AM同步檢波器的設計與仿真

1、塔里木大學信息工程學院課程設計2017屆課程設計AM同步檢波器的設計與仿真課程設計說明書學生姓名 黃亞鴻 學 號 5021213133 所屬學院 信息工程學院 專 業(yè) 通信工程 班 級 通信17-1 指導教師 石魯珍 教師職稱 講師 塔里木大學教務處制目錄 1、前言12、設計任務22.1課程設計的目的22.2課程設計的基本要求22.3課程設計的題目和該題目的要求23、設計方法和內(nèi)容33.1 模擬乘法器工作原理33.2 AM調(diào)制原理33.3 AM相干解調(diào)原理44、仿真結(jié)果44.1仿真電路44.1.1 AM調(diào)制電路44.1.2 同步檢波電路54.2結(jié)果分析64.2.1 AM調(diào)制電路結(jié)果（圖+仿真分

2、析）64.2.2 同步檢波電路結(jié)果（圖+仿真分析）74.2.3 整體分析75、整體電路圖及元件清單85.1 整體電路圖85.2 元件清單86、結(jié)論9致謝11參考文獻111、前言檢波器，是檢出波動信號中某種有用信息的裝置。用于識別波、振蕩或信號存在變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。檢波器分為包絡檢波器和同步檢波器。前者的輸出信號與輸入信號包絡成對應關系，主要用于標準調(diào)幅信號的解調(diào)。后者實際上是一個模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要加入另外一個與輸入信號的載波完全一致的振蕩信號。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)或者殘留邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)。本次課程設計主要涉及AM同步檢波器的設計與仿

3、真。2、設計任務2.1課程設計的目的本次課程設計主要是要讓學生加強對高頻電子線路課程的理解，學會查尋資料，方案比較，以及設計、計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析、解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。2.2課程設計的基本要求培養(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱資料、手冊、圖表和文獻的自學能力，通過獨立思考、深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。通過實際電路方案的分析比較，設計計算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用的電路分

4、析方法和課程設計方法。掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調(diào)試和整體指標測試方法，提高動手能力。了解與課程相關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖。培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和科學態(tài)度，使學生逐步建立正確的設計觀念和生產(chǎn)觀點，經(jīng)濟觀點和全局觀點。2.3課程設計的題目和該題目的要求課程設計的題目：AM信號同步檢波器的設計與仿真設計要求：用模擬乘法器（如MC1496雙平衡四象限模擬乘法器）設計一個AM信號同步檢波器。主要指標：輸入AM信號：載波頻率為15MHZ的正弦波，調(diào)制信號：1KHZ的正弦波，幅度大于1V，調(diào)制度

5、為60%輸出信號：無明顯失真，幅度大于5V。3、設計方法和內(nèi)容3.1 模擬乘法器工作原理MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理：MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器，是平衡調(diào)制器的核心器件，是一種具有多種用途的集成模擬乘法器，輸出電壓為輸入信號和載波信號的乘積，可以應用于抑制載波、調(diào)幅（振幅調(diào)制）、同步檢測、調(diào)頻檢測和相位檢測等功能，其內(nèi)部電路如下圖MC1496中包含了由帶雙電流源的標準差動放大器的驅(qū)動和四個高位放大器，輸出集電極交叉耦合，所以產(chǎn)生了兩輸入電壓的全波平衡調(diào)制乘積現(xiàn)象。其中載波輸入輸入至4個三極管組成的雙差分放大器，信號輸入輸入至2個三極管組成的單差分放大器用以激勵載波，其他的引腳分別接入

6、輸入電壓和外接電阻以及輸出電壓。3.2 AM調(diào)制原理如果載波信號是單頻正弦波，調(diào)制器輸出已調(diào)信號的包絡與輸入調(diào)制信號為線性關系，則稱這種調(diào)制為常規(guī)調(diào)幅，或簡稱調(diào)幅。在AM調(diào)幅中，輸出已調(diào)信號的包絡與輸入調(diào)制信號成正比，其時域表達式為：式中：為外加的直流分量，為基帶調(diào)制信號，為載波信號的角頻率。根據(jù)已調(diào)信號的時域表達式，可以得出AM調(diào)制的一般模型如圖： 該模型中的核心器件是模擬乘法器，它實現(xiàn)了對基帶信號的調(diào)制，本系統(tǒng)中采用的是MC14964來實現(xiàn)調(diào)制器的設計。3.3 AM相干解調(diào)原理相干解調(diào)也叫做同步檢波。解調(diào)是調(diào)制的反過程，把載頻位置的已調(diào)信號的頻譜搬回到原始基帶位置，因此可以用相乘器與載波相

