課程設(shè)計(jì)AM調(diào)制與解調(diào)報(bào)告

1、第一章 引言調(diào)幅，英文是amplitude modulation（am）。調(diào)幅也就是通常說(shuō)的中波，范圍在503-1060khz。調(diào)幅是用聲音的高低變?yōu)榉鹊淖兓碾娦盘?hào)。 距離較遠(yuǎn)，受天氣因素影響較大，適合省際電臺(tái)的廣播。 一般中波廣播(mw: medium wave) 采用了調(diào)幅 (amplitude modulation) 的方式,在不知不覺中，mw 及 am 之間就劃上了等號(hào)。實(shí)際上mw只是諸多利用am調(diào)制方式的一種廣播.像在高頻(3-30mhz)中的國(guó)際短波廣播所使用的調(diào)制方式也是am，甚至比調(diào)頻廣播更高頻率的航空導(dǎo)航通訊(116-136mhz)也是采用am的方式，只是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的a

2、m波段指的就是中波廣播(mw） 調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化。也就是說(shuō)，通過(guò)用調(diào)制信號(hào)來(lái)改變高頻信號(hào)的幅度大小，使得調(diào)制信號(hào)的信息包含入高頻信號(hào)之中，通過(guò)天線把高頻信號(hào)發(fā)射出去，然后就把調(diào)制信號(hào)也傳播出去了。這時(shí)候在接收端可以把調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來(lái)，也就是把高頻信號(hào)的幅度解讀出來(lái)就可以得到調(diào)制信號(hào)了。 早期vhf 頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，由于信道快衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對(duì)移動(dòng)信道有較好的適應(yīng)性，現(xiàn)在世界上幾乎所有模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。am調(diào)制電路常用于通信系統(tǒng)和其它無(wú)線電系統(tǒng)中，特

3、別是在中短波廣播通信的領(lǐng)域里更是得到了廣泛應(yīng)用。原因是am調(diào)制電路簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，調(diào)制所占的頻帶窄，并且與之對(duì)應(yīng)的解調(diào)接收設(shè)備簡(jiǎn)單，所以am調(diào)制電路常用于通信設(shè)備成本低，對(duì)通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，如中、短波調(diào)幅廣播系統(tǒng)。工程實(shí)際中，人們通常將調(diào)幅、同步檢波、混頻等調(diào)制/解調(diào)過(guò)程看作兩個(gè)信號(hào)相乘的過(guò)程，一般都采用集成模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這比采用分立器件電路簡(jiǎn)單，且性能優(yōu)越。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有bg314、f1595、f1596、mc1595、mc1496、mc1495、lm1595、lm1596等。第二章 方案論證2.1 設(shè)計(jì)要求運(yùn)用相乘器mc1495（或mc1596）設(shè)計(jì)一個(gè)am調(diào)制器，實(shí)

4、現(xiàn)低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制。電路采用正負(fù)電源供電，要求芯片板上的信號(hào)輸入端安裝接線端子。調(diào)試時(shí)，低頻調(diào)制信號(hào)和載波由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。低頻調(diào)制信號(hào)選用頻率為1khz、峰峰值為0.5v的正弦波，載波信號(hào)選用頻率為100khz、峰峰值為0.1v的正弦波。調(diào)制輸出為常規(guī)雙邊帶波形。2.2 方案結(jié)構(gòu)常規(guī)雙邊帶調(diào)制（am）就是指用調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使載波的幅度按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化。常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： 根據(jù)時(shí)域表達(dá)式可以畫出其調(diào)制電路的設(shè)計(jì)框圖，如圖2.1所示。 圖2.1 設(shè)計(jì)理論框圖為基帶信號(hào)， 為疊加的直流分量。為載波信號(hào)，圖中的相乘器一般都是采用集成模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，集成

5、模擬乘法器的常見產(chǎn)品有bg314、f1595、f1596、mc1595、mc1496、mc1495、lm1595、lm1596等。 其中mc1496比較常見，性能穩(wěn)定。使用mc1496制成的調(diào)幅器輸出的調(diào)幅信號(hào)還需通過(guò)一個(gè)射隨電路后濾波輸出。2.3 方案選擇集成模擬乘法器性能好，外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻等過(guò)程，目前在無(wú)線通信、廣播電視等領(lǐng)域應(yīng)用較多。常見的產(chǎn)品型號(hào)有mc1495/1496、lm1595/1596等。運(yùn)算放大器是模擬電路中的特殊放大器，只要適當(dāng)選取外部元件，就能構(gòu)成各種運(yùn)算電路，如放大、加法、減法、微分和積分等，并因此而得名。自20世紀(jì)60年代

