高頻電子線路課程設(shè)計(jì)同步檢波法來實(shí)現(xiàn)解調(diào)的雙邊帶調(diào)制解調(diào)電路

1、 目錄摘要1第1章 設(shè)計(jì)意義2第2章 調(diào)制解調(diào)原理概述32.1 調(diào)幅原理32.2 dsb調(diào)制部分原理32.3 dsb解調(diào)部分原理42.4 低通濾波器部分原理5第3章 設(shè)計(jì)要求63.1 目的63.2 主要的技術(shù)指標(biāo)63.3 基本要求6第4章 仿真軟件multisim簡介7第5章 設(shè)計(jì)過程95.1 總體方案95.2電路設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇9第6章 仿真過程146.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果146.2 結(jié)果分析16總結(jié)17參考文獻(xiàn)18摘要 調(diào)制和解調(diào)電路是現(xiàn)代通信設(shè)備中重要組成部分。用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻載波的某個(gè)參數(shù)電路稱為調(diào)制電路；解調(diào)是調(diào)制的逆過程，從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)稱為解調(diào)電路。本設(shè)計(jì)完成了一

2、個(gè)采用同步檢波法來實(shí)現(xiàn)解調(diào)的雙邊帶調(diào)制解調(diào)電路。本文首先介紹了dsb的調(diào)制解調(diào)原理，然后詳細(xì)的給出了其設(shè)計(jì)過程，并應(yīng)用multisim軟件對(duì)dsb調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行了仿真分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該電路能夠完成一個(gè)信號(hào)的dsb調(diào)制解調(diào)，但它與理論波形相比存在一個(gè)較小的失真。 關(guān)鍵詞: dsb調(diào)制解調(diào) multisim 仿真第1章 設(shè)計(jì)意義 在現(xiàn)代通信和廣播發(fā)送系統(tǒng)中，將待發(fā)送的語言、音樂或圖像信號(hào)，作用于高頻等幅波，使其幅度隨之變化，成為調(diào)幅。在接受系統(tǒng)中，從經(jīng)過調(diào)幅處理后的高頻信號(hào)中，還原出原語言、音樂或圖像信號(hào)，稱為振幅檢波，通常簡稱為檢波。在發(fā)送、接收機(jī)中，為了提高通信質(zhì)量和處理信號(hào)的方便，需要

3、對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行頻率變換處理，但其所包含的信息不變，稱為變頻。在通信理論中，證明了調(diào)幅、檢波和變頻，都是頻譜的搬移。在通信理論中，根據(jù)調(diào)幅信號(hào)所含頻譜及其相對(duì)大小不同，可以分為普通調(diào)幅信號(hào)，雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，單邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅信號(hào)。通信電子線路主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容是無線電通信系統(tǒng)中發(fā)射和接收設(shè)備中單元電路的形式及工作原理等。這些概念及原理對(duì)于學(xué)生來說十分抽象，通過動(dòng)手設(shè)計(jì)及仿真可以使學(xué)生更形象的掌握調(diào)制、解調(diào)、頻譜搬移等概念，對(duì)通信過程有更深入的理解。第2章 調(diào)幅的調(diào)制與解調(diào)原理概述2.1 調(diào)幅原理 在廣播、電視、移動(dòng)通信等通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的音頻或視頻等有用信號(hào)（也稱為調(diào)制信號(hào)）包含的頻率成分相

4、對(duì)比較低，直接地發(fā)射和接受是不合適的。因此，產(chǎn)生一個(gè)載波信號(hào)（也稱為高頻或射頻rf信號(hào)），將頻率較低的有用信號(hào)作用在頻率較高的載波信號(hào)上，這個(gè)過程稱為調(diào)制。載波信號(hào)有三個(gè)主要特征：振幅、頻率和相位。用調(diào)制信號(hào)區(qū)改變其中特征之一即完成了調(diào)制過程。解調(diào)是與其相反的過程。若是用調(diào)制信號(hào)改變載波的振幅，稱為振幅調(diào)制。調(diào)幅電路又稱幅度調(diào)制電路，指能使高頻載波信號(hào)的幅度隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的調(diào)制電路。幅度調(diào)制電路有多種電路形式。本次設(shè)計(jì)采用高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生載波，它和調(diào)制信號(hào)經(jīng)乘法器后輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。 圖 2.1.1 調(diào)幅波原理2.2 dsb調(diào)制部分原理 一般在單邊帶和雙邊帶調(diào)制的發(fā)射機(jī)中，

