振幅調(diào)制與解調(diào) 課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 工作單位：信息工程學(xué)院 題 目: 振幅調(diào)制與解調(diào) 初始條件：計(jì)算機(jī)、Multisim軟件要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周2、技術(shù)要求： （1）學(xué)習(xí)Multisim軟件。 （2）設(shè)計(jì)振幅調(diào)制與解調(diào)電路。 （3）對(duì)振幅調(diào)制與解調(diào)電路進(jìn)行Multisim軟件仿真工作。包括這些內(nèi)容：惰性失真測(cè)試；負(fù)峰切割失真測(cè)試；檢波器電壓系數(shù)的測(cè)試。 3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間

2、安排：2014.9.18 下達(dá)任務(wù)書(shū)2014.9.19-9.26 根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路，在計(jì)算機(jī)上仿真，并撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)；2014年9月28日上午，答辯。指導(dǎo)教師簽名：年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年 月 日 目錄目錄2摘要IAbstractII1 振幅調(diào)制的基本原理11.1調(diào)制11.2調(diào)制類(lèi)型11.3振幅調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方式21.4電壓調(diào)制系數(shù)31.5全載波調(diào)幅電路模型與工作原理32 調(diào)幅波的性質(zhì)42.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式42.2調(diào)幅波的波形圖42.3抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波52.4單邊帶調(diào)幅波53 振幅調(diào)制的仿真73.1 multisim軟件簡(jiǎn)介73.2振幅調(diào)制的時(shí)域分析74 調(diào)制信號(hào)解

3、調(diào)原理10 4.1調(diào)制信號(hào)的解調(diào)104.2包絡(luò)檢波105 調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的仿真116 惰性失真的測(cè)試及分析126.1惰性失真產(chǎn)生原因126.2惰性失真的仿真測(cè)試127 負(fù)峰切割失真的測(cè)試及分析147.1負(fù)峰切割失真的產(chǎn)生原因147.2負(fù)峰切割失真的仿真測(cè)試148 心得與體會(huì)15摘要在通信系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)的某些特征進(jìn)行改變以利于信號(hào)的傳輸是非常重要的。其中，對(duì)信號(hào)振幅的調(diào)制與解調(diào)在頻譜的線性搬移中占有很大的比重。振幅調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，實(shí)質(zhì)按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。從高頻已調(diào)信號(hào)中回復(fù)調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)，對(duì)于振幅調(diào)制信號(hào)，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。本論文介紹了用Mul

4、tisim軟件來(lái)仿真模擬信號(hào)的振幅調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程。主要包括振幅調(diào)制與解調(diào)的原理、Multisim軟件的介紹、用Multisim軟件搭建電路和進(jìn)行電路仿真的具體步驟等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：振幅調(diào)制、調(diào)幅解調(diào)、仿真AbstractIn a communication system, changing some of the characteristics of the signal to facilitate the transmission of signals is very important. Among them, the signal amplitude modulation and dem

5、odulation holds a large proportion in the linear moving of the spectrum. Amplitude modulation is the controlling of the amplitude of the carrier by a modulation signal, substantially is the changes according to the law of the modulation signal. Demodulation is to restore modulation signal from high

6、frequency modulated signal. As for amplitude modulation signal, demodulation is extracted modulation signal from its amplitude.This paper introduces the processes of using Multisim software to simulate the modulation and demodulation of analog signal. It includes the principle of amplitude modu

7、lation and demodulation、the introduction of Multisim software and the use of Multisim software when building circuit and the simulation the specific steps and so on.Keywords:Amplitude modulation、Amplitude demodulation、SimulationI1 振幅調(diào)制的基本原理1.1調(diào)制 用一個(gè)調(diào)制信號(hào)（要傳送的信息）去控制一個(gè)高頻震蕩信號(hào)（載波），把要傳送的調(diào)制信號(hào)載于高頻震蕩之上的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)

8、制。完成這個(gè)任務(wù)的電路稱(chēng)之為調(diào)制電路或者調(diào)制器。經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻信號(hào)叫做已調(diào)波信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)已調(diào)波。1.2調(diào)制類(lèi)型1.3振幅調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方式 非線性電路具有頻率變換的功能，即通過(guò)非線性器件相乘的作用產(chǎn)生與輸入信號(hào)波形的頻譜不同的信號(hào)。當(dāng)頻率變換前后，信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變，只是將信號(hào)頻譜無(wú)失真在頻率軸上搬移，則稱(chēng)之為線性頻率變換，具有這種特性的電路稱(chēng)之為頻譜搬移電路。如圖1和圖2所示。 圖1 調(diào)幅原理 圖2 檢波原理 我們可以得知，它們的實(shí)現(xiàn)框圖幾乎是相同的，都是利用非線性器件對(duì)輸入信號(hào)頻譜實(shí)行變換以產(chǎn)生新的有用頻率成分后，濾除無(wú)用頻率分量。 從頻譜結(jié)構(gòu)看，上述頻率變換電路都只是對(duì)輸入信號(hào)頻譜實(shí)行橫向

