高频课程设计AM波调制与解调 - 图文

高频电子线路课程设计报告 （2014-2015年度第一学期）

题目： AM 波的调制与解调 学院： 信息科学技术学院 专业： 指导老师： 黄艳

2014年11月9日

目录

1.摘要..................................................1 2.设计指标..............................................1 3．原理框图及概述.......................................1 4.单元电路设计..........................................2 4.1本地振荡器原理及真................................2 4.2基极调幅原理及仿真................................6 4.3包络检波器原理及仿真..............................10 4.4低通滤波器原理及仿真..............................17 5.问题与分析............................................19 6.评价..................................................20 7.元件清单..............................................20 8.参考文献..............................................21

1、摘要

本次课程设计，我组以AM波调制与解调电路设计为课题，借助Multisim仿真软件，运用本地振荡器产生高频载波，通过基极调幅电路将调制信号附加在高频载波上调制 ，再用包络检波器解调，最后用低通滤波器滤除解调出来的信号里面的高频成分，并进行放大还原调制信号。

首先进行单元电路设计，根据计算以及波形设置参数，进行仿真；然后将各单元电路进行整合，仿真，反复调试后，得出结果和心得体会。

2、设计指标

设计指标如下：

输入调制信号：1KHZ 0.5V 正弦波 载波信号 ：1MHZ 0.75V 正弦波

3、原理框图及概述

调制信号 基极调幅 包络检波 低通滤波 低频信号 本地震荡 高频载波 调幅

m(t)?????sm(t)A0?cos?ct?

图3.1 AM波产生原理图

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调幅信号的时域表达式：

SAM(t)?[A0?m(t)]cos?ct?A0cos?ct?m(t)cos?ct（1）调幅信号的频域表达式：

1SAM(?)??A0[?(???c)??(???c)]?[M(???c)?M(???c)]2 （2）

图3.2 AM信号的波形和频谱

由图3.2中时域波形可以看出，当满足条件|m(t)|max错误！未找到引用源。时，调幅波的包络与调制信号波形完全一致，因此用包络检波法将会很容易恢复出原始调制信号。

4、单元电路设计

4.1、本地振荡器原理及仿真

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我们采用的是电容反馈式三端振荡器来产生一个1MHz的等幅振荡波，用来作为调制解调系统中的高频载波，并利用耦合电感输出高频载波。

要想构成一个振荡器就必须包括一套振荡回路（LC振荡回路），一个能量来源（直流电源），一个控制设备（晶体管和正反馈电路）。 从图4.1.1可以看出，我们设置的电路图已包含了这三个基本部分。

当振荡器接通电源后，就开始产生瞬变电流，由于谐振回路的选择性，它只选择出本身谐振的信号，又由于正反馈的作用，谐振信号越来越强，最后形成稳定的振荡，因此我们在仿真时可以看到振荡器起振以后，振幅就从小到大增长起来，达到一定的数值后稳定下来。稳定下来的高频载波波形如图4.1.6所示。

而振荡要达到平衡稳定，就必须要从振幅和相位两个方面考虑。 振幅平衡的条件为： A?1 (4.1.1) F其中A表示平衡点的电压放大倍数，F为振荡电路的反馈系数。在起

1,当振幅达到一定程度时，晶体管进入饱和区或者截止区，F1放大倍数迅速下降，一直到A?，即振幅达到平衡稳定。

F振时A0>

相位平衡条件为：

X1+X2+X3=0 （4.1.2) 由三端式振荡器的构成法则可知，X1必须与X2的符号相同，X3的符号则相反，否则不能产生振荡。

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图4.1.1 振荡器等效三端式电路

利用MULTISIM仿真的原理图及结果如下：

图4.1.2 本地震荡电路图

为满足晶体管工作在放大区： 图4.1.3 直流等效电路 取VCEQ=0.5V,ICQ=2mA,β=40

由公式得：(Re?Rc)Icq?Vcc?Vceq

Vcc?VbqVbqIcq??Rb1Rb2?

Vbq?Veq?0.7v由计算取得R4=24.5KΩ,R5=15KΩ，R6=8KΩ，R7=4.25KΩ。本电路设计采用的是1MHz的高频载波用公式

f0?1/2?LC? （4.1.3）

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C1C2 C?? （4.1.4）

C1?C2

可以计算得到C4=3nF,C9=12nF

其他参数：V2=25V,C2=10uF,C3=10nF,C5=10uF

图4.1.4 振荡频率

图4.1.5 高频载波的频谱图

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图4.1.6 高频载波波形

分析：由图4.1.4和图4.1.5可知，相对于理论值而言，高频载波的频率由1MHz降低到了991KHz，说明电路本身也会造成一定的损失，此外从高频载波波形图中可以看出，高频载波有一点点的失真。

4.2、基极调幅原理及仿真

所谓基极调幅，就是用调幅信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。由于在欠压状态下，集电极电流的基波分量Icm1随基极电压成正比。因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。

由于基极调幅电路必须工作于欠压状态，所以设置Re=1Ω,Rc=2KΩ使得晶体管工作在放大区满足基极调幅电路工作要求。又因为采用的是1MHz的高频载波，所以输出调幅波的时候应该有一个产生1MHz

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振荡电路，通过公式 f?12πLC计算可得，令L=100uH,则C1=253pF，

