AM調(diào)制解調(diào)電路的設計與仿真報告doc

題目：AM調(diào)制解調(diào)電路的設計仿真與實現(xiàn)(1)設計任務(2)設計要求2具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布Proteus軟件具有4大功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單真測試和分析功能強大，因此非常適合電子類課程的課堂教學和實踐教學，是一種相當好的電子技術實訓工具，同時也是學生和電子設計開發(fā)人員進行電路仿真分析的重要手(1)原理布圖革命性的特點(1)互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如RAM,ROM,鍵盤，馬達，LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件，部分IC器件。(2)仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配本次Proteus課程設計實現(xiàn)AM調(diào)制解調(diào)電路的原理圖繪制以及電路的仿真。運用由三極管組成的乘法器調(diào)制出AM信號，再經(jīng)非線性元件二極管與電容等組成的包絡檢波電路解調(diào)得到解調(diào)信號。武漢理工大學《模擬電子技術基礎》課程設計說明書32.AM調(diào)制解調(diào)電路基本原理2.1振幅調(diào)制電路AM調(diào)制也稱普通調(diào)幅波，已調(diào)波幅度將隨調(diào)制信號的規(guī)律變化而線性變化，但載波頻率不變。設載波是頻率為oc的余弦波：uc(t)=Ucmcosoct,調(diào)制信號為頻率為Ω的單uAM(t)=(Ucm+kUomcos2t)cosoet=Um(1+M?cos2t)AM調(diào)制信號波形如圖1所示：圖1.普通調(diào)幅波形Ma=0時，未調(diào)幅狀態(tài)Ma=1時，滿調(diào)幅狀態(tài)(100%),正常Ma值處于0～1之間。Ma>1時，普通調(diào)幅波的包絡變化與調(diào)制信號不再相同，會產(chǎn)生失真，稱為過調(diào)幅現(xiàn)象。所以，普通調(diào)幅要求Ma必須不大于1。圖2所示為產(chǎn)生失真時的波形。4從調(diào)幅波的表達式(1)可知，在數(shù)學上調(diào)幅電路的組成模型，可以由一個相乘器和一個相加器組成。如圖3所示：圖3.低電平調(diào)幅原理圖2.2振幅解調(diào)電路振幅解調(diào)是振幅調(diào)制的逆過程，從頻譜的角度看就是將有用信號從高頻段搬到低頻段。而要完成頻譜搬移(有新頻率產(chǎn)生),電路中必須要有非線性器件。一般情況下，AM波采用包絡檢波即峰值檢波的方式實現(xiàn)解調(diào)。即包絡檢波就是從AM波中還原出原調(diào)武漢理工大學《模擬電子技術基礎》課程設計說明書5設輸入普通調(diào)幅信號uAM(t)如(1)式所示，圖4中非線性器件工作在開關狀態(tài)，則非線性器件輸出電流為：io(t)=guAM(t)·K1(oct)可見io中含有直流，Ω,oc,we±Ω以及其它許多組合頻率分量，其中的低頻分量是gUm(1+MscosQt)/Ⅱ。用低通濾波器取出io中這一低頻分量，濾除we-2及其以上的高頻分量，就可以恢復與原調(diào)制信號U(t)成正比的單頻信號了。濾波器濾波器(晷件)0圖4.包絡檢波原理圖程和頻譜的變化情況。2.2.2檢波器的性能指標二極管峰值包絡檢波器的性能指標主要有檢波效率(電壓傳輸系數(shù))Kd、輸入電阻Ri、惰性失真和底部切割失真幾項。