制頻率圍都可能出現(xiàn)卜圖5.底部切割失真波形3 各組成部分的工作原理3.1調制電路的工作原理單片集成模擬乘法器模擬乘法器是低電平調幅電路的常用器件，它不僅可以實現(xiàn)普通調幅，也可以實現(xiàn) 雙邊帶調幅與單邊帶調幅。既可以用單片集成模擬乘法器來組成低電平調幅電路，也可以直接采用含有模擬乘法器部分的專用集成調幅電路。模擬乘法器可實現(xiàn)輸出電壓為兩個輸入電壓的線性積，典型應用包括：乘、除、平方、 均方、倍頻、調幅、檢波、混頻、相位檢測等。單片集成模擬乘法器種類較多，由于部電路結構不同，各項參數(shù)指標也不同。在選擇時應該以下主要參數(shù)：工作頻率圍

10、、電源電 壓、輸入電壓動態(tài)圍、線性度等。本次AM調制實驗中選擇的是 MC1596莫擬乘法器，其主要特性參數(shù)如下：電源電壓：V+= 12V, V- = -8V;輸入電壓動態(tài)圍：-26m* Uxw 26mV -4V< UyW 4V;輸出電壓動態(tài)圍：土 4V;3dB帶寬：300MHzMC1596是以雙差分電路為基礎,在Y輸入通道加入了反饋電阻,故Y通道輸入電壓動 態(tài)圍較大,X通道輸入電壓動態(tài)圍很小。通常X通道作為載波或本振的輸入端，而調制信 號或已調波信號從丫通道輸入。當X通道輸入是小信號（小于26 mV）時，輸出信號是X、丫 通道輸入信號的線性乘積。當X通道輸入是頻率為co c的單頻很大信號

11、時（大于260 mV）,根 據(jù)雙差分模擬乘法器原理，輸出信號應是 丫通道輸入信號和雙向開關函數(shù) K2（ o ct）的乘積： 兩種情況均可實現(xiàn)調幅。圖6是MC1596部電路圖。圖6.MC1596部電路圖圖7.MC1596組成的普通調幅電路Y 通道兩輸入端1、4腳之間外接有調零電路，可通過調節(jié)50kQ電位器使1腳電位比 4腳高Uy,調制信號uQ (t)與直流電壓Uy迭加后輸入丫通道。調節(jié)電位器可改變調制指 數(shù)Ma。輸出端6、12腳外應接調諧于載頻的帶通濾波器。2、3腳之間外接丫通道負反饋 電阻。實驗采用的調幅電路實驗中所用的AM調制電路是由圖6和圖7電路圖組合而成的電路圖，如下圖 8所示:圖8.A

12、M調制電路3.2包絡檢波電路321二極管包絡檢波電路AM波采用的解調電路為包絡檢波電路。包絡檢波電路通常采用二極管和RC濾波網(wǎng)絡組成，如圖9所示。圖9.二極管檢波電路當輸入的AM波的幅度足夠大時，假設二極管起理想開關的作用，則AM波經(jīng)過二極管后AM波的負半周被削去，只剩下幅度按調制信號規(guī)律變化的一連串正半周余弦脈沖，如 圖10所示。將這一串余弦脈沖經(jīng)RC濾波網(wǎng)絡濾除高頻分量后，就可取出調制信號UQ (t) 分量，完成解調過程。如果輸入是高頻等幅波，則檢波輸出就是直流電壓，這就可以作為 接收信號的場強指示。圖10.檢波輸出波形322實驗采用的包絡檢波電路為了使二極管峰值包絡檢波器能正常工作，避免

13、失真，實驗過程中將普通二極管檢 波電路做了一些改進，因而實驗選取的電路如圖11所示。要求必須根據(jù)輸入調幅信號的工作頻率與調幅指數(shù)以及實際負載 RL,正確選擇二極管和R1、R2和C Cc的值。此次實 驗各元件的參數(shù)如下：C=0.01 卩 F, R1=1kQ, R2=5kQ, Cc=47卩 F, RL=10kQ圖11.改進后的二極管峰值包絡檢波器3.3實驗總原理圖綜合以上的原理，可以得到實驗總電路圖，如圖12所示:圖12.實驗總原理圖4. Proteus原理圖繪制4.1準備畫圖1. 安裝好軟件后點擊桌面上圖標進入軟件環(huán)境。2. 在看是菜單中找到Proteus圖標單擊，進入Proteus操作界面。3

