通信电子线路课程设计报1.docx
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通信电子线路课程设计报1
通信电子线路课程设计报告
DSB波的调制与解调
2012年9月26日~10月29日
学校:
海南大学
学院:
信息科学技术学院
班级:
通信工程(4)
指导老师:
黄艳
姓名:
吴菲菲
学号:
20101613310107
组员:
田力鑫20101613310106
王子浩20101613310082
目录
一、内容摘要.................................................................................3
二、设计指标................................................................................4
三、系统框图..............................................................................5
四、电路原理概述........................................................................6
五、电路设计................................................................................11
六、仿真过程与分析....................................................................16
七、问题与讨论............................................................................21
八、设计方案的讨论....................................................................22
九、心得体会................................................................................23
十、参考文献................................................................................24
一、内容摘要
调制和解调电路是现代通信设备中重要的组成部分。
调制电路是用待传输的低频信号控制高频载波某个参数电路的电路。
解调是调制的逆过程,就是从已调的信号里还原出原调制信号。
设计完成了一个采用同步检波法实现的双边带调制解调电路。
先介绍DSB波调制与解调的原理,再给出设计过程,最后用Multisim软件对设计电路进行仿真,得出实验结果,并分析比较。
实验表明:
设计的电路可以完成一个信号的DSB波的调制与解调,但调出的波形与理论上的相比有较小的失真。
二、设计指标
1、采用乘法器实现DSB波的调制,用同步检波法实现解调。
2、输入信号的频率=5kHZ,电压为60mV,调幅系数ma=0.5,载波频率fs=100kHZ,载波电压Vs=60mV。
三、系统框图
设计中采用双差分乘法器调制电路,当乘法器工作于线性状态时,输入载波信号u1和调制信号u
,经过调制后,得到已调信号u2。
用作解调的乘法器工作于线性状态时,输入已调信号u2和载波信号u1,经过解调后,得到信号u3,u3通过低通滤波器,滤除其中的高频信号后,得到基带信号u4。
四、电路原理概述
1、调幅原理
调幅电路就是使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化调制电路。
产生一个载波信号,将频率较低的有用信号作用在频率较高的载波信号上的过程为调制。
载波信号有三个重要的特征为频率、相位和振幅。
只要用调制信号改变振幅就是振幅调制过程,解调是调制的反过程,振幅解调就是用调制信号改变载波的振幅。
调幅电路有斩波调幅、基极调幅等多种调幅电路形式。
斩波调幅就是将所要传送的信号v(t)通过一个受载波频率ω控制的开关电路,以使它的输出波形被斩成2/ω的脉冲,因而包含ω+各种谐波分量。
再通过中心频率为ω的带通滤波器,取出所需的调幅波输出v(t),实现调幅。
基极调幅就是用调制信号电压改变高频功率放大器的基极偏压,实现调幅。
此次设计采用高频信号发生器产生载波,和调制信号经过乘法器后,输出抑制载波的双边带调幅波。
2、调制电路的原理
在单边带和双边带调制的发射机中,大多采用低电平调制电路。
低电平调制电路的主要优点就是具有良好的线性调制。
单边带调制和双边带调制有抑制载波分量的要求,抑制的程度用载漏表示。
载漏就是输出的载波分量低于边带波的分贝数。
当分贝数越大时,载漏性越好,载漏一般要求大于20dB。
采用能实现理想相乘器运算的相乘器,一遍就能减少没用处的少量失真分量和载波分量,这样可以提高低电平调制电路的调制线性和降低载漏。
低电平调制电路除了可以运用场效应晶体管组成的相乘电路外,还可以用双差分对模拟相乘器、工作在开关状态的二极管平衡调制器、集成模拟相乘器等。
因为AD波的不足,调幅调制过程中完全抑制载波,它的产生原理为调制信号与载波信号直接相乘。
调制信号
载波信号
调制原理图
3、解调电路的原理
包络检波就是从调幅波包络中提取调制信号的过程:
先对调幅波进行整流,得到波包络变化的脉动电流,再用低通滤波器滤除去高频分量,便得到调制信号。
DSB调幅波不包含载波分量,所以不选用包络检波。
采用同步检波电路可以实现双边带调幅波。
在乘法器输入已调信号和载波信号,输出端有一个低通滤波器,滤除高频分量,得到低频调制信号。
当恢复的载波满足以下条件时:
(1)、幅度尽可能大,但不超过相乘器允许通过的最大电压。
