AM調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計與仿真報告

可選元件：運算放大器，三極管，電阻、電位器、電容、二極管若干，直流電源Vcc=要求完成的主要任務(wù)：(1)設(shè)計任務(wù)(2)設(shè)計要求①載波信號：頻率，100Hz~1KHz;幅度，1V左右；調(diào)制信號頻率：1K~50KHz:幅度，②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。(用Proteus畫電路原理圖并實現(xiàn)仿真)1、2010年1月3日至2010年1月7日，完成仿真設(shè)計、制作與調(diào)試；撰寫課程設(shè)計報2、2010年1月8日提交課程設(shè)計報告，進(jìn)行課程設(shè)計驗收和答辯。參考文獻(xiàn)：日 3 4 42.1.1振幅調(diào)制2.1.2振幅調(diào)制電路的組成模型3.各組成部分的工作原理 5 66.仿真結(jié)果與分析7.2電路7.設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題8.設(shè)計總結(jié)9.心得體會10.儀器儀表清單11.參考文獻(xiàn)12.附件：本科生課程設(shè)計成績評定表它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是Proteus軟件具有4大功能模塊：智能原理圖設(shè)計、完善的電路仿真功能、觀、操作方便、仿真測試和分析功能強(qiáng)大，因此非常適合電子類課程的課堂教學(xué)和實踐教學(xué)，是一種相當(dāng)好的電子技術(shù)實訓(xùn)工具，同時也是學(xué)生和電子設(shè)計(1)原理布圖(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(dá)，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(jī)。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本次Proteus課程設(shè)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)非線性元件二極管解調(diào)，最后經(jīng)過運算放大器組成的低通濾波器濾除載波得到音頻信號。2.AM調(diào)制解調(diào)電路基本原理2.1.1振幅調(diào)制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(shè)載波是頻率為oc的余弦波：uc(1)=Ucmcosoct,調(diào)制信號為頻率為Ω的單頻余弦信號，,即UQ(t)=U2mcosQt(Qoc),uAm(t)=(Ucm+kUomcos2t)cos式中：Ma=kUgm/Uem,稱為調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度AM調(diào)制信號波形如圖1所示：圖1.普通調(diào)幅波形顯然AM波正負(fù)半周對稱時：MaUcm=Umax-UcmMa=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(luò)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)生失真時的波從調(diào)幅波的表達(dá)式(1)可知，在數(shù)學(xué)上調(diào)幅電路的組成模型，可以由一個相乘器和…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2.2.1振幅解調(diào)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(luò)檢波即峰值檢波的方式實現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是從AM中還原出原調(diào)制信號的過程。設(shè)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(guān)狀態(tài)，則非線性器件輸出電流為：io(t)=guAM(1)·K1(oct)=gUcm(1+MacosQt)cos2.2.2包絡(luò)檢波原理圖圖4.包絡(luò)檢波原理圖圖4中(a)圖為包絡(luò)檢波電路的組成模型，(b)圖則為包絡(luò)檢波還原信號的波形變化過程和頻譜的變化情況。檢波器的質(zhì)量指標(biāo)：檢波效率(電壓傳輸系數(shù))Kd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。