这里为了减小上下两级之间相互影响同样采用了耦合电感，比例为一比一。

利用MULTISIM仿真的原理图及结果如下：

图4.2.1 基极调幅电路

图4.2.2 调幅波的频谱图

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图4.2.3 调幅波波形

电路参数：Vcc=25V,R1=1KΩ，R2=2KΩ

分析：从图中可以看出调幅波在开始时刻的电压幅度比后面的电压幅度有点小，这是因为在本地震荡开始产生的时候，振幅并不能达到一个稳定的值。

另外理论上，AM调幅波的数学表达式为：

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图4.3.6 低通滤波器输出波形

对于上述检波器输出电压以及低通滤波器输出电压在开始震荡时产生的失真，我们认为是由于是本地震荡以及各级电路误差引起失真相互叠加所导致的。

因此我们对电路进行修改，通过增加C7的大小减小高次谐波分量，由仿真图可知同时会使得检波出来的正弦波电压幅度变小，而且对下一级电路的影响加大，使得还原的调制信号有很大失真，令C7=10uF时，波形如下所示:

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图4.3.7 包络检波器检波出来的波形图

图4.3.8 低通滤波器输出波形

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从上面四个图的比较可以知道在其他参数不变的情况下并不能一直增大C7来改善检波器输出的电压。所以最后取了C7=1uF。

同样的对C6进行调节观察可以发现C6越小滤除直流分量的效果就越好。具体如下:

因为包络检波器输出的波形含有比较多的高次谐波，不能准确的判断是否存在直流分量，因此我们通过观察低通滤波器输出的波形对C6进行调节。当其他条件不变，调节C6=10uF时，从低通滤波器输出电压波形可以看出滤除直流分量的效果比较好，如图4.3.9所示。调节C6=1mF时，从低通滤波器输出电压的波形中很明显可以看到有直流分量，如图4.3.10所示。

图4.3.9 C6=10uF时低通滤波器输出波形

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图4.3.10 C6=1mF时低通滤波器输出波形

4.4、低通滤波器原理及仿真

本实验采用一阶同向输入低通滤波器，由公式A?1?R11可知R12调节R11与R12的比值使得低通滤波器输出波形的电压值接近调制信号的电压幅度。又通过公式 f?1可计算得到参数C8及R10，

2πR10C8截止频率为1KHz，所以当令R10=1KΩ时，C8=159nF。

利用MULTISIM仿真的原理图及结果如下：

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图4.4.1 低通滤波器电路图

图4.4.2 低通滤波器输出波形的频谱图

图4.4.3低通滤波器输出波形图

电路参数：R10=1kΩ R11=60kΩ R12=1kΩ C8=159nF 分析：从频谱图中可以看到在1KHz时有一根竖线，说明滤波的效果比较好。此外根据上一级电路输出的波形对放大倍数进行调节使

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得A=61时，低通滤波器输出的是电压为0.5V，频率为1KHz的正弦波。

总电路图如下所示：

5、问题与分析

1、为什么要采用包络检波，采用包络检波要注意什么，如何消除高次谐波和直流分量？

分析：检波有同步检波和包络检波，但是同步检波主要用于对载波被抑制的双边带信号或单边带信号进行解调。采用包络检波是因为电路简单容易实现。由包络检波器的质量指标可知要考虑惰性失真、底边切割失真，非线性失真、频率失真，因此我们通过公式（4.3.1）

（4.3.2）（4.3.3）（4.3.4）对参数进行估算，最主要的是靠观察波形

来调节参数以改善失真。包络检波器基本电路中设置了两个电容C

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和Cc。C是用来滤除调幅波的高频成分的，C越大效果越好，通过前面的分析可知，C不能太大不然会影响下一级电路输出波形，并且本级电路输出的电压幅度变得很小；Cc是用来滤除直流成分的，Cc越小效果越好，同样的Cc值也不能太小。 2、未解决的问题

在产生高频载波的时候由于起振时不能立马产生一个电压恒定的正弦波，另外理论上虽然计算得到的是1MHz，但是由于电路本身的损耗，频率只能做到接近于1MHz，而且频率还存在波动。使得后面每一级电路在波形产生开始时存在误差，但随着时间增加，逐渐稳定。此外虽然采用耦合电感对前后级进行连接以减少相互影响，但仍然存在失真。

6、评价

本电路采用电容三端式振荡器，并没有采用改进的西勒电路，从而使得调节电容改变振荡频率的时候，反馈系数也跟着改变。其次便是基极调幅电路由于强调减小调制失真而导致的能量转换率比较低。所以最后在滤波的时候采用的是一阶同相低通滤波器，对电压倍数进行设置使得输出波形的电压峰峰值接近于调制信号的电压幅值，然而滤波性能并不是很好，所以存在一定的频率干扰。此外还在分单元电路连接的时候用到了耦合电感，虽然可以减少失真，但是电感之间存在互感，也会增加误差。

7、元件清单

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1、三极管：ZTX239B一个，2N2222一个 2、二极管：1N6096 一个 3、电源：30V 4、集成运放器：一个 5、耦合电感：两个 6、电容、电阻、电感若干

8、参考文献

[1]张肃文.高频电子线路.高等教育出版社

[2]童诗白 华成英主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社 [3]樊昌信 曹丽娜主编.通信原理.国防工业出版社 [4]百度文库. http://www.http://www.wodefanwen.com/.

[5]王冠华 卢庆龄主编.Multisim12电路设计及应用.国防工业出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1qi.html