單邊帶調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)與仿真的課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、 *實(shí)踐教學(xué)* 理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2010年秋季學(xué)期高頻電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì) 題 目：?jiǎn)芜厧д{(diào)幅電路的設(shè)計(jì)與仿真 摘 要本文分析了信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)的各種方法，并設(shè)計(jì)相移法實(shí)現(xiàn)單邊帶的調(diào)制的電路，而且設(shè)計(jì)同步檢波電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。 在電路的實(shí)現(xiàn)中，不僅分析了總體電路，而且分析總體電路的各部分構(gòu)成以與其中的元件。這些元件或模塊都在Multisim10中仿真測(cè)試其性能。對(duì)比集成元件構(gòu)成的電路和實(shí)物設(shè)計(jì)模擬的性能后，分析了出現(xiàn)差異的原因。關(guān)鍵詞：?jiǎn)芜厧щ娐罚嘁品?，高頻載波，相乘器，Multisim10目 錄 一、單邊帶的調(diào)制與解調(diào)原理31調(diào)制原理3（1）濾波法3（2）相移法32 解調(diào)原理4二、電

2、路工作原理與設(shè)計(jì)說(shuō)明51 相移法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅波電5（1）用集成元件得到理想調(diào)幅波5（2）對(duì)應(yīng)的實(shí)物模擬圖52 信號(hào)解調(diào)電路8三、電路性能的仿真測(cè)試和分析91 Multisim10簡(jiǎn)介92 調(diào)制電路的性能測(cè)試和分析9（1）微分器性能測(cè)試和分析9（2）相乘器的性能測(cè)試和分析103 解調(diào)電路的性能測(cè)試與分析13總結(jié)15致15附錄16附錄 元器件清單16參考文獻(xiàn)17一、單邊帶的調(diào)制與解調(diào)原理1調(diào)制原理（1）濾波法它的原理是利用乘法器和帶通濾波器來(lái)得到SSB波的。其原理圖如圖1示： 濾波器 圖1 濾波器產(chǎn)生SSB波的原理圖1中的帶通濾波器采用低通濾波器得到下邊帶調(diào)幅波，采用高通濾波器得到上邊帶調(diào)幅波。

3、（2）相移法相移法原理圖如圖2示：其中(1)(2)(3) 相移90o相移90 圖2 相移法原理圖2中運(yùn)用到加法器，調(diào)制得到的是下邊帶調(diào)幅波。同樣的道理，若運(yùn)用減法器，則可得到上邊帶調(diào)幅波。在濾波法和相移法中，我選擇相移法實(shí)現(xiàn)，且只調(diào)制出下邊帶調(diào)幅波。其原因是采用濾波法時(shí)，對(duì)元件的精度選擇要求較高，這無(wú)疑是一大難題。2解調(diào)原理 解調(diào)原理圖如圖3示： 低通濾波器圖3 乘積型檢波原理從調(diào)制處得到：(4) 經(jīng)計(jì)算和低通濾波器得到： (5)二、電路工作原理與設(shè)計(jì)說(shuō)明1相移法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅波電（1）用集成元件得到理想調(diào)幅波工作原理圖如圖4示：器件與參數(shù)的的選擇：高頻載波（幅度為28V頻率為10Kz）發(fā)生器

4、一個(gè)，基帶信號(hào)（幅度為14V頻率為1Kz）發(fā)生器一個(gè)，微分器兩個(gè)（一個(gè)系數(shù)是0.000159，一個(gè)系數(shù)為0.0000159），1596相乘器兩個(gè)，加法器一個(gè)，示波器一個(gè)。微分器的系數(shù)計(jì)算：要使14sin2*1000t求微分得14cos2*1000t,則其系數(shù)為：k=1/2*1000=0.000159.同樣的道理可計(jì)算另一個(gè)微分器系數(shù)，并得為0.0000159。 圖4 解調(diào)原理（用集成元件實(shí)現(xiàn)）（2）對(duì)應(yīng)的實(shí)物模擬圖如圖5示，由于微分器需要的精度高，而我工程經(jīng)驗(yàn)又甚少，所以只能采用集成元件，對(duì)于其的元件則自己設(shè)計(jì)實(shí)物模擬。 圖5 解調(diào)原理（用實(shí)物元件實(shí)現(xiàn)）該實(shí)物模擬圖由以下幾部分組。微分器，如圖

