振幅調(diào)制與解調(diào)multisim仿真

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生： 專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目：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_!乙日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說(shuō)明。2、2014年 11月17日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)基本原理。3、2014 年 11月_J8_日 至2014年上月20日，方案選擇和電路設(shè)計(jì)。4、2014年 11月 日 至2014年11月21

2、日，電路仿真和設(shè)計(jì)說(shuō)明書撰寫。5、2014年1月 衛(wèi)_日上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主 13 樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名：年月日年月日系主任（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、仿真波形及其在現(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、及其對(duì)調(diào)制與解調(diào)結(jié)果的影響，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出了減小這種失真的辦法。關(guān)鍵字：振幅調(diào)制，AM言號(hào)解調(diào)，multisim仿真AbstractThis pa

3、per 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 waveform and its importance in the field of mo

4、dern communications, the definition and calculation of voltage modulation coefficient is described in detail, and its effect on the result of the modulati on and demodulatio n, the last of demodulati on of the two kinds of distort ion, inert distortion and negative peak cutting distortion, carried o

5、n the thorough analysis and the way to minimize this distortion is given.Key words: amplitude modulati on, AM sig nal demodulati on, multisim simulati on.目錄1 振幅調(diào)制的原理 . 61.1 調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用 61.2 調(diào)制的基本方式 . 61.3 振幅調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方式 61.4 全載波調(diào)幅電路模型與工作原理 71.5 電壓調(diào)制系數(shù) . 72 振幅調(diào)制的仿真 . 82.1 multisim 軟件簡(jiǎn)介 82.2 振幅調(diào)制的時(shí)域分析 82

6、.3 振幅調(diào)制的頻域分析 103 調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的原理 . 113.1 調(diào)制信號(hào)的解調(diào) . 113.2 包絡(luò)檢波 . 114 調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的仿真 . 125 惰性失真的測(cè)試及分析 . 135.1 惰性失真產(chǎn)生原因 135.2 惰性失真的仿真測(cè)試 136 負(fù)峰切割失真的測(cè)試及分析 146.1 負(fù)峰切割失真的產(chǎn)生原因 146.2 負(fù)峰切割失真的仿真測(cè)試 147 總結(jié) . 158 參考文獻(xiàn)： . 161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)是高頻電子線路課程中一個(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

7、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 )有效帶寬的語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制到給定的高頻頻段上去，即將低頻信號(hào)變換為高頻信號(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 (蹲帽)萌制基冬才比 V 頻爭(zhēng)調(diào)制即t調(diào))匚 相位訓(xùn)制(淵相)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)d去控制高頻載波信號(hào)Uc的振幅,使

8、載波信號(hào)的 振幅按照調(diào)制信號(hào) d的規(guī)律變化。即已調(diào)制信號(hào)UAm變化的周期與調(diào)制信號(hào) d的周期相同, 且幅度的變化與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比Ah【信引j/（1 + tn coi flQ cos（*）t（全我波扳幅調(diào)制）信號(hào)種類DSB信號(hào)：口血=KU； cos fit cos制載波雙辻帶振幅調(diào)制SSB信號(hào)=乂毎=Ufcosfltcoscff/+ sLnQtslnJ載技單辺苻振幅調(diào)制1三種振幅調(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。1.4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高據(jù)撬波調(diào)制信號(hào)固定直流圖1-1全載波振幅調(diào)制電

9、路的模型UoUxUyUc( u +Udc)Uc cos Ct (UcostUdc)式1-1UcU cos t cos tUdcPc cos ctUD(UC cos 012UcU1cos( c)-UcU cos( c)t有結(jié)果可以看出，輸出的調(diào)幅信號(hào)不僅含有邊帶信號(hào)，且含有高頻載波信號(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maUamUc（1ma cos t）cos 龍 式 1-2其中ma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，一般值越大調(diào)幅越深:m0時(shí)未調(diào)幅m1時(shí)最大調(diào)幅（百分之百）mi1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式1-31 Umax Umin

