振幅調制與解調multisim仿真

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?！?〕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月二日集中，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」乙日，查閱相關資料，學習根本原理。3、 2014年11月」■日至2014年」1月20日，方案選擇和電路設計。4、2014年11月皿日至2014年11月21日，電路仿真和設計說明書撰寫。5、 2014年」1月/?日上交課程設計報告，同時進展辯論。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：年月日系主任〔或責任教師〕簽名：年月日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根本原理、數(shù)學定義、電路框圖、仿真原理、仿真波形與其在現(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、與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，進展了深入的分析并給出了減小這種失真的方法。關鍵字：振幅調制，AM信號解調，multisim仿真。AbstractThispaperistheprincipleofamplitudemodulationanddemodulationanalysisandmultisimsimulationimplementation,includingitsbasicprincipleofmodulationanddemodulation,mathematicaldefinition,circuitdiagramandsimulationprincipleandsimulationwaveformanditsimportanceinthefieldofmodernmunications,thedefinitionandcalculationofvoltagemodulationcoefficientisdescribedindetail,anditseffectontheresultofthemodulationanddemodulation,thelastofdemodulationofthetwokindsofdistortion,inertdistortionandnegativepeakcuttingdistortion,carriedonthethoroughanalysisandthewaytominimizethisdistortionisgiven.Keywords:amplitudemodulation,AMsignaldemodulation,multisimsimulation.目錄1振幅調制的原理31.1調制在通信系統(tǒng)中的作用31.2調制的根本方式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41.5電壓調制系數(shù)52振幅調制的仿真6multisim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7調幅信號解調的原理9調制信號的解調9包絡檢波9調幅信號解調的仿真9惰性失真的測試與分析105.1惰性失真產(chǎn)生原因10惰性失真的仿真測試11負峰切割失真的測試與分析116.1負峰切割失真的產(chǎn)生原因11負峰切割失真的仿真測試12總結13參考文獻：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。調制的實質是進展頻譜的搬移,其作用與目的有以下三個方面。頻率變換：為了實現(xiàn)無線方式傳送信息，如將〔0.3-3.4KHz〕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調制的根本方式根據(jù)載波受調制參量的不同，調制可分為三種根本方式，它們分別是：振輛調制AM（調幅）萌制基車才式Y頻率調制FM（調頻）Jttl位調制卩M（調射）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U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U的規(guī)律變化。即已調制信號U變化的周期與調制信號U的周期一樣,Q AM Q且幅度的變化與調制信號的振幅成正比.AM號：耳應二！7川-訊cmOf）a血（仝載波振幅調制）專擁熱DSE信號；=KL'^cosQfcos^抑制載波雙邊帶振幅調制）UEj肓號；黑至一PJ（cosQrCGSiP/±sinQr3ints?L.r：（抑制載枝車辺苻扼陥調制）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)是以乘法器為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下列圖。

