AM波的調(diào)制與解調(diào)解析

1、高頻課程設(shè)計題目：AM波調(diào)制與解調(diào)學(xué)號：名：同組：韋志東（27號）年級：電子信息工程一班學(xué)院：信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)教師：完成日期：2014年1月10日目錄一、題目分析4二、集電極調(diào)幅設(shè)計方案42.1調(diào)幅器42.2集電極調(diào)幅42.3集電極調(diào)幅的要求及技術(shù)指標(biāo)5三、集電極調(diào)幅的工作原理及分析53.1集電極調(diào)幅的工作原理53.2集電極脈沖的變化情況63.3集電極的調(diào)幅波形圖73.4集電極的靜態(tài)調(diào)制特性四、集電極調(diào)幅電路設(shè)計與仿真94.1設(shè)計電路94.2載波波形104.3調(diào)制波形104.4輸出波形與頻譜114.5功率分布與效率12五、包絡(luò)檢波設(shè)計方案125.1包絡(luò)檢波125.2數(shù)學(xué)模型25.3包絡(luò)檢波

2、的要求及技術(shù)指標(biāo)13六、包絡(luò)檢波的原理及分析6.1串聯(lián)型二極管峰值包絡(luò)檢波電路6.2檢波指標(biāo)6.3非線性失真七、包絡(luò)檢波技術(shù)仿真167.1參數(shù)計算167.2檢波電路167.3調(diào)制解調(diào)總電路圖177.4輸出波形與頻譜17八、元器件清單18九、問題分析18十、參考文獻1920一名稱：AM波的調(diào)制與解調(diào)二內(nèi)容摘要：調(diào)制就是在傳送信號的一方將要傳送的信號“附加”在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。在接受信號的一方，經(jīng)過解調(diào)的過程，把載波所攜帶的信號取出來，得到原有的信息，反調(diào)制的過程也叫檢波。而調(diào)幅（AM）：就是用信號的變化來改變無線電波震蕩的幅度，也就是讓電波震蕩幅度隨信號變化而變化。選擇好電路后，利用

3、了EDA軟件Multisim進行仿真來驗證結(jié)果。三設(shè)計方案1.集電極調(diào)幅所謂的集電極調(diào)幅，就是用調(diào)幅信號來改變高頻功率放大器的集電極直流電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅。集電極調(diào)幅的特點：（1）集電極調(diào)幅工作于過壓狀態(tài)；用于大功率調(diào)幅。（2）需要大功率的調(diào)制信號源。（3）集電極調(diào)幅的集電極效率高，晶體管得到充分利用。2.3集電極調(diào)幅的要求及技術(shù)指標(biāo)要求：1用Multisi仿真，能夠觀察輸入輸出波形。2針對所設(shè)計的電路進行分析，并計算輸出功率。3三極管工作在丙類狀態(tài)4采用單調(diào)諧做為負(fù)載5采用三極管作為放大器三、集電極調(diào)幅的工作原理及分析3.1集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電

4、極電壓，通過集電極電壓的變化，使集電極高頻電流的基波分量隨調(diào)制電壓的規(guī)律變化，從而實現(xiàn)調(diào)幅。實際上，它是一個集電極電源受調(diào)制信號控制的諧振功率放大器，屬高電平調(diào)幅。調(diào)幅管處于丙類工作狀態(tài)。要完成無線電通信，首先必須產(chǎn)生高頻率的載波電流,然后設(shè)法將電報、電話等信號“加到”載波上去。將聲音電流加在高頻電流上，這個過程稱為調(diào)制。一個載波電流有三個參數(shù)可以改變，即振幅、頻率和相位。本次設(shè)計要求采用調(diào)幅方式。它的基本原理是，將要傳送的調(diào)制信號從低頻率搬移到高頻，使它能通過電離層反射進行傳輸，在遠距離接收端我們用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)裝置再把原信號不失真的恢復(fù)出來，就達到了信號傳輸?shù)哪康?。即載波的頻率和相角不變，載波

5、的振幅按照信號的變化規(guī)律而變化，高頻振幅變化所形成的包絡(luò)信號就是原信號的波形。集電極調(diào)幅的基本原理電路如圖31所示：圖31集電極調(diào)幅原理電路高電平調(diào)幅是將功率放大和調(diào)制一起完成，調(diào)制之后的信號不需要在放大，可以直接發(fā)送出去。如上圖所示是集電極調(diào)幅電路。該電路是利用集電極的直流電壓來控制集電極的高頻電壓的振幅，載波信號加到三極管的基極，調(diào)制信號極到集電極回路與電源V4串聯(lián)，此時集電極電壓隨調(diào)制信號變化。集電極電流的基波分量隨調(diào)制信號呈線性變化，經(jīng)過LC回路濾波后輸出AM信號。3.2集電極電路脈沖的變化情況調(diào)制信號電壓Vo加在集電極電路中，與集電極直流電壓Vcc串聯(lián)，Ec=V4+U(t),Vcc為

