基于Multisim的調(diào)幅電路的仿真(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于Multisim的調(diào)幅電路的仿真摘要：介紹了在Multisiml0仿真平臺中構(gòu)成集成電路模塊的方法并基于MuhisimlO仿真軟件，對各個調(diào)幅電路進行仿真。依據(jù)仿真原理電路設計實物電路進行測試，并對仿真結(jié)果和實際電路測試所得數(shù)據(jù)進行分析比較。關(guān)鍵詞：調(diào)制調(diào)幅：包絡檢波；負峰切割失真；同步檢波；Muhisiml01. 前言信號調(diào)制可以將信號的頻譜搬移到任意位置，從而有利于信號的傳送，并且是頻譜資源得到充分利用。調(diào)制作用的實質(zhì)就是使相同頻率范圍的信號分別依托于不同頻率的載波上，接收機就可以分離出所需的頻率信號，不致相互干擾。而要還原出被調(diào)制的信號就需要解調(diào)電路。調(diào)制與

2、解調(diào)在高頻通信領(lǐng)域有著廣泛的應用，同時也是信號處理應用的重要問題之一，系統(tǒng)的仿真和分析是設計過程中的重要步驟和必要的保證。論文利用Multisim提供的示波器模塊，分別對信號的調(diào)幅和解調(diào)進行了波形分析。AM調(diào)制優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，所以至今仍廣泛應用于無線但廣播。與AM信號相比，因為不存在載波分量，DSB調(diào)制效率是100%。我們注意到DSB信號兩個邊帶中任意一個都包含了M(w)的所有頻譜成分，所以利用SSB調(diào)幅可以提高信道的利用率，所以選擇SSB調(diào)制與解調(diào)作為課程設計的題目具有很大的實際意義。論文主要是綜述現(xiàn)代通信系統(tǒng)中AM ,DSB,SSB調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)，并分別在時域討論振幅調(diào)

3、制與解調(diào)的基本原理, 以及介紹分析有關(guān)電路組成。此課程設計的目的在于進一步鞏固高頻、通信原理等相關(guān)專業(yè)課上所學關(guān)于頻率調(diào)制與解調(diào)等相關(guān)內(nèi)容。同時加強了團隊合作意識，培養(yǎng)分析問題、解決問題的綜合能力。2. 基本理論由于從消息轉(zhuǎn)換過來的調(diào)制信號具有頻率較低的頻譜分量，這種信號在許多信道中不宜傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程，同時在接受端則需要有解調(diào)過程從而還原出調(diào)制信號。所謂調(diào)制就是利用原始信號控制高頻載波信號的某一參數(shù)，使這個參數(shù)隨調(diào)制信號的變化而變化，最常用的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的調(diào)幅(AM)、調(diào)頻(FM)、調(diào)相 (PM)三種。解調(diào)是與調(diào)制相反的過程，即從接收到的已調(diào)

4、波信號中恢復原調(diào)制信息的過程。與調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相相對應，有檢波、鑒頻和鑒相1。振幅調(diào)制方式是用傳遞的低頻信號去控制作為傳送載體的高頻振蕩波（稱為載波）的幅度，是已調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號的大小線性變化，而保持載波的角頻率不變。在振幅調(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號頻譜分量的不同，分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）、抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）等。AM的載波振幅隨調(diào)制信號大小線性變化。DSB是在普通調(diào)幅的基礎上抑制掉不攜帶有用信息的載波，保留攜帶有用信息的兩個邊帶。SSB是在雙邊帶調(diào)幅的基礎上，去掉一個邊帶，只傳輸一個邊帶的調(diào)制方式。它們的主要區(qū)別是產(chǎn)生的方法和頻譜的結(jié)構(gòu)不同。3.

