高频课设.docx

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高频课设

课程设计任务书

学生姓名：

吴俊松专业班级：

电子1102

指导教师：

封小钰学院：

信息工程

题目:

振幅调制与解调

初始条件：

振幅调制与解调原理，Multisim软件

要求完成的主要任务:

（1）设计任务

根据振幅调制与解调的原理，设计电路图，并在multisim软件仿真出波形结果。

（2）设计要求

惰性失真测试；

负峰切割失真的测试；

检波器电压系数的测试；

时间安排：

1、2014年12月15日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、2014年12月16日，查阅相关资料，学习基本原理。

3、2014年12月17日至2014年12月25日，方案选择和电路设计。

4、2014年12月25日至2014年1月3日，电路仿真和设计说明书撰写。

5、2015年1月4日上交课程设计报告，同时进行答辩。

课设答疑地点：

鉴主13楼电子科学与技术实验室。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要1

Abstract2

1.设计原理3

1.1振幅调制及其电路3

1.1.1振幅调制信号分析3

1.1.2振幅调制电路4

1.2振幅解调电路5

1.2.1性能分析6

2.Multisim软件介绍8

3.电路仿真11

3.1绘制电路图11

3.2电路仿真及电压系数计算12

3.2失真情况仿真15

3.2.1惰性失真的仿真15

3.2.2负峰切割失真的仿真15

4.心得体会17

5.参考资料18

摘要

信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且使频谱资源得到充分利用。

调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致互相干扰。

这也是在同一信道中实现多路复用的基础。

而要还原出被调制的信号就需要解调电路。

所以现在调制与解调在高频通信领域有着更为广泛的应用。

本文说明利用Multisim软件进行振幅调制与解调的仿真分析。

 关键词:

 Multisim，调幅电路，仿真

Abstract

Thefrequencyspectrumofthesignalcanbemovedtoanylocationbysingalmodulation,thusisadvantageoustothesignaltransmission,andmakefulluseofthespectrum.Theessenceofthemodulationeffectisthesamefrequencyrangeofsignalsondifferentfrequencyonthecarrierofreceivercanisolatetherequiredfrequencysignal,doesnotinterferewitheachother.Thisisalsointhesamechannelinthebasisofrealizationofmultiplexing.Andontheneedtoproduceamodulatedsignaldemodulationcircuit.Sonowthemodulationanddemodulationhasmoreextensiveapplicationsinthefieldofhighfrequencycommunication.ThisarticleshowsthatusingtheMultisimsoftwareforsimulationanalysisofamplitudemodulationanddemodulation.

Keywords:

Multisim,amplitudemodulationcircuit,simulation

1.

设计原理

所谓振幅调制（AM）,就是用调制信号UΩ去控制高频载波信号Uc的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号UΩ的规律变化。

即已调制信号UAM变化的周期与调制信号UΩ的周期相同，且幅度的变化与调制信号的振幅成正比。

1.1振幅调制及其电路

1.1.1振幅调制信号分析

设载波电压为

调制电压为

，通常满足

，则可以根据振幅调制信号的定义可得振幅调制信号振幅

为：

式中，

为比例系数，由调制电路决定。

由此可得调幅信号的表达式

其中

为电压调制系数，又叫电压调制度，反映了载波振幅受控的强弱程度，一般

值越大调幅越深，由定义可得

其中Umax表示调幅信号的最大振幅，Umin表示调幅信号的最小振幅。

一般调幅波的

要大于0小于1，当

=1和

>1时的波形见后面仿真图3-3，图3-4.

