振幅调制与解调课程设计.docx

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振幅调制与解调课程设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

电子科学与技术

指导教师：

工作单位：

信息工程学院

题目:

振幅调制与解调

初始条件：

计算机、Multisim软件

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、课程设计工作量：

1周

2、技术要求：

（1）学习Multisim软件。

（2）设计振幅调制与解调电路。

（3）对振幅调制与解调电路进行Multisim软件仿真工作。

包括这些内容：

惰性失真测试；负峰切割失真测试；检波器电压系数的测试。

3、查阅至少5篇参考文献。

按要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：

2014.9.18下达任务书

2014.9.19-9.26根据要求设计电路，在计算机上仿真，并撰写课程设计报告书；

2014年9月28日上午，答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

在通信系统中，对信号的某些特征进行改变以利于信号的传输是非常重要的。

其中，对信号振幅的调制与解调在频谱的线性搬移中占有很大的比重。

振幅调制是由调制信号去控制载波的振幅，实质按调制信号的规律变化。

从高频已调信号中回复调制信号的过程称为解调，对于振幅调制信号，解调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。

本论文介绍了用Multisim软件来仿真模拟信号的振幅调制与解调的过程。

主要包括振幅调制与解调的原理、Multisim软件的介绍、用Multisim软件搭建电路和进行电路仿真的具体步骤等内容。

关键词：

振幅调制、调幅解调、仿真

Abstract

Inacommunicationsystem,changingsomeofthecharacteristicsofthesignaltofacilitatethetransmissionofsignalsisveryimportant.Amongthem,thesignalamplitudemodulationanddemodulationholdsalargeproportioninthelinearmovingofthespectrum.Amplitudemodulationisthecontrollingoftheamplitudeofthecarrierbyamodulationsignal,substantiallyisthechangesaccordingtothelawofthemodulationsignal.Demodulationistorestoremodulationsignalfromhighfrequencymodulatedsignal.Asforamplitudemodulationsignal,demodulationisextractedmodulationsignalfromitsamplitude.

ThispaperintroducestheprocessesofusingMultisimsoftwaretosimulatethemodulationanddemodulationofanalog signal.Itincludestheprincipleofamplitudemodulationanddemodulation、theintroductionofMultisimsoftwareandtheuseofMultisimsoftwarewhenbuildingcircuitandthesimulationthespecificstepsandsoon.

Keywords:

Amplitudemodulation、Amplitudedemodulation、Simulation

1振幅调制的基本原理

1.1调制

用一个调制信号（要传送的信息）去控制一个高频震荡信号（载波），把要传送的调制信号载于高频震荡之上的过程称为调制。

完成这个任务的电路称之为调制电路或者调制器。

经过调制的高频信号叫做已调波信号，简称已调波。

1.2调制类型

1.3振幅调制原理与实现方式

非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。

当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。

如图1和图2所示。

图1调幅原理

图2检波原理

我们可以得知，它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分量。

从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。

频谱的横向平移从时域角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。

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.

三种振幅调制信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。

1.4电压调制系数

全载波AM信号的标准形式为

其中ma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ma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。

1.5全载波调幅电路模型与工作原理

图3全载波振幅调制电路的模型

全载波振幅调制电路的模型如图3所示。

输出的调幅信号不仅含有边带信号，且含有高频载波信号。

2调幅波的性质

2.1调幅波的数学表达式

通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。

为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。

设简谐调制信号

载波信号

则调幅信号的振幅为

其中，ma称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的最大程度。

一般0＜ma≤1。

2.2调幅波的波形图

当载波频率

调制信号频率，0＜ma≤1，则可画出调制信号和已调幅波形分别如下图所示。

从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。

图4调制信号图5载波

图6调幅波图7频谱图

2.3抑制载波的双边带调幅波

为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。

这就是抑制载波的双边带调幅波（DSBAM）。

其数学表达式为

其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即

2.4单边带调幅波

上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。

也可以只发送单个边信号，称之为单边带通信（SSB）。

其表达式为：

其频带宽度为：

3振幅调制的仿真

3.1multisim软件简介

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。

3.2振幅调制的时域分析

在multisim软件中设计如8所示的电路图，即可实现信号的振幅调制

图8振幅调制仿真电路

图9是调制信号的波形，调制结果如图9（a）、（b）、（c）所示，调制系数为别为1、0.5、2，即最大调幅,普通调幅和过调幅，可以看到，调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致，包络之内的填充频率是载波频率，印证了公式：