5、利用仿真軟件 Multisim 10對AM電路仿真分析3.1 AM信號的數(shù)學表達式AM信號是載波信號振幅在上下按輸入調(diào)制信號規(guī)律變化的一種調(diào)幅信號，表達式如下： （1） 調(diào)幅電路由表達式（1）可知，在數(shù)學上，調(diào)幅電路的組成模型可由一個相加器和一個相乘器組成，如圖3.1.1所示。圖中，為相乘器的乘積常數(shù)，A為相加器的加權(quán)系數(shù)，且+A 圖3.1.1 普通調(diào)幅（AM）電路的組成模型設調(diào)制信號為：=cos載波電壓為：cos上兩式相乘為普通振幅調(diào)制信號：cos）=+= （2）式中,稱為調(diào)幅系數(shù)(或調(diào)制指數(shù)) ，其中01。而當1時，在附近，變?yōu)樨撝?，它的包絡已不能反映調(diào)制信號的變化而造成失真，通常將這種失

6、真成為過調(diào)幅失真，此種現(xiàn)象是要盡量避免的。3.2 普通調(diào)幅（AM）信號的波形在Multisim仿真電路窗口中創(chuàng)建如圖3.1.2所示的由乘法器(K=1)組成的普通調(diào)幅(AM)電路，在該電路中，直流電壓源 (圖中V1)和低頻調(diào)制信號 (圖中V2)分別加到乘法器A1的X輸入端口，高頻載波信號電壓 (圖中V3)加到乘法器的Y輸入端口。將示波器的A、B通道分別加到乘法器的X輸入端口、乘法器的輸出端口，其構(gòu)成如下圖3.2.1所示：圖3.2.1乘法器組成的普通調(diào)幅(AM)電路載波和調(diào)幅波的波形如圖：我們使我們使我們使我們使從圖中可以看出已調(diào)波的包絡形狀與調(diào)制信號不一樣，產(chǎn)生了嚴重的包絡失真，這種情況稱為過調(diào)

7、失真，在實際應用中應盡量避免。因此,在振幅調(diào)制仿真過程中可以得出如下結(jié)：為了保證已調(diào)波的包絡真實地反映出調(diào)制信號的化規(guī)律，避免產(chǎn)生過調(diào)失真，要求調(diào)制系數(shù)Ma必滿足0<Ma<1，這與理論上推導得出的結(jié)果是一致的。3.3 普通調(diào)幅（AM）信號的解調(diào)解調(diào)（Demodulation）是調(diào)制的逆過程。振幅調(diào)制信號的解調(diào)電路稱為振幅檢波電路，簡稱檢波電路（Detector），它的作用是從振幅調(diào)制信號中不失真地檢出調(diào)制信號來。對于普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量未被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅檢波器稱為包絡檢波器。對于包絡的解調(diào)

8、，我們可以采用以下的解調(diào)電路 。選用合適的電容，電阻。檢波后得到的圖形，與以調(diào)波的幅度、波形符合。并沒有產(chǎn)生失真。解調(diào)（Demodulation）是調(diào)制的逆過程。振幅調(diào)制信號的解調(diào)電路稱為振幅檢波電路，簡稱檢波電路（Detector），它的作用是從振幅調(diào)制信號中不失真地檢出調(diào)制信號來。對于普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量未被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅檢波器稱為包絡檢波器。目前應用最廣的是二極管包絡檢波器。由于參數(shù)的選擇，檢波器容易惰性失真。在二級管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數(shù)。如果電容放電速度很慢，使

9、得輸出電壓不能跟隨輸入信號包絡下降的速度，那么檢波輸出將與輸入信號包絡不一樣，產(chǎn)生失真。把由于RC時間常數(shù)過大而引起的這種失真稱為惰性失真或者對角線切割失真。如圖3.3.2：圖3.3.2檢波器出現(xiàn)惰性失真時的輸出波形惰性失真電路圖如圖3.3.3圖3.3.3惰性失真電路圖同時還有一種失真，底部切割失真。如圖3.3.3產(chǎn)生這種失真是因為交直流負載不同引起的。要避免底邊切割失真，一定要設法增大交流阻抗和直流阻抗的比值。如圖3.3.4 圖3.3.4 檢波器出現(xiàn)負峰切割失真時的輸出波形由上面三圖可得如下結(jié)論：當用二極管包絡檢波法解調(diào)普通調(diào)幅波時，要選擇合適的電路參數(shù)7。負峰切割失真電路圖如圖3.3.54