14、. 設置所需原件。單擊繪圖工具欄中的元件模式按鈕，進入元件庫，在元件庫中通過搜索欄中分別鍵入 CAP電容、RES電阻、POT-HGf動變阻器、2N1711型NPN三極管、1N914 二極管、LT1014A運放、ALTERNATOR!到對應屬性的元件。需在元件庫中找出相應阻值， 電容，電感的元件。雖 Pick Dewier*f M圖13.Proteus元件選擇框4.2放置元件及排版1.通過對象選擇器窗口單擊選擇相應元件， 在右側圖形編輯窗口中單擊左鍵放置元件。 元件的移動：用鼠標左鍵按住元件拖曳。元件的旋轉：選定所需旋轉元件，單擊繪圖工具欄左右旋轉按鈕完成旋轉。元件的刪除：通過鼠標左鍵選定要刪除

15、的元件，點擊鍵盤上的delete鍵即可完成對應元器件的刪除2將鼠標移至元件引腳處待出現(xiàn)紅色方框單擊鼠標左鍵將鼠標移至所需連接的另一元 件管腳處待出現(xiàn)紅色方框后再次單擊鼠標左鍵完成單根導線的連接。以此類推，按照實驗 原理圖放置元件并布線。弓I出節(jié)點：在所需引出節(jié)點導線處單擊鼠標右鍵，移動鼠標即可在該點設置節(jié)點并引 出導線。3.完成電路布線后，為使電路更加緊湊有邏輯性，各功能區(qū)域明顯，應對相應元件或 導線位置進行相應調整。元件位置調整：單擊相應元件按住鼠標左鍵并將元件拖曳至相應位置后放開即可。導線間距的調整：將鼠標移至要調整導線所連接的元器件，單擊該器件，相應導線及 元器件將變?yōu)檫x定狀態(tài)，將鼠標移

16、至該導線處出現(xiàn)左右（上下）調節(jié)標志，按住鼠標左鍵 拖曳相應導線到預定位置后放開，即可移動導線。4.3模擬及仿真添加示波器：在繪圖欄中選擇虛擬儀器菜單中的Oscilloscope （示波器）選項，將其放置到圖形編輯窗口，連接相應導線至測試點。電路連接無誤，并且添加完示波器以后，根據(jù)實驗要求，選定所需信號源及測試儀表， 單擊仿真鍵仿真。觀察仿真波形，并選擇合適的周期，然后調節(jié)波形的幅值，以獲得清晰 的波形。5. Proteus電路的仿真實驗選用Proteus軟件實現(xiàn)本電路圖的仿真。在電路原理圖中，將各元件合理安放，并將參數(shù)調試完畢，然后用示波器觀察各輸出參考點波形。由圖12可清楚看到uAM(t)和

17、Uo的輸出端口，這樣便于將示波器上的波形與輸入輸出信號一一對應。單擊開始按鈕，彈出示波器顯示窗格，調整周期與各幅值使各波形清新可見。仿真結 果如圖14所示，各波形從上到下依次為：解調信號 Uo,調制信號uAM(t)，輸入信號Uc, 輸入信號UQ0-3Gnve<l:一二Clhiiirwl CPCFVIlIGnDCGNOOFFD %I!IIII1IIIll圖14.仿真得到的波形將掃描周期改為100卩s，觀察到的波形如下圖15所示，波形由上到下依次為:解調信號Uo,調制信號uAM(t)，輸入信號Uc,輸入信號UQo圖15然后緩慢調節(jié)滑動變阻器，觀察各波形的變化情況，發(fā)生失真時的波形記錄如下圖1