檢波器的失真(越小越好)非線性失真系數(shù)：Kr=諧波幅度/基波幅度有二種特殊失真：惰性失真和負(fù)峰切割(平底)失真等效輸入電阻(越大越好)Ri=輸入高頻電壓振幅/輸入高頻電流的基波振幅高頻濾波系數(shù)(越大越好)F=輸入高頻電壓振幅/輸出高頻電壓振幅3.1調(diào)制電路的工作原理3.1.1單片集成模擬乘法器模擬乘法器是低電平調(diào)幅電路的常用器件，它不僅可以實現(xiàn)普通調(diào)幅，也可以實現(xiàn)雙邊帶調(diào)幅與單邊帶調(diào)幅。既可以用單片集成模擬乘法器來組成低電平調(diào)幅電路，也可以直接采用含有模擬乘法器部分的專用集成調(diào)幅電路。模擬乘法器可實現(xiàn)輸出電壓為兩個輸入電壓的線性積，典型應(yīng)用包括：乘、除、平方、均方、倍頻、調(diào)幅、檢波、混頻、相位檢測等。單片集成模擬乘法器種類較多，由于內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)不同，各項參數(shù)指標(biāo)也不同。在選擇時應(yīng)該以下主要參數(shù)：工作頻率范圍、電源電壓、輸入電壓動態(tài)范圍、線性度等。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。MC1596是以雙差分電路為基礎(chǔ)，在Y輸入通道加入了反饋電阻，故Y通道輸入電壓動態(tài)范圍較大，X通道輸入電壓動態(tài)范圍很小。通常X通道作為載波或本振的輸入端，而調(diào)制信號或已調(diào)波信號從Y通道輸入。當(dāng)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(dāng)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(yīng)是Y通道輸入信號和雙向開關(guān)函數(shù)K?(og)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。Y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(yīng)接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器。2、3腳之間外接Y通道負(fù)反饋電阻。3.1.3實驗調(diào)幅電路實驗中所用的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所示：3.2包絡(luò)檢波電路AM波采用的解調(diào)電路又稱為包絡(luò)檢波電路。包絡(luò)檢波電路通常采用二極管和RC濾波網(wǎng)絡(luò)組成，如圖9所示。圖8.二極管檢波電路當(dāng)輸入的AM波的幅度足夠大時，假設(shè)二極管起理想開關(guān)的作用，則AM波經(jīng)過二極管后AM波的負(fù)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(luò)濾除高頻分量后，就可取出調(diào)制信號UQ(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(luò)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(jìn)，因而實驗選取的電路如圖10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(fù)載RL,正確選擇二極管和3.3實驗總原理圖圖11.實驗總原理圖4.1準(zhǔn)備畫圖3.設(shè)置所需原件。單擊繪圖工具欄中的元件模式按鈕，進(jìn)入元件庫，在元關(guān)鍵字D)結(jié)果(34):庫EE:制造商M)3WATT15R3WATT22RRESISTORSRESISTORSRESISTORSRESISTORSAESISTOR5AESISTORSRESISTORSRESISTOR5AESISTORSRESISTORSRESISTORSAESISTORSAESISTORSRESISTDRSRESISTORSRESISTORSRESISTORSRESISTORSRESISTORSRESISTOR5AESISTORSRESISTORSAESISTORSRESISTORSAESISTORSRESISTORSRESISTORSRESISTOR5AESISTORS0R223WRetistoMapinStockCODE=CR333WReistoMapinStockCODE=W0R33CR683WRetoMapinStockCODE=W0A681883WResistorMaplnS22083WReastoMapinStockC2283wReaitoMaplnStoc2R23wResintoMapinSto3383WResistorMaplinStoc*CODE-3893wReistorMapinS470R3WResstoMapinStoc47R3WRerintaMaplnStockCODE=W47R]4K73WReitorMaoinStockC0DE=w4KT6R23wRemlorMaplnStocxCPCB預(yù)覽