10、. 利用仿真軟件Multisim 10對DSB電路仿真分析4.1 DSB信號的數(shù)學表達式抑制掉調(diào)幅信號頻譜結(jié)構(gòu)中無用的載頻分量，僅傳輸兩個邊頻的調(diào)制方式成為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡稱雙邊帶調(diào)制，并表示為：顯然，它與調(diào)幅信號的區(qū)別就在于其載波電壓振幅不是在上下按調(diào)制信號規(guī)律變化。這樣，當調(diào)制信號進入負半周時，就變?yōu)樨撝?。表明載波電壓產(chǎn)生相移。因而當自正值或負值通過零值變化時，雙邊帶調(diào)制信號波形均將出現(xiàn)的相移突變。雙邊帶調(diào)制信號的包絡已不再反映的變化，但它仍保持頻譜搬移的特性，因而仍是振幅調(diào)制波的一種，并可用相乘器作為雙邊帶調(diào)制電路的組成模型，如下圖7所示，圖中。圖4.1.1 雙邊帶調(diào)制信號組成模

11、型4.1.1 調(diào)制過程的數(shù)學表達式設載波電壓為：調(diào)制信號為： 經(jīng)過模擬乘法器A1后輸出電壓為抑制載波雙邊帶調(diào)制信號，其數(shù)學表達式為： = = （4）4.1.2 解調(diào)過程的數(shù)學表達式雙邊帶調(diào)幅波的電壓u(t)可表示為：本機載波電壓為： 解調(diào)波的表達式： = = （5）4.2 DSB信號的波形在Multisim仿真電路窗口中創(chuàng)建如下圖4.2.1所示的電路，其中由高頻載波信號 (V1)、低頻調(diào)制信號 (V2)及乘法器(K=1)A1組成抑制載波雙邊帶調(diào)幅電路；由模擬乘法器A1輸出電壓u(t)、本機載波信號(V3)和乘法器(K=1)A2組成抑制載波雙邊帶解調(diào)電路,其目的是從抑制載波雙邊帶調(diào)幅波中檢出調(diào)制

12、信號。4.3 DSB信號的解調(diào)振幅調(diào)制波的解調(diào)電路 圖4.3.1 振幅檢波電路的作用uxy低通濾波器如圖4.3.1所示，為輸入振幅調(diào)制信號電壓，為反映調(diào)制信號變化的輸出電壓。在頻域上，這種作用就是將振幅調(diào)制信號頻譜不失真地搬回到零頻率附近。因此振幅檢波電路也是一種頻譜搬移電路，可以用相乘器實現(xiàn)這種作用，如圖4.3.2所示：圖4.3.2 振幅解調(diào)電路的組成模型圖中電路由相乘器和低通濾波器組成。由圖可見，將先與一個等幅余弦電壓相乘，要求這個電壓與輸入載波信號同頻同相，即=，稱為同步信號，相乘結(jié)果是頻譜被搬移到的兩邊，一邊搬到2上，構(gòu)成載波角頻率為2的雙邊帶調(diào)制信號，它是無用的寄生分量；另一邊搬到零