6、集電極固定電源電壓；Ma為調(diào)幅指數(shù)。通過Ec的變化，控制Ic變化從而實現(xiàn)調(diào)制。集電極的有效電源電壓V隨調(diào)制信號壓變化而變化。由圖32所示圖3-2同集電極電壓相對應(yīng)的集電極電流脈沖的變化情形圖中，由于Vbb與Ub不變，故為常數(shù)，又RP不變，因此動態(tài)特性曲線的斜率也不變。若電源電壓變化，則動態(tài)線隨Vcc值的不同，沿Uc平行移動。由圖可以看出，在欠壓區(qū)內(nèi)，當(dāng)Vcc由Vcc1變至Vcc2(臨界)時，集電極電流脈沖的振幅與通角變化很小，因此分解出的Icm1的變化也很小，因而回路上的輸出電壓Uc的變化也很小。這就是說在欠壓區(qū)內(nèi)不能產(chǎn)生有效的調(diào)幅作用。3.3集電極調(diào)幅波形圖在這種情況下，分解出的Icm1隨集

7、電極電壓Vcc的變化而變化，集電極回路兩端的咼頻電壓也隨Vcc而變化。輸出咼頻電壓的振幅Vcc=Icm1Rp,Rp不變，Icm1隨Vcc而變化，而Vcc是受Uo控制的，回路兩端輸出的高頻電壓也隨Uo變化，因而實現(xiàn)了集電極調(diào)幅。其波形如圖33所示。WWW;由圖可知，AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號朋（0成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號。但為了保證包絡(luò)檢波時不發(fā)生失真，必須滿足坯巴幀力亠，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。由頻譜圖可知，AM信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下

8、邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號的完整信息。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬為基帶信號帶寬的兩倍，即%=遇"%式中，拆廠右為調(diào)制信號強的帶寬，爲(wèi)為調(diào)制信號的最高頻率。3.4集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性當(dāng)沒有加入低頻調(diào)制電壓Uo（即Uo=0）時，逐步改變集電極直流電壓Vcc的大小，同樣可使Ic電流脈沖發(fā)生變化，分解出的ICO或Icm1也會發(fā)生變化。我們稱集電極高頻電流Icml隨Vcc變化的關(guān)系線為靜態(tài)調(diào)制特性曲線。根據(jù)分析結(jié)果可作出靜態(tài)調(diào)制特性曲線如圖34所示。圖34集電極調(diào)幅的靜態(tài)調(diào)制特性靜態(tài)調(diào)制特性曲線不能完全反映實際的調(diào)制過程，因為沒有加入

9、調(diào)制信號，輸出電壓中沒有邊頻存在，只有載波頻率，不是調(diào)幅波。通常調(diào)制信號角頻率Q要比載波角頻率®o低得多，因此對載波來說，調(diào)制信號的變化是很緩慢的，可以認(rèn)為在載波電壓交變的一周內(nèi)，調(diào)制信號電壓基本上不變。這樣，靜態(tài)調(diào)制特性曲線仍然能正確反映調(diào)制過程。我們可以利用它來確定已調(diào)波包絡(luò)的非線性失真的大小。由圖34可知，為了減小非線性失真，當(dāng)加上調(diào)制信號電壓時，保證整個調(diào)制過程都工作在過壓狀態(tài)，所以工作點Q應(yīng)選在調(diào)制特性曲線直線段1的中央，即Vccq=處，Vcco為臨界工作狀態(tài)時的集電極直流電壓。否則，Vcco工作點Q偏高或偏低，都會使已調(diào)波的包絡(luò)產(chǎn)生失真。在本實驗中會得到證實。四、集電極調(diào)

10、幅電路設(shè)計與仿真4.1設(shè)計電路(1)理論數(shù)值及參數(shù)設(shè)計u(t)=6cosl64000皿tcu(t)=3cos6000nt載波信號為，調(diào)制信號為®則普通調(diào)幅信號為U=U1+Mcos6000ntcosl64000ntamcmaM=U/U=0.5aamcm最終調(diào)幅信號為Uam=61+°5cOs6000ntcOs164000nt為了讓三極管處在過壓狀態(tài)u的取值不能過大，本題設(shè)為6vcc其中選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為1=a2a=164000nLCccL=18uH,C=255nFUbb=1V(2)調(diào)幅電路4.2載波信號imiB-A-N.已已弓V-2.SSSV.VIrari1SOus/DIvII.E