5、都采用低電平調(diào)制電路。低電平調(diào)制電路主要優(yōu)點(diǎn)是具有良好的調(diào)制線性，而功率和效率一般不予考慮。對(duì)于雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制，還提出了抑制載波分量的要求，抑制的程度用載漏表示。載漏定義為輸出載波分量低于邊帶波分量的分貝數(shù)。顯然分貝數(shù)越大，載漏性越好。一般要求載漏在20db以上。為了提高調(diào)制線性和減少載漏，必須力求采用能實(shí)現(xiàn)理想相乘器運(yùn)算的相乘器，一遍減少無用頻率分量，特別是減少其中的載波分量和失真分量。因此，對(duì)于低電平調(diào)制電路，除了采用具有二次方特性的場效應(yīng)晶體管組成的相乘電路外，更多的是采用性能優(yōu)良的相乘器電路。其中應(yīng)用最廣的是雙差分對(duì)模擬相乘器、工作在開關(guān)狀態(tài)的二極管平衡調(diào)制器和喚醒調(diào)制器以及集

6、成模擬相乘器等。針對(duì)am波的不足，dsb調(diào)幅調(diào)制過程中將載波完全抑制，它的產(chǎn)生原理是調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)直接相乘。調(diào)制信號(hào) 載波信號(hào)原理框圖: 圖2.2.1 調(diào)制原理圖2.3 dsb解調(diào)部分原理 由于dsb調(diào)幅波中不含有載波分量，因此不能用包絡(luò)檢波。所以對(duì)于雙邊帶調(diào)幅波只能采用同步檢波電路實(shí)現(xiàn)，同步檢波通常又稱為相干檢波。 將已調(diào)信號(hào)和載波信號(hào)輸入乘法器，乘法器輸出端接一低通濾波器以濾除高頻分量，取出低頻調(diào)制信號(hào)。 原理框圖如下： 圖2.3.1 解調(diào)原理圖為了增大檢波器 的傳輸系數(shù)，對(duì)恢復(fù)的載波要求是：（1） 幅度要盡可能大，但不應(yīng)超過相乘器最大容許輸入電壓。（2） 載波震蕩電壓不但應(yīng)與原載波電

7、壓同頻，而且應(yīng)該同相。因?yàn)?，達(dá)到最大值，相應(yīng)的值也達(dá)到最大的可能值。故相乘檢波也稱同步檢波。2.4 低通濾波器部分原理所謂rc低通濾波器就是允許低頻信號(hào)通過，而將高頻信號(hào)衰減的電路濾除。圖2.4.1 低通濾波器模型對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。當(dāng)使用在音頻應(yīng)用時(shí)，它有時(shí)被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個(gè)工具都通過剔除短期波動(dòng)、保留長期發(fā)展趨勢提供了信號(hào)的平滑形式。低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同

8、于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)平均數(shù)（moving average)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器。在dsb解調(diào)電路中低通濾波器的上截止頻率應(yīng)低于2倍的高頻載波頻率，而高于最高調(diào)制頻率。相乘檢波器中的濾波器所需濾除和所需提取的頻率間隔拉大了，濾波器的制作較容易。第3章 設(shè)計(jì)要求3.1 目的 本次課設(shè)的目的就是通過學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計(jì)與仿真軟件的基礎(chǔ)上，按要求設(shè)計(jì)一個(gè)通信電子線路并仿真，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行一次比較全面的訓(xùn)練，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)3.2 主要的技術(shù)指標(biāo)1、采用乘法器來實(shí)現(xiàn)dsb的調(diào)制，解調(diào)采用同步檢波法；2、輸入信號(hào)頻率5khz

9、，電壓60mv左右，調(diào)幅系數(shù)為0.5，載波頻率為100khz，載波電壓為60mv（參考）。 3.3 基本要求 學(xué)習(xí)和掌握幅度調(diào)制和解調(diào)電路設(shè)計(jì)方法，熟悉相關(guān)元器件的工作的原理和基本參數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)幅發(fā)射（或接收）的電路。學(xué)習(xí)并掌握電路設(shè)計(jì)仿真軟件的基本操作。主要包括：1、幅度調(diào)制與解調(diào)電路原理分析；2、電路設(shè)計(jì)；3、電路分析；4、仿真結(jié)果和分析。第4章 仿真軟件multisim簡介multisim 11.0是加拿大 interactive image technologies公司 2010 年推出的 multisim 最新版本。可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路