10、 Umax Umin5ax+U“n2-uc-其中Umax表示調(diào)幅信號(hào)的最大振幅，Umin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）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。工程師們可以使用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)雜容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE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)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)M

11、ultisim和虛擬儀器技術(shù),PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(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)制仿真電路4網(wǎng)t-設(shè)定調(diào)制信號(hào)d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1V,故調(diào)制信號(hào)的振幅等于電壓調(diào)制系數(shù)， 圖2-2是調(diào)制信號(hào)的波形，調(diào)制結(jié)果如圖 2-3（a）、（b）、（c）所示，調(diào)制系數(shù)為別為0.5、 1、1.5，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

12、幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與 調(diào)制信號(hào)波形一致，包絡(luò)之的填充頻率是載波頻率，圖2-3（a）中，調(diào)幅波的最大振幅為3V,最小振幅為1V,已知調(diào)制系數(shù)為0.5，這印證了公式：ma =UmaxUmin式2-1UMmin圖2-2調(diào)制信號(hào)波形圖2-3(a) AM信號(hào)波形ma=0.5HhltIU.直AItHIU3奶、丨 |*舟；：.削:IW! i vJLt.Ji * 、卜即KteflTfnSyfeg hq1 * ,|o T柿雪 ?D1耳FT訥a,-A小1血.*DC俎 0 (XI JiF=! |TF H - TH 0X*0 DC51L圖2-3(b) AM 信號(hào)波形 ma=1圖2-3(c) AM 信號(hào)波形 ma=1.

13、52.3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)，multisim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1 1 、UAMUdcUcCOSct2UCUCOS( cX2 UCUCOS( c)t式 2-2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f H的兩倍。(c) 從功率利用率看，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

14、載有信息的邊頻功率之和最多占總輸出功率的 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。rnultipliarI-XT1 VATQVXW1申申.圖2-4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)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

15、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4-2所示，可以看到信號(hào)的周期T=T2-T1=1.002ms, f=1kHz，即等于調(diào)制信號(hào)的周期，實(shí)現(xiàn)了 AM調(diào)制 信號(hào)的解調(diào)。其中，R1, 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

16、目的，需要滿足1 / cRC11 / 式 4-1計(jì)算可得R1C1在510-7到10-3之間。D1C2恫 IIDIODEVIRTUAL50pFUam圖4-1 AM信號(hào)解調(diào)仿真電路圖圖4-2 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 言號(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，其中惰性失真有稱為對(duì)角線失真或放電失真，其產(chǎn)生原因?yàn)?，C1R1很大，放電很慢,可能在隨后的若干的高頻周期，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)角線失真可以總結(jié)為電

17、容放電曲線（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:R1C1式5-1由此可見，ma， 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100k，其他參數(shù)不變，使其不滿足式5-1，運(yùn)行后，仿真結(jié)果如圖5-2，明顯可以看到出現(xiàn)惰性失真。eteet-YiHTtiALUam.丿C2-IIsourKSC2圖5-1惰性失真電路參數(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。為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器電路加入C

18、2和R2,電容C2應(yīng)對(duì)低頻呈現(xiàn)短路，R2是所接負(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FDc仍等于R1,而低頻交 流負(fù)載Rac等于R1與R2的并聯(lián)，因?yàn)镽oc不等于RAc，將引起底部失真。要避免負(fù)峰切割失 真，應(yīng)滿足：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 0.7, R2從原來(lái)的20k 減小到1k ，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D1I* I0DE.V1RHJAL UnmC1 也 / 2MHz 1kHi二20nFJEil TnfiAB圖6-1負(fù)峰切割失真電路參數(shù)7總結(jié)在這一周的課程設(shè)計(jì)中，我首先查閱教材和其他資料，深入理解振幅調(diào)制與解調(diào)的原 理與電路實(shí)現(xiàn)，然后開始在 multisim 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