AM调制解调电路的设计仿真与实现Word下载.docx

1、SPI 器件，部分 IIC 器件。（2） 仿真处理器及其外围电路可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。本次 Proteus 课程设计实现 AM 调制解调电路的原理图绘制以及电路的仿真。运用由三极管组成的乘法器调制出 AM 信号，再经非线性元件二极管与电容等组成的包络检波电路解调得到解调信号。372. AM 调制解调电路基本原理2.1 振幅调制电路2.1.1 振幅调制AM 调制也称普通调幅波，已调波幅

2、度将随调制信号的规律变化而线性变化，但载波频率不变。设载波是频率为 c 的余弦波： uc（t）=Ucmcosct, 调制信号为频率为 的单频余弦信号，即 U（t）=Umcost（c）,则普通调幅波信号为:uAM（t）= （Ucm+kUm cos t）cosct = Ucm（1+Macost）cosct（1）式中：MakUm/Ucm，称为调幅系数或调幅度AM 调制信号波形如图 1 所示：图 1.普通调幅波形显然 AM 波正负半周对称时：MaUcmUmaxUcm UcmUmin， 调幅度为：Ma=（ UmaxUcm ）Ucm =（ UcmUmin ）Ucm。Ma0 时，未调幅状态Ma1 时，满调幅

3、状态（100），正常 Ma 值处于 01 之间。Ma1 时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，会产生失真，称为过调幅现象。所以，普通调幅要求 Ma 必须不大于 1。图 2 所示为产生失真时的波形。图 2.Ma1 时的过调制波形2.1.2 振幅调制电路的组成模型从调幅波的表达式（1）可知，在数学上调幅电路的组成模型，可以由一个相乘器和一个相加器组成。如图 3 所示：图 3.低电平调幅原理图2.2 振幅解调电路2.2.1 包络检波原理振幅解调是振幅调制的逆过程，从频谱的角度看就是将有用信号从高频段搬到低频段。而要完成频谱搬移（有新频率产生），电路中必须要有非线性器件。一般情况下，AM 波采用

4、包络检波即峰值检波的方式实现解调。即包络检波就是从 AM 波中还原出原调制信号的过程。设输入普通调幅信号 uAM（t）如（1）式所示，图 4 中非线性器件工作在开关状态， 则非线性器件输出电流为：io（t）=guAM（t）K1（ct）=gUcm（1+Macost）cosct 1 + （-1）n-1 2cos（2n - 1）w t2n=1（2n - 1）pc式中： g非线性器件伏安特性曲线斜率。可见 io 中含有直流，c，c 以及其它许多组合频率分量，其中的低频分量是 gUm（1+Mscost）。用低通滤波器取出 io 中这一低频分量，滤除 c- 及其以上的高频分量，就可以恢复与原调制信号 U（

5、t）成正比的单频信号了。图 4.包络检波原理图图 4 中（a）图为包络检波电路的组成模型，（b）图则为包络检波还原信号的波形变化过程和频谱的变化情况。2.2.2 检波器的性能指标二极管峰值包络检波器的性能指标主要有检波效率（电压传输系数）Kd、输入电阻Ri、惰性失真和底部切割失真几项。1. 检波效率检波效率是指检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。直流传输系数：Kd=UoUm；交流传输系数：Kd=U/mUc。其中，Uo 为输出直流电压，Um 为输入高频载波幅度；mUc 为输出解调信号幅度，U 为包络幅度。由以上关系可知，检波效率 Kd 越大越好。2. 等效输入电阻由于二极管在大部分时间处于截

6、止状态, 仅在输入高频信号的峰值附近才导通, 所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。检波器的前级通常是一个调谐在载频的高 Q 值谐振回路，检波器相当于此谐振回路的负载。为了研究检波器对前级谐振回路的影响, 故定义检波器等效输入电阻 Ri=UimIim，其中 Uim 是输入等幅高频电压振幅，Iim 是输入高频电流的基波振幅。经分析可知，检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个阻值为 Ri 的电阻。3. 惰性失真在调幅波包络线下降部分, 若电容放电速度过慢, 导致 uo 的下降速率比包络线的下降速率慢, 则在紧接其后的一个或几个高频周期内二极管上为负电压, 二极管不能导通, 造成 Uo 波形与包

7、络线的失真。由于这种失真来源于电容来不及放电的惰性, 故称为惰性1 - M2失真。要避免惰性失真, 需要满足的条件是 RC a M a Wmax4. 底部切割失真由交直流负载不同引起。直流负载为 R，交流负载 R是 R 与 RL 的并联。不失真的条件是 MaR/R。负载切割失真在整个调制频率范围内都可能出现。图 5.底部切割失真波形3. 各组成部分的工作原理3.1 调制电路的工作原理3.1.1 单片集成模拟乘法器模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件, 它不仅可以实现普通调幅, 也可以实现双边带调幅与单边带调幅。 既可以用单片集成模拟乘法器来组成低电平调幅电路, 也可以直接采用含有模拟乘法器部分