：PCB預(yù)覽：4.2放置元件及排版元件的刪除：通過鼠標(biāo)左鍵選定要刪除的元件，點擊鍵盤上的delete鍵即的另一元件管腳處待出現(xiàn)紅色方框后再次單擊鼠標(biāo)左引出節(jié)點：在所需引出節(jié)點導(dǎo)線處單擊鼠標(biāo)右鍵，移動鼠標(biāo)即可在該點設(shè)元件位置調(diào)整：單擊相應(yīng)元件按住鼠標(biāo)左鍵并將元件拖曳至相應(yīng)位置后放相應(yīng)導(dǎo)線及元器件將變?yōu)檫x定狀態(tài)，將鼠標(biāo)移至該導(dǎo)線處出現(xiàn)左右(上下)調(diào)4.3模擬及仿真由于Proteus具有強(qiáng)大的仿真功能，所以我們優(yōu)先選用Proteus作為本電路圖的仿真工作。在電路原理圖中，我們已經(jīng)將各元件安放參數(shù)調(diào)試完畢。然后用示波器觀察各輸出參考點波形。由圖11可清楚知道uAM(t),由圖(6)可知正弦波輸出端應(yīng)為電容C5處。單擊開始按鈕，彈出示波器顯示窗格，通過調(diào)節(jié)R14改變方波產(chǎn)生頻率進(jìn)而改變?nèi)遣ㄕ也l率及幅，同樣調(diào)節(jié)RV1可改變方波產(chǎn)生幅度。調(diào)節(jié)R17可對三極管Q1、Q2的對稱性進(jìn)行調(diào)整使波形達(dá)到最佳狀態(tài)。觀察示波器輸出波圖9.仿真實驗原理圖6.仿真結(jié)果與分析6.2AM調(diào)制信號產(chǎn)生電路準(zhǔn)電壓，即U-=0,同向端接輸入電壓Uia,R1稱為平衡電阻。比較器的輸出Uol的高電平等于正電源電壓+VCC,低電平等于負(fù)電源電壓-VEE(|+VCC|=|-VEE|),當(dāng)比較器的U+=U-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Uo1從高電平可見積分器的輸入為方波時，輸出是·個上升速度與下降速度相等的三角a點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則白動產(chǎn)生方波-方波-三角波的頻率f為由式(6.2.8)、式(6.2.9)可以得出以下結(jié)論：①電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。6.3包絡(luò)檢波電路根據(jù)圖6.2.2的組成框圖，三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為Icl=aIc2=aIe2=aIo/(1+Io——差分放大器的恒定電流Ut——溫度的電壓當(dāng)量，室溫為25℃時，Ut≈26MV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為T——溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25℃時，Ut≈26MV。將式(6.2.12)帶入式(6.2.10)或式(6.2.11)可得Icl(t)={alo/(1+e4Um/T*(t-T/4))aTo/(1+e4Um/T*(t-3T/4))T/2≤t≤T(6.2.13)①②此次通過設(shè)計AM調(diào)制解調(diào)電路并用PROTEUS軟件對其進(jìn)行仿真，我深通過本次課設(shè)對于電路仿真軟件我們有了系統(tǒng)的認(rèn)識，并且掌握了基本的操作技能，能夠完成原理圖的繪制，PCB的制作及仿真等。最重要的是鍛煉了實際動手操作能力，掌握了新的技能，這大概就是學(xué)校安排這個課程設(shè)計的原因吧。本次課設(shè)更接近與實際的結(jié)合，例如有能力和條件的小組學(xué)校老師要求在了解原理、設(shè)計整個電路、繪制電路再到仿真，我個人感覺仿真部分是最難的，本次軟件使用中，前幾次的仿真都無法完全成功，不是沒有波形就是無法形成所需要的AM調(diào)制波形。后來通過多次修改實驗原理圖和實驗元器件相關(guān)參數(shù)，我們最終成功使示波器上出現(xiàn)了想要的波形。當(dāng)然對實驗原理的了解和認(rèn)識也非常重要，只有理解和認(rèn)識了實驗原理才能完成實驗電路圖的繪制與仿真。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我們深刻體會到當(dāng)出現(xiàn)問題并想方設(shè)法去解決問通過這次課程設(shè)計，我第一次比較獨立的完成了對一個工具軟件的從學(xué)習(xí)到使用的整個過程，可以想象在實際電路的設(shè)計時會是怎樣的情形。對于PROTEUS這個軟件的強(qiáng)大功能有了深刻的了解。當(dāng)一次次的繪圖布局與一次次的仿真失敗到最終看到仿真波形的時候，心里感到非常的興奮，雖然幾經(jīng)周11111111111111l1111111l11111OperationalAmplifier1OperationalAmplifier1【1】顧寶良編著