9、搬移而不改變?cè)瓉?lái)的譜結(jié)構(gòu)，因而都屬于所謂的線性頻率變換。頻譜的橫向平移從時(shí)域角度看相當(dāng)于輸入信號(hào)與一個(gè)參考正弦信號(hào)相乘，而平移的距離由此參考信號(hào)的頻率決定，它們可以用乘法電路實(shí)現(xiàn)。所謂振幅調(diào)制(AM), 就是用調(diào)制信號(hào)U去控制高頻載波信號(hào)Uc的振幅,使載波信號(hào)的振幅按照調(diào)制信號(hào)U的規(guī)律變化。即已調(diào)制信號(hào)UAM變化的周期與調(diào)制信號(hào)U的周期相同，且幅度的變化與調(diào)制信號(hào)的振幅成正比.三種振幅調(diào)制信號(hào)都有一個(gè)調(diào)制信號(hào)和載波的乘積項(xiàng)，所以振幅調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)是以乘法器為核心的頻譜線性搬移電路。1.4電壓調(diào)制系數(shù)全載波AM信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)形式為 其中ma為電壓調(diào)制系數(shù)，又叫電壓調(diào)制度，反映了載波振幅受控的強(qiáng)弱程度

10、，一般ma值越大調(diào)幅越深： 由定義可得 其中Umax表示調(diào)幅信號(hào)的最大振幅，Umin表示調(diào)幅信號(hào)的最小振幅。1.5全載波調(diào)幅電路模型與工作原理 圖3 全載波振幅調(diào)制電路的模型 全載波振幅調(diào)制電路的模型如圖3所示。輸出的調(diào)幅信號(hào)不僅含有邊帶信號(hào)，且含有高頻載波信號(hào)。2 調(diào)幅波的性質(zhì)2.1調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 通常調(diào)制要傳送的信號(hào)波形是比較復(fù)雜的，但無(wú)論多么復(fù)雜的信號(hào)都可用傅氏級(jí)數(shù)分解為若干正弦信號(hào)之和。為了分析方便起見(jiàn)，我們一般把調(diào)制信號(hào)看成一簡(jiǎn)諧信號(hào)。 設(shè) 簡(jiǎn)諧調(diào)制信號(hào) 載波信號(hào) 則調(diào)幅信號(hào)的振幅為 其中，ma 稱(chēng)為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制后改變

11、的最大程度。一般0ma1。2.2調(diào)幅波的波形圖 當(dāng)載波頻率 調(diào)制信號(hào)頻率，0ma1，則可畫(huà)出調(diào)制信號(hào)和已調(diào)幅波形分別如下圖所示。從圖中可看出調(diào)幅波是一個(gè)載波振幅按照調(diào)制信號(hào)的大小線性變化的高頻振蕩，其振蕩頻率保持載波頻率不變。 圖4調(diào)制信號(hào) 圖5載波 圖6調(diào)幅波 圖7頻譜圖2.3抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波為了克服普通調(diào)幅波效率低的缺點(diǎn)，提高設(shè)備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號(hào)。 這就是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波(DSB AM)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 其所占據(jù)的頻帶寬度仍為調(diào)制信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍，即2.4單邊帶調(diào)幅波上邊頻與下邊頻的頻譜分量對(duì)稱(chēng)含有相同的信息。也可以只發(fā)送單個(gè)邊信號(hào)，稱(chēng)之為

12、單邊帶通信(SSB)。其表達(dá)式為：其頻帶寬度為： 3 振幅調(diào)制的仿真3.1 multisim軟件簡(jiǎn)介Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工

13、作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。3.2振幅調(diào)制的時(shí)域分析在multisim軟件中設(shè)計(jì)如8所示的電路圖，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的振幅調(diào)制圖8 振幅調(diào)制仿真電路圖9是調(diào)制信號(hào)的波形，調(diào)制結(jié)果如圖9(a)、(b)、(c)所示，調(diào)制系數(shù)為別為1、0.5、2，即最大調(diào)幅,普通調(diào)幅和過(guò)調(diào)幅，可以看到，調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律與調(diào)制信號(hào)波形一致，包絡(luò)之內(nèi)的填充頻率是載波頻率，印證了公式： 圖9調(diào)制信號(hào)波形 圖9(a) AM信號(hào)波形ma=1 圖9(b) AM信號(hào)波形ma=0.5 圖9(c) AM信號(hào)波形ma=24 調(diào)制信號(hào)解調(diào)原理 4.1調(diào)制信號(hào)的解調(diào) 解調(diào)是調(diào)制的

