AM調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計(jì)與仿真報(bào)告

可選元件：運(yùn)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(jì)任務(wù)(2)設(shè)計(jì)要求①載波信號(hào)：頻率，100Hz~1KHz;幅度，1V左右；調(diào)制信號(hào)頻率：1K~50KHz:幅度，②選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)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(shí)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(jì)、制作與調(diào)試；撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)2、2010年1月8日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)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(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題8.設(shè)計(jì)總結(jié)9.心得體會(huì)10.儀器儀表清單11.參考文獻(xiàn)12.附件：本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)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(jì)、完善的電路仿真功能、觀、操作方便、仿真測(cè)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(shí)踐教學(xué)，是一種相當(dāng)好的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)工具，同時(shí)也是學(xué)生和電子設(shè)計(jì)(1)原理布圖(1)互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)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(yùn)行后輸入輸出的本次Proteus課程設(shè)計(jì)實(shí)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(yùn)用由三極管組成的乘法器調(diào)制出AM信號(hào)，再經(jīng)非線性元件二極管解調(diào)，最后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器組成的低通濾波器濾除載波得到音頻信號(hào)。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(hào)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(hào)為頻率為Ω的單頻余弦信號(hào)，,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(hào)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(duì)稱時(shí)：MaUcm=Umax-UcmMa=0時(shí)，未調(diào)幅狀態(tài)Ma=1時(shí)，滿調(diào)幅狀態(tài)(100%)正常Ma值處于0～1之間Ma>1時(shí)，普通調(diào)幅波的包絡(luò)變化與調(diào)制信號(hào)不再相同，會(huì)產(chǎn)生失真，稱為過(guò)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(shí)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(gè)相乘器和…個(gè)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(guò)程，從頻譜的角度看就是將有用信號(hào)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(shí)現(xiàn)解調(diào)。包絡(luò)檢波就是從AM中還原出原調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。設(shè)輸入普通調(diào)幅信號(hào)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(hào)的波形變化過(guò)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(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，也可以實(shí)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(lái)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(shí)現(xiàn)輸出電壓為兩個(gè)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(cè)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(xiàng)參數(shù)指標(biāo)也不同。在選擇時(shí)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(dòng)態(tài)范圍、線性度等。本次AM調(diào)制實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)范圍較大，X通道輸入電壓動(dòng)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(hào)或已調(diào)波信號(hào)從Y通道輸入。當(dāng)X通道輸入是小信號(hào)(小于26mV)時(shí)，輸出信號(hào)是X、Y通道輸入信號(hào)的線性乘積。當(dāng)X通道輸入是頻率為we的單頻很大信號(hào)時(shí)(大于260mV),根據(jù)雙差分模擬乘法器原理，輸出信號(hào)應(yīng)是Y通道輸入信號(hào)和雙向開關(guān)函數(shù)K?(og)的乘積：兩種情況均可實(shí)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(guò)調(diào)節(jié)50kΩ電位器使1腳電位比4腳高Uy,調(diào)制信號(hào)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(shí)驗(yàn)調(diào)幅電路實(shí)驗(yàn)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(shí)，假設(shè)二極管起理想開關(guān)的作用，則AM波經(jīng)過(guò)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(hào)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(hào)UQ(t)分量，完成解調(diào)過(guò)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中將普通二極管檢波電路做了一些改進(jìn)，因而實(shí)驗(yàn)選取的電路如圖10所示。要求必須根據(jù)輸入調(diào)幅信號(hào)的工作頻率與調(diào)幅指數(shù)以及實(shí)際負(fù)載RL,正確選擇二極管和3.3實(shí)驗(yàn)總原理圖圖11.實(shí)驗(yàn)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(kù)，在元關(guān)鍵字D)結(jié)果(34):庫(kù)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(guò)鼠標(biāo)左鍵選定要?jiǎng)h除的元件，點(diǎn)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(diǎn)：在所需引出節(jié)點(diǎn)導(dǎo)線處單擊鼠標(biāo)右鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)即可在該點(diǎn)設(shè)元件位置調(diào)整：?jiǎn)螕粝鄳?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(diǎn)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(guò)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(duì)三極管Q1、Q2的對(duì)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(shí)驗(yàn)原理圖6.仿真結(jié)果與分析6.2AM調(diào)制信號(hào)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(shí)，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(shí)，輸出是·個(gè)上升速度與下降速度相等的三角a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則白動(dòng)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(shí)，不會(huì)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(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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(shí)，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(shí)，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(guò)設(shè)計(jì)AM調(diào)制解調(diào)電路并用PROTEUS軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，我深通過(guò)本次課設(shè)對(duì)于電路仿真軟件我們有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，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(shí)際動(dòng)手操作能力，掌握了新的技能，這大概就是學(xué)校安排這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因吧。本次課設(shè)更接近與實(shí)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(jì)整個(gè)電路、繪制電路再到仿真，我個(gè)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(wú)法完全成功，不是沒有波形就是無(wú)法形成所需要的AM調(diào)制波形。后來(lái)通過(guò)多次修改實(shí)驗(yàn)原理圖和實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)原理的了解和認(rèn)識(shí)也非常重要，只有理解和認(rèn)識(shí)了實(shí)驗(yàn)原理才能完成實(shí)驗(yàn)電路圖的繪制與仿真。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們深刻體會(huì)到當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題并想方設(shè)法去解決問(wèn)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我第一次比較獨(dú)立的完成了對(duì)一個(gè)工具軟件的從學(xué)習(xí)到使用的整個(gè)過(guò)程，可以想象在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)是怎樣的情形。對(duì)于PROTEUS這個(gè)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(shí)候，心里感到非常的興奮，雖然幾經(jīng)周11111111111111l1111111l11111OperationalAmplifier1OperationalAmplifier1【1】顧寶良編著