18、6所示：圖16圖17為變掃描周期后觀察到的波形圖176 結果與分析6.1輸入信號的參數(shù)載波信號Uc : 8V, 25kHz;調制信號UQ: 1V, 600Hz6.2 AM調制信號產(chǎn)生電路因為X通道輸入的是很大的信號，故 Uo(t)=k 2UyK2( co ct)，又由于是普通調頻，故輸 入調制信號應疊加在直流電壓 E2上，即卩Uy(t)=E2+ UQ (t)，而E2=-8V,不小于UQ (t)的 最大幅值，顯然調制指數(shù)不大于1。由于fc=25kHz，f Q =600Hz所以用帶通濾波器很容易取出其中的普通調幅信號頻譜 而濾除fc的三次及其以上奇次諧波周圍的無用頻譜。6.3包絡檢波電路1) 檢波

19、二極管通常選正向電阻小(500 Q以下)、反向電阻大(500k Q以上)、結電容 小的點接觸型鍺二極管，注意最高工作頻率應滿足要求。2) RC時間常數(shù)應同時滿足以下兩個條件： 電容C對載頻信號應近似短路,故應有R , RC , 通常取RC 5 10WcC wcwc 為避免惰性失真，應有RCCX 1 M a ，代入已知條件，可得(1734) X 10-6 < RCC 0.15 x 10-3Mamax3) 設 R17/R 18=0.2，J則 R17=R/6, R18=5R/6。為避免底部切割失真，應有 Mac R /R， 其中R' =R17+R18RL/(R18+RL。代入已知條件,

20、可得R<63 k Q。因為檢波器的輸入電阻 R不應太小，而Ri=0.5R，所以 R不能太小。取R=6kQ，另取 C4=0.01卩F,這樣Rc=0.06X 10-3，滿足對于時間常數(shù)的要求，因此，R17=1 kQ, R18=5 kQ。4) Cc的取值應使低頻調制信號能有效的耦合到RL上，故取C5=47F由此可見：調幅指數(shù)越大，調制信號的頻率越高，時間常數(shù)RC的允許值越小。7.元器件清單CategoryRefere neeValueOrder CodeNumberResistorsR1、R2、R8 R171k4ResistorsR3 R43.9k2ResistorsR5 R6 R1910k3

21、ResistorsR7511ResistorsR9 R107502ResistorsP R11、R121002ResistorsR36.8k1ResistorsR14 R15 R165003Resistorsr R185k1CapacitorsC1、C31nF2CapacitorsC20.1uF1CapacitorsP C40.01uF1CapacitorsC547uF1Tran sistorsQ1-Q82N17118DiodesP D1、D21N9142Miscella neousRV150k18 .設計總結9 心得體會10參考文獻【1】顧寶良編著通信電子線路（第 2版），電子工業(yè)出版社，2

22、007.8【2】寧帆 方建邦 高立 編通信電子電路基礎，人民郵電出版社，2009.1【3】高衛(wèi)斌主編電子線路（第3版），電子工業(yè)出版社，2009.11【4】余萍、然、賈惠彬編著通信電子電路，清華大學出版，2010.10【5】魯捷編 電子技術基礎教程，清華大學出版社，2005.92008.4【6】謝自美 羅杰編電子線路設計、實驗、測試（第4版），電子工業(yè)出版社,淮海工學院課程設計報告書題目:超外差式調幅發(fā)射與接收機電路設計學院：電子工程學院專業(yè)：通信工程班級：通信091姓名：蔣瑛潔學號:0309121102012年1 月5日超外差式調幅發(fā)射與接收機電路設計1引言隨著科學技術的不斷發(fā)展，我們的生活

23、越來越科技化。正是這些科學技術的進步，才 使得我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。這學期，我們學習了高頻電子線路這門課，讓我對無線電通信方面的知識有了一 定的認識與了解。通過這次的課程設計，可以來檢驗和考察自己理論知識的掌握情況，同 時，將理論變成實踐，更是能使自己加深對理論知識的理解，提高自己的設計能力。1.1 發(fā)射機原理概述及框圖發(fā)射機的主要任務是完成有用的低頻信號對高頻載波的調制，將其變?yōu)樵谀骋恢行念l率上具有一定帶寬、適合通過天線發(fā)射的電磁波。通常，發(fā)射機包括三個部分：高頻部分，低頻部分，和電源部分。高頻部分一般包括 主振蕩器、緩沖放大、倍頻器、中間放大、功放推動級與末級功放。主振器的作用是