13、頻率上，這樣，的一邊帶就必將被搬到負頻率軸上，負頻率是不存在的，實際上，這些負頻率分量應疊加到相應的正頻率分量上，構(gòu)成實際的頻譜，因此它比搬移到2上的任一邊帶頻譜在數(shù)值上加倍。而后用低通濾波器濾除無用的寄生分量，取出所需的解調(diào)電壓。必須指出，同步信號必須與輸入信號保持嚴格同步（同頻、同相）是實現(xiàn)上述電路模型的關(guān)鍵，故將這種檢波電路稱為同步檢波電路。否則檢波性能就會下降。當恢復載波與發(fā)射載波同頻同相時，輸出將無失真的將調(diào)制信號恢復處出來。如圖4.3.3：圖4.3.3同步檢波器輸入的雙邊帶信號（上）及其輸出信號（下）若恢復載波與發(fā)射載頻有一定的頻差，將會引起振幅失真和頻率失真若只有一定的相差，但頻

14、率相同，則會引起一個振幅衰減因子，使振幅減小。5、同步檢波本地載波的同頻同相研究5.1同步檢波原理 相乘型同步檢波組成與解調(diào)原理是用相乘器mc1596構(gòu)成同步檢波實用電路，本實驗采用單電源供電圖5.1.1為電路圖 模擬相乘器作同步檢波時，不需要載波調(diào)零電路。因為在其輸出電流中，除了解調(diào)所需要的低頻分量外，其余所有分量都屬于高頻范圍，因而很容易在輸出端給予濾除。由載波恢復電路產(chǎn)生的載波信號通常加到MC1596的x輸入端。其電平大小只要能保證查分對管很好地處于工作狀態(tài)即可。通常在100500mV之間。根據(jù)待解調(diào)的單邊帶或雙邊帶已調(diào)信號送到MC1596的y輸入端，其電平應保持在線性工作的限度內(nèi)。該電

15、路輸入已調(diào)波電平高達100mV是，仍可獲得很好的線性和無失真的輸出。載波恢復電路的任務是提供與載波同頻同相的參考信號，它是實現(xiàn)各種同步檢波的關(guān)鍵所在。載波恢復電路可根據(jù)待解調(diào)的調(diào)幅信號中是否含有載波分量而采用不同的實現(xiàn)方法：對普通調(diào)幅信號，或者發(fā)送導頻的雙邊帶信號或單邊帶信號，可以采用窄帶濾波器將載波信號提取出來；對于不含載波分量的雙邊帶信號，采用非線性變換的方法恢復載波分量；對于不含導頻分量的單邊帶信號，可采用發(fā)、收兩端的載波都有頻率穩(wěn)定度很高的晶體振蕩器產(chǎn)生。5.2MC1596芯片介紹MC1596是美國Motorola公司生產(chǎn)的單片集成模擬相乘器，即吉爾伯特相乘器。MC1596的最高工作頻

16、率為300MHz，被轉(zhuǎn)換的信號頻率可達80MHz，它具有良好的載波抑制能力，應用廣泛。圖5.2.1 MC1596內(nèi)部電路圖圖中晶體管Q1Q4組成雙差分放大器，Q5、Q6組成單差分放大器，用以激勵Q1Q4；Q7、Q8、D2及相應的電阻等組成多路電流源電路、Q7、Q8分別給Q5、Q6提供恒流電流，R為外接電阻，可用以調(diào)節(jié)電流的大小。另外，由Q5、Q6兩管的發(fā)射級引出接線端2和3，外接電阻Ry，利用Ry的負反饋作用可以擴大輸入電壓Uy的動態(tài)范圍。MC1596的主要技術(shù)參數(shù)如下：載波饋通 140（ 方波輸入）載波抑制 65（ 輸入） 50（ 輸入）互導帶寬 300（ 輸入）信道通道輸入阻抗 200，2

