高頻電子線路課程設(shè)計-同步解調(diào)電路設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電信0901 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目 六：同步解調(diào)電路設(shè)計初始條件：具較扎實(shí)的電子電路的理論知識及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設(shè)計能力及基本調(diào)試能力；能夠正確使用實(shí)驗儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、采用晶體管或集成電路完成一個同步解調(diào)電路的設(shè)計。2、電源電壓Vcc 12V，VEE 8V;3、輸入雙或單邊帶信號，輸出解調(diào)信號；4、完成課程設(shè)計報告（應(yīng)包含電路圖，清單、調(diào)試及設(shè)計總結(jié)）。時間安排： 二十周一

2、周，其中4天硬件設(shè)計與制作，3天軟、硬件調(diào)試及答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要I1.緒論12.功能分析及方案對比22.1 同步檢波器功能分析22.2 設(shè)計方案對比33.單元電路設(shè)計63.1 元器件選擇6單元電路設(shè)計74.電路總圖105.工作原理及仿真分析11基本工作原理115.2 仿真波形圖及結(jié)果分析126.元器件清單147.設(shè)計體會15參考文獻(xiàn)16摘要振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變換規(guī)律，無

3、法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，所以要采用同步檢波方法。同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點(diǎn)是必須加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。利用模擬乘法器的相乘原理，實(shí)現(xiàn)同步檢波是很簡單的，利用抑制載波的雙邊帶信號Vs（t）,和輸入的同步信號（即載波信號）Vc（t），經(jīng)過乘法器相乘，可得輸出信號，實(shí)現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)。關(guān)鍵字：同步解調(diào)，EWB仿真同步解調(diào)電路設(shè)計1.緒論 課程設(shè)計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實(shí)

4、際動手能力以及分析、解決問題的能力。另一方面也可使我們更好地鞏固和加深對基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中小型高頻電子線路的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過程，增強(qiáng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高電路分析和設(shè)計能力。通過實(shí)踐引導(dǎo)我們在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。 通過設(shè)計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實(shí)踐的階段。 2.功能分析及方案對比 2.1 同步檢波器功能分析 根據(jù)高頻電子線路理論分析,雙邊帶信號DSB,就是抑制了載波后的調(diào)制信號,它的有用信號成分以邊帶形式對稱地分布在被抑制載波的兩側(cè)。由于有用信號所在的雙邊帶調(diào)制信號的上

5、、下邊頻功率之和只有載波功率的一半,即它只占整個調(diào)幅波功率1/3，實(shí)際運(yùn)用中,調(diào)制度 在0.11之間變化,其平均值僅為0.3,所以邊頻所占整個調(diào)幅波的功率還要小。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高有限頻帶資源的利用率,一般采用傳送抑制載波的單邊帶調(diào)制信號SSB,單邊帶調(diào)制信號已經(jīng)包含了所有有用信號成分,電視信號采用殘留單邊帶發(fā)送圖像的調(diào)幅信號就是其中一例。而要實(shí)現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號DSB或單邊帶調(diào)制信號SSB進(jìn)行解調(diào),檢出我們所需要的調(diào)制有用信號,不能用普通的二極管包絡(luò)檢波電路,而需要用同步檢波電路。 同步檢波電路與包絡(luò)檢波不同,檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實(shí)現(xiàn)調(diào)

6、幅波的乘積檢波功能,普通調(diào)幅電壓乘積器的原理框圖如圖2.1所示。 圖2.1 普通調(diào)幅電壓乘積器原理框圖圖2.1中,設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅信號: （2.1）限幅器輸出為等幅載波信號 ,乘法器將兩輸入信號進(jìn)行相乘后輸出信號為: （2.2） （條件：為大信號） 再通過低通濾波器作為乘法器的負(fù)載,將所有高頻分量去除,并用足夠大的電容器隔斷直流分量,就可以得到反映調(diào)制規(guī)律的低頻電壓。2.2 設(shè)計方案對比 根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號電壓家人同步檢波器有兩種方法：乘積型和疊加型。 方案一 乘積型同步檢波器 這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相