7、乘來實現(xiàn)。AM系統(tǒng)相干解調(diào)的一般模型如圖：設輸入的已調(diào)波為AM信號為，經(jīng)過模擬乘法器疊加以后獲得，之后用低通濾波器濾除附近的頻率分量后，得到頻率為低頻信號和直流分量。再去掉直流分量，就可以恢復原調(diào)制信號。本系統(tǒng)中采用的是MC1496來實現(xiàn)解調(diào)器的設計。4、仿真結(jié)果4.1仿真電路4.1.1 AM調(diào)制電路在Multisim集成仿真環(huán)境中繪制下圖，電路參數(shù)為：VCC=+12V，VEE=-8V，調(diào)零滑變?yōu)檎虚g50%。輸入基帶信號為50mV、VPP 1KHZ的正弦信號，外加50mV的直流電壓；載波為100mV VPP 500KHZ的正弦信號。 AM調(diào)制電路仿真圖4.1.2 同步檢波電路在Multisi

8、m集成仿真環(huán)境中繪制下圖：此圖為在調(diào)制的基礎上，用于把前面的已調(diào)信號再做解調(diào)的仿真電路。 AM信號解調(diào)電路仿真圖4.2結(jié)果分析4.2.1 AM調(diào)制電路結(jié)果（圖+仿真分析）仿真結(jié)果如下圖：仿真分析：由于載波頻率較高，所以波形密集，顯然仿真出的波形與理論波形相符。也就是說本次設計的AM調(diào)制結(jié)果是成功的，MC14964的應用也是正確的。4.2.2 同步檢波電路結(jié)果（圖+仿真分析）仿真結(jié)果如下圖：仿真分析：經(jīng)過AM調(diào)制后的已調(diào)信號再通過相干解調(diào)后其波形與初始的基帶信號在相位上有一定的偏移，與理想情況有所差異，經(jīng)過詢問老師得知，這是由于經(jīng)過解調(diào)后解調(diào)波在產(chǎn)生的時間上會略慢于原基帶信號。4.2.3 整體分

9、析經(jīng)過多次的調(diào)試和改良，仿真結(jié)果接近理論，但是在解調(diào)信號的波形上與原基帶信號相比還是存在一定的相位偏移。在解調(diào)信號處再外加一個頻譜分析儀的話，能看到解調(diào)之后再OKHZ附近一直會存在直流分量，分析其原因，應該是電路參數(shù)不準確或者電路圖中濾波效果不太好。5、整體電路圖及元件清單5.1 整體電路圖該圖AM調(diào)制電路與AM解調(diào)電路的連接圖，即同步檢波電路仿真圖。5.2 元件清單元件名稱個數(shù)/個51電阻4500電阻6760電阻2820電阻11K電阻81.3K電阻13K電阻23.3K電阻26.8K電阻11K滑動變阻器120K電阻1100nF電容85nF電容3晶體管2N2222166、結(jié)論本次課程設計收貨很大

10、，無論是從拿到課題開始著手設計，還是到最后能將自己所設計的電路圖通過仿真軟件調(diào)試出來，自己的感受和收貨都很大的。我在本次課程設計中的任務是“檢波器的設計與仿真”，當時拿到這個題目以后，我就通過網(wǎng)絡去查詢了一下關于檢波器的相關信息和有什么類型的檢波器，通過了解以后，又經(jīng)過和另外小組的商討，我決定由我來設計同步檢波器，另外一個小組來設計二極管檢波器。有了決定以后當然得開始著手設計電路，雖然我的本次設計是同步檢波器，但是，為了方便更好的去理解解調(diào)調(diào)制原理，我在其中又加入了AM調(diào)制部分。開始設計時，我先去了解了同步檢波器電路需要的器件和原理，通過了解，我發(fā)現(xiàn)設計同步檢波器電路少不了一個大器件（模擬乘法

11、器）。模擬乘法器：用來對兩個模擬信號（電壓或電流）實現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實現(xiàn)兩個互不相關信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。同時也去了解了不同型號的模擬乘法器，集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有：BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1495、LM1496等。經(jīng)過了解，我決定用MC1496模擬乘法器來進行本次設計。剛開始我并沒有對MC1496進行研究，而是直接跳過了該模擬器的研究去進行電路的連接和仿真，真正進行仿真時，才發(fā)現(xiàn)軟件中并沒有提供MC1496模擬乘法器，于是我從網(wǎng)上找來了MC1496的內(nèi)部單元的結(jié)構(gòu)圖，研究起了MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