24、產(chǎn)生 頻率穩(wěn)定的載波。為了提咼頻率穩(wěn)定性，主振級往往米用石英晶體振蕩器，并在它后面加 上緩沖級，以削弱后級對主振器的影響。低頻部分包括話筒、低頻電壓放大級、低頻功率 放大級與末級低頻功率放大級。低頻信號通過逐漸放大，在末級功放處獲得所需的功率電 平，以便對高頻末級功率放大器進行調制。因此，末級低頻功率放大級也叫調制器。超外 差式調幅發(fā)射機系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。圖1.1超外差式調幅發(fā)射機系統(tǒng)原理框圖1.2 接收機原理概述及框圖接收機的主要任務是從已調制 AM波中解調出原始有用信號，主要由輸入電路、混頻 電路、中放電路、檢波電路、低頻放大器、低頻功率放大電路和喇叭或耳機組成。原理框 圖如圖2所示

25、?；祛l入電路廣播電±廣4 pq ' L-送給混頻電路?；祛l將輸入信號的頻率變?yōu)橹蓄l,但其幅值變化規(guī)律不改變。不管輸入的高頻信號的頻率如何, 混頻后的頻率是固定的,我國規(guī)定為465KHZ中頻放大器將中頻調幅信號放大到檢波器所 要求的大蕩小。由檢波器將中頻調幅信號所攜帶的音頻、信號取下來，送給低頻放大器。低頻 放大器將檢波出來的音頻信號進行電壓放幅接收機由功率放大器將音頻信號放大，放大到其 功率能夠推動揚聲器或耳機的水平。由揚聲器或耳機將音頻電信號轉變?yōu)槁曇簟?調幅發(fā)射機電路設計與工作原理2.1 主振蕩器的設計及仿真此次設計，主振蕩器采用經(jīng)典的三點式晶體振蕩器，要求產(chǎn)生一個15M

26、HZ勺正弦波晶體的穩(wěn)定性較好，所以，晶體振蕩器的頻率也相對穩(wěn)定。圖皮爾斯晶體振蕩電路圖為并聯(lián)型晶體振蕩器，其中晶體是作為 Q值的電感使用，因此用晶體構成的 選網(wǎng)絡應該是LC諧振回路，該電路又稱為皮爾斯晶體振蕩電路。L1為高頻扼流圈，為集電極提供直流偏置；C4為旁路電容，保證晶體管的基極交流接地，直接接入LC回路，減小損耗；Cc為耦合電容，利用極高的 Qq和極小的Cq便可以獲得喝高的頻穩(wěn)定度。C1,C2 是晶體負載電容。仿真如圖所示。圖并聯(lián)晶體振蕩器仿真圖2.2 緩沖放大器的設計晶體振蕩器產(chǎn)生的信號相對較弱，再加上傳播過程中各種原因導致的衰減，必須要進 行放大后才能做載波，同時也必須減弱前后電路

27、的相互影響，所以產(chǎn)生振蕩電路后必須使 用緩沖放大器進行控制。圖緩沖放大電路這是采用分壓式偏置電路，靜態(tài)電壓時通過電阻R1、R2的分壓提供的。R4旁邊的加一個旁路電容C3可以避免電阻R4對電路的影響。輸入信號由 C1耦合到三極管的基極， 輸出信號由電容C2耦合輸出。為了更好的對高頻信號放大，采用型號為MPQ2222勺三極管，要改變放大倍數(shù)只要調整電阻就可以了。仿真如圖所示。圖緩沖放大電路仿真2.3 振幅調制電路的設計振幅調制電路采用基極振幅調制電路，基極調制是三極管本身具有的調制特性。如圖 2.3所示，載波變壓器耦合L2、C1構成的L型網(wǎng)絡加到晶體管基極上，調制信號通過變壓 器Tr和扼流圈L3加到基極上，