7、乘，再經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，如圖2.2所示。 設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DSB信號u1為： （2.3） 本地載波電壓： （2.4） 上兩式中，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 （2.5） 低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： （2.6） 由上式可見，低頻信號的成正比。當(dāng)。 圖2.3 二極管環(huán)形同步檢波器方案二 疊加型同步檢波器。圖2.4 疊加型同步檢波器原理圖設(shè)u1為單邊帶信號U1cos（w1+）t，uc為本振電壓Uccosw1t。則合成的輸出信號為：u2=u2+uc （2.7）由此可見，合成信號的包絡(luò)Um和相角都受到調(diào)制信號

8、的控制，所以包絡(luò)檢波器構(gòu)成的同步檢波器檢出的調(diào)制信號會有失真，這樣會有很大的干擾。輸出信號也會產(chǎn)生起伏性衰減，從而影響解調(diào)質(zhì)量。 方案三 集成XFC1596同步檢波器 集成XFC1596同步檢波器特點(diǎn)： R1，R2，R3對壓控吉爾伯特電路T1T4偏置，并防止T1T4 進(jìn)入飽和，其他電阻保證T5T6工作在放大區(qū)；12V單電源供電，能采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)； vs為很小的信號，所以即可以得到線性檢波，其電路圖如圖2.5所示。圖2.5 集成XFC1596同步檢波器 以上三種方式都要接收端恢復(fù)載波支持，恢復(fù)載波性能的好壞，直接影響到接收機(jī)解調(diào)性能的優(yōu)劣。乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波與接收信號相乘，用低

9、通濾波器將低頻信號提取出來。在這種檢波器中，要求恢復(fù)載波與發(fā)端載波同頻同相。如果頻率或相位有一定的偏差將會恢復(fù)出來的解調(diào)信號失真。疊加型同步檢波將DSB或SSB信號插入恢復(fù)載波，使之成為近似AM信號，利用包絡(luò)檢波器將其解調(diào)出來。對于DSB信號而言，只要加入恢復(fù)載波電壓在數(shù)值上滿足一定的關(guān)系，就可以得到一個不失真的AM波。在SSB模式，接收機(jī)采用高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生制定頻率的恢復(fù)載波，要使恢復(fù)載波與原載波信號嚴(yán)格同步是不可能的，只要頻率和相位的不同步量限制在允許的范圍內(nèi)還原出原調(diào)制信號的失真還是可以容忍的。經(jīng)上述對比，從考慮抗干擾的角度出發(fā)選擇方案一。 3.1 元器件選擇根據(jù)上述對比，采用乘積型同

10、步檢波器。此電路中最關(guān)鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單的多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實(shí)現(xiàn)模擬乘法器功能。MC1496是爽平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點(diǎn)由外接元件確定。、靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集

11、基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖7-1所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即 (3.1) (3.2) 、靜態(tài)偏置電壓的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖7-1（a），三對差分放大器的基極電流、和可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時，引腳14接地，5腳通過一電阻R5接正電源（+UCC的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻R5可以調(diào)節(jié)的大小，即 PD=2I5(V6-V14)+I5(V5-V14) （3.3) 根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件

12、的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般Io=I5=1mA。器件的總散耗功率可以由下式估算出PD應(yīng)小于器件的最大散耗功率為33mW。 調(diào)幅信號發(fā)生器要實(shí)現(xiàn)同步檢波，首先應(yīng)該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調(diào)制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者像乘的結(jié)果中包含我們所需的高頻已調(diào)信號cos（w+)t或cos（w-)t，即可將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制。圖3.2 調(diào)幅信號發(fā)生電路原理圖 圖3.2中乘法器采用模擬乘法器MC1496及外接偏置電路、旁路電路組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。芯片2 3管腳之間接入1k負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍，其阻值越大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之

