振幅調制與解調multisim仿真課程設計任務書

1、課程設計任務書學生：專業(yè)班級：指導教師： 工作單位： 題目:振幅調制與解調初始條件:振幅調制與解調原理，Multisim軟件要求完成的主要任務：(1) 設計任務根據(jù)振幅調制與解調的原理，設計電路圖，并在multisim 軟件仿真出波形結果。(2) 設計要求惰性失真測試；負峰切割失真的測試；檢波器電壓系數(shù)的測試；時間安排：1、 2014年11月皿日集中，作課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明2、 2014年11月7!日，查閱相關資料，學習基本原理。3、 2014年 £月_J8日 至2014年上月20日，方案選擇和電路設計。4、 2014年11月 日 至2014年11月21日，電

2、路仿真和設計說明書撰寫。5、 2014年1月 衛(wèi) 日上交課程設計報告，同時進行答辯。課設答疑地點：鑒主 13樓電子科學與技術實驗室。指導教師簽名：系主任(或責任教師)簽名摘要本文是振幅調制與解調的原理分析與multisim 仿真實現(xiàn)，其中包括其調制與解調的基本原理、數(shù)學定義、電路框圖、仿真原理、仿真波形及其在現(xiàn)代通信領域的重要性，其中詳細講述了電壓調制系數(shù)的定義、計算、及其對調制與解調結果的影響，最后對解調的兩種失真，惰性失真和負峰切割失真，進行了深入的分析并給出了減小這種失真的辦法。關鍵字：振幅調制，AM言號解調，multisim 仿真。AbstractThis paper is the p

3、rinciple of amplitude modulation and demodulation analysis and multisim simulation implementation, including its basic principle of modulation and demodulation, mathematical definition, circuit diagram and simulation principle and simulation waveform and its importance in the field of modern communi

4、cations, the definition and calculation of voltage modulation coefficient is described in detail, and its effect on the result of the modulati on and demodulatio n, the last of demodulati on of the two kinds of distort ion, inert distortion and negative peak cutting distortion, carried on the thorou

5、gh analysis and the way to minimize this distortion is given.Key words: amplitude modulati on, AM sig nal demodulati on, multisim simulati on.目錄1 振幅調制的原理1.1 調制在通信系統(tǒng)中的作用 41.2 調制的基本方式 41.3 振幅調制原理與實現(xiàn)方式 41.4 全載波調幅電路模型與工作原理 51.5 電壓調制系數(shù) 52 振幅調制的仿真 62.1 multisim軟件簡介 62.2 振幅調制的時域分析 62.3 振幅調制的頻域分析 73 調幅信號解調的

6、原理 93.1 調制信號的解調 93.2 包絡檢波 94 調幅信號解調的仿真 95 惰性失真的測試及分析 105.1 惰性失真產生原因 105.2 惰性失真的仿真測試 106 負峰切割失真的測試及分析 116.1 負峰切割失真的產生原因 116.2 負峰切割失真的仿真測試 117 總結 128 參考文獻：131 振幅調制的原理1.1 調制在通信系統(tǒng)中的作用調制技術是高頻電子線路課程中一個十分重要的技術，它是一種信號處理技術。無論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。調制的實質是進行頻譜的搬移 , 其作用與目的有以下三個方面。(a) 頻率變換：為了實現(xiàn)無線方式傳送信息，如將(0.3

7、-3.4KHZ )有效帶寬的語音信號調制到給定的高頻頻段上去，即將低頻信號變換為高頻信號，適應無線信道傳輸要求。(b) 實現(xiàn)頻率分配： 保證多個電臺同時工作時， 發(fā)出的信號互不干擾(c) 實現(xiàn)多路復用：例如將多路信號互不干擾的安排在同一物理信道中傳輸， 即實現(xiàn)頻分復用。1.2 調制的基本方式根據(jù)載波受調制參量的不同， 調制可分為三種基本方式， 它們分別是：振幅調制AM 蹲幗)萌制jS冬方扎 < 頻卑調制崩(調冊0I 相位訓制( 調相 )1.3 振幅調制原理與實現(xiàn)方式所謂振幅調制(AM),就是用調制信號 匕去控制高頻載波信號 Uc的振幅，使載波信號的 振幅按照 調制信號d的規(guī)律變化。即已調

