AM振幅调制解调器的设计文档格式.docx
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Ma>
1时,普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同,会产生失真,称为过调幅现象。
所以,普通调幅要求Ma必须不大于1。
图2所示为产生失真时的波形。
图2.Ma>
1时的过调制波形
2.1.2振幅调制电路的组成模型
从调幅波的表达式
(1)可知,在数学上调幅电路的组成模型,可以由一个相乘器和一个相加器组成。
如图3所示:
图3.低电平调幅原理图
2.2振幅解调电路
2.2.1包络检波原理
振幅解调是振幅调制的逆过程,从频谱的角度看就是将有用信号从高频段搬到低频段。
而要完成频谱搬移(有新频率产生),电路中必须要有非线性器件。
一般情况下,AM波采用包络检波即峰值检波的方式实现解调。
即包络检波就是从AM波中还原出原调制信号的过程。
设输入普通调幅信号uAM(t)如
(1)式所示,图4中非线性器件工作在开关状态,则非线性器件输出电流为:
io(t)=guAM(t)·
K1(ωct)
=gUcm(1+MacosΩt)cosωct·
式中:
g——非线性器件伏安特性曲线斜率。
可见io中含有直流,Ω,ωc,ωc±
Ω以及其它许多组合频率分量,其中的低频分量是gUm(1+MscosΩt)∕Π。
用低通滤波器取出io中这一低频分量,滤除ωc-Ω及其以上的高频分量,就可以恢复与原调制信号U(t)成正比的单频信号了。
图4.包络检波原理图
图4中(a)图为包络检波电路的组成模型,(b)图则为包络检波还原信号的波形变化过程和频谱的变化情况。
2.2.2检波器的性能指标
二极管峰值包络检波器的性能指标主要有检波效率(电压传输系数)Kd、输入电阻Ri、惰性失真和底部切割失真几项。
2)检波效率
检波效率是指检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。
直流传输系数:
Kd=Uo∕Um;
交流传输系数:
Kd=UΩ/mUc。
其中,Uo为输出直流电压,Um为输入高频载波幅度;
mUc为输出解调信号幅度,UΩ为包络幅度。
由以上关系可知,检波效率Kd越大越好。
3)等效输入电阻
由于二极管在大部分时间处于截止状态,仅在输入高频信号的峰值附近才导通,所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。
检波器的前级通常是一个调谐在载频的高Q值谐振回路,检波器相当于此谐振回路的负载。
为了研究检波器对前级谐振回路的影响,故定义检波器等效输入电阻Ri=Uim∕Iim,其中Uim是输入等幅高频电压振幅,Iim是输入高频电流的基波振幅。
经分析可知,检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个阻值为Ri的电阻。
4)惰性失真
在调幅波包络线下降部分,若电容放电速度过慢,导致uo的下降速率比包络线的下降速率慢,则在紧接其后的一个或几个高频周期内二极管上为负电压,二极管不能导通,造成Uo波形与包络线的失真。
由于这种失真来源于电容来不及放电的惰性,故称为惰性失真。
要避免惰性失真,需要满足的条件是RC≤
5)底部切割失真
由交直流负载不同引起。
直流负载为R,交流负载R’是R与RL的并联。
不失真的条件是Ma≤R’/R。
负载切割失真在整个调制频率范围内都可能出现。
图5.底部切割失真波形
3.各组成部分的工作原理
3.1调制电路的工作原理
3.1.1单片集成模拟乘法器
模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件,它不仅可以实现普通调幅,也可以实现双边带调幅与单边带调幅。
既可以用单片集成模拟乘法器来组成低电平调幅电路,也可以直接采用含有模拟乘法器部分的专用集成调幅电路。
模拟乘法器可实现输出电压为两个输入电压的线性积,典型应用包括:
乘、除、平方、均方、倍频、调幅、检波、混频、相位检测等。
单片集成模拟乘法器种类较多,由于内部电路结构不同,各项参数指标也不同。
在选择时应该以下主要参数:
工作频率范围、电源电压、输入电压动态范围、线性度等。
本次AM调制实验中选择的是MC1596模拟乘法器,其主要特性参数如下:
电源电压:
V+=12V,V-=-8V;
输入电压动态范围:
-26mV≤Ux≤26mV,-4V≤Uy≤4V;
输出电压动态范围:
±
4V;
3dB带宽:
300MHz。
MC1596是以双差分电路为基础,在Y输入通道加入了反馈电阻,故Y通道输入电压动态范围较大,X通道输入电压动态范围很小。
通常X通道作为载波或本振的输入端,而调制信号或已调波信号从Y通道输入。
当X通道输入是小信号(小于26mV)时,输出信号是X、Y通道输入信号的线性乘积。
当X通道输入是频率为ωc的单频很大信号时(大于260mV),根据双差分模拟乘法器原理,输出信号应是Y通道输入信号和双向开关函数K2(ωct)的乘积:
两种情况均可实现调幅。
图6是MC1596内部电路图。
图6.MC1596内部电路图
3.1.2模拟乘法器调幅电路
