振幅調(diào)制與解調(diào)multisim仿真

1、課程設(shè)計任務(wù)書學生： 專業(yè)班級：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)計任務(wù)根據(jù)振幅調(diào)制與解調(diào)的原理，設(shè)計電路圖，并在multisim軟件仿真出波形結(jié)果。(2) 設(shè)計要求 惰性失真測試； 負峰切割失真的測試； 檢波器電壓系數(shù)的測試；時間安排：1、2014年11月_!乙日集中，作課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求說明。2、2014年 11月17日，查閱相關(guān)資料，學習基本原理。3、2014 年 11月_J8_日 至2014年上月20日，方案選擇和電路設(shè)計。4、2014年 11月 日 至2014年11月21

2、日，電路仿真和設(shè)計說明書撰寫。5、2014年1月 衛(wèi)_日上交課程設(shè)計報告，同時進行答辯。課設(shè)答疑地點：鑒主 13 樓電子科學與技術(shù)實驗室。指導(dǎo)教師簽名：年月日年月日系主任（或責任教師）簽名：摘要本文是振幅調(diào)制與解調(diào)的原理分析與 multisim 仿真實現(xiàn)，其中包括其調(diào)制與解調(diào)的 基本原理、數(shù)學定義、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 中詳細講述了電壓調(diào)制系數(shù)的定義、計算、及其對調(diào)制與解調(diào)結(jié)果的影響，最后對解調(diào)的 兩種失真，惰性失真和負峰切割失真，進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 軟件簡介 82.2 振幅調(diào)制的時域分析 82

6、.3 振幅調(diào)制的頻域分析 103 調(diào)幅信號解調(diào)的原理 . 113.1 調(diào)制信號的解調(diào) . 113.2 包絡(luò)檢波 . 114 調(diào)幅信號解調(diào)的仿真 . 125 惰性失真的測試及分析 . 135.1 惰性失真產(chǎn)生原因 135.2 惰性失真的仿真測試 136 負峰切割失真的測試及分析 146.1 負峰切割失真的產(chǎn)生原因 146.2 負峰切割失真的仿真測試 147 總結(jié) . 158 參考文獻： . 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十分重要的技術(shù)，它是一種信號處理技術(shù)。無論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。調(diào)制的實質(zhì)是進行頻譜的 搬移,其作

7、用與目的有以下三個方面。(a) 頻率變換：為了實現(xiàn)無線方式傳送信息，如將(0.3-3.4KHZ )有效帶寬的語音信號調(diào)制到給定的高頻頻段上去，即將低頻信號變換為高頻信號，適應(yīng)無線信道傳輸要求。(b) 實現(xiàn)頻率分配：保證多個電臺同時工作時，發(fā)出的信號互不干擾(c) 實現(xiàn)多路復(fù)用：例如將多路信號互不干擾的安排在同一物理信道中傳輸，即實現(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 頻爭調(diào)制即t調(diào))匚 相位訓制(淵相)1.3振幅調(diào)制原理與實現(xiàn)方式所謂振幅調(diào)制(AM),就是用調(diào)制信號d去控制高頻載波信號Uc的振幅,使

8、載波信號的 振幅按照調(diào)制信號 d的規(guī)律變化。即已調(diào)制信號UAm變化的周期與調(diào)制信號 d的周期相同, 且幅度的變化與調(diào)制信號的振幅成正比Ah【信引j/（1 + tn coi flQ cos（*）t（全我波扳幅調(diào)制）信號種類DSB信號：口血=KU； cos fit cos制載波雙辻帶振幅調(diào)制SSB信號=乂毎=Ufcosfltcoscff/+ sLnQtslnJ載技單辺苻振幅調(diào)制1三種振幅調(diào)制信號都有一個調(diào)制信號和載波的乘積項，所以振幅調(diào)制電路的實現(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)幅信號不僅含有邊帶信號，且含有高頻載波信號1.5電壓調(diào)制系數(shù)全載波AM信號的標準形式為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弱程度，一般值越大調(diào)幅越深:m0時未調(diào)幅m1時最大調(diào)幅（百分之百）mi1時 過調(diào)幅，包絡(luò)失真,實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)幅信號的最大振幅，Umin表示調(diào)幅信號的最小振幅。2振幅調(diào)制的仿真2.1 multisim軟件簡介Multisim是美國國家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的 模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入 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，并對電路進行仿真。Multisim 提煉了 SPICE仿真的復(fù)雜容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學教育。通過M

11、ultisim和虛擬儀器技術(shù),PCB設(shè)計工程師和電子學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)計和 測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。2.2振幅調(diào)制的時域分析在multisim 軟件中設(shè)計如圖2-1所示的電路圖，即可實現(xiàn)信號的振幅調(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d的頻率為1kHz,載波Uc的頻率一般遠大于調(diào)制信號的頻率，這里選 為2MHz振幅為2V,由于所加的直流信號為1V,故調(diào)制信號的振幅等于電壓調(diào)制系數(shù)， 圖2-2是調(diào)制信號的波形，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)制信號波形圖2-3(a) AM信號波形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 信號波形 ma=1圖2-3(c) AM 信號波形 ma=1.