6、集成運(yùn)放問(wèn)世以來(lái)，運(yùn)放各個(gè)系列產(chǎn)品層出不窮，以價(jià)格低廉、性能優(yōu)越得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已持續(xù)不斷地滲透到模擬和混合模擬數(shù)字電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。集成運(yùn)放應(yīng)用范圍十分廣泛。本am調(diào)制電路核心器件采用mc1496乘法器，這是由于市場(chǎng)上器件mc1496比mc1596常見，且mc1496性能更優(yōu)越。電壓跟隨電路采用lm124運(yùn)放電路，低通濾波器采用rc和運(yùn)算放大器電路構(gòu)成。2.4 選用的芯片 介紹mc1496的介紹:mc 1496集成模擬乘法器，圖2.2為mc1496引腳圖，圖2.3為mc1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個(gè)四象限模擬乘法器的基本電路。電路采用了兩組差動(dòng)對(duì)由v1v4組成，以反極性方式相連接，而且兩組

7、差分對(duì)的恒流源又v5與v6組成一級(jí)差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。d、v7、v8為差動(dòng)放大器v5、v6的恒流源。進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，載波信號(hào)加在v1與v4的輸入端，即引腳的、之間；調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器v5、v6的輸入端，即引腳、之間；、腳外接1k電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍；已調(diào)制信號(hào)由雙差動(dòng)放大器的兩集電極(即引出腳、之間)輸出。圖2.3 內(nèi)部電路圖圖2.2 引腳圖lm124介紹：lm324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖2.4所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出

8、腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“v+”、“v-”為正、負(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖2.5。圖2.4圖2.5由于lm324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。第三章 電路原理分析3.1 am調(diào)制原理調(diào)制就是在傳送信號(hào)的發(fā)送端，利用要傳送的低頻原始信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)（幅度、相位或頻率），使這個(gè)參數(shù)隨控制信號(hào)的變化而變化。am調(diào)制中

9、，高頻振蕩波就是載波，原始控制信號(hào)即調(diào)制信號(hào)。am調(diào)制是使載波的信號(hào)的峰值正比于調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值的變換過(guò)程。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為低頻信號(hào)。設(shè)調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為u(t)um cost= um cos2ft（圖3.1）, 載波信號(hào)的表達(dá)式為uc(t)ucmcosct=ucmcos2fct（圖3.2）,則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)為:uo(t)= ucm(1+m cost) cosct= ucmcosct+1/2 ucmcos(c+)t+ 1/2ucmcos(c-)t式中：m調(diào)幅系數(shù)，m= um/ ucm;ucmcosct載波信號(hào)1/2 ucmcos(c+)t上邊帶信號(hào)1/2ucmcos(c-)t

10、下邊帶信號(hào)各信號(hào)波形圖：圖3.1 調(diào)制信號(hào)波形圖 3.2 載波信號(hào)波形圖 3.3 調(diào)幅信號(hào)波形 從頻譜的角度，線性調(diào)制輸出已調(diào)信號(hào)x(t)d 頻譜和調(diào)制信號(hào)u(t)的頻譜呈線性關(guān)系。am調(diào)制是將調(diào)制信號(hào)的頻譜沿頻率軸線做線性搬移的過(guò)程。頻譜圖如圖3.4。圖3.4 頻譜搬移過(guò)程第四章 電路分析、設(shè)計(jì)4.1 電路原理圖圖 4.1 調(diào)制電路（上）和濾波輸出（下）4.2 原理圖分析 該電路分為兩個(gè)部分即調(diào)制部分與濾波輸出電路。4.2.1 調(diào)制電路分析 該部分電路的核心元件是mc1496集成模擬乘法器。電路中采用+12雙電源供電，mc1496器件的靜態(tài)工作點(diǎn)由外接元件確定。（1）靜態(tài)偏置電壓的確定：靜態(tài)

