測控綜合訓練調(diào)制解調(diào)報告

..測控綜合訓練調(diào)制解調(diào)報告一、調(diào)制與解調(diào)器的設(shè)計目的調(diào)制和解調(diào)首先應用于通信〔包括廣播、電視等中,在通信中有許多路信號需要傳輸,為了使它們能得以互相區(qū)別,需要賦以不同的特征。在通信中經(jīng)調(diào)制的信號傳輸?shù)浇邮斩?需要對已調(diào)信號解調(diào)、恢復調(diào)制信號,已獲得所傳輸?shù)穆曇簟D像或其他信息。在測量中不一定需要恢復原信號,而只需要將它所反映的量值提取出來即可。在精密測量中,進入測量電路的除了傳感器輸出的測量信號外,還往往有各種噪聲〔含外界干擾。傳感器的輸出信號一般又很微弱,需要將測量信號從含有的噪聲的信號中分離出來。為了便于區(qū)別信號與噪聲,一般給測量信號賦予一定特征,這就是需要調(diào)制的目的。在將測量信號調(diào)制再經(jīng)放大,并與噪聲分離等處理后,從已經(jīng)調(diào)制的信號中提取反映被測量值的測量信號,這便是解調(diào)的目的。二、調(diào)制與解調(diào)器的設(shè)計內(nèi)容1．振幅調(diào)制〔1設(shè)計要求：用模擬乘法器MC1496設(shè)計一振幅調(diào)制器,使其能實現(xiàn)AM信號調(diào)制；〔2主要指標：載波頻率：100kHz、正弦波；調(diào)制信號：1KHz、正弦波。2．同步檢波〔1設(shè)計要求：用模擬乘法器MC1496設(shè)計一AM信號同步檢波器；〔2主要指標：輸入AM信號：載波頻率100kHz、正弦波；調(diào)制信號：1KHz、正弦波；輸出信號：正弦信號且無明顯失真。三、調(diào)制與解調(diào)器的原理1．調(diào)制電路原理〔1幅度調(diào)制幅度調(diào)制就是載波的振幅受到調(diào)制信號的控制周期性變化。變化的周期與調(diào)制信號周期相同,即振幅變化與調(diào)制信號振幅成正比,通常稱高頻信號為載波信號,低頻信號為調(diào)制信號,調(diào)幅器為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。設(shè)載波信號的表達式為<1>,調(diào)制信號的表達式為<2>,則調(diào)幅信號的表達式為：〔3調(diào)制信號波形如圖1所示：圖1普通調(diào)幅波形圖顯然AM波正負半周對稱時：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin〔4,調(diào)幅度為：Ma=<Umax－Ucm>∕Ucm=<Ucm－Umin>∕Ucm〔5。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(luò)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2Ma>1時的過調(diào)制波形〔2振幅調(diào)制電路的組成模型從調(diào)幅波的表達式〔3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．解調(diào)電路原理振幅調(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,無法用包絡(luò)檢波進行解調(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信號進行解調(diào)〔當然也可以用于AM。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。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,實現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)。同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理,實現(xiàn)同步檢波是很方便的,其工作原理如下：在乘法器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〔6,另一輸入端輸入同步信號〔即載波信號,經(jīng)乘法器相乘,則可得輸出信號U0〔t為〔7條件：為大信號。四、調(diào)制與解調(diào)器的電路設(shè)計本次測控系統(tǒng)綜合訓練采用由MC1496模擬乘法器構(gòu)成的調(diào)制與解調(diào)電路。1．MC1496芯片介紹MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路和引腳如下圖4所示。其中VT1,VT2與VT3,VT4組成雙差分放大器,VT5,VT6組成的單差分放大器用以激勵VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置電路組成差分放大器、的恒流源。引腳8與10接輸入電壓UX,1與4接另一輸入電壓Uy,輸出電壓U0從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻RE,對差分放大器VT5、VT6產(chǎn)生串聯(lián)電流負反饋,以擴展輸入電壓Uy的線性動態(tài)范圍。引腳14為負電源端〔雙電源供電時或接地端〔單電源供電使,引腳5外接電阻R5。用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0的值。圖4MC1496的內(nèi)部電路圖及引腳電路2．振幅調(diào)制器電路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5所示,載波信號UC經(jīng)高頻耦合電容C2從Ux端輸入,C3為高頻旁路電容,使8腳接地。調(diào)制信號U0經(jīng)低頻耦合電容C1從Uy端輸入,C4為低頻旁路電容,使4腳接地。調(diào)幅信號從12腳單端輸出。器件采用雙電供電方式,所以5腳的偏置電阻R5接地,可計算器件的靜態(tài)偏置電流I5或I0,即〔8。芯片2、3管腳之間接入1kΩ負反饋電阻,以擴展調(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5MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路〔a抑制載波的雙邊帶調(diào)幅〔b有載波調(diào)幅波圖6乘法器輸出的調(diào)幅波3．同步檢波器的電路要實現(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Ω的低頻信號：〔9。同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘,其電路圖如圖7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)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào),但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。圖7同步檢波電路調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使輸出,即為平衡狀態(tài).再從端輸入有載波的調(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8〔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8〔b所示。<a>有載波信號調(diào)制〔b抑制載波調(diào)制信號圖8同步檢波輸出波形五、Multisim10的電路仿真在高頻電子線路中的振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程,均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。