图7.MC1596组成的普通调幅电路
Y通道两输入端1、4脚之间外接有调零电路,可通过调节50kΩ电位器使1脚电位比4脚高Uy,调制信号uΩ(t)与直流电压Uy迭加后输入Y通道。
调节电位器可改变调制指数Ma。
输出端6、12脚外应接调谐于载频的带通滤波器。
2、3脚之间外接Y通道负反馈电阻。
3.1.3实验采用的调幅电路
实验中所用的AM调制电路是由图6和图7电路图组合而成的电路图,如下图8所示:
图8.AM调制电路
3.2包络检波电路
3.2.1二极管包络检波电路
AM波采用的解调电路为包络检波电路。
包络检波电路通常采用二极管和RC滤波网络组成,如图9所示。
图9.二极管检波电路
当输入的AM波的幅度足够大时,假设二极管起理想开关的作用,则AM波经过二极管后AM波的负半周被削去,只剩下幅度按调制信号规律变化的一连串正半周余弦脉冲,如图10所示。
将这一串余弦脉冲经RC滤波网络滤除高频分量后,就可取出调制信号UΩ(t)分量,完成解调过程。
如果输入是高频等幅波,则检波输出就是直流电压,这就可以作为接收信号的场强指示。
图10.检波输出波形
3.2.2实验采用的包络检波电路
为了使二极管峰值包络检波器能正常工作,避免失真,实验过程中将普通二极管检波电路做了一些改进,因而实验选取的电路如图11所示。
要求必须根据输入调幅信号的工作频率与调幅指数以及实际负载RL,正确选择二极管和R1、R2和C、Cc的值。
此次实验各元件的参数如下:
C=0.01μF,R1=1kΩ,R2=5kΩ,Cc=47μF,RL=10kΩ
图11.改进后的二极管峰值包络检波器
3.3实验总原理图
综合以上的原理,可以得到实验总电路图,如图12所示:
图12.实验总原理图
4.Proteus原理图绘制
4.1准备画图
1.安装好软件后点击桌面上图标进入软件环境。
2.在看是菜单中找到Proteus图标单击,进入Proteus操作界面。
3.设置所需原件。
单击绘图工具栏中的元件模式按钮,进入元件库,在元件库中通过搜索栏中分别键入CAP电容、RES电阻、POT-HG滑动变阻器、2N1711型NPN三极管、1N914二极管、LT1014A运放、ALTERNATOR找到对应属性的元件。
需在元件库中找出相应阻值,电容,电感的元件。
图13.Proteus元件选择框
4.2放置元件及排版
1.通过对象选择器窗口单击选择相应元件,在右侧图形编辑窗口中单击左键放置元件。
元件的移动:
用鼠标左键按住元件拖曳。
元件的旋转:
选定所需旋转元件,单击绘图工具栏左右旋转按钮完成旋转。
元件的删除:
通过鼠标左键选定要删除的元件,点击键盘上的delete键即可完成对应元器件的删除。
2.将鼠标移至元件引脚处待出现红色方框单击鼠标左键将鼠标移至所需连接的另一元件管脚处待出现红色方框后再次单击鼠标左键完成单根导线的连接。
以此类推,按照实验原理图放置元件并布线。
引出节点:
在所需引出节点导线处单击鼠标右键,移动鼠标即可在该点设置节点并引出导线。
3.完成电路布线后,为使电路更加紧凑有逻辑性,各功能区域明显,应对相应元件或导线位置进行相应调整。
元件位置调整:
单击相应元件按住鼠标左键并将元件拖曳至相应位置后放开即可。
导线间距的调整:
将鼠标移至要调整导线所连接的元器件,单击该器件,相应导线及元器件将变为选定状态,将鼠标移至该导线处出现左右(上下)调节标志,按住鼠标左键拖曳相应导线到预定位置后放开,即可移动导线。
4.3模拟及仿真
添加示波器:
在绘图栏中选择虚拟仪器菜单中的Oscilloscope(示波器)选项,将其放置到图形编辑窗口,连接相应导线至测试点。
电路连接无误,并且添加完示波器以后,根据实验要求,选定所需信号源及测试仪表,单击仿真键仿真。
观察仿真波形,并选择合适的周期,然后调节波形的幅值,以获得清晰的波形。
5.Proteus电路的仿真
实验选用Proteus软件实现本电路图的仿真。
在电路原理图中,将各元件合理安放,并将参数调试完毕,然后用示波器观察各输出参考点波形。
由图12可清楚看到uAM(t)和Uo的输出端口,这样便于将示波器上的波形与输入输出信号一一对应。
单击开始按钮,弹出示波器显示窗格,调整周期与各幅值使各波形清新可见。
仿真结果如图14所示,各波形从上到下依次为:
解调信号Uo,调制信号uAM(t),输入信号Uc,输入信号UΩ。
图14.仿真得到的波形
将扫描周期改为100μs,观察到的波形如下图15所示,波形由上到下依次为:
图15
然后缓慢调节滑动变阻器,观察各波形的变化情况,发生失真时的波形记录如下图16所示:
图16
图17为变扫描周期后观察到的波形
图17
6.结果与分析
6.1输入信号的参数
载波信号Uc:
8V,25kHz;
调制信号UΩ:
1V,600Hz。
6.2AM调制信号产生电路
因为X通道输入的是很大的信号,故Uo(t)=k2UyK2(ωct),又由于是普通调频,故输入调制信号应叠加在直流电压E2上,即Uy(t)=E2+UΩ(t),而E2=-8V,不小于UΩ(t)的最大幅值,显然调制指数不大于1。
由于fc=25kHz,fΩ=600Hz,所以用带通滤波器很容易取出其中的普通调幅信号频谱而滤除fc的三次及其以上奇次谐波周围的无用频谱。
6.3包络检波电路