11、偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集基極間的電壓應(yīng)大于或等于2v，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)mc1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖4.1（上）所示的內(nèi)部電路，靜態(tài)偏置電壓滿足下列關(guān)系，即u8=u10，u1=u4，u6=u12 （4.1）15v>=(u6，u12)-(u8，u10)>=2v （4.2）15v>=(u8，u10)-(u1，u14) >=2v （4.3）15v>=(u1，u14)-u5>=2v (4.4)(2)靜態(tài)偏置電流的確定：一般情況下，晶體管的基極電流很小，對(duì)于圖2.3所示的三對(duì)差分放大器的基極電流i8、i10、i1和i4

12、忽略不計(jì)，所以器件的靜態(tài)偏置電流主要有恒流源i0的值確定。當(dāng)器件為雙電源工作是，引腳14接負(fù)電源-uee，5腳通過(guò)電阻r5接地，因此，改變r(jià)5可以調(diào)節(jié)i0的大小，即i0=i5=(|-uee|-0.7v)/(r5+500) (4.5)根據(jù)mc1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流小于4ma。(3)載波信號(hào)uc經(jīng)高頻耦合電容c4從ux端輸入，c3為高頻旁路電容，使8腳接地。調(diào)制信號(hào)u經(jīng)低頻耦合電容c1從uy端輸入，c2為低頻旁路電容，使4腳接地。調(diào)幅信號(hào)uo從12腳單端輸出。器件采用雙電源供電方式，所以5腳的偏置電阻接地。腳2與3間接入負(fù)反饋電阻r1，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)u的線性動(dòng)態(tài)范圍。電阻r2、r3和r

13、6為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，所以阻值滿足式4.14.4。r9、r10和rp組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變r(jià)p可以改變疊加的直流分量的大小，即改變調(diào)制系數(shù)的大小，使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)制或常規(guī)雙邊帶調(diào)制。4.2.2濾波輸出電路（1）電壓跟隨電路的確定：由于集成運(yùn)算放大器開環(huán)增益很高，所以它構(gòu)成的線性應(yīng)用電路均為深度負(fù)反饋電路，運(yùn)算放大器兩輸入端之間滿足“虛短”和“虛斷”。在同相比例運(yùn)算電路中，其比例系數(shù)為：auf=uo/ui=1+rf/r1 （4.6）如取r1=或rf=0，則有式（4.6）可得auf=1，這種電路稱為電壓跟隨器。即圖4.1（下）前半部分 圖 4

14、.2 圖4.3（2）濾波器的設(shè)計(jì)：應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的理想化條件，得濾波電路的特征頻率為：fn=wn/2=1/2rc.（4.6）由此確定電路，如圖4.3。第五章 調(diào)試、測(cè)試分析及結(jié)果5.1 調(diào)試與測(cè)試調(diào)試：低頻調(diào)制信號(hào)選用頻率為1khz、峰峰值為0.5v的正弦波，載波信號(hào)選用頻率為100khz、峰峰值為1v的正弦波。調(diào)節(jié)電位器rp，可得如圖5.1波形：圖5.1 調(diào)幅波形用萬(wàn)用表測(cè)試：器件mc1496參數(shù)（uc=0，u=0）：u8=u10=5.6v u1=u4=0v u6=u12=8.2v u2=u3=-0.8v u5=-6.0v 當(dāng)u14=-8.6v時(shí)得出較好的常規(guī)雙邊帶波形。 載波的頻率在45 khz-100 khz之間波形較好，改變電位器rp的值，使調(diào)制系數(shù)大于1時(shí)，雙邊帶波形出現(xiàn)上下邊帶不對(duì)稱。5.2 結(jié)果分析從測(cè)試得出的參數(shù)看及調(diào)制的波形，電路設(shè)計(jì)達(dá)到基本要求，但仍然存在缺陷，過(guò)調(diào)時(shí)上下邊帶不對(duì)稱。缺少一調(diào)節(jié)波形對(duì)稱的電位器。改進(jìn)的方法是在載波輸入端（即mc1496的8腳和10腳間）加一電位器，調(diào)節(jié)使載波輸入端平衡，能解決波形不對(duì)稱的情況。在調(diào)制常規(guī)雙邊帶時(shí)（m<1），各工作電壓在正常值范圍，調(diào)制后輸出的調(diào)幅(am)波形較好,設(shè)計(jì)達(dá)到要求。參考文獻(xiàn)1 胡宴如，耿蘇燕。模擬電子技術(shù) m （第三版）。 北京：高等教育出版社2008.62 陶亞雄，劉南平，王堅(jiān)。