14、逆過(guò)程，是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)出原低頻調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。從頻譜上看，解調(diào)也是一種信號(hào)頻譜的線性搬移過(guò)程，是將高頻端的信號(hào)頻譜搬移到低頻端，解調(diào)過(guò)程是和調(diào)制過(guò)程相對(duì)應(yīng)的，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)于不同的解調(diào)方式。一般的解調(diào)方法有兩種，一種是包絡(luò)檢波，一種是同步檢波，本設(shè)計(jì)采用的是包絡(luò)檢波，其電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。4.2包絡(luò)檢波 二極管包絡(luò)檢波器是包絡(luò)檢波器中最簡(jiǎn)單、最常用的一種電路。它適合于解調(diào)信號(hào)電平較大（俗稱(chēng)大信號(hào)，通常要求峰-峰值為0.5V 以上）的AM波。它具有電路簡(jiǎn)單，檢波線性好，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。5 調(diào)幅信號(hào)解調(diào)的仿真根據(jù)包絡(luò)檢波的原理在multisim軟件中設(shè)計(jì)如圖10所示的電路圖，AM信號(hào)直接

15、在元件庫(kù)中選取，解調(diào)的結(jié)果如圖11所示，可以看到信號(hào)的周期T=T2-T1=1.002ms，f=1kHz，即等于調(diào)制信號(hào)的周期，實(shí)現(xiàn)了AM調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。其中，R1，C1電路有兩個(gè)作用，一是作為檢波器的負(fù)載，在其兩端產(chǎn)生調(diào)制頻率電壓；二是起到高頻電流的旁路作用，為此目的，需要滿足 計(jì)算可得R1C1在 之間。圖10 AM信號(hào)解調(diào)仿真電路圖圖11 AM信號(hào)解調(diào)仿真電路圖6惰性失真的測(cè)試及分析6.1惰性失真產(chǎn)生原因AM信號(hào)包絡(luò)檢波檢波電路參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生兩種失真，分別為惰性失真和負(fù)峰切割失真，其中惰性失真有稱(chēng)為對(duì)角線失真或放電失真，其產(chǎn)生原因?yàn)椋珻1R1很大，放電很慢，可能在隨后的若干的高頻周期內(nèi)，

16、包絡(luò)線電壓雖已下降，而C1上的電壓還大于包絡(luò)線電壓，這就使二極管方向截止，失去檢波作用。在截至期間，檢波輸出波形呈傾斜的對(duì)角線形狀，對(duì)角線失真可以總結(jié)為電容放電曲線的下降速度慢于包絡(luò)線電壓下降的速度。不失真的條件為： 由此可見(jiàn)，ma，W越大，包絡(luò)的下降速度越快，要求的R1C1就越小。6.2惰性失真的仿真測(cè)試設(shè)置調(diào)制系數(shù)為0.5，R1從原來(lái)的10W增大到1000W，其他參數(shù)不變，運(yùn)行后，仿真結(jié)果如圖13，明顯可以看到出現(xiàn)惰性失真。圖12 惰性失真電路參數(shù)圖13 惰性失真波形7 負(fù)峰切割失真的測(cè)試及分析7.1負(fù)峰切割失真的產(chǎn)生原因負(fù)峰切割失真又稱(chēng)為底部切割失真，這種失真是因檢波器的交直流負(fù)載電阻不

17、同引起的。為了取出低頻調(diào)制信號(hào)，檢波器電路加入C2和R2，電容C2應(yīng)對(duì)低頻呈現(xiàn)短路，R2是所接負(fù)載。當(dāng)檢波器接有C2和R2時(shí)，檢波器的直流負(fù)載電阻RDC仍等于R1，而低頻交流負(fù)載RAC等于R1與R2的并聯(lián)，因?yàn)镽DC不等于RAC，將引起底部失真。要避免負(fù)峰切割失真，應(yīng)滿足：7.2負(fù)峰切割失真的仿真測(cè)試如圖14所示電路圖，設(shè)置調(diào)制系數(shù)為0.7，R2從原來(lái)的10W減小到1W，其他參數(shù)不變，即可得仿真結(jié)果，如圖15所示，為負(fù)峰切割失真。圖14 負(fù)峰切割失真電路參數(shù)峰切割失真圖15 負(fù)峰切割失真波形8 心得與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的完成，收獲頗多，首先，我更加明白了振幅調(diào)制與解調(diào)的各方面的基本概念，什么是調(diào)制，什么是解調(diào)。其次，我明白了波形應(yīng)該是什么樣的，之前在課本上