8、制信號 Uam變化的周期與調制信號 d的周期相同,且幅度的變化與 調制信號的振幅成正比?/ AM fS弓：應通=t(l+ tn cus Q/)cos波乘唔調制)振幅凋制J信號種類DSE信號；Wuslj - KUn£e cos Qt cos抑制載波雙邊帶振寇息調制SSB'S號=址百 U (coc Qt cos sin Qt sin(W 制載菠單邊帶 JI幅調制)乘法器為三種振幅調制信號都有一個調制信號和載波的乘積項，所以振幅調制電路的實現(xiàn)是以 核心的頻譜線性搬移電路。1.4 全載波調幅電路模型與工作原理全載波振幅調制電路的模型如圖所示。uoUX固定宜流圖1-1全載波振幅調制電路

9、的模型Uc( U +udc)Uc cos Ct(U COS t %c)式1-1UcU COSt COS tUDCUC COS 龍UdCUc COS Ct2 UcU Cos( c12? cos( c有結果可以看出，輸出的調幅信號不僅含有邊帶信號，且含有高頻載波信號。1.5電壓調制系數(shù)全載波AM信號的標準形式為Uam Uc(1 ma COS t) COS式 1-2其中ma為電壓調制系數(shù)，又叫電壓調制度，反映了載波振幅受控的強弱程度，一般ma值越大調幅越深:0時 未調幅1時 最大調幅（百分之百）1時 過調幅，包絡失真,實際電路中必須避免由定義可得1 Umax Umin2UmaxUminUnax +

10、Uin其中Uma砧示調幅信號白最大振幅，Umin表示調幅信號的最小振幅。2振幅調制的仿真2.1 multisim 軟件簡介Multisim 是美國國家儀器（NI）推出的以 Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，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，并對電路進行仿真。Multisim 提煉了SPICE仿真的復雜容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim 和虛擬儀器技術,PC破

11、計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。2.2 振幅調制的時域分析在multisim 軟件中設計如圖2-1所示的電路圖，即可實現(xiàn)信號的振幅調制圖2-1振幅調制仿真電路設定調制信號d的頻率為1kHz,載波Uc的頻率一般遠大于調制信號的頻率，這里選 為2MHz®幅為2M由于所加的宜流信號為1M故調制信號的振幅等于電壓調制系數(shù)，圖2-2是調制信號的波形，調制結果如圖 2-3(a)、(b)、(c)所示，調制系數(shù)為別為 0.5、 1、1.5 ,即普通調幅、最大調幅和過調幅，可以看到，調幅波的振幅(包絡)變化規(guī)律與 調制信號波形一致

12、，包絡之的填充頻率是載波頻率，圖2-3(a)中，調幅波的最大振幅為3V,最小振幅為1V,已知調制系數(shù)為0.5 ,這印證了公式：maxUi.ma =式 2-1UMin圖2-2調制信號波形圖2-3(a) AM信號波形ma=0.5：址L啊即?笙 o 仇 ?S? iF< £ h ： f 千 H 壬J八卜訊,71朋本大hFWf Lit 皿 IWJ P:itfl! vn.卜如r-h氓雷0J彳諛音總cc *0 DCMM八* | b財ii冏1 vfoB g7詡詢小QC2.3 振幅調制的頻域分析圖2-3(b) AM信號波形ma=1當選取的載波頻率遠大于調制信號的頻率時,圖2-3(c) AM信號波

13、形ma=1.5 multisim中的示波器無法顯示全部的頻譜，這里為了宜觀的顯示調幅信號的頻譜，選取了 2kHz的載波和1kHz的調制信號，圖2-4是電路圖，圖2-5為調幅信號的頻譜圖，又有調幅波表達式式2-211U amUdcuc COS ct-ucU cos( c)2 UcU cos( c可知調幅波的特點有：(a) AM的頻譜由三部分組成：即載頻和上下邊頻.(b)載頻不含信息，兩邊頻包含相同的信息，所占帶寬為最高調制頻率f h的兩倍。(c)從功率利用率看，AM信號的功率利用率不充分，載波是不含傳送信息的，但它至少 占有2/3的功率，而載有信息的邊頻功率之和最多占總輸出功率的1/3。從有效地

