高頻電子線路課程設(shè)計

1、 2012 2013 學(xué)年 第 一 學(xué)期 高頻電子線路 課 程 設(shè) 計 報 告題 目： 同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn) 專 業(yè)： 電氣工程系電子信息工程 班 級： 10電子信息工程2班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 王銀花 電氣工程系2012年12月17日任務(wù)書課題名稱同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)教師（職稱）王銀華（講師） 執(zhí)行時間2012 2013 學(xué)年 第 一 學(xué)期 第 16 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)整個方案的構(gòu)思與實施乘積型同步檢波器的設(shè)計及資料查詢疊加型同步檢波器的設(shè)計及資料查詢總體仿真圖的繪制總體仿真原理圖的繪制集成XFC1596同步檢波器的設(shè)計及資料查詢設(shè)計目的1、學(xué)習(xí)同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)電路的設(shè)計

2、方法；2、研究同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)電路的設(shè)計方案。設(shè)計要求 1原理分析及電路圖設(shè)計；2用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試(1)疊加型同步檢波器對DSB、SSB信號進行檢波的分析；(2)輸入調(diào)幅波m不同時疊加型同步檢波器檢波分析；(3)乘積型同步檢波器對DSB、SSB信號進行檢波的分析；(4)輸入調(diào)幅波m不同時乘積型同步檢波器檢波分析； (5)檢波器電壓傳輸系數(shù)計算。目 錄第一章 功能分析及方案比較- 5 -1.1同步檢波器功能分析- 5 -1.2設(shè)計方案對比- 6 -第二章 單元電路設(shè)計- 9 -2.1元器件選擇- 9 -2.2單元電路設(shè)計- 10 -2.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器- 1

3、0 -2.2.2同步檢波電路- 11 -第三章 電路總圖- 13 -第四章 仿真軟件Multisim的簡介- 14 -第五章 工作原理及仿真分析- 15 -5.1基本工作原理- 15 -5.2仿真波形圖及結(jié)果分析- 15 -總結(jié)與心得體會- 18 -附錄- 20 -元器件清單- 20 -參考文獻- 21 -同步解調(diào)器的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進行檢波，所以要采用同步檢波的方法。同步檢波器主要是用

4、于對DSB和SSB信號進行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。一是利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的；二是利用抑制載波的雙邊帶信號和輸入的同步信號（即載波信號），經(jīng)過乘法器相乘，可得輸入信號，實現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)。關(guān)鍵字：同步解調(diào)，仿真緒論課程設(shè)計作為通信電路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。另一方面也使我們更好地鞏固和加深對于基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中小型通信電路

5、的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設(shè)計能力。通過實踐引導(dǎo)我們在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。通過設(shè)計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。第一章 功能分析及方案比較1.1同步檢波器功能分析根據(jù)通信電路理論分析，雙邊帶信號DSB，就是抑制了載波后的調(diào)制信號，它的游泳信號成分以邊帶形式對稱分布在被抑制載波的兩側(cè)。由于有用信號所在的雙邊帶調(diào)制信號的上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半，即它只占整個調(diào)幅波功率，實際運用中，調(diào)制度在0.1-1之間變化，其平均值僅為0.3，所以邊

6、頻所占整個調(diào)幅波的功率還要小。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高有限頻帶資源的利用率，一般采用傳送抑制載波的單邊帶調(diào)制信號SSB，單邊帶調(diào)制信號已經(jīng)包含了所有有用信號成分，電視信號采用殘留單邊帶發(fā)送圖像的調(diào)幅信號就是其中一例。而要實現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調(diào)制信號DSB或單邊帶調(diào)制信號SSB進行解調(diào)，檢出我們所需要的調(diào)制有用信號，不能用普通的二極管包絡(luò)檢波電路，而需要用同步檢波電路。同步檢波電路與包絡(luò)檢波不同，檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調(diào)幅波的乘積檢波功能，普通調(diào)幅電壓乘法器的原理框圖如圖1-1所示。 XY振幅限幅器 低通濾波器 圖1-1普通調(diào)幅電壓乘積器原理框圖圖中，