8、的专用集成调幅电路。模拟乘法器可实现输出电压为两个输入电压的线性积, 典型应用包括：乘、除、平方、均方、倍频、调幅、检波、混频、 相位检测等。单片集成模拟乘法器种类较多, 由于内部电路结构不同, 各项参数指标也不同。在选择时应该以下主要参数：工作频率范围、电源电压、输入电压动态范围、线性度等。本次 AM 调制实验中选择的是 MC1596 模拟乘法器，其主要特性参数如下： 电源电压：V+12V，V-8V；输入电压动态范围：-26mVUx26mV，-4VUy4V； 输出电压动态范围：4V；3dB 带宽：300MHz。MC1596 是以双差分电路为基础, 在 Y 输入通道加入了反馈电阻, 故 Y 通

9、道输入电压动态范围较大, X 通道输入电压动态范围很小。通常 X 通道作为载波或本振的输入端, 而调制信号或已调波信号从 Y 通道输入。当 X 通道输入是小信号（小于 26 mV）时, 输出信号是 X、Y 通道输入信号的线性乘积。当 X 通道输入是频率为 c 的单频很大信号时（大于260 mV）, 根据双差分模拟乘法器原理，输出信号应是 Y 通道输入信号和双向开关函数K2（ct）的乘积：两种情况均可实现调幅。图 6 是 MC1596 内部电路图。图 6.MC1596 内部电路图3.1.2 模拟乘法器调幅电路图 7.MC1596 组成的普通调幅电路Y 通道两输入端 1、4 脚之间外接有调零电路,

10、 可通过调节 50k 电位器使 1 脚电位比 4 脚高 Uy, 调制信号 u（t）与直流电压 Uy 迭加后输入 Y 通道。调节电位器可改变调制指数 Ma。输出端 6、12 脚外应接调谐于载频的带通滤波器。2、3 脚之间外接 Y 通道负反馈电阻。3.1.3 实验采用的调幅电路实验中所用的 AM 调制电路是由图 6 和图 7 电路图组合而成的电路图，如下图 8 所示：图 8.AM 调制电路3.2 包络检波电路3.2.1 二极管包络检波电路AM 波采用的解调电路为包络检波电路。包络检波电路通常采用二极管和 RC 滤波网络组成，如图 9 所示。图 9.二极管检波电路当输入的 AM 波的幅度足够大时，假

11、设二极管起理想开关的作用，则 AM 波经过二极管后 AM 波的负半周被削去，只剩下幅度按调制信号规律变化的一连串正半周余弦脉冲，如图 10 所示。将这一串余弦脉冲经 RC 滤波网络滤除高频分量后，就可取出调制信号 U（t）分量，完成解调过程。如果输入是高频等幅波，则检波输出就是直流电压， 这就可以作为接收信号的场强指示。图 10.检波输出波形3.2.2 实验采用的包络检波电路为了使二极管峰值包络检波器能正常工作, 避免失真, 实验过程中将普通二极管检波电路做了一些改进，因而实验选取的电路如图 11 所示。要求必须根据输入调幅信号的工作频率与调幅指数以及实际负载 RL, 正确选择二极管和 R1、

12、R2 和 C、Cc 的值。此次实验各元件的参数如下：C=0.01F，R1=1k，R2=5k，Cc=47F，RL=10k3.3 实验总原理图图 11.改进后的二极管峰值包络检波器综合以上的原理，可以得到实验总电路图，如图 12 所示：图 12.实验总原理图4. Proteus 原理图绘制4.1 准备画图1. 安装好软件后点击桌面上图标进入软件环境。2. 在看是菜单中找到 Proteus 图标单击，进入 Proteus 操作界面。3. 设置所需原件。单击绘图工具栏中的元件模式按钮，进入元件库，在元件库中通过搜索栏中分别键入 CAP 电容、RES 电阻、POT-HG 滑动变阻器、2N1711 型 N

13、PN 三极管、1N914 二极管、LT1014A 运放、ALTERNATOR 找到对应属性的元件。需在元件库中找出相应阻值，电容，电感的元件。图 13.Proteus 元件选择框4.2 放置元件及排版1. 通过对象选择器窗口单击选择相应元件，在右侧图形编辑窗口中单击左键放置元件。元件的移动：用鼠标左键按住元件拖曳。元件的旋转：选定所需旋转元件，单击绘图工具栏左右旋转按钮完成旋转。元件的删除：通过鼠标左键选定要删除的元件，点击键盘上的 delete 键即可完成对应元器件的删除。2. 将鼠标移至元件引脚处待出现红色方框单击鼠标左键将鼠标移至所需连接的另一元件管脚处待出现红色方框后再次单击鼠标左键完成单根导线的连接。以此类推，按照实验原理图放置元件并布线。引出节点：在所需引出节点导线处单击鼠标右键，移动鼠标即可