14、利用發(fā) 射機功率來看,全載波調幅波是很不經(jīng)濟的。工5 Vp*( 1kHzI WC V圖2-4振幅調制頻域分析電路圖圖2-5 AM信號頻譜圖3調幅信號解調的原理3.1 調制信號的解調解調是調制的逆過程，是從高頻已調波中恢復出原低頻調制信號的過程。從頻譜上看,解調也是一種信號頻譜的線性搬移過程，是將高頻端的信號頻譜搬移到低頻端，解調過程是和調制過程相對應的，不同的調制方式對應于不同的解調方式。一般的解調方法有兩種，一種是包絡檢波，一種是同步檢波，本設計采用的是包絡檢波，其電路簡單，便于設計。3.2 包絡檢波二極管包絡檢波器是包絡檢波器中最簡單、最常用的一種電路。它適合于解調信號電平較大（俗稱大信號

15、，通常要求峰-峰值為0.5V以上）的AM波。它具有電路簡單，檢波 線性好，易于實現(xiàn) 等優(yōu)點。4調幅信號解調的仿真根據(jù)包絡檢波的原理在 multisim 軟件中設計如圖4-1所示的電路圖，AM信號宜接在 元件庫中選取，AM信號的參數(shù)與2.2節(jié)中已調信號參數(shù)相同，解調的結果如圖4-2所示，可以看到信號的周期 T=T2-T仁1.002ms, f=1kHz ,即等于調制信號的周期，實現(xiàn)了AM調制 信號的解調。其中，R1, C1電路有兩個作用，一是作為檢波器的負載，在其兩端產生調制頻率電壓；二是起到高頻電流的旁路作用，為此目的，需要滿足1 / C = RC1 = 1 / 式 4-1計算可得R1C1在51

16、0-7到10-3之間。圖4-1 AM信號解調仿真電路圖圖4-2 AM信號解調后波形5惰性失真的測試及分析5.1惰性失真產生原因AM信號包絡檢波檢波電路參數(shù)設置不當會產生兩種失真，分別為惰性失真和負峰切割失真，其中惰性失真有稱為對角線失真或放電失真，其產生原因為，C1R1很大，放電很慢,可能在隨后的若干的高頻周期，包絡線電壓雖已下降，而C1上的電壓還大于包絡線電壓，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角線形狀，對角線失真可以總結為電容放電曲線叫（0的下降速度慢于包絡線電壓下降的速度。不失真的條件為：j1 ma24R1C1-式 5-1m由此可見，m 越大，包絡的下

17、降速度越快，要求的R1C僦越小。5.2惰性失真的仿真測試設置調制系數(shù)為0.5, R1從原來的10k增大到100k ,其他參數(shù)不變，使其不滿 足式5-1 ,運行后，仿真結果如圖5-2,明顯可以看到出現(xiàn)惰性失真。圖5-1惰性失真電路參數(shù)圖5-2惰性失真波形6負峰切割失真的測試及分析6.1 負峰切割失真的產生原因負峰切割失真又稱為底部切割失真，這種失真是因檢波器的交宜流負載電阻不同引起的。為了取出低頻調制信號，檢波器電路加入C2和R2,電容C2應對低頻呈現(xiàn)短路，R2是所接負載。當檢波器接有 C2和R2時，檢波器的宜流負載電阻 Fdc仍等于R1,而低頻交 流負載Rac等于R1與R2的并聯(lián)，因為Roc不

18、等于Rc,將引起底部失真。要避免負峰切割失真，應滿足：R2式 6-1R1+R26.2 負峰切割失真的仿真測試如圖6-1所示電路圖，設置調制系數(shù)為0.7 , R2從原來的20k減小到1k ,其他C2HF60pFR2 ikn圖6-1負峰切割失真電路參數(shù)圖6-2負峰切割失真波形參數(shù)不變，即可得仿真結果，如圖 6-2所示，為負峰切割失真。負峰切割失真D1 DIODE.VIRTUALUani、-4-；2V/ 2M也 1 KHz7總結在這一周的課程設計中，我首先查閱教材和其他資料，深入理解振幅調制與解調的原理與電路實現(xiàn)，然后開始在 multisim 軟件中設計仿真電路圖，振幅調制只涉及到一個乘法器，相對來說比較簡單，很快就得到了想要的仿真結果，接下來是AMit號的解調，搭建電路時只遇到了一個困難，就是 AMit號源的選擇，由于我是第一次使用這個軟件，對 軟件的各種 操作不熟悉，不過百度了一下就解決了，隨后是包絡檢波電