12、以及每一根外接的線所對應的管腳。然而在連接好之后，仿真圖并沒有出現(xiàn)預期的效果，在進行諸多對比，改正電路后，終于在調(diào)制部分得出了想要的結(jié)果，此時的上下偏壓一個是12V，另一個是-12V。后來，我在調(diào)制電路以后，開始著手設計同步檢波電路，發(fā)現(xiàn)將兩個部分連接起來后，原來上下兩部分對稱的調(diào)制后信號變成了不對稱的信號，這個現(xiàn)象讓我十分困惑，我自己進行了無數(shù)次的調(diào)試，結(jié)果仍然沒有任何變化，于是我開始翻閱資料，卻也沒有得到一點點的幫助，又或者說我沒有理解到這個情況出現(xiàn)的原由，從而查閱書刊沒有任何效果，之后我便去咨詢同學，畢竟我秉承著同輩人之間更好交流的原則，先去向班里面學習相對更好一些的同學咨詢，可結(jié)果都是

13、幾乎一樣：不知道，或者說不了解。一下子我陷入了更大的困惑當中，后面在無可奈何之下，我只能去詢問老師，經(jīng)過老師的講解，后來才明白是檢波電路對調(diào)制電路帶來了一定的偏壓，造成了影響，改變調(diào)制電路偏壓，便解決了這個問題。在電路連接完并且修改調(diào)試完之后，我得到了理想中的波形，可是在高興之余卻發(fā)現(xiàn)解調(diào)后的波形和調(diào)至波形有一個0.8V的偏差，也就是說，解調(diào)后的波形有一個直流分量存在，在查閱資料和請教老師后，我進行了諸多改進和嘗試。首先，我試圖明確直流分量的產(chǎn)生原因，采取的方法是在各個節(jié)點處外加頻譜分析儀，發(fā)現(xiàn)在解調(diào)電路的信號輸出端的電容兩端，直流分量的差值較大，也就是說電容起到了一定的隔直作用，但并沒有把直

14、流分量完全濾除。由此，我想到了改變電容大小以達到隔除全部直流分量，但是在經(jīng)過理論計算和仿真實驗之后，發(fā)現(xiàn)有的電容大小是最理想狀態(tài)，理論上應該是已經(jīng)達到濾除直流分量的目的了，于是我再一次陷入了困惑。再次向老師請教后，得到了一個不得已而為之的辦法加帶通濾波器。查閱課本后，我在其他同學的幫助下連接上了壓控電壓源帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：參數(shù)設計公式為：其傳輸函數(shù)為：中心角頻率為：通帶帶寬為：中心頻率處電壓的放大倍數(shù)為：其中，經(jīng)過計算，我們所得到的參數(shù)為：R1=R=159歐R2=315歐（這個電阻主要控制幅度，通過測試得到）R3=2R=318歐C=0.0001F之后，不幸又隨之伴隨而來，加了帶通濾

15、波器后，直流分量得到濾除，但是得到的解調(diào)信號，卻是一個每周期都放大3倍的幅度遞增信號，查閱資料和檢查電路以后，我還是沒能找到解決辦法，于是關于直流分量的問題，最終沒能得到解決，這是此次課設中最大的遺憾。通過本次課程設計，給我印象最深的是要設計一個成功的電路必須要有足夠多的耐心和足夠堅定的毅力，在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設計上。在設計過程中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導下，使整個電路能夠穩(wěn)定的工作。通過本次設計，一方面加深了我對理論知識的認識和掌握，同時，也增強了我對問題的全面考慮能力，并且提高了我對理論知識的應用；另

16、一方面，本次設計提高了我動手能力以及我對事情的耐心程度。其次，電路設計及軟件應用要求我們有較強的靈活性和變通能力，要熟練的掌握課本上的知識，這樣才能對實驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。留給我印象最深的還是它：“要設計一個成功的電路，必須要有堅韌的毅力”。設計過程中，我深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能特別的繁瑣，有時候自己花費大量時間設計出來的電路還沒辦法仿真，需要重新去設計，那時難免有些灰心，有時還會有想要放棄的感覺，但是我知道，這個時候更加需要靜下心來，因為心急吃不了熱豆腐，這種情況，我需要的是靜下心來，仔細查找原因。分析出現(xiàn)問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方。在此期間是考驗我們學習能力的最關鍵的時刻，同時也是獲取經(jīng)驗的最好途徑。這會為今后的工作奠定堅實的基礎，這也是本次課程設計的獲益最多的一環(huán)。致謝在本次課程設計的仿真和撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的重要原因，更重要的是老師給我了很大的技術上的支持，幫我解決了許多技術上的問題，能讓我把本次設計完成。最后，要再次感謝石魯珍老師和張樹艷老師的精心指導，雖然我相信自己沒有你們的指導也能完成我的課程設計，但是