1.檢波效率檢波效率是指檢波器的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。為包絡幅度。由以上關系可知，檢波效率Kd越大越好。2.等效輸入電阻由于二極管在大部分時間處于截止狀態(tài)，僅在輸入高頻信號的峰值附近才導通，所以檢波器的瞬時輸入電阻是變化的。檢波器的前級通常是一個調(diào)諧在載頻的高Q值諧振武漢理工大學《模擬電子技術基礎》課程設計說明書6回路，檢波器相當于此諧振回路的負載。為了研究檢波器對前級諧振回路的影響，故定義檢波器等效輸入電阻Ri=Uim/lim,其中Uim是輸入等幅高頻電壓振幅，lim是輸入高頻電流的基波振幅。經(jīng)分析可知，檢波器對前級諧振回路等效電阻的影響是并聯(lián)了一個阻值為Ri的電阻。3.惰性失真在調(diào)幅波包絡線下降部分，若電容放電速度過慢，導致uo的下降速率比包絡線的下降速率慢，則在緊接其后的一個或幾個高頻周期內(nèi)二極管上為負電壓，二極管不能導通，造成Uo波形與包絡線的失真。由于這種失真來源于電容來不及放電的惰性，故稱為惰性失真。要避免惰性失真，需要滿足的條件是4.底部切割失真由交直流負載不同引起。直流負載為R,交流負載R'是R與RL的并聯(lián)。不失真的條件是Ma≤R'/R。負載切割失真在整個調(diào)制頻率范圍內(nèi)都可能出現(xiàn)。圖5.底部切割失真波形73.1調(diào)制電路的工作原理部電路結(jié)構不同，各項參數(shù)指標也不同。在選擇時本次AM調(diào)制實驗中選擇的是MC1596模擬乘法器，其主要特性參數(shù)如下：3dB帶寬：300MHz。調(diào)制信號或已調(diào)波信號從Y通道輸入。當X通道輸入是小信號(小于26mV)時，輸出信號是X、Y通道輸入信號的線性乘積。當X通道輸入是頻率為we的單頻很大信號時(大于260mV),根據(jù)雙差分模擬乘法器原理，輸出信號應是Y通道輸入信號和雙向開關函數(shù)K?(oa)的乘積：兩種情況均可實現(xiàn)調(diào)幅。圖6是MC1596內(nèi)部電路圖。8Y通道兩輸入端1、4腳之間外接有調(diào)零電路，可通過調(diào)節(jié)50kΩ電位器使1腳電位比4腳高Uy,調(diào)制信號u2(t)與直流電壓Uy迭加后輸入Y通道。調(diào)節(jié)電位器可改變調(diào)制指數(shù)Ma。輸出端6、12腳外應接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器。2、3腳之間外接Y通道負9實驗中所用的AM調(diào)制電路是由圖6和圖7電路圖組合而成的電路圖，如下圖8所3.2包絡檢波電路3.2.1二極管包絡檢波電路AM波采用的解調(diào)電路為包絡檢波電路。包絡檢波電路通常采用二極管和RC濾波網(wǎng)絡組成，如圖9所示。圖9.二極管檢波電路當輸入的AM波的幅度足夠大時，假設二極管起理想開關的作用，則AM波經(jīng)過二極管后AM波的負半周被削去，只剩下幅度按調(diào)制信號規(guī)律變化的一連串正半周余弦脈沖，如圖10所示。將這一串余弦脈沖經(jīng)RC濾波網(wǎng)絡濾除高頻分量后，就可取出調(diào)制信號UΩ(t)分量，完成解調(diào)過程。如果輸入是高頻為了使二極管峰值包絡檢波器能正常工作，避免失真，實驗過程中將普通二極管檢波電路做了一些改進，因而實驗選取的電路如圖11所示。要求必須根據(jù)輸入調(diào)幅信號的工作頻率與調(diào)幅指數(shù)以及實際負載RL,正確選擇二極管和R1、R2和C、Cc的值。此次C=0.01μF,R1=1kQ,R2=5k3.3實驗總原理圖綜合以上的原理，可以得到實驗總電路圖，如圖12所示：圖12.