13、減小。電阻R9、R10提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管的工作在放大狀態(tài)。電阻R1、R2及滑動變阻器RP組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。調(diào)節(jié)此滑動變阻器可以改善波形的對稱型，為了得到抑制載波雙邊帶信號可將滑動變阻器調(diào)制50%。 圖3.3 MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器 （a）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 （b）有載波調(diào)幅波圖3.4 乘法器輸出的調(diào)幅波 同步檢波電路根據(jù)公式2.3可知，要實(shí)現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： （3.4）同步檢波亦采用模

14、擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖3.5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調(diào)波信號，輸出端接有電阻R11、C6組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。 圖3.5 同步檢波電路調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使輸出端輸入有載波的調(diào)制信號。調(diào)制度，這時乘法器的輸出經(jīng)低通濾波器后的輸出，經(jīng)隔直電容后的輸出的波形分別如圖3.6（a）所示。調(diào)節(jié)電位器RP可使輸出波形的幅度增大，波形失真減小。若為抑制載波的調(diào)制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后的輸出波形如圖3.6（b）所示。 (a)有載波信號調(diào)制 （

15、b）抑制載波調(diào)制信號 圖3.6 同步檢波輸出波形4.電路總圖根據(jù)上述單元電路設(shè)計從而得到整體電路圖，如圖4.1所示。限于尺寸大小在這里將調(diào)幅信號發(fā)生器發(fā)生器電路封裝起來,如圖中DSB模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。圖4.1 同步檢波整體電路圖圖4.2 DSB模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.工作原理及仿真分析 5.1基本工作原理在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式（7-9）可 得輸出信號U0（t）為（條件：，為大信號） （5.1）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實(shí)現(xiàn)

16、雙邊帶信號的解調(diào)。 若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，即 ，則乘法器的輸為： （5.2）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號,利用乘法器的相乘原理，同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。設(shè)， 則輸出電壓為+ (條件：，為大信號) （5.3） 上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)。5.2 仿真波形圖及結(jié)果分析運(yùn)用EWB仿真軟件對如圖4.1電路進(jìn)行仿真,從示波器中觀察得到如圖5.1（a）、(b)

17、、(c)波形圖。圖（a）、（b）為調(diào)幅信號，（c）為檢波得到信號與原始信號。（a） DSB信號與調(diào)制信號（b）AM信號與調(diào)制信號（c） 檢波信號與原始調(diào)制信號圖5.1 EWB中示波器顯示波形結(jié)果分析P所需要的低頻調(diào)制信號分量解調(diào)出來。由圖可以看出AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號相同，經(jīng)過解調(diào)可以得到如圖5.2（c）的檢波信號。將比例調(diào)到50%，使乘法器偏執(zhí)電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調(diào)幅度為1的抑制載波信號，即DSB信號，其波形如圖5.1（a）所示。如圖5.1（c）所示兩波形存在相位差異，這是由于載波信號與同步信號存在相位差異，但不會影響信號的傳輸，信號的失真程度在允許的范圍之內(nèi)，由此可知所設(shè)計的電路圖

18、符合設(shè)計要求，能達(dá)到所需要的各種參數(shù)。6.元器件清單表6.1 元器件清單 元件名稱 個數(shù)/個 51電阻 1 100電阻 1 910電阻 2 1k電阻 5 2 1 10k滑動變阻器 1 5 4 20uF電容 1 MC1496芯片 1 7.設(shè)計體會 本次課程設(shè)計是收獲很大的一次課程設(shè)計。利用所學(xué)知識驚喜電子線路設(shè)計是我們將來必需的技能，這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的仿真再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗?？梢哉f，本次課程設(shè)計有苦也有甜。 本次課程設(shè)計選取的是書本上現(xiàn)成的電路原理圖 ，在設(shè)計方面相對而言比較容易，但是在制作

19、仿真過成和做設(shè)計報告的過程中確實(shí)遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學(xué)習(xí)工作的重點(diǎn)問題或者說是應(yīng)該是必須掌握的技能。首先，設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。 其次，在電腦上調(diào)試比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進(jìn)度。 要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