11、l反V/dlv曲BII.El|BV/OlviiiS辿汨|占|ITab1外郵1XffiM|otffiHEVffifiS|Oetl平Io1v|V/T力口3KIB/AIA/BI貝u口J口匸AC|aDC-|正竝1標(biāo)垃1白動II04-a.3Me.fl.33*e.ODDflfo=82kHzVo=6v4.3調(diào)制信號日寸同軸通逍A通逍EI比例（1弓口u=/tllvLHMI5VELHMI5gw1JiiipnihflPIXf2ba-vfeHo-電干1v1yTT力|伐|B/A|A/B|ACI0JFdAC|0JDC-1廣il-'：A11門"JI就；fn=3000HZVQ=3v4.4輸出波形與頻譜圖如

12、圖有:Vmax=12VVmin=4VMmax-MminMmax+Mminf=81.699kHzAM信號的調(diào)制效率總是小于1。在不過調(diào)的情況下，AM的最大值等于州，這是最大功率為50%，但所有不含直流分量的信號進行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（不過調(diào)），其效率都不會超過50%。五、包絡(luò)檢波設(shè)計方案5.1包絡(luò)檢波定義：振幅調(diào)制波的解調(diào)電路稱振幅檢波電路，簡稱檢波電路。檢波是從振幅調(diào)制波中不失真的檢出調(diào)制信號的過程。（它是振幅調(diào)制的逆過程）功能：在頻域上，該作用就是將已調(diào)幅波的調(diào)制信號頻譜不失真地搬到零頻率附近。檢波乃是實現(xiàn)頻譜線性搬移。5.2數(shù)學(xué)模型>非線性器件*低逋濾波因O經(jīng)由非線性器件后輸出電流中含有能線性

13、反映輸入信號包絡(luò)變化規(guī)AM律的信號分量(即反映調(diào)制信號變化規(guī)律)。所以包絡(luò)檢波僅適用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制波的解調(diào)。此電路不需要加同步信號，電路顯得較簡單。5.3包絡(luò)檢波的要求及技術(shù)指標(biāo)要求：1.用Multisim仿真，能夠觀察輸入輸出波形。2.針對所設(shè)計的電路進行分析。3.采用串聯(lián)型峰值包絡(luò)檢波器4.失真分析及改進六、包絡(luò)檢波工作原理及分析6.1串聯(lián)型二極管峰值包絡(luò)檢波電路D為檢波二極管，其導(dǎo)通電阻為r,R,C為濾波電路，當(dāng)輸入為高頻條幅信號時，d由于低通濾波器電容C上初始電壓為0,調(diào)幅信號直接加在二極管上，當(dāng)信號正半周期時二極管處于正向?qū)ǎ瑢﹄娙軨充電，充電時間常數(shù)為rC，由于r很dd小,所以電容C

14、上的電壓很快充到接近輸入信號的峰值電壓，電容上電壓建立起來之后，這時，二極管的導(dǎo)通與否由輸入信號與電容上的電壓共同決定。當(dāng)輸入信號較小時，只要輸入小于電容電壓時，二極管就截止，此時，C通過負(fù)載R放電，放電的速度取決于時間常數(shù)RC。由于R>>r，充電的速度遠遠大于放電的速d度。由于放電時間常數(shù)遠遠大于高頻信號的周期，所以放電很慢，C兩端的電壓下降很少，當(dāng)下一個周期的電壓超過電容兩端電壓時，C又充電，這樣不斷循壞重復(fù)下去，電容兩端的電壓重現(xiàn)了輸入調(diào)幅信號的包絡(luò)形狀,達到了檢波的目的。若U=V(1+McosQt)cos®tscmaC則u=nV+nmVcosQt二V+uAVdcm

15、dacmAVav其中U*UavQ所以實現(xiàn)了線性檢波。電容兩端存在鋸齒脈沖電壓U稱未濾凈的殘余高頻電壓，U輸出平均0AV電壓反映了包絡(luò)變化規(guī)律。3371二極管的導(dǎo)通角©很小（輕制云瓦）,所以動態(tài)平衡時它工作在信號峰值附近。檢波性能與RC時間常數(shù)相關(guān),RC愈大U愈小，U愈大檢波性能愈好。LL0AV包絡(luò)變化規(guī)律。6.2檢波指標(biāo)檢波效率n=u/V(t)=cosdidAVm輸入電阻從能量觀點來看：P=V2/2RP=V2/RimiLAVLPP,VViLmAVR=R/2iL6.3非線性失真a）惰性失真：當(dāng)輸入為調(diào)幅波時，過分增大R和C值，致使二極L管截止期間c通過R的放電速度過慢，在某t時刻跟不上