13、52.3振幅調(diào)制的頻域分析當選取的載波頻率遠大于調(diào)制信號的頻率時，multisim中的示波器無法顯示全部的頻譜，這里為了直觀的顯示調(diào)幅信號的頻譜，選取了 2kHz的載波和1kHz的調(diào)制信號，圖2-4是電路圖，圖2-5為調(diào)幅信號的頻譜圖，又有調(diào)幅波表達式1 1 、UAMUdcUcCOSct2UCUCOS( cX2 UCUCOS( c)t式 2-2可知調(diào)幅波的特點有：(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) 射機功率來看，全載波調(diào)幅波是很不經(jīng)濟的。rnultipliarI-XT1 VATQVXW1申申.圖2-4振幅調(diào)制頻域分析電路圖圖2-5 AM信號頻譜圖3調(diào)幅信號解調(diào)的原理3.1調(diào)制信號的解調(diào)解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號的過程。從頻譜上看, 解調(diào)也是一種信號頻譜的線性搬移過程，是將高頻端的信號頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過程 是和調(diào)制過程相對應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對應(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)計采用的是包絡(luò)檢波，其電路簡單，便于設(shè)計。3.2包絡(luò)檢波二極管包絡(luò)檢

15、波器是包絡(luò)檢波器中最簡單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號電 平較大（俗稱大信號，通常要求峰-峰值為0.5V以上）的AM波。它具有電路簡單，檢波 線性好，易于實現(xiàn)等優(yōu)點。4調(diào)幅信號解調(diào)的仿真根據(jù)包絡(luò)檢波的原理在 multisim 軟件中設(shè)計如圖4-1所示的電路圖，AM信號直接在 元件庫中選取，AM信號的參數(shù)與2.2節(jié)中已調(diào)信號參數(shù)相同，解調(diào)的結(jié)果如圖4-2所示，可以看到信號的周期T=T2-T1=1.002ms, f=1kHz，即等于調(diào)制信號的周期，實現(xiàn)了 AM調(diào)制 信號的解調(diào)。其中，R1, C1電路有兩個作用，一是作為檢波器的負載，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計算可得R1C1在510-7到10-3之間。D1C2恫 IIDIODEVIRTUAL50pFUam圖4-1 AM信號解調(diào)仿真電路圖圖4-2 AM信號解調(diào)后波形5惰性失真的測試及分析5.1惰性失真產(chǎn)生原因AM 言號包絡(luò)檢波檢波電路參數(shù)設(shè)置不當會產(chǎn)生兩種失真，分別為惰性失真和負峰切割失真，其中惰性失真有稱為對角線失真或放電失真，其產(chǎn)生原因為，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角線形狀， 對角線失真可以總結(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惰性失真的仿真測試設(shè)置調(diào)制系數(shù)為0.5, R1從原來的10k 增大到100k，其他參數(shù)不變，使其不滿足式5-1，運行后，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負峰切割失真的測試及分析6.1負峰切割失真的產(chǎn)生原因負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載電阻不同引起 的。為了取出低頻調(diào)制信號，檢波器電路加入C

18、2和R2,電容C2應(yīng)對低頻呈現(xiàn)短路，R2是所接負載。當檢波器接有 C2和R2時，檢波器的直流負載電阻FDc仍等于R1,而低頻交 流負載Rac等于R1與R2的并聯(lián)，因為Roc不等于RAc，將引起底部失真。要避免負峰切割失 真，應(yīng)滿足：R2R1+R2式6-16.2負峰切割失真的仿真測試如圖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，為負峰切割失真。負峰切割失真D1I* I0DE.V1RHJAL UnmC1 也 / 2MHz 1kHi二20nFJEil TnfiAB圖6-1負峰切割失真電路參數(shù)7總結(jié)在這一周的課程設(shè)計中，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 理與電路實現(xiàn)，然后開始在 multisim 軟件中設(shè)計仿真電路圖，振幅調(diào)制只涉及到一個乘 法器，相對來說比較簡單，很快就得到了想要的仿真結(jié)果，接下來是AM信號的解調(diào)，搭建電路時只遇到了一個困難，就是 AM信號源的選擇，由于我是第一次使用這個軟件，對 軟件的各種操作不熟悉，不過百度了一下就解決了，隨后是包絡(luò)檢波