1.1.2振幅调制电路

振幅（AM）调制的信号产生可以采用高电平调制和低电平调制两种方式完成。

目前，AM信号大都用于无线电广播，因此多采用高电平调制方式。

高电平调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为基极调幅、集电极调幅以及集电极-基极（或发射极）组合调幅。

其基本原理就是利用改变某一电极的直流电压以控制集电极高频电流振幅。

本次设计是采用的是集电极调幅电路，电路图如图1-1所示。

V1为载波信号，V4为调制信号，电容C1两端输出调制信号，V2、V3分别是二极管的基极、集电极的电源，保证二极管工作在过压状态。

图1-1集电极调幅电路

1.2振幅解调电路

从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，又称检波。

对于振幅调制信号，解调就是从它的幅度变化上提取出调制信号的过程。

解调是调制的逆过程。

振幅解调的方法可分为包络检波和同步检波两大类。

包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。

由于AM信号的包络与调制信号成线性关系，因此包络检波只适用于AM波。

其原理框图如图1-2所示。

图1-2包络检波原理图

本次设计采用的是二极管峰值包络检波器。

其原理图如图1-3所示。

左边两端为输入，电阻R1两端为输出。

二极管通常采用导通电压小、等效电阻小的锗管。

RC电路有两个作用：

一是作为检波器的负载，在其两端产生调制频率电压;二是起到高频电流的旁路作用。

为此目的，RC网络必须满足

，

其中ωc为输入信号的载频；Ω为调制频率。

图1-3包络检波器

1.2.1性能分析

检波器的性能指标主要有非线性失真、传输系数及输入阻抗。

这里主要讨论传输系数和失真的问题。

（1）传输系数

检波器的传输系数

又称为检波系数、检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。

若输入载波电压振幅为

，输出直流电压为

，则

定义为

（2）惰性失真

由电容放电的惰性引起的失真叫做惰性失真。

在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于RC的时间常数。

如RC数值很大，则下降速度很慢，将会使得输入电压的下一个正峰值来到的时候仍小于uc,也就是说，输入AM信号包络下降速度大于电容两端电压的下降速度，因而造成二极管负偏压大于信号电压，致使二极管在其后的若干高频周期内不导通。

因此，检波器输出电压就按RC放电规律变化，输出波形不随包络形状而变化，产生失真。

检验有无惰性失真的公式如下：

（3）

底部切削失真

底部切削失真又称为负峰切削失真。

产生这种失真是因检波器的交直流负载不同引起的。

为了取出低频调制信号，检波器电路如图1-4所示。

电容Cg应对低频呈现短路，其电容值一般为5~10μF；Rg是所接负载。

当检波器接有Cg、Rg后，检波器的直流负载

仍等于R,而低频交流负载

等于R与Rg的并联。

因

≠

，将引起底部失真。

经过电路分析，要避免底部切削失真应满足公式：

其中m是调制度。

图1-4检波器电路

2.Multisim软件介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NIMultisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，NIMultisim是一个完整的集成化设计环境。

NIMultisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

NIMultisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。

具有许多特点：

1.丰富的元器件

提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。

2.强大的仿真能力

以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronicworkbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。

包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。

3.丰富的测试仪器

提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：

Multimeter（万用表）、FunctionGeneratoer（函数信号发生器）、Wattmeter（瓦特表）、Oscilloscope（示波器）、BodePlotter（波特仪）、WordGenerator（字符发生器）、LogicAnalyzer（逻辑分析仪）、LogicConverter（逻辑转换仪）、DistortionAnalyer（失真度仪）、SpectrumAnalyzer（频谱仪）、NetworkAnalyzer（网络分析仪）、MeasurementPribe（测量探针）、FourChannelOscilloscope（四踪示波器）、FrequencyCounter（频率计数器）、ⅣAnalyzer（伏安特性分析仪）、AgilentSimulatedInstruments（安捷伦仿真仪器）、AgilentOscilloscope（安捷伦示波器）、TektronixSimulatedOscilloscope（泰克仿真示波器）、Voltmeter（伏特表）、Ammeter（安培表）、CurrentProbe（电流探针）、LabⅥEWInstrument（LabⅥEW仪器）。

这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。

除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabⅥEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。