5、6示：加法器，如圖7示：乘法器，如圖8示： 圖6 微分器 圖7 加法器 圖8 相乘器圖6示的微分器采用的是集成元件。圖7示的加法器中，(6)負(fù)號(hào)表示反相加法器。若三個(gè)阻值相等，并使一個(gè)輸入信號(hào)u1經(jīng)過(guò)一級(jí)反向放大器則構(gòu)成一個(gè)減法器。這樣就可把輸入的兩個(gè)雙邊帶信號(hào)經(jīng)過(guò)這個(gè)減法器而得到上邊帶信號(hào)，但是本文只重點(diǎn)對(duì)下邊帶進(jìn)行調(diào)制。 圖8乘法器的具體設(shè)計(jì)和工作原理： Q1與Q2與Q3與Q4大兩對(duì)和圖一樣的差分放大器；Q5與Q6也是一對(duì)差分放大器，作為上述兩對(duì)放大器的電流源；Q7則作為T(mén)Q5與Q6的電流源，并用Q8與Q7組成鏡像電流源，以抑制Q1至Q6諸管的溫度飄移。同時(shí)V2信號(hào)也是對(duì)稱(chēng)雙端輸入。這樣就

6、實(shí)現(xiàn)了乘法器的功能。乘法器不止這一種，比如還有由二極管和變壓器構(gòu)成的平衡調(diào)制器，其實(shí)質(zhì)也是一個(gè)乘法器。而本文采用的1596乘法器的優(yōu)點(diǎn)是更易實(shí)現(xiàn)。 2信號(hào)解調(diào)電路 解調(diào)原理圖如圖9示：解調(diào)電路用調(diào)制信號(hào)與一個(gè)同頻同相的波經(jīng)過(guò)一個(gè)相乘器，此時(shí)，得到的是雙邊帶波， 然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器得到單邊帶波，本文要要得到的是下邊帶，故采用低通濾波器。同理，若要得到上邊帶，則經(jīng)過(guò)高通濾波器。由頻率式：（7）取R為1K得C=0.000159F。之所以采用無(wú)源一階低通濾波器，是因?yàn)樵撾娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要電源，部噪聲低，性能穩(wěn)定。而且，本文重點(diǎn)做的是單邊帶的相移調(diào)制，故在解調(diào)時(shí)做的比較簡(jiǎn)單。 圖9 解調(diào)原理三、電路

7、性能的仿真測(cè)試和分析 1Multisim10簡(jiǎn)介Multisim10軟件結(jié)合了直觀(guān)的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借 Multisim10，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專(zhuān)業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。其可以通過(guò)直觀(guān)的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路；可以通過(guò)交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；可以借助

8、高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征；可以通過(guò)一個(gè)工具鏈, 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試 。 2調(diào)制電路的性能測(cè)試和分析（1）微分器性能測(cè)試和分析 圖10 基帶信號(hào)與其經(jīng)微分器后圖形對(duì)比圖10中黃色波為基帶信號(hào)，紅色波為基帶信號(hào)經(jīng)系數(shù)為0.000159的微分器后的波。可以看到，集成微分器性能很好，但依然會(huì)有一定的誤差，主要是因?yàn)槲⒎制鞯南禂?shù)是人工算的，算的結(jié)果是小數(shù)點(diǎn)后是無(wú)限不循環(huán)小數(shù)，取的結(jié)果只是一個(gè)近似值，誤差是不可避免的。（2）相乘器的性能測(cè)試和分析 圖11示是集成元件的性能測(cè)試，圖12是實(shí)物元件模擬的性能測(cè)試。 圖11 經(jīng)相乘器后得到的DSB波（集成元件實(shí)現(xiàn)） 圖12 經(jīng)相乘器后的DSB波

9、（實(shí)物元件模擬） 可以對(duì)比的看出，經(jīng)相乘器后得到的是一個(gè)雙邊帶信號(hào)，但集成元件電路的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于實(shí)物模擬電路的性能。主要是由于實(shí)物模擬中的誤差積少成多的緣故。加法器的性能測(cè)試和上面一樣，集成的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)物模擬的性能。但是本文重在進(jìn)行對(duì)比，而不重在于調(diào)試的結(jié)果。下面是由著三大塊組成的電路性能測(cè)試，并進(jìn)行對(duì)比。圖13示是集成元件的總體電路性能測(cè)試，圖14示是實(shí)物模擬元件的總體電路性能測(cè)試；圖15示集成元件得到的的單邊帶的頻譜分析,圖16示是實(shí)物模擬得到的單邊帶的頻譜分析。 圖13 SSB波（集成元件實(shí)現(xiàn)） 圖14 SSB波（實(shí)物元件模擬）可以看到，圖13中失真較小，得到的單邊帶調(diào)制信號(hào)較準(zhǔn)確，

