AM調(diào)制解調(diào)電路的設計與仿真報告

AM調(diào)制解調(diào)電路的設計仿真與實現(xiàn)1.Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，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EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)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EDA工具軟件（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(diào)制解調(diào)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(diào)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(diào)得到解調(diào)信號。2．AM調(diào)制解調(diào)電路基本原理2.1振幅調(diào)制電路2.1.1振幅調(diào)制AM調(diào)制也稱普通調(diào)幅波，已調(diào)波幅度將隨調(diào)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ωc的余弦波：uc(t)=Ucmcosωct,調(diào)制信號為頻率為Ω的單頻余弦信號，即UΩ(t)=UΩmcosΩt(Ωωc),則普通調(diào)幅波信號為:uAM(t)=(Ucm+kUΩmcosΩt)cosωct=Ucm(1+MacosΩt)cosωct（1）——式中：Ma＝kUΩm/Ucm，稱為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度AM調(diào)制信號波形如圖1所示：圖1.普通調(diào)幅波形顯然AM波正負半周對稱時：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin，調(diào)幅度為：Ma=(Umax－Ucm)?Ucm=(Ucm－Umin)?Ucm。Ma＝0時，未調(diào)幅狀態(tài)Ma＝1時，滿調(diào)幅狀態(tài)（100％），正常Ma值處于0～1之間。Ma>1時，普通調(diào)幅波的包絡變化與調(diào)制信號不再相同，會產(chǎn)生失真，稱為過調(diào)幅現(xiàn)象。所以，普通調(diào)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(diào)制波形2.1.2振幅調(diào)制電路的組成模型從調(diào)幅波的表達式（1）可知，在數(shù)學上調(diào)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(diào)幅原理圖2.2振幅解調(diào)電路2.2.1包絡檢波原理振幅解調(diào)是振幅調(diào)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(diào)。即包絡檢波就是從AM波中還原出原調(diào)制信號的過程。設輸入普通調(diào)幅信號uAM（t）如（1）式所示，圖4中非線性器件工作在開關狀態(tài)，則非線性器件輸出電流為：io(t)=guAM(t)·K1（ωct）=gUcm(1+MacosΩt)cosωct·式中：g——非線性器件伏安特性曲線斜率?？梢奿o中含有直流，Ω，ωc，ωc±Ω以及其它許多組合頻率分量，其中的低頻分量是gUm(1+MscosΩt)?Π。用低通濾波器取出io中這一低頻分量，濾除ωc-Ω及其以上的高頻分量，就可以恢復與原調(diào)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程和頻譜的變化情況。2.2.2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=Uo?Um；交流傳輸系數(shù)：Kd=UΩ/mUc。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(diào)信號幅度，UΩ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(diào)諧在載頻的高Q值諧振回路，檢波器相當于此諧振回路的負載。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?Iim，其中Uim是輸入等幅高頻電壓振幅，Iim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(diào)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,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,故稱為惰性失真。要避免惰性失真,需要滿足的條件是RC≤4.底部切割失真由交直流負載不同引起。直流負載為R，交流負載R’是R與RL的并聯(lián)。不失真的條件是Ma≤R’/R。負載切割失真在整個調(diào)制頻率圍都可能出現(xiàn)。圖5.底部切割失真波形3．各組成部分的工作原理3.1調(diào)