4.完备的分析手段

Multisimt提供了许多分析功能：

DCOperatingPointAnalysis（直流工作点分析）、ACAnalysis（交流分析）、TransientAnalysis（瞬态分析）、FourierAnalysis（傅里叶分析）、NoiseAnalysis（噪声分析）、DistortionAnalysis（失真度分析）、DCSweepAnalysis（直流扫描分析）、DCandACSensitvityAnalysis（直流和交流灵敏度分析）、ParameterSweepAnalysis（参数扫描分析）、TemperatureSweepAnalysis（温度扫描分析）TransferFunctionAnalysis（传输函数分析）、WorstCaseAnalysis（最差情况分析）PoleZeroAnalysis（零级分析）、MonteCarloAnalysis（蒙特卡罗分析）、TraceWidthAnalysis（线宽分析）、NestedSweepAnalysis（嵌套扫描分析）、BatchedAnalysis（批处理分析）、UserDefinedAnalysis（用户自定义分析）。

它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。

集成LabⅥEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能；

3.电路仿真

3.1绘制电路图

根据设计原理绘制总电路图如图3-1所示。

图3-1振幅调制与解调总电路图

3.2电路仿真及电压系数计算

将示波器分别接到交流电源V1和V2的两端，载波信号和调制信号波形如图3-2所示。

其中：

上面的是调制波波形其表达式为：

，

下面的为载波为：

，

.

图3-2载波信号与调制波信号

然后进行调幅波的仿真，将示波器接到电容C1的两端，仿真结果图如图3-3所示。

图3-3调幅波波形仿真图

由图可测量得到调幅信号的最大振幅

=9.906V，调幅信号的最小振幅

=3.227V，那么电压调制系数即调制度

这是

时的波形。

并且由

的值可以计算出调制比例系数

那么当

=1时，调制信号电压为

。

把调制信号电压调为3.932V就可得

=1时的波形，如图3-4所示。

图3-4

=1时的调幅波形

当

>1时,则把调制电压调到大于3.932V。

将电压调至6V时的波形更明显，如图3-5所示。

图3-5

>1时的调幅波波形

之后进行解调波的仿真，仿真图如图3-6和图3-7所示.其中图3-6是AM波与解调波的波形对比，图3-7是调制波与解调波的波形对比。

由此可以发现，调波与调制波的波形大致相同，说明这次电路的设计正确。

图3-6AM波与解调波波形图

图3-7AM波与调制波波形图

3.2失真情况仿真

3.2.1惰性失真的仿真

要产生惰性失真那么就要使检波电路中的RC值增大，那么就增大C的值，将电容C1的值增加为10μF，其他参数不变，进行仿真，得到图3-8惰性失真图

红线为失真波形。

图3-8惰性失真仿真图

3.2.2负峰切割失真的仿真

要产生负峰切割失真就要使负载电阻减小，减小检波器的电阻

，使之小于电阻R，将其减小到

，得到仿真波形如图3-9中红线所示。

图3-9负峰切削失真仿真图

4.心得体会

在这次的设计中，自己对这方面的知识掌握的更加熟练，理解的更加深了。

也让我发现了我学习中的一些欠缺的地方，也让我明白了只有理论知识是远远不够的，只有把理论知识和实践结合起来，才能提高自己的实践能力。

在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟。

在整个过程中，我通过自己不懈的努力，基本完成了本次课程设计所要求的内容，这不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，在其它各方面的能力上也都有了提高。

更重要的是，在实践上，我们学会了很多学习的方法。

这对我们日后的学习有很大的帮助。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

在本次课程设计中，学会了认真对待每一个实验，珍惜每一分一秒，学到最多的知识和方法，锻炼自己的能力，这个是我们在做课程设计时学到的最重要的东西，也是以后都将受益匪的。

5.参考资料

[1]曾兴雯,刘乃安.高频电路原理与分析（第四版）.西安电子科技大学出版社，2006.8

[2]吴友宇.模拟电子技术基础.清华大学出版社，2009.5

[3]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计,哈尔滨工程大学出版社，2001

[4]崔建明.《电路与电子技术的Multisim10.0仿真》,中国水利水电出版社,2009.11

[5]樊昌信,曹丽娜.通信原理（第六版）,国防工业出版社,2010

本科生课程设计成绩评定表

姓名

吴俊松

性别

男

专业、班级

电子科学与技术1102班

课程设计题目：

振幅调制与解调

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日