10、、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等。可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路。它有豐富的元件庫，為用戶提供元器件模型的擴(kuò)充和技術(shù) ；虛擬測試儀器儀表種類齊全，其操作方法與實(shí)際儀器十分相似 ；具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等 18 種電路分析方法，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)的要求 ；提供了多種輸入輸出接口，multisim2001 可以與國內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件protel及

11、電路仿真軟件pspice之間的文件接口，也能通過windows 電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版，同時(shí)還支持vhdl和verilog hdl語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。multisim 11.0 把所有的元件分成13類庫，再加上放置分層模塊、總線、登錄網(wǎng)站共同組成元件工具欄。 multisim 11.0提供了18種儀表，儀表工具欄通常位于電路窗口的右邊，也可以用鼠標(biāo)將其拖至菜單的下方，呈水平狀。multisim 10具有以下特點(diǎn): (1)multisim 11.0是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件。其元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫

12、所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此可以很方便地在工程設(shè)計(jì)中使用。 (2)multisim 11.0 的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。 (3) multisim 11.0 具有較詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。(4) multi

13、sim11.0可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機(jī)接口電路等?？梢詫?duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的過程中還可以存儲(chǔ)測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)。multisim11.0是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件。它用軟件的方法模擬電子線路元器件和儀器儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”和“軟件即儀器”。 multisim10是一個(gè)電路原理設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件，該軟件為電子工程師提供了

14、一個(gè)電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，不僅與國際著名的模擬電路仿真軟件spice兼容，而且具有較強(qiáng)的 vhdl和 verilog設(shè)計(jì)與仿真功能。它具有界面形象、直觀易懂、采用圖形方式創(chuàng)建電路的特點(diǎn)；它豐富的元件庫中提供了超過16000個(gè)組件，全部采用世紀(jì)模型，確保了仿真結(jié)果的真實(shí)性和實(shí)用性；它采用開放式的庫管理模式，能自動(dòng)地生成模擬和數(shù)字組件模型，這對(duì)新器件的補(bǔ)充十分有利。multisim10.0的虛擬測試儀器種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、直流、交流電源；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測試儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)

15、分析儀等。multisim11.0具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。multisim（電子工作平臺(tái)）軟件，是一種在電子技術(shù)界廣為應(yīng)用的優(yōu)秀計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件，被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室”。其特點(diǎn)是圖形界面易操作，易學(xué)、易用，快捷方便、真實(shí)、準(zhǔn)確。使用multisim可實(shí)現(xiàn)大部分硬件電路實(shí)驗(yàn)的功能。最突出的特點(diǎn)是用戶界面友好，各類器件和集成芯片豐富，尤其是其直觀的虛擬儀表是multisim軟件的一大特色。它采用直

16、觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取。multisim11.0 可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及微機(jī)接口電路等；可以對(duì)被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲(chǔ)測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和數(shù)據(jù)。第5章 設(shè)計(jì)過程5.1 總體方案總體電路設(shè)計(jì)框圖如下： 圖5.1.1 總體設(shè)計(jì)框圖當(dāng)用作調(diào)制的乘法器的雙差分對(duì)處于

17、線性工作狀態(tài)時(shí)，給其輸入調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制后得到已調(diào)信號(hào)。當(dāng)用于解調(diào)的乘法器也工作于線性狀態(tài)時(shí)給其輸入已調(diào)信號(hào)和載波信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)后得到信號(hào)，將輸入低通濾波器得到基帶信號(hào)。5.2電路設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇整體電路核心為模擬乘法器，本實(shí)驗(yàn)在調(diào)制部分應(yīng)用雙差分對(duì)乘法器，在解調(diào)部分應(yīng)用mc1496芯片。模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)相乘功能的有源非線性器件，主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)的相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。它有兩個(gè)輸入端口，即x和y輸入端口。根據(jù)雙差分對(duì)模擬乘法器基本原理制成的單片集成模擬相乘器mc1496是四象限乘法器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.2.1。 圖5.2.1 mc1496