1)检波二极管通常选正向电阻小(500Ω以下)、反向电阻大(500kΩ以上)、结电容小的点接触型锗二极管,注意最高工作频率应满足要求。
2)RC时间常数应同时满足以下两个条件:
①电容C对载频信号应近似短路,故应有,通常取;
②为避免惰性失真,应有RC≤,代入已知条件,可得(17~34)×
10-6≤RC≤0.15×
10-3
3)设R17∕R18=0.2,则R17=R/6,R18=5R/6。
为避免底部切割失真,应有Ma≤R’/R,其中R’=R17+R18RL/(R18+RL)。
代入已知条件,可得R≤63kΩ。
因为检波器的输入电阻Ri不应太小,而Ri=0.5R,所以R不能太小。
取R=6kΩ,另取C4=0.01μF,这样Rc=0.06×
10-3,满足对于时间常数的要求,因此,R17=1kΩ,R18=5kΩ。
4)Cc的取值应使低频调制信号能有效的耦合到RL上,故取C5=47μF
由此可见:
调幅指数越大,调制信号的频率越高,时间常数RC的允许值越小。
7.元器件清单
Category
Reference
Value
OrderCode
Number
Resistors
R1、R2、R8、R17
1k
4
R3、R4
3.9k
2
R5、R6、R19
10k
3
R7
51
1
R9、R10
750
R11、R12
100
R3
6.8k
R14、R15、R16
500
R18
5k
Capacitors
C1、C3
1nF
C2
0.1uF
C4
0.01uF
C5
47uF
Transistors
Q1-Q8
2N1711
8
Diodes
D1、D2
1N914
Miscellaneous
RV1
50k
8.设计总结
9.心得体会
10.参考文献
【1】顾宝良编著《通信电子线路(第2版)》,电子工业出版社,2007.8
【2】宁帆方建邦高立编《通信电子电路基础》,人民邮电出版社,2009.1
【3】高卫斌主编《电子线路(第3版)》,电子工业出版社,2009.11
【4】余萍、李然、贾惠彬编著《通信电子电路》,清华大学出版,2010.10
【5】鲁捷编《电子技术基础教程》,清华大学出版社,2005.9
【6】谢自美罗杰编《电子线路设计、实验、测试(第4版)》,电子工业出版社,2008.4
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安徽新华学院
高频电路课程设计
题目:
AM调制与解调的设计
学院:
电子通信工程学院
专业班级:
0
学号:
学生姓名:
指导教师:
完成期限:
2011年12月16日
1.主要内容
用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器
2.基本要求
1:
电源电压12v集成模拟乘法器MC1496
载波频率fc=100KHZ调制信号频率fΩ=1KHZ
2:
完成课程设计说明书,说明书应含有课程设计任务书,设计原理说明,设计原理图,要求字迹工整,叙述清楚,图纸齐备。
3:
设计时间为二周。
3.主要参考资料
1:
李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.6
2:
谢自美电子线路设计实验测试华中科技大学出版社2003.10
3:
张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11
2011年12月5日
1、课程题目的分析·
·
2、课程题目的框图·
5
三、课程设计的目的·
4、模拟相乘器介绍·
6
五、课程设计的原理·
6、MC1496结构图及简介·
9
7、、multisim9概述·
12
8、课程设计的步骤或计算·
14
九、课程设计的结果·
18
10、总结及体会·
19
一、课程题目的分析
调幅调制和解调在理论上包括了信号处理,模拟电子,高频电子和通信原理等知识,涉及比较广泛。
在实际上包括了各种不同信息传输的最基本原理,是大多数设备发射与接收的基本部分,所以我们做的这个课题是有很大的意义的。
本设计报告总体分为两大问题:
信号的解调和调制。
在调制部分省略了载波信号的放大、功放部分,要调制的信号也同样省略了放大部分,所以在调制中保留了调制器中的主要部分—乘法器,在解调部分也只是保留了检波器部分,即二极管检波器。
在确定电路后,利用了EDA软件Multisim进行仿真来验证结果。
二、课程题目的框图
3、课程设计的目的
通过本课题的设计,提高学生实际动手能力,巩固所学理论知识,进一步深入了解集成模拟乘法器的工作原理,掌握调幅器的设计原理用来实现全载波调幅,实现调幅波形的变换,学会分析实验现象。
掌握这些后对调幅波信号进行解调,采用设计的二极管包络检波器、低道滤波器电路来实现。
了解二极管包络检波器、滤波器的主要指标,对检波频率及波形进行分析。
在此次设计中,综合运用了所学知识,构成了新的知识框架,提高了对知识的理解与实际运用能力,进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用的原则,提高了知识运用的综合能力。
4、模拟乘法器