7、設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅信號： （1.1）限幅器輸入為等幅載波信號，乘法器將兩個輸入信號進行相乘后輸入信號為： (1.2)（條件：為大信號）再通過低通濾波器作為乘法器的負載，將所有高頻分量去掉，并用足夠大的電容器隔斷直流分量，就可以得到反映調(diào)制規(guī)律的低頻電壓。1.2設(shè)計方案對比根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個與載波同頻同相的恢復(fù)信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器有兩種方法：乘積型和疊加型。方案一 乘積型同步檢波器這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，在經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，如圖1-2所示。低通濾波器 圖1-2乘積型同步檢波器設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DS

8、B信號為： (1.3)本地載波電壓： (1.4)上兩式中，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 (1.5) 低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： (1.6) 由上式可見，低頻信號的成正比。當(dāng)=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等?？梢圆捎闷胶饣颦h(huán)形調(diào)節(jié)器來做同步檢波器，如圖1-3所示；也可以用模擬乘法器，如圖3-1所示。圖1-3二極管環(huán)形同步檢波器方案二 疊加型同步檢波器疊加型是將外加載波信號與接收信號相加，經(jīng)過包絡(luò)檢波器取出原調(diào)制信號，原理框圖如圖1-4所示。包絡(luò)檢波器 圖1-

9、4疊加型同步檢波器原理圖設(shè)為單邊帶信號，為本振電壓。則合成的輸入信號為： (1.7)由此可見，合成信號的包絡(luò)和相角都受到調(diào)制信號的控制，所以包絡(luò)檢波構(gòu)成的同步檢波器檢出的調(diào)制信號會有失真，這樣會有很大的干擾。輸出信號也會產(chǎn)生起伏性衰減，從而影響解調(diào)質(zhì)量。方案三 集成XFC1596同步檢波器集成XFC1596同步檢波器的特點：，對壓控吉爾伯特電路T1-T4偏置，并防止T1-T4進入飽和，其他電阻保證T5-T6工作在放大區(qū)；+12V單電源供電，能采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)；vs為很小的信號，所以即可以得到線性檢波，其電路圖如圖1-5所示。圖1-5集成XFC1596同步檢波器 以上三種方式都要接收端恢復(fù)載波支

10、持，恢復(fù)載波性能的好壞，直接影響到接收機解調(diào)性能的優(yōu)劣。乘積型同步檢波是直接把本地恢復(fù)載波與接收信號相乘，用低通濾波器將低頻信號取出來。在這種檢波器中，要求恢復(fù)載波與發(fā)端載波同頻同相如果頻率或相位有一定的偏差將會恢復(fù)出來的解調(diào)信號失真。疊加型同步檢波器將DSB或SSB信號插入恢復(fù)載波，使之成為近似AM信號，利用包絡(luò)檢波器將其解調(diào)出來。對于DSB信號而言，只要加入恢復(fù)載波電壓在數(shù)值上滿足一定的關(guān)系，就可以得到一個不失真的AM波。在SSB模式，接收機采用高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生制定頻率的恢復(fù)載波，要使恢復(fù)載波與原載波信號嚴(yán)格同步是不可能的，只要頻率和相位的不同步量限制在允許的范圍內(nèi)還原出原原調(diào)制信號的失

11、真還是可以容忍的。經(jīng)上述對比，從考慮抗干擾的角度出發(fā)選擇方案一。第二章 單元電路設(shè)計2.1元器件選擇 根據(jù)上述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關(guān)鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單得多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。MC1496是平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖靜態(tài)工作點設(shè)置MC1496可以采用單電源供電也可以采

12、用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。a、 靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個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)，對于圖所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即調(diào)節(jié) ， (2.1) (2.2)b、靜態(tài)偏置電壓的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖，三對差分放大器的基極電流、和可以忽略不計，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時，引腳14接地，引腳5通過一電阻接正電源（+的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻可以