(2)、载波振荡电压与原载波电压同频且同相。
满足以上两个条件时,检波器的传输系数就可以增大。
解调原理图
4低通滤波器电路的原理
在设计中,低通滤波器部分选用RC低通滤波器,它的作用就是允低频信号通过,滤除衰减的高频信号。
低通滤波器的上截止频率小于2倍的高频载波信号,同时要大于最高调制频率。
拉大了相乘检波器中的滤波器要滤除和提取的频率间隔。
低通滤波器的模型
五、电路设计
1、电路调制部分采用双差分对乘法器,双差分对乘法器的电路由三对差分管构成。
具体的电路图如下:
计算如下:
设输入信号
,
双端输出时,双端电流为
其中,
所以,
又因为
所以
上面的式子表明:
双差分对电路只是提供了2个非线性函数相乘的特征,并不能实现u1和u2的相乘运算。
(1)、当U1m<26mv,U2m<26mv时,式可近似为
,实现了u1和u2的相乘运算。
(2)、当U1m>26mv,U2m≤26mv时,式可近似为
包含的频率分量有:
,
,
,…
实现了i和u2的线性关系,但u2的幅值很小,可以用负反馈技术扩展u2的动态范围。
扩展后,双差分管输出差值电流为
2、解调电路部分采用二极管平衡解调电路进行同步检波,乘法器MC1496的Y输入端输入载波信号,X输入端输入从调制电路输出的已调信号,再接由C4和R6组成的低通滤波器,它用作滤除谐波分量。
示波器A和B分别输入已调信号和解调基带信号,可以观察到波形。
电路图如下:
暂取低通滤波器的参数为:
电阻R6=5.1KΩ,电容C4=5lnF,
得到低通滤波器的截止频率为:
3、模拟乘法器是整体电路的核心,设计中的调制部分采用双差分对乘法器,解调部分用MC1496芯片,。
模拟乘法器是将两个模拟信号相乘的有源非线性器件,主要功能就是实现两个输入信号与输出信号的相乘。
电路图如下:
4、综合以上分析,得到完整的DSB信号调制与解调电路如下:
六、仿真过程与分析
(1)、XSC4显示载波信号的波形如下:
(2)、XSC3显示调制信号的波形如下
(3)、XSC2显示已调信号的波形如下:
通过波形观察,可以得到:
所以,
=0.565
理想值为1,
(4)、XSA1显示已调信号的频谱如下:
观察已调信号的频谱图可知,因为前段电路没有经过带通滤波器,导致解调后得到的频谱图出现很多谐波,但总体变化的趋势保持不变。
(5)、XSC2显示解调信号波形及已调信号波形如下:
观察波形可以发现解调输出波形有较小失真,通过分析,波形失真的原因可能有:
(1)、在信号的传递过程中,存在频率偏移和相位偏移,影响波形的质量,从而产生失真。
(2)、乘法器的输出端口有少许的载频泄露,通过低通滤波器的滤除后,还是留有少许,对解调出的波形产生了干扰,从而产生失真。
七、问题与讨论
(1)、调制部分为什么用双差分对乘法器?
答:
双差分对电路由两个单差分对电路组成。
两只管子完全相同,输入与输出变压器完全对称的情况下,高频信号电压反相加在两个管子的基极,本振电压同相加在两个管子的发射极,经过非线性变换后,输出端主要为所需要的差频分量,抑制了许多组合频率,大大地减小了组合频率的干扰。
而且运用双差分对模拟乘法器,由差分电路组成的镜像电流抑制了其中存在的温度漂移。
(2)、解调部分为什么用的是同步检波,而不是包络检波?
答:
本设计电路进行的是抑制载波的双边带振幅调制信号的设计,它的包络不能直接反映调制信号的变化规律,无法用包络检波进行解调,所以要用同步检波法。
(3)、为什么用低通滤波器?
答:
低通滤波器的作用就是滤除高频信号,保留低频信号。
在电路中,产生了无用的高于截止频率2倍的高频载波频率,得到低频调制信号。
(4)、解调电路中所用的两个二极管D1和D2有什么作用?
答:
解调电路采用了同步检波法,输出的包络如图:
D1的作用就是取出正轴部分的包络,D2的作用就是取出负轴部分的包络,两种包络经过乘法器进行乘法运算后,得到如上图形。
八、设计方案的评价
优点:
(1)、运用双差分对模拟乘法器,由差分电路组成的镜像电流抑制了其中存在的温度漂移。
(2)可以双端输入信号,操作方便。
(3)、同步检波器直接反应调制信号的变化规律,可以清楚地看到它变化的过程。
缺点:
(1)、本地载波与输入信号载波的相位和频率不能同时相同,产生了误差。
(2)、在调制和解调的过程中产生的中心频率稳定性不太好。
九、心得体会
历时一个月的通信电子线路课程设计即将结束,在这次的课程设计过程中,我受益匪浅。
课程设计的目的就是让我们更好地掌握所学课程的内容和电路设计思路,在熟悉课本知识的基础上查阅更多资料和书籍,从课外获得更多的相关知识。
课程开始时,我与组员们一点头绪都没有,也不知道该如何入手,不知道应该设计什么样的电路。
所以我们只好到图书馆大量地翻阅资料,到各种网站上查阅相关的电路图和分析资料,可惜我们做了这么多的努力,还是没有大的进展。
幸好在经过认真地思考后,我们决定设计DSB波的调制与解调电路。
在设计和调试的过程中,我们遇到很多的坎坷,走了很多弯路,只怪自己学艺不精,书到用时方知少。
在电路的设计中,我们在不断地寻找合适的电路,经过多次比较与分析,我们才选择到合适的电路。
在这次设计中还需要使用Multisim软件对电路进行仿真,可是我们在以前的学习中没有系统地学习过这个软件的应用,所以我们只能慢慢摸索,在不断地使用中逐渐掌握了该软件的操作。
在调试的过程中,调试出来的波形失真太严重,又不知道如何分析找原因。
通过这次课程设计,我不仅掌握了DSB波的的调制与解调知识,还进一步了解了调幅系统,熟悉掌握了Multisim软件的应用,相信这次的课程设计将会在我未来学习提供很大的帮助。
参考文献:
1、《高频电子线路》张肃文高等教育出版社2009
2、《模拟电子线路》童诗白、华成英高等教育出版社
3、《通信电子线路》谢阮清、解月珍北京邮电大学出版社2000
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- 关 键 词:
- 通信 电子线路 课程设计