图9调制信号波形

图9（a）AM信号波形ma=1

图9（b）AM信号波形ma=0.5

图9（c）AM信号波形ma=2

4调制信号解调原理

4.1调制信号的解调

解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。

从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调方式。

一般的解调方法有两种，一种是包络检波，一种是同步检波，本设计采用的是包络检波，其电路简单，便于设计。

4.2包络检波

二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。

它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰-峰值为0.5V以上）的AM波。

它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。

5调幅信号解调的仿真

根据包络检波的原理在multisim软件中设计如图10所示的电路图，AM信号直接在元件库中选取，解调的结果如图11所示，可以看到信号的周期T=T2-T1=1.002ms，f=1kHz，即等于调制信号的周期，实现了AM调制信号的解调。

其中，R1，C1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，需要满足

计算可得R1C1在

之间。

图10AM信号解调仿真电路图

图11AM信号解调仿真电路图

6惰性失真的测试及分析

6.1惰性失真产生原因

AM信号包络检波检波电路参数设置不当会产生两种失真，分别为惰性失真和负峰切割失真，其中惰性失真有称为对角线失真或放电失真，其产生原因为，C1R1很大，放电很慢，可能在随后的若干的高频周期内，包络线电压虽已下降，而C1上的电压还大于包络线电压，这就使二极管方向截止，失去检波作用。

在截至期间，检波输出波形呈倾斜的对角线形状，对角线失真可以总结为电容放电曲线的下降速度慢于包络线电压下降的速度。

不失真的条件为：

由此可见，ma，Ω越大，包络的下降速度越快，要求的R1C1就越小。

6.2惰性失真的仿真测试

设置调制系数为0.5，R1从原来的10Ω增大到1000Ω，其他参数不变，运行后，仿真结果如图13，明显可以看到出现惰性失真。

图12惰性失真电路参数

图13惰性失真波形

7负峰切割失真的测试及分析

7.1负峰切割失真的产生原因

负峰切割失真又称为底部切割失真，这种失真是因检波器的交直流负载电阻不同引起的。

为了取出低频调制信号，检波器电路加入C2和R2，电容C2应对低频呈现短路，R2是所接负载。

当检波器接有C2和R2时，检波器的直流负载电阻RDC仍等于R1，而低频交流负载RAC等于R1与R2的并联，因为RDC不等于RAC，将引起底部失真。

要避免负峰切割失真，应满足：

7.2负峰切割失真的仿真测试

如图14所示电路图，设置调制系数为0.7，R2从原来的10Ω减小到1Ω，其他参数不变，即可得仿真结果，如图15所示，为负峰切割失真。

图14负峰切割失真电路参数

峰切割失真

图15负峰切割失真波形

8心得与体会

本次课程设计的完成，收获颇多，首先，我更加明白了振幅调制与解调的各方面的基本概念，什么是调制，什么是解调。

其次，我明白了波形应该是什么样的，之前在课本上只是初步的了解惰性失真，负峰切割，现在通过这次课程设计，我明白了他具体的原理。

通过自己画电路图自己测试感觉收获很大。

这次课程设计过程中我真的是感觉到实践的，自己做过的才是真的让人能记住好久。

喜欢这次课程设计，带给我了很多收获。

参考文献

[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）.华中科技大学2006.

[2]曹才开，姚屏曾屹周细凤.高频电子线路原理与实践.中南大学2010

[3]曾兴雯刘乃安陈健.《高频电路原理与分析》.西安电子科技大学2006

[4]陈邦媛.射频通信电路.北京：

科学出版社，2002