16、輸入調(diào)幅波包絡(luò)L1的下降速度。輸出平均電壓就會產(chǎn)生失真，稱惰性失真。為避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個高頻周期內(nèi)，使C通過R的放電速度L大于或等于包絡(luò)的下降速度。單音調(diào)制時不產(chǎn)生惰性失真的條件，為兼顧檢波性能,工程510結(jié)論：M和Q越大，包絡(luò)下降速度越大，不產(chǎn)生惰性失真所要求的RCaL值也須越小。在多音調(diào)制時，作為工程估算，M和Q均應(yīng)取最大值（即ab）負(fù)峰切割失真原因：檢波器與下級電路連接時，一般采用阻容耦合電路。C為隔值電容，對Q呈交流短路，C兩端電壓為V。R為下級電路輸入電阻,ccAVi2V在R、R分壓后在R兩端得V電壓反作用到二極管兩端，若V>V,D截止,AVLi2LAAsmmin

17、使輸出調(diào)制信號電壓在其負(fù)峰值附近將被削平，出現(xiàn)負(fù)峰切割失真?，F(xiàn)象:人=隘（1十陸認(rèn)S巫）1111111yt克服失真條件：為了克服負(fù)峰切割失真，要求VWV可得到克服失真的條件AsmminR說=（氏遼應(yīng)i）=氏息+綣（R為交流負(fù)載）Q可見，交直流負(fù)載電阻越接近，不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真所允許的M值越接a近于1。M定時，交直流負(fù)載電阻值的差別受到不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的限制。a要避免底部失真，必須使包絡(luò)線的最小電平大于或等于U。L77十克服辦法:I）若R很大，可將R分為R+Ri2LL1L2R=R+RRR+R=RQL1L2i2L1L2LII）若R很小，則在R與R之間接一射隨器（共集電極電路）i2Li2（高輸入阻

18、抗低輸出阻抗）起到阻抗匹配的作用。七、包絡(luò)檢波仿真7.1參數(shù)計算1.電容C對載頻信號近似短路，故應(yīng)有RC丄，取RC>>1%廠二0.0000194eCc2為避免惰性失真，有RC1-M/MQ=0.00336,取悍aamaxRC=0.000066,R=R1+R2=19800,C=33nF3.設(shè)R1/R2=0.2，則R1=330,R2=165004C的取值應(yīng)使低頻調(diào)制信號能有效地耦合到R上，即滿足C步cLcRQLminC二4.7卩Fc7.2檢波電路7.3調(diào)制解調(diào)總電路圖XSC2(7)B2kHcV3|iviilul7.4輸出波形與頻譜圖F*"示諛辺匚匚U匚口口E口,.DV411-&

19、amp;V匚匚匚匸口口呂j：SC3口口口口口口口口變丿十n日可冋Q.OOO5AlS-A-lS.T?'nVT2可田.s-:1S.777nVT3-Tia.oooo.aaav懣世A懣進曰bLfSUJ5QQua/DlvbLfflihoV/DIv比需UhV/DIvxs;3vte»fo-vte»電寧|V/T力訂戦|B/A|A/Bflac|aJ口匸ACIJ3E-|r疋i冃“I.即ioI、；正拄標(biāo)淮自ejbII汪VQ=6vf°=3.066kHz八、元器件清單L1=18uHCl=33nFC2=47uFC3=255nFRl=330QR2=10kQR3=165kQ九、問題分析問題一高電平調(diào)幅電路根據(jù)調(diào)制信號所加電極的不同，分為基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅，為什么本課設(shè)采用集電極調(diào)制，其優(yōu)點有哪些？答：為了在發(fā)射機輸出級獲得較大的輸出功率和較高的調(diào)制效率，高電平調(diào)幅電路幾乎都是用調(diào)制信號去控制高頻諧振功率放大器的輸出功率來實現(xiàn)調(diào)幅的，也就是說，它直接利用功放管的乙類或丙類非線性工作狀態(tài)，來實現(xiàn)頻譜的線性搬移的。對于基極調(diào)制電路來說，欲減小調(diào)制失真并增強調(diào)制效率，應(yīng)使這種調(diào)制電路在調(diào)制信號動態(tài)范圍內(nèi)始終工作在丙類功率放大器的欠壓狀態(tài)下。所以基極調(diào)制電路的缺點是能量轉(zhuǎn)換效率比較低。對于集電極調(diào)制電路，欲減小調(diào)制失真并增