高頻載波④調制信號高頻載波④調制信號固定直流圖i-i全載波振幅調制電路的模型=uXuXY=uX(u+u)CQ DC=Ucos31X(UcosQt+U)CcQDC=UUcos31cosQt+UUcos31CQ cDCCc=UUcos①t+UUcos?—Q)t+UUcos?+Q)tTOC\o"1-5"\h\zDCC c2CQ c 2CQ 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u=U(1+mcosQt)cosot 式1-2AM c a c其中m為電壓調制系數(shù),其中m為電壓調制系數(shù),aa值越大調幅越深:m=0時未調幅a<m=1時最大調幅;百分之百am>1時 過調幅，包絡失真實際電路中必須避免a由定義可得式1-3U-UU-式1-3——max min—max minU U+Uc maxmin其中Umax表示調幅信號的最大振幅，Umin表示調幅信號的最小振幅。2振幅調制的仿真2.1multisim軟件簡介Multisim是美國國家儀器〔NI〕推出的以Windows為根底的仿真工具，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，并對電路進展仿真。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展捕獲、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,PCB設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)信號的振幅調制設定調制信號Uq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，振幅為2V，由于所加的直流信號為1V，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，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IV,調制系數(shù)為0.5,這印證了公式：式2-1式2-1m一一max minaU +Umaxmin密滅垂-XSC1時is社 aiHA_ aaio 時is社 aiHA_ aaio 啟埴|a?竺竺_tu?jaxi砒跡瞬弓何迪晉國UHTIFbufts\o~ \YfcS|o |n［電平”兀v.ttcft郎a/b可E~|匠1聞兩而阪1匚 -夷型「正蟲1啊11自功|'|無.1T]+■■*\T-2』帀E2.D7Brt&0.??5i.B7GVD.DO17aa.5■: |曲>^ :tt舸3叫*.T|。1■ToY/T她郎AJB肚.：? 2<? 0|DC：-保用a.T,;?er|迪若［ZIMITIbn-tnI電平.山.. _LI喪型正蟲I瞇怕功ii無i圖2-2調制信號波形圖2-3(a)AM信號波形ma=0.5示皺畢刈。A：?E-T2a.Djasa.麗T2-TL時問抽XfeS||.\專比開v.rt)w示皺畢刈。A：?E-T2a.Djasa.麗T2-TL時問抽XfeS||.\專比開v.rt)wVi.roYfnE1。DC■K0DC-“則4*旺山P.KOWQWD.KtlY:則回住pe:!-b*時￡黃型正茁卄淮自功無EkLIrgijriv圖2-3(b)AM圖2-3(b)AM信號波形ma=1圖2-3(c)AM信號波形ma=1.52.3振幅調制的頻域分析當選取的載波頻率遠大于調制信號的頻率時，multisim中的示波器無法顯示全部的頻譜，這里為了直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

uAM=UuAM=UUcoswt+UUcos(w-Q)t+丄UUDCC c2CQ c "cos(w+Q)tG c式2-2可知調幅波的特點有:(a)AM的頻譜由三局部組成：即載頻和上下邊頻.(b)載頻不含信息，兩邊頻包含一樣的信息，所占帶寬為最高調制頻率fH的兩倍。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。從有效地利用發(fā)射機功率來看，全載波調幅波是很不經(jīng)濟的。圖2-4振幅調制頻域分析電路圖圖圖2-4振幅調制頻域分析電路圖圖2-5AM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，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4T所示的電路圖，AM信號直接在元件庫中選取，AM信號的參數(shù)與2.2節(jié)中已調信號參數(shù)一樣，解調的結果如圖4-2所示，可以看到信號的周期T=T2-T1=1?002ms,f=lkHz,即等于調制信號的周期，實現(xiàn)了AM調制信號的解調。其中，Rl,C1電路有兩個作用，一是作為檢波器的負載，在其兩端產(chǎn)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/?《R1C1《1/0式4-1c計算可得R1C1在5X10-7到10-3之間。

圖4-2AM信號解調后波形5惰性失真的測試與分析5.1惰性失真產(chǎn)生原因AM信號包絡檢波檢波電路參數(shù)設置不當會產(chǎn)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(chǎn)生原因為，C1R1很大，放電很慢,

可能在隨后的假如干的高頻周期，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［〔門的下降速度慢于包絡線電壓下降的速度。不失真的條件為:

R1R1C1<式5-1由此可見，m,。越大，包絡的下降速度越快，要求的R1C1就越小。a5.2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與分析6.1負峰切割失真的產(chǎn)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直流負載電阻不同引起

的。的。為了取出低頻調制信號，檢波器電路參加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，檢波器的直流負載電阻R仍等于R1,而低頻交DC流負載R等于R1與R2的并聯(lián)，因為R不等于R，將引起底部失真。要防止負峰切割失AC DC AC真，應滿足：R2式61m 式6-1aR1+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lk，其他參數(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5^￥-XSC2E1弋/K…二廠]\:；4圖6-2負峰切割失真波形7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，振幅調制只涉與到一個乘法器，相對來說比擬簡單，很快就得到了想要的仿真結果，接下來是AM信號的解調，搭建電路時只遇到了一個困難，就是AM信號源的選擇，由于我是第一次使用