單邊帶調(diào)幅電路的設計與仿真的課程設計報告書

1、*實踐教學*蘭州理工大學計算機與通信學院2010年秋季學期高頻電子線路課程設計題目：單邊帶調(diào)幅電路的設計與仿真摘要本文分析了信號的調(diào)制與解調(diào)的各種方法，并設計相移法實現(xiàn)單邊帶的調(diào)制的電路，而且設計同步檢波電路實現(xiàn)信號的解調(diào)。在電路的實現(xiàn)中，不僅分析了總體電路，而且分析總體電路的各部分構成以及其中的元件。這些元件或模塊都在Multisim10中仿真測試其性能。對比集成元件構成的電路和實物設計模擬的性能后，分析了出現(xiàn)差異的原因。關鍵詞： 單邊帶電路，相移法，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5二、電路工作

2、原理及設計說明51 相移法實現(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 ）對應的實物模擬圖62 信號解調(diào)電路9三、電路性能的仿真測試和分析1 01 Multisim10簡介1 02 調(diào)制電路的性能測試和分析1 0（1 ）微分器性能測試和分析1 0（2 ）相乘器的性能測試和分析1 13 解調(diào)電路的性能測試與分析1 4總結1 6致謝1 6附錄1 7附錄 元器件清單1 7參考文獻1 8一、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得到SSB 波的。其原理圖如圖1 示：utuSSB t濾波器uc t圖 1 濾波器產(chǎn)生 SSB 波的原理圖 1 中的帶

3、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。（ 2）相移法相移法原理圖如圖2 示：其中u1 tut uctUmU cm cos t cos ct(1)u2 tUmU cm sint sinct(2)uLSB tu1 tu2tU cmUm cosct(3)u tU m costuc tU cm cosctu1 tuLSB t相移 90o相移 90u2 t圖 2 相移法原理圖 2 中運用到加法器，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，對元件的精度選擇

4、要求較高，這無疑是一大難題。2 解調(diào)原理解調(diào)原理圖如圖 3示：uLSB tuo低通濾波器圖 3 乘積型檢波原理從調(diào)制處得到：uLSB tu1 t u2t(4)經(jīng)計算和低通濾波器得到：uo 21 UmU cm cost(5)二、電路工作原理及設計說明1 相移法實現(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：器件及參數(shù)的的選擇：高頻載波（幅度為 28V 頻率為 10Kz ）發(fā)生器一個，基帶信號（幅度為 14V 頻率為 1Kz ）發(fā)生器一個，微分器兩個（一個系數(shù)是 0.000159 ，一個系數(shù)為 0.0000159 ），1596 相乘器兩個，加法器一個，示波器一個。微分器的

5、系數(shù)計算：要使14sin2 *1000t求微分得 14cos2 *1000t, 則其系數(shù)為：k=1/2*1000=0.000159.同樣的道理可計算另一個微分器系數(shù)，并得為0.0000159。圖 4 解調(diào)原理（用集成元件實現(xiàn)）（ 2）對應的實物模擬圖如圖 5 示，由于微分器需要的精度高，而我工程經(jīng)驗又甚少，所以只能采用集成元件，對于其的元件則自己設計實物模擬。圖 5 解調(diào)原理（用實物元件實現(xiàn)）該實物模擬圖由以下幾部分組。微分器，如圖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，u( R3u11 )(R

6、3u22 )(6)3RR負號表示反相加法器。若三個阻值相等，并使一個輸入信號u 1 經(jīng)過一級反向放大器則構成一個減法器。這樣就可把輸入的兩個雙邊帶信號經(jīng)過這個減法器而得到上邊帶信號，但是本文只重點對下邊帶進行調(diào)制。圖 8 乘法器的具體設計和工作原理：Q1 與 Q2 及 Q3 與 Q4 大兩對和圖相同的差分放大器； Q5 與 Q6 也是一對差分放大器，作為上述兩對放大器的電流源； Q7 則作為 TQ5 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 V2 信號也是對稱雙端輸入。這樣就實現(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

7、壓器構成的平衡調(diào)制器，其實質(zhì)也是一個乘法器。而本文采用的1596乘法器的優(yōu)點是更易實現(xiàn)。2 信號解調(diào)電路解調(diào)原理圖如圖 9 示：解調(diào)電路用調(diào)制信號與一個同頻同相的波經(jīng)過一個相乘器，此時，得到的是雙邊帶波，然后再經(jīng)過一個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)過高通濾波器。由頻率式：f1（ 7 ）2Rc取 R 為 1K 得 C=0.000159F。之所以采用無源一階低通濾波器，是因為該電路結構簡單，不需要電源，內(nèi)部噪聲低，性能穩(wěn)定。而且，本文重點做的是單邊帶的相移調(diào)制，故在解調(diào)時做的比較簡單。圖 9 解調(diào)原理三、電路性能的仿真測試和分析1 Mult

8、isim10簡介Multisim10軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借Multisim10，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準 SPICE 模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE 分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設 計進 行的 迅速驗 證， 從而 縮短建模循環(huán) 。 與NILabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。其可以通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設計電路；可以通過交互式SPICE 仿真 , 迅速了解電路行為； 可以借助高級電路