目前在無線電通信、廣播電視等方面得到廣泛應用。本次測控系統(tǒng)綜合訓練利用Multisim10軟件仿真平臺,對MC1496構(gòu)成的調(diào)幅電路進行軟件仿真分析比較測試結(jié)果。1．在Multisim仿真環(huán)境中創(chuàng)建集成模擬乘法器MC1496電路模塊模擬乘法器是對兩個模擬信號〔電壓或電流實現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件,主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關(guān)信號相乘,即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。它有兩個輸入端口,即X和Y輸入端口。MC1496是根據(jù)雙差分對模擬相乘器基本原理制成的四象限的乘法器芯片,是調(diào)幅電路中的核心器件,但在仿真元件數(shù)據(jù)庫中沒有這個元器件。因此,在Multisim10軟件仿真平臺中直接用MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖代替MC1496元器件。2．MC1496構(gòu)成的模擬調(diào)制解調(diào)電路的仿真實現(xiàn)MC1496構(gòu)成的模擬調(diào)制解調(diào)電路的原理圖如圖9所示。圖9MC1496構(gòu)成的模擬調(diào)制解調(diào)電路的原理圖設(shè)定載波信號頻率為100KHz,峰值為100mV的正弦波,調(diào)制信號頻率為1KHz,峰值為100mV的正弦波,其調(diào)制與解調(diào)器的電路仿真結(jié)果如下圖所示：圖10調(diào)制電路仿真結(jié)果圖11解調(diào)電路仿真結(jié)果六、電路的調(diào)試與結(jié)果1．調(diào)試步驟〔1在調(diào)制信號輸入端接入峰值為100mV,頻率為1KHz的正弦信號,調(diào)節(jié)電位器使輸出端信號最小；〔2調(diào)節(jié),使,載波為〔mV加入載波信號輸入端,用數(shù)字示波器觀測輸出信號；〔2調(diào)幅系數(shù)〔10,測示波器調(diào)節(jié)載波信號及調(diào)制信號的幅值使調(diào)幅系數(shù)<30%,觀測同步檢波電路輸出波形。2．結(jié)果與分析通過硬件電路所得到的結(jié)果滿足預期所設(shè)定的結(jié)果,下面分別測試載波和調(diào)制信號在不同頻率及峰值的情況下,電路的輸出特性：圖12調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為100KHz峰值100mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為100mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖12所示。圖13調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為100KHz峰值100mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為70mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖13所示。圖14調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為150KHz峰值100mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為70mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖14所示。圖15調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為100KHz峰值100mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為200mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖15所示。圖16調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為200KHz峰值100mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為70mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖16所示。圖17調(diào)制電路輸出端波形圖載波信號頻率為200KHz峰值200mV的正弦信號,調(diào)制信號頻率為1KHz峰值為50mV的正弦信號,電路輸出的調(diào)幅波形如圖17所示。由上述可知,在載波與調(diào)制信號頻率均不變的條件下,載波信號峰值與調(diào)制信號的峰值之比,其比值越大,調(diào)制電路的輸出波形性能越好；在載波與調(diào)制信號峰值均不變的條件下,載波與調(diào)制信號的頻率之比,其比值越小,混頻現(xiàn)象越嚴重。將數(shù)字示波器接到解調(diào)電路輸出端得到的波形顯示如圖18所示,發(fā)現(xiàn)正弦波里雜波太多,濾波器未能率干凈,之后將解調(diào)電路中的輸出端串聯(lián)的1F的電解電容替換成0.1F的獨石電容,并聯(lián)的4700pF的瓷片電容替換成0.1F的獨石電容,最后再并聯(lián)一個0.1F的獨石電容得到改善的正弦波,如圖19所示。圖18解調(diào)電路輸出端波形圖圖19解調(diào)電路輸出端波形圖1．普通調(diào)幅雖然不能提高功率的利用率,抑制載波信號輸出,但是可以避免輸出信號的失真。2．改變普通調(diào)幅和檢波電路中相關(guān)器件的參數(shù)值,可以有效的改變輸出結(jié)果,已達到要求,如在本次設(shè)計中,要求調(diào)制幅度在0.3,則通過計算推導可得要求Umax=2Umin,通過觀察波形可知已達到預期的要求。七、設(shè)計體會本次測控系統(tǒng)綜合訓練給我們提供了一個應用自己所學知識的機會,去圖書館查找相關(guān)資料,對電路的設(shè)計及仿真,直至最后電路的成型,都對我所學的知識進行了全面的檢驗。本次測控系統(tǒng)綜合訓練我所選取的課題是模擬乘法器及調(diào)幅與檢波電路的設(shè)計,通過此次設(shè)計,我加深了對"測控電路"、"電子線路設(shè)計"的了解與運用。在信號調(diào)制中常以一個高頻正弦信號作為載波信號,在測量中,一般要求載波信號的頻率要比調(diào)制信號的10倍還要大,一方面是為了在解調(diào)時濾波器能較好地將調(diào)制信號已載波信號分開,另一方面是為了防止產(chǎn)生混疊現(xiàn)象。除此之外我還了解到MC1496是如何構(gòu)建幅度調(diào)制及解調(diào)電路,在高頻電路中,電路板的工藝也直接影響著電路的性能?？偠灾?本次實訓我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中,培養(yǎng)了我的設(shè)計思維,增加了實際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時,更讓我體會到成功的喜悅和快樂。經(jīng)過一段時間的不懈努力,本次綜合系統(tǒng)綜合訓練已經(jīng)接近尾聲,由于對模擬乘法器設(shè)計調(diào)制解調(diào)電路的不熟悉,知識及經(jīng)驗的匱乏,遇到很多困難,如果沒有導師的督促指導以及同學們的支持,我很難順利的完成此次設(shè)計。從開始選題到論文的順利完成,都離不開老師、同學、朋友給以的幫助,在這里請接受我的謝意!八、元器件清單表1元器件清單元器件名稱數(shù)值個數(shù)電阻51210011501200182031K71.2K12.2K34,7K26.8K110K1精密電位器5K110K1獨石電容0.1F10瓷片電容0.01F14700pF1電解電容