17、pF信號通道共模輸入范圍 5輸入偏流12輸入失調(diào)電流 0.7輸出阻抗 40、2pF正電源電流 2負電源電流35.3 Multisim仿真電路在熟悉了電路的原理后，應用Multisim軟件進行仿真實現(xiàn)。首先按照圖2.2-1完成電路圖的搭建，得到下圖。 圖5.3.1 單電源供電同步檢波電路仿真圖 圖中，載波輸入端接入函數(shù)信號發(fā)生器XFG1，用以產(chǎn)生與調(diào)制信號載波同頻同相的參考信號；已調(diào)信號輸入端可以輸入調(diào)制好的DSB信號、SSB信號和AM信號，此處接入安捷倫函數(shù)發(fā)生器XFG2，用來產(chǎn)生AM信號；在解調(diào)信號輸出端接入雙蹤示波器，A通道接解調(diào)信號，B通道接安捷倫函數(shù)發(fā)生器，可以對比AM信號的包絡波形與

18、同步檢波后得到的解調(diào)波形。5.4參數(shù)設置 1. 函數(shù)信號發(fā)生器的參數(shù)設置設置參考信號 頻率 振幅在示波器上可得到參考信號的波形，如下圖所示。圖5.4.1 參考信號參數(shù)設置圖5.4.2 參考信號波形2.安捷倫函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設置 安捷倫函數(shù)發(fā)生器能直接產(chǎn)生AM波，設置載波 頻率 振幅設置調(diào)制信號 頻率 振幅在示波器上可得到AM信號的波形，如下圖所示。圖5.4.3載波參數(shù)設置圖5.4.4調(diào)制信號參圖5.4.5 AM信號的波形5.5仿真結(jié)果 在設置好所應用儀器的參數(shù)后，點擊運行，可以在雙蹤示波器上清晰地觀察到輸出波形。圖5.5.1 同步檢波電路輸入波形和輸出波形 如上如所示波形，黃色的波形為輸入波形

19、即原波形，紅色的為解調(diào)出來的信號。根據(jù)圖形對比，在不計失真的情況下，同步檢波器的輸出波形與輸入的源信號波形相同。而單參考信號的參數(shù)設置與已調(diào)波載波的參數(shù)不一致時，會得到嚴重失真的波形。6、結(jié)束語模擬調(diào)制系統(tǒng)是電子信息工程通信方向最主要的模塊之一，通過在課堂上對理論知識的學習，我們了解到模擬調(diào)制系統(tǒng)的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實踐中得到驗證和應用，是我們學習當中的一個問題。而通過本次課程設計，我們在強大的Multisim平臺上對數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)進行了一次仿真，有效的完善了學習過程中實踐不足的問題，同時進一步鞏固了原先的基礎知識。通過這次的課程設計，我對整個通信電子電路的學習有了一個

20、新的認識，真的感覺到為我之后的考試做足了準備，通過實驗我懂得了很多之前僅僅通過理論學習所不能消化的知識，這真的是一件神奇的事情，在一個星期之前，我還對通信電子電路調(diào)制解調(diào)那塊的知識半知半解，但是現(xiàn)在，我覺得心里已經(jīng)有了清楚的棋盤，遇到某些方面的知識已經(jīng)可以通過我現(xiàn)在做的實驗得到解釋。真的很感謝葉老師給我們的這次機會。另一方面，我們通過本次的課程設計，著實領(lǐng)教了Multisim強大的功能和實力。通過在Multisim環(huán)境下對系統(tǒng)進行模塊化設計與仿真，使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗，第一是Multisim中各個功能模塊的使用方法，第二是圖形化和結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設計方法。這些經(jīng)驗雖然并不高深，但是對于剛?cè)腴T的初學者來說，對以后步入專業(yè)領(lǐng)域進行設計或研發(fā)無疑具有重大的意義。值得一說的是之前我一直用的EWB做的仿真，因為之前模電課我們一直用的EWB，這次轉(zhuǎn)型multism真的對我來說是一個挑戰(zhàn)，我一點都不懂，只能請教同學，讓他們能教我一點關(guān)于這個軟件的知識，但是他們都很忙，我也不太好意思打擾他們，所以我就一個人慢慢摸索，終于做出了令