10、它的微小失真是由于微分器的系數(shù)不夠足夠精確造成的。而圖14中的失真則非常明顯，出現(xiàn)的是頂部峰值切割失真。這種失真是可能由于實(shí)物模擬中的參數(shù)選取沒(méi)有完全匹配造成的，即可能是由于加法器和相乘器之間的不匹配，也可能是由于相乘器部不匹配而造成，比如相乘器部的三極管放大系數(shù)或者二極管的放電速度跟不上波形的變化等等都可能造成失真。這一點(diǎn)正是相移法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制的復(fù)雜性，對(duì)于沒(méi)有一定工程經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)說(shuō)無(wú)疑更是一個(gè)艱巨的問(wèn)題。在調(diào)制波形的過(guò)程中，可以看到，參數(shù)的任意微小改變都會(huì)在仿真測(cè)試中有不同的變化。 圖15 SSB頻域（集成元件實(shí)現(xiàn)） 圖16SSB頻域（實(shí)物元件模擬）對(duì)比圖15和圖16可以看到，得到的都是非

11、常好的單邊帶頻譜，并且看不到明顯的區(qū)別。這說(shuō)明，它們雖然由于元件的性能緣故在時(shí)域中發(fā)生了很大的改變，即出現(xiàn)了很?chē)?yán)重的失真，但是在頻域中的頻譜圖并沒(méi)有發(fā)生多大的改變。由此得到啟示，以后在時(shí)域中失真較大的波形中我們可以通過(guò)觀(guān)察其頻譜圖來(lái)達(dá)到很好的效果。 3解調(diào)電路的性能測(cè)試與分析解調(diào)出的波形與輸入基帶波形對(duì)比圖如圖17示： 圖17 基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào)對(duì)比由圖17可以看到 ，用集成元件解調(diào)出的信號(hào)與輸入的基帶信號(hào)一至。圖18是解調(diào)出信號(hào)的頻譜圖。 圖18 解調(diào)信號(hào)頻域輸入基帶信號(hào)與頻譜圖為圖19，與解調(diào)的頻譜圖圖18頻譜圖非常接近。這表明用集成元件實(shí)現(xiàn)的解調(diào)效果非常好，即實(shí)物在精度非常高的情況下可以

12、得到很好的解調(diào)效果。前面的調(diào)制也是一樣的。 圖19 基帶信號(hào)頻域總結(jié) 兩周的課程設(shè)計(jì)比起專(zhuān)業(yè)的研究人士或者想要做好一個(gè)很很好的成品來(lái)說(shuō)是比較短暫的，但是對(duì)于一天都在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的我來(lái)說(shuō)十分珍貴。因?yàn)檫@是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐檢驗(yàn)理論的相互過(guò)程。在這一過(guò)程中，真切感覺(jué)到自己知識(shí)能力的匱乏，好多東西都只是知道一些皮毛，真正學(xué)透的東西很少，更不用說(shuō)把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中了。而且很多東西在實(shí)際中與理想相去甚遠(yuǎn)，而應(yīng)用就是要減小這種差距。每一點(diǎn)差距的縮小都得付出艱辛的努力，但這種付出是非常值得的。而對(duì)于Multisim10也得從頭學(xué)起，但是付出總是有回報(bào)的。我珍惜這難得的兩周學(xué)習(xí)時(shí)間?；蛟S一個(gè)人的

13、進(jìn)步是一個(gè)緩慢的過(guò)程。在過(guò)程中需要不斷地借鑒，學(xué)習(xí)，汲取別人的東西，然后把它變成自己的東西，這樣才能促使自己進(jìn)步。 不做系統(tǒng)，許多細(xì)小的環(huán)節(jié)是注意不到的。而這諸多環(huán)節(jié)往往影響你整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這可真應(yīng)驗(yàn)了“細(xì)節(jié)決定一切”這句話(huà)。這一切告訴我做任何事情必須從全局出發(fā)，并且要注意其中的任何一個(gè)細(xì)節(jié)。致 課設(shè)期間，得到各位老師，尤其是王維芳老師的諸多指導(dǎo)和幫助，在此表示真摯的感！同時(shí)對(duì)各位同學(xué)的幫助，一并表示感！附錄附錄 元器件清單名稱(chēng)型號(hào)或參數(shù)個(gè)數(shù)乘法器MC15962微分器0.0001591微分器0.00001591信號(hào)發(fā)生器14V1Kz1高頻載波發(fā)生器28V10Kz2加法器1滑動(dòng)變阻器0到47K1三極管2N222A14三極管NPN_4T_4TRAVAL2示波器1電容若干直流電源若干電阻若干導(dǎo)線(xiàn)若干參考文獻(xiàn) 1、侯麗敏.通信電子線(xiàn)路.：清華大學(xué)，2008 2、佳奎.電子線(xiàn)路（非線(xiàn)性部分·第四版）.：高等教育額，2004 3、自美.電子線(xiàn)路·設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第三版）.：華中科技大學(xué)，2006 4、康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分·第四版）.：高等教育額，1998 5、樊昌信，麗娜.通信原理（