實驗總原理圖1.安裝好軟件后點擊桌面上圖標進入軟件環(huán)境。2.在看是菜單中找到Proteus圖標單擊，進入Proteus操作界面。3.設置所需原件。單擊繪圖工具欄中的元件模式按鈕，進入元件庫，在元件庫中通過ArsbaePirthveNFM]3圖13.Proteus元件選擇框元件的旋轉(zhuǎn)：選定所需旋轉(zhuǎn)元件，單擊繪圖工具欄左右旋轉(zhuǎn)按鈕完成旋轉(zhuǎn)。元件的刪除：通過鼠標左鍵選定要刪除的元件，點擊鍵盤上的delete鍵即可完成對2.將鼠標移至元件引腳處待出現(xiàn)紅色方框單擊鼠標左鍵將鼠標移至所需連接的另一元件管腳處待出現(xiàn)紅色方框后再次單擊鼠標左鍵完成單根導線的連接。以此類推，按照實引出節(jié)點：在所需引出節(jié)點導線處單擊鼠標右鍵，移動鼠標即可在該點設置節(jié)點并引3.完成電路布線后，為使電路更加緊湊有邏輯性，各功能區(qū)域明顯，應元件位置調(diào)整：單擊相應元件按住鼠標左鍵并將元件拖曳至相應位置后放開即可。導線間距的調(diào)整：將鼠標移至要調(diào)整導線所連接的元器件，單擊該器件，相應導線及元器件將變?yōu)檫x定狀態(tài)，將鼠標移至該導線處出現(xiàn)左右(上下)調(diào)節(jié)標志，按住鼠標左4.3模擬及仿真添加示波器：在繪圖欄中選擇虛擬儀器菜單中的Oscilloscope(示波器)選項，將其單擊仿真鍵仿真。觀察仿真波形，并選擇合適的周期，然后調(diào)節(jié)波形的幅值，以獲得清晰的波形。5.Proteus電路的仿真實驗選用Proteus軟件實現(xiàn)本電路圖的仿真。在電路原理圖中，將各元件合理安放，并將參數(shù)調(diào)試完畢，然后用示波器觀察各輸出參考點波形。由圖12可清楚看到uAM(t)和Uo的輸出端口，這樣便于將示波器上的波形與輸入輸出信號一一對應。單擊開始按鈕，彈出示波器顯示窗格，調(diào)整周期與各幅值使各波形清新可見。仿真結(jié)果如圖14所示，各波形從上到下依次為：解調(diào)信號Uo,調(diào)制信號uAM(t),輸入信號Uc,輸入信號U2。然后緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察各波形的變化情況，發(fā)生失真時的波形記錄如下圖16所示：圖17為變掃描周期后觀察到的波形武漢理工大學《模擬電子技術基礎》課程設計說明書6.結(jié)果與分析6.1輸入信號的參數(shù)載波信號Uc:8V,25kHz;調(diào)制信號UQ:IV,600Hz。6.2AM調(diào)制信號產(chǎn)生電路因為X通道輸入的是很大的信號，故Uo(t)=k2UyK2(oct),又由于是普通調(diào)頻，故輸入調(diào)制信號應疊加在直流電壓E2上，即Uy(t)=E2+U2(t),而E2=8V,不小于UQ(t)的最大幅值，顯然調(diào)制指數(shù)不大于1。由于fc=25kHz,f2=600Hz,所以用帶通濾波器很容易取出其中的普通調(diào)幅信號頻譜而濾除fe的三次及其以上奇次諧波周圍的無用頻譜。6.3包絡檢波電路1)檢波二極管通常選正向電阻小(5002以下)、反向電阻大(500kΩ以上)、結(jié)電容2)RC時間常數(shù)應同時滿足以下兩個條件：3)設R17R18=0.2,則R17=R/6,R18=5R/6。為避免底部切割失真，應有Ma≤R’電阻R?不應太小，而Ri=0.5R,所以R不能太小。取R=6kQ,4)Cc的取值應使低頻調(diào)制信號能有效的耦合到RL上，故取C5=47μF由此可見：調(diào)幅指數(shù)越大，調(diào)制信號的頻率越高，時間常數(shù)RC的允許值越