13、的大小，即 (2.3)根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般=1mA。器件的總消耗功率可以由下式估算出應(yīng)小于器件的最大消耗功率為33mW。2.2單元電路設(shè)計 2.2.1調(diào)幅信號發(fā)生器要實現(xiàn)同步檢波，首先應(yīng)該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調(diào)制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者相乘的結(jié)果中包含我們所需的高頻已調(diào)信號或，即可將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實現(xiàn)調(diào)制。圖2-2乘法模擬器 圖2-2中乘法器采用模擬乘法器MC1496及外接偏置電路、旁路電路組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。芯片2、3管腳之間介入1負反饋電阻，以擴展調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍，其阻值越大，線性范圍越大

14、，但乘法器的增益隨之越小。電阻、提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個晶體管的工作在放大狀態(tài)。電阻、及滑動變阻器組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。調(diào)節(jié)此滑動變阻器可以改善波形的對稱性，為了得到抑制載波雙邊帶信號可將滑動變阻器調(diào)至50%。圖2-3MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器 （a）抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 （b）有載波調(diào)幅波圖2-4乘法模擬器輸出的調(diào)幅波2.2.2同步檢波電路根據(jù)公式1.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： (2.4) 同步檢波亦采

15、用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖2-5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調(diào)信號，輸出端接有電阻、電容組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào)，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。圖2-5同步檢波電路調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使輸入出=0，即為平衡狀態(tài)。再從端輸入有載波的調(diào)制信號。調(diào)制度m=100%，這時乘法器的輸出經(jīng)過低通濾波器后的輸出，經(jīng)隔直電容后的輸出的波形。調(diào)節(jié)電位器RP可使輸出波形的幅度增大，波形失真減小。若為抑制載波的調(diào)制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后可得輸出波形。第三章 電路總圖根據(jù)上述單元電路設(shè)計

16、從而得到整體電路圖，如圖3-1所示。限于尺寸大小在這里將調(diào)幅信號發(fā)生器電路封裝起來，其中DSB模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-1同步檢波整體電路圖圖3-2DSB模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)第四章 仿真軟件Multisim的簡介 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)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，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進

17、行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)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(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。Multisim軟件結(jié)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(shè)計和驗證。憑借Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與LabEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比

18、較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。 Multisim的仿真 器件建模及仿真；電路的構(gòu)建及仿真；系統(tǒng)的組成及仿真；儀表儀器原理及制造仿真。 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。 第五章 工作原理及仿真分析5.1基本工作原理在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號和抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式7-9可得輸出信號為： (4.1)（條件:,為大信號）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實

19、現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，則乘法器的輸出為： (4.2)上式中，第一項時所要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號，利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。 設(shè)則輸出電壓為 （條件：為大信號）上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的調(diào)解。5.2仿真波形圖及結(jié)果分析運用multisim 10仿真軟件對如圖5-1所示電路進行仿真，從示波器中觀察到如圖5-2所示的波形圖。圖5-1D

20、SB信號仿真原理圖圖5-2DSB信號的仿真圖圖5-3總體仿真原理圖圖5-4檢波仿真波形圖結(jié)果分析調(diào)節(jié)如圖所示電路中RP的滑動比例可以調(diào)節(jié)調(diào)幅信號的調(diào)幅度，將比例調(diào)到50%，使乘法器偏置電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調(diào)幅度為1的抑制載波信號，即DSB信號，其波形圖如圖5-2所示。如圖5-2所示波形存在多邊形失真，但信號的失真程度在允許的范圍之內(nèi)，由此可知所設(shè)計的電路圖符合設(shè)計要求，能達到所需要的各種參數(shù)。 總結(jié)與心得體會 本次課程設(shè)計的收獲很大。利用所學(xué)知識設(shè)計電子線路是我們將來必須的技能，這次課程設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從圖書館查找資料到對電路的設(shè)計、對電路的仿真、再到最后

21、電路的成型，都對我所學(xué)大知識進行了檢驗。可以說，本次課程設(shè)計有苦也有甜。 本次課程設(shè)計選取的是書本上的電路原理圖，在設(shè)計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過程合作設(shè)計報告的過程中確實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學(xué)習(xí)工作的重點問題或者說是應(yīng)該必須掌握的技能。 首先，設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們必須在設(shè)計前做好充足的準(zhǔn)備，像查找詳細資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。 其次，在電腦上調(diào)是比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。 這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快速度。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力