9、分析 , 理解基本設計特征； 可以通過一個工具鏈 , 無縫地集成電路設計和虛擬測試。2 調(diào)制電路的性能測試和分析（ 1）微分器性能測試和分析圖 10基帶信號及其經(jīng)微分器后圖形對比圖 10 中黃色波為基帶信號，紅色波為基帶信號經(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，但依然會有一定的誤差，主要是因為微分器的系數(shù)是人工算的，算的結果是小數(shù)點后是無限不循環(huán)小數(shù)，取的結果只是一個近似值，誤差是不可避免的。（ 2）相乘器的性能測試和分析圖 11 示是集成元件的性能測試，圖 12 是實物元件模擬的性能測試。圖 11經(jīng)相乘器后得到的DSB 波（集成元件實現(xiàn)）圖 12經(jīng)相乘器后的

10、DSB 波（實物元件模擬）可以對比的看出，經(jīng)相乘器后得到的是一個雙邊帶信號，但集成元件電路的性能遠遠優(yōu)于實物模擬電路的性能。主要是由于實物模擬中的誤差積少成多的緣故。加法器的性能測試和上面一樣，集成的性能遠遠高于實物模擬的性能。但是本文重在進行對比，而不重在于調(diào)試的結果。下面是由著三大塊組成的電路性能測試，并進行對比。圖13 示是集成元件的總體電路性能測試， 圖 14 示是實物模擬元件的總體電路性能測試； 圖 15 示集成元件得到的的單邊帶的頻譜分析 , 圖 16 示是實物模擬得到的單邊帶的頻譜分析。圖 13 SSB波（集成元件實現(xiàn)）圖 14 SSB波（實物元件模擬）可以看到，圖 13 中失真

11、較小，得到的單邊帶調(diào)制信號較準確，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物模擬中的參數(shù)選取沒有完全匹配造成的，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內(nèi)部不匹配而造成，比如相乘器內(nèi)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。這一點正是相移法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的復雜性，對于沒有一定工程經(jīng)驗的人來說無疑更是一個艱巨的問題。在調(diào)制波形的過程中， 可以看到，參數(shù)的任意微小改變都會在仿真測試中有不同的變化。圖 15SSB 頻域（集成元件實現(xiàn)）圖 16SSB 頻域（實物元件

12、模擬）對比圖 15 和圖 16 可以看到，得到的都是非常好的單邊帶頻譜， 并且看不到明顯的區(qū)別。這說明，它們雖然由于元件的性能緣故在時域中發(fā)生了很大的改變，即出現(xiàn)了很嚴重的失真，但是在頻域中的頻譜圖并沒有發(fā)生多大的改變。由此得到啟示，以后在時域中失真較大的波形中我們可以通過觀察其頻譜圖來達到很好的效果。3 解調(diào)電路的性能測試與分析解調(diào)出的波形與輸入基帶波形對比圖如圖17 示：圖 17基帶信號與解調(diào)信號對比由圖 17 可以看到，用集成元件解調(diào)出的信號與輸入的基帶信號一至。圖18 是解調(diào)出信號的頻譜圖。圖 18解調(diào)信號頻域輸入基帶信號及頻譜圖為圖19 ，與解調(diào)的頻譜圖圖18 頻譜圖非常接近。這表明

13、用集成元件實現(xiàn)的解調(diào)效果非常好，即實物在精度非常高的情況下可以得到很好的解調(diào)效果。前面的調(diào)制也是一樣的。圖 19基帶信號頻域總結兩周的課程設計比起專業(yè)的研究人士或者想要做好一個很很好的成品來說是比較短暫的，但是對于一天都在學習理論知識的我來說十分珍貴。因為這是一個理論聯(lián)系實際，實踐檢驗理論的相互過程。在這一過程中，真切感覺到自己知識能力的匱乏，好多東西都只是知道一些皮毛，真正學透的東西很少，更不用說把學到的知識運用到實際生活中了。而且很多東西在實際中與理想相去甚遠，而應用就是要減小這種差距。每一點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。而對于 Multisim10 也得從頭學起，

14、但是付出總是有回報的。我珍惜這難得的兩周學習時間?；蛟S一個人的進步是一個緩慢的過程。在過程中需要不斷地借鑒，學習，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步。不做系統(tǒng)，許多細小的環(huán)節(jié)是注意不到的。而這諸多環(huán)節(jié)往往影響你整個系統(tǒng)的正常運轉。這可真應驗了“細節(jié)決定一切”這句話。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細節(jié)。致謝課設期間，得到各位老師，尤其是王維芳老師的諸多指導和幫助，在此表示真摯的感謝！同時對各位同學的幫助，一并表示感謝！附錄附錄 元器件清單名稱型號或參數(shù)個數(shù)乘法器MC15962微分器0.0001591微分器0.00001591信號發(fā)生器14

15、V1Kz1高頻載波發(fā)生器28V10Kz2加法器1滑動變阻器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線若干參考文獻1、侯麗敏 .通信電子線路 .北京：清華大學出版社，20082 、謝佳奎 .電子線路（非線性部分·第四版）.北京：高等教育額出版社，20043 、謝自美 .電子線路·設計·實驗·測試（第三版）. 武漢：華中科技大學出版社，20064 、康華光 .電子技術基礎（模擬部分·第四版）. 北京：高等教育額出版社，19985 、樊昌信，曹麗娜 . 通信原理（第四版） . 北京：國防工業(yè)出