AM調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真報(bào)告

AM調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)1.Proteus軟件簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。Proteus軟件具有4大功能模塊：智能原理圖設(shè)計(jì)、完善的電路仿真功能、獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能、實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)。由于Proteus軟件界面直觀、操作方便、仿真測(cè)試和分析功能強(qiáng)大，因此非常適合電子類課程的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，是一種相當(dāng)好的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)工具，同時(shí)也是學(xué)生和電子設(shè)計(jì)開發(fā)人員進(jìn)行電路仿真分析的重要手段。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動(dòng)或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)（1）互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。本次Proteus課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制解調(diào)電路的原理圖繪制以及電路的仿真。運(yùn)用由三極管組成的乘法器調(diào)制出AM信號(hào)，再經(jīng)非線性元件二極管與電容等組成的包絡(luò)檢波電路解調(diào)得到解調(diào)信號(hào)。2．AM調(diào)制解調(diào)電路基本原理2.1振幅調(diào)制電路2.1.1振幅調(diào)制AM調(diào)制也稱普通調(diào)幅波，已調(diào)波幅度將隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而線性變化，但載波頻率不變。設(shè)載波是頻率為ωc的余弦波：uc(t)=Ucmcosωct,調(diào)制信號(hào)為頻率為Ω的單頻余弦信號(hào)，即UΩ(t)=UΩmcosΩt(Ωωc),則普通調(diào)幅波信號(hào)為:uAM(t)=(Ucm+kUΩmcosΩt)cosωct=Ucm(1+MacosΩt)cosωct（1）——式中：Ma＝kUΩm/Ucm，稱為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度AM調(diào)制信號(hào)波形如圖1所示：圖1.普通調(diào)幅波形顯然AM波正負(fù)半周對(duì)稱時(shí)：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin，調(diào)幅度為：Ma=(Umax－Ucm)?Ucm=(Ucm－Umin)?Ucm。Ma＝0時(shí)，未調(diào)幅狀態(tài)Ma＝1時(shí)，滿調(diào)幅狀態(tài)（100％），正常Ma值處于0～1之間。Ma>1時(shí)，普通調(diào)幅波的包絡(luò)變化與調(diào)制信號(hào)不再相同，會(huì)產(chǎn)生失真，稱為過調(diào)幅現(xiàn)象。所以，普通調(diào)幅要求Ma必須不大于1。圖2所示為產(chǎn)生失真時(shí)的波形。圖2.Ma>1時(shí)的過調(diào)制波形2.1.2振幅調(diào)制電路的組成模型從調(diào)幅波的表達(dá)式（1）可知，在數(shù)學(xué)上調(diào)幅電路的組成模型，可以由一個(gè)相乘器和一個(gè)相加器組成。如圖3所示：圖3.低電平調(diào)幅原理圖2.2振幅解調(diào)電路2.2.1包絡(luò)檢波原理振幅解調(diào)是振幅調(diào)制的逆過程，從頻譜的角度看就是將有用信號(hào)從高頻段搬到低頻段。而要完成頻譜搬移（有新頻率產(chǎn)生），電路中必須要有非線性器件。一般情況下，AM波采用包絡(luò)檢波即峰值檢波的方式實(shí)現(xiàn)解調(diào)。即包絡(luò)檢波就是從AM波中還原出原調(diào)制信號(hào)的過程。設(shè)輸入普通調(diào)幅信號(hào)uAM（t）如（1）式所示，圖4中非線性器件工作在開關(guān)狀態(tài)，則非線性器件輸出電流為：io(t)=guAM(t)·K1（ωct）=gUcm(1+MacosΩt)cosωct·式中：g——非線性器件伏安特性曲線斜率?？梢奿o中含有直流，Ω，ωc，ωc±Ω以及其它許多組合頻率分量，其中的低頻分量是gUm(1+MscosΩt)?Π。用低通濾波器取出io中這一低頻分量，濾除ωc-Ω及其以上的高頻分量，就可以恢復(fù)與原調(diào)制信號(hào)U（t）成正比的單頻信號(hào)了。圖4.包絡(luò)檢波原理圖圖4中（a）圖為包絡(luò)檢波電路的組成模型，（b）圖則為包絡(luò)檢波還原信號(hào)的波形變化過程和頻譜的變化情況。2.2.2檢波器的性能指標(biāo)二極管峰值包絡(luò)檢波器的性能指標(biāo)主要有檢波效率（電壓傳輸系數(shù)）Kd、輸入電阻Ri、惰性失真和底部切割失真幾項(xiàng)。1.檢波效率檢波效率是指檢波器的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。直流傳輸系數(shù)：Kd=Uo?Um；交流傳輸系數(shù)：Kd=UΩ/mUc。其中，Uo為輸出直流電壓，Um為輸入高頻載波幅度；mUc為輸出解調(diào)信號(hào)幅度，UΩ為包絡(luò)幅度。由以上關(guān)系可知，檢波效率Kd越大越好。2.等效輸入電阻由于二極管在大部分時(shí)間處于截止?fàn)顟B(tài),僅在輸入高頻信號(hào)的峰值附近才導(dǎo)通,所以檢波器的瞬時(shí)輸入電阻是變化的。檢波器的前級(jí)通常是一個(gè)調(diào)諧在載頻的高Q值諧振回路，檢波器相當(dāng)于此諧振回路的負(fù)載。為了研究檢波器對(duì)前級(jí)諧振回路的影響,故定義檢波器等效輸入電阻Ri=Uim?Iim，其中Uim是輸入等幅高頻電壓振幅，Iim是輸入高頻電流的基波振幅。經(jīng)分析可知，檢波器對(duì)前級(jí)諧振回路等效電阻的影響是并聯(lián)了一個(gè)阻值為Ri的電阻。3.惰性失真在調(diào)幅波包絡(luò)線下降部分,若電容放電速度過慢,導(dǎo)致uo的下降速率比包絡(luò)線的下降速率慢,則在緊接其后的一個(gè)或幾個(gè)高頻周期二極管上為負(fù)電壓,二極管不能導(dǎo)通,造成Uo波形與包絡(luò)線的失真。由于這種失真來源于電容來不及放電的惰性,故稱為惰性失真。要避免惰性失真,需要滿足的條件是RC≤4.底部切割失真由交直流負(fù)載不同引起。直流負(fù)載為R，交流負(fù)載R’是R與RL的并聯(lián)。不失真的條件是Ma≤R’/R。負(fù)載切割失真在整個(gè)調(diào)制頻率圍都可能出現(xiàn)。圖5.底部切割失真波形3．各組成部分的工作原理3.1調(diào)