集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件,它广泛用于乘法,除法,乘方和开方等模拟运算,同时广泛用于信息传输系统中作为调幅,解调,混频和自动增益控制电路,是一种通用性很强的非线性电子器件,目前已有许多单片的集成电路。
此外,模拟乘法器还是一些现代专用模拟集成系统中的重要单元。
模拟乘法器是对两个模拟信号(电压或电流)实现相乘功能的的有源非线性器件。
主要功能是实现两个互不相关信号相乘,即输出信号与两输入信号相乘积成正比。
它有两个输入端口,即X和Y输入端口。
乘法器两个输入信号的极性不同,其输出信号的极性也不同。
如果用XY坐标平面表示,则乘法器有四个可能的工作区,即四个工作象限,如图
若输入信号为
,则输出信号Vo为:
。
式中,K为乘法器的增益系数或标尺因子,单位为
若信号
均限定为某一极性的电压时才能正常工作,该乘法器称为单象限乘法器;
中一个能适应正,负两种极性电压,而另一个只能是单极性电压,为二象限乘法器;
若两个输入信号能适应四种极性组合,则称为四象限乘法器。
集成模拟乘法器的常见产品有BG314,F1595,F1596,MC1495,MC1496,LM1595,LM1596等。
5、课程设计的原理
1)MC1496模拟乘法器
1.MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。
其内部电路和引脚如下图(a)(b)所示。
其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器,VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1~VT4。
VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。
引脚8与10接输入电压UX,1与4接另一输入电压Uy,输出电压U0从引脚6与12输出。
引脚2与3外接电阻RE,对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈,以扩展输入电压Uy的线性动态范围。
引脚14为负电源端(双电源供电时)或接地端(单电源供电使),引脚5外接电阻R5。
用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
2.MC1496的内部结构图
六、MC1496的内部结构图
设载波信号的表达式为
,调制信号的表达式为
,则调幅信号的表达式为:
6)静态工作点的设定
(1)静态偏置电压的设置
静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态,即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V,小于或等于最大允许工作电压。
根据MC1496的特性参数,对于图10-1所示的内部电路,应用时,静态偏置电压(输入电压为0时)应满足下列关系,即
ν8=ν10,ν1=ν4,ν6=ν12
12V≥ν6 (ν12)-ν8 (ν10)>
2V
12V≥ν8 (ν10)-ν1 (ν4)>
2.7V
12V≥ν1 (ν4)-ν5>
(2)静态偏置电流的确定
静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。
当器件为单电源工作时,引脚14接地,5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流,所以改变VR可以调节I0的大小,即
当器件为双电源工作时,引脚14接负电源-Vee,5脚通过一电阻VR接地,所以改变VR可以调节I0的大小,即
根据MC1496的性能参数,器件的静态电流应小于4mA,一般取
在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替。
3)MC1496简介:
MC1496是平衡调制,可用来进行自动增益控制、倍频、混频、幅度调制、调幅检波及相位检波。
MC1496乘法器只适用于频率较低的场合,一般工作频率在1MHZ以下。
MC1496的引脚图:
INS+:
输入信号正端
ADJG:
增益调节端
INS-:
信号输入负端
BI:
偏置端
OUT+:
正电流输出端
NC:
空端
OUT-:
负电流输出端
INC-:
载波信号输入负端
INC+:
载波信号输入正端
七、multisim9概述
Multisim被美国NI公司收购以后,其性能得到了极大的提升。
最大的改变就是:
Multisim9与LABVIEW8的完美结合:
新特点:
(1)可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器;
(2)所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上;
(3)所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。
Multisim9组成:
1.―――构建仿真电
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- 关 键 词:
- AM 振幅 调制解调器 设计