18、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖5.2.2 mc1496管腳排列 圖5.2.3 mc1496符號(hào)調(diào)制電路采用雙差分對(duì)乘法器，雙差分對(duì)乘法電路由三對(duì)差分管構(gòu)成。在本課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的電路圖如圖5.2.4。 圖5.2.4 調(diào)制部分電路圖設(shè)輸入信號(hào)，。雙端輸出時(shí)，雙端電流 其中，故，其中，。因而 上式說明，雙差分對(duì)電路并沒有實(shí)現(xiàn)和的相乘運(yùn)算，僅提供了兩個(gè)非線性函數(shù)（雙曲正切）相乘的特征。與單差分電路分析類似。（1），時(shí)，式子近似為這時(shí)實(shí)現(xiàn)了和的乘法運(yùn)算。（2），時(shí)，式子近似為這時(shí)包含頻率成分為 ，雖然實(shí)現(xiàn)了和的線性關(guān)系，但幅值都很小。為此，在實(shí)際電路中采用負(fù)反饋技術(shù)來擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)范圍。擴(kuò)展后雙差分管的輸出差值電流為解調(diào)電路

19、應(yīng)用二極管平衡解調(diào)電路進(jìn)行同步檢波，乘法器mc1496的y輸入端接載波信號(hào)，x輸入端接從調(diào)制電路輸出的已調(diào)信號(hào)，后接由和組成的低通濾波器濾除諧波分量。示波器a、b端分別輸入已調(diào)信號(hào)和解調(diào)基帶信號(hào)，可觀察到二者波形。暫時(shí)選取低通濾波器參數(shù)為電阻，電容，計(jì)算可得低通濾波器截止頻率。解調(diào)部分電路圖如圖5.2.5。 圖5.2.5 解調(diào)部分電路圖綜合上述分析，完整的dsb信號(hào)調(diào)制解調(diào)電路圖設(shè)計(jì)如下 圖5.2.6 總調(diào)制解調(diào)電路圖第6章 仿真過程6.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果xsc3顯示調(diào)制信號(hào)波形 圖6.1.1 調(diào)制信號(hào)波形xsc4顯示載波信號(hào)波形 圖6.1.2 載波信號(hào)波形xsa1顯示已調(diào)信號(hào)頻譜圖6.1.3 已調(diào)信

20、號(hào)頻譜xsc2顯示已調(diào)信號(hào)波形 圖6.1.4 已調(diào)信號(hào)波形xsc2顯示解調(diào)信號(hào)波形及已調(diào)信號(hào)波形 圖6.1.5 解調(diào)信號(hào)波形及已調(diào)信號(hào)波形6.2 結(jié)果分析1、在已調(diào)波的波形中可讀出，所以=0.565, 理想值為1。2、觀察圖6.1.5可看到解調(diào)輸出波形有失真，分析其失真原因有以下幾點(diǎn)：（1）由于電路中選擇的芯片作用，相乘器的最大容許輸入電壓與電路中本機(jī)振蕩電壓相差不大，致使產(chǎn)生的解調(diào)信號(hào)波形產(chǎn)生少許失真。（2）在乘法器的輸出端口有少許的載頻泄漏，在低通濾波器濾除時(shí)仍然留有少許，對(duì)解調(diào)出的波形產(chǎn)生干擾，從而產(chǎn)生少許失真。（3）在信號(hào)傳遞過程中，頻率和相位偏移都會(huì)影響波形的質(zhì)量，從而產(chǎn)生失真。（4）因?yàn)樵诘诙轮薪榻B了在dsb信號(hào)解調(diào)電路中濾波器上截止頻率應(yīng)低于2倍的高頻載波頻率，而高于最高調(diào)制頻率。即要求且，在設(shè)計(jì)電路中濾波器截止頻率僅為0.61khz，不滿足上述要求，所以解調(diào)出的信號(hào)有一定失真。3、觀察圖6.1.3已調(diào)信號(hào)頻譜圖可看到，由于前段電路沒有經(jīng)過帶通濾波器，導(dǎo)致解調(diào)后得到的頻譜圖出現(xiàn)多次諧波。但其總體變化趨勢保持不變。參考文獻(xiàn)1 侯麗敏.通信電子線路.清華大學(xué)出版社.20082 謝阮清.解月珍.通信電子線路.北京郵電大學(xué)出版社.20003 沈琴.非線性電子線路.高等教育出版社.20044 張肅文.高頻電子線路.高等教育出版社.19935 j.卡爾約瑟