基于Multisim的同步检波电路的设计 - 图文

摘要

随着信息传输在现代生活中重要性的增强，调制和解调作为无线电通信系统中必不可少的关键技术也越来越受到重视。解调又称作检波，就是从接收端最大程度不失真的恢复出有用的信息。同步检波，又称相干检波，利用与已调波载波同频同相的参考信号与已调波相乘，再利用低通滤波器滤除高频分量，从而得到调制信号。本文介绍了基于模拟乘法器MC1596的AM调制系统和同步检波器的详细方案，并给出了基于Multisim软件的调制和解调仿真结果。

关键词：高频电子；同步检波；AM调制；Multisim

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目录

摘要 ............................................................................................................................................................................... I 1. 概述 ......................................................................................................................................................................... 1 1.1 幅度解调原理 .................................................................................................................................................... 1 1.2 同步检波电路原理 ............................................................................................................................................ 3 2. 电路设计 ................................................................................................................................................................. 4 2.1 MC1596芯片介绍 ............................................................................................................................................. 4 2.2 MULTISIM仿真电路 ............................................................................................................................................ 5 3. 软件运行 ................................................................................................................................................................. 6 3.1 参数设置 ............................................................................................................................................................ 6 3.2 仿真结果 ............................................................................................................................................................ 8 4. 设计结论 ................................................................................................................................................................. 8 5. 总结体会 ................................................................................................................................................................. 9 参考资料 .................................................................................................................................................................... 11

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基于Multisim的同步检波电路的设计

1. 概述

调制信号的解调过程称为检波，常用的方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波的振幅调制信号包络直接反应了调制信号的变化规律，可以用包络检波法进行解调。而抑制载波双边带或单边带信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波器进行解调，必须采用同步检波器。

同步检波器分为相乘型和相加型同步检波器。可以利用模拟相乘器，实现该功能。

1.1 幅度解调原理

调幅的实质是利用模拟相乘器将调制信号频谱线性搬移到载频附近，并通过带通滤波器提取所需要的频带信号。解调作为调制的逆过程，必然是再次利用相乘电路将调制信号频谱从载波频率附近搬回原来你位置，并通过低通滤波器提取所需要的调制信号，即基带信号，滤除无用的高频分量。

KiM 低通滤波器 a?v v v

v

r图1.1-1 幅度解调器的组成框图

图中，KM是相乘电路的标尺因子，vr是参考信号，vi是输入的已调幅信号，无外乎以下的三种形式之一

v

AM?g(t)cos?ct g(t)?0

?g(t)co?sct g(t)?0 (1.1.1) g(t)g(t)cos?ct?sin?c 221

?vDSBvSSB?

式中，g(t)代表调制信息，g(t)是g(t)的希尔伯特变换。为了能从条幅波中恢复调制信号，需要输入一个与载波同频同相的高频电压信号vr，即载波恢复信号。 设vr??Vrmcos?ct ，利用三角恒等式

cos?cos??1?cos(???)?cos(???)? 21?sin(???)?sin(???)? 2sin?cos??可以求出相乘器的输出电压va的表示式为 对AM和DSB信号 对SSB信号

?g(t)g(t)? （1.1.2） ??cos2tvaKMVrm??c?22??va???g(t)g(t)g(t)?KMVrm??co2s?ct?sin2?vt? （1.2.3）

?4?44?? 假若低通滤波器能够滤除va中集中在角频率2?c附近的高频分量，又具有足够的带宽

就不会引起调制信号v?频率分量的失真，于是滤波器的输出信号电压为

对A和DSMB信号

对SSB信号

v??1KVk2rmML (0)g(t) （1.1.4）

v??1KVk4rmML (0)g(t) （1.1.5）

式中，kL(0)是低通滤波器的传输系数。

由于这种检波过程必须在接收端产生一个与载波信号同步的参考信号vr，故称为同步检波器。同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种条幅波进行解调。

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1.2 同步检波电路原理

相乘型同步检波电路组成与解调原理，在2.1中说明并得出结论，参看式（1.1.1）~（1.1.5），用模拟相乘器MC1596构成同步检波实用电路，有单电源供电与双电源供电，虽然供电方式不同，但原理相同。此处采用单电源供电。

图1.2-1 单电源供电的同步检波实用电路

模拟相乘器作同步检波时，不需要载波调零电路。因为在其输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，因而很容易在输出端给予滤除。

由载波恢复电路产生的载波信号通常加到MC1596的x输入端。其电平大小只要能保证查分对管很好地处于工作状态即可。通常在100~500mV之间。根据待解调的单边带或双边带已调信号送到MC1596的y输入端，其电平应保持在线性工作的限度内。该电路输入已调波电平高达100mV是，仍可获得很好的线性和无失真的输出。

载波恢复电路的任务是提供与载波同频同相的参考信号vr，它是实现各种同步检波的关键所在。

载波恢复电路可根据待解调的调幅信号中是否含有载波分量而采用不同的实现方法：对普通调幅信号，或者发送导频的双边带信号或单边带信号，可以采用窄带滤波器将载波信号提取出来；对于不含载波分量的双边带信号，采用非线性变换的方法恢复载波分量；对于不含导频分量的单边带信号，可采用发、收两端的载波都有频率稳定度很高的晶体振荡器产生。

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2. 电路设计

2.1 MC1596芯片介绍

MC1596是美国Motorola公司生产的单片集成模拟相乘器，即吉尔伯特相乘器。MC1596的最高工作频率为300MHz，被转换的信号频率可达80MHz，它具有良好的载波抑制能力，应用广泛。

图2.1-1 MC1596内部电路图

图中晶体管Q1～Q4组成双差分放大器，Q5、Q6组成单差分放大器，用以激励Q1～Q4；Q7、Q8、D2及相应的电阻等组成多路电流源电路、Q7、Q8分别给Q5、Q6提供恒流电流，R为外接电阻，可用以调节电流的大小。另外，由Q5、Q6两管的发射级引出接线端2和3，外接电阻Ry，利用Ry的负反馈作用可以扩大输入电压Uy的动态范围。

MC1596的主要技术参数如下： 载波馈通 140?V（

fc?10MHz,Vcm?300mV 方波输入）

载波抑制 65dB（f?500MHz,60mV 输入） 50dB（f?10MHz,60mV 输入）

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互导带宽 300MHz（RL?50?,60mV 输入） 信道通道输入阻抗 200k?，2pF 信号通道共模输入范围 5V 输入偏流

12?A

输入失调电流 0.7?A 输出阻抗 40k?、2pF 正电源电流 2mA 负电源电流

3mA

2.2 Multisim仿真电路

在熟悉了电路的原理后，应用Multisim软件进行仿真实现。首先按照图2.2-1完成电路图的搭建，得到下图。

图2.2-1 单电源供电同步检波电路仿真图

图中，载波输入端接入函数信号发生器XFG1，用以产生与调制信号载波同频同相的参考信号；已调信号输入端可以输入调制好的DSB信号、SSB信号和AM信号，此处接入安捷伦函数发生器XFG2，用来产生AM信号；在解调信号输出端接入双踪示波器，A通道接解调信号，B通道接安捷伦函数发生器，可以对比AM信号的包络波形与同步检波后得到的解调波形。

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3. 软件运行

3.1 参数设置

1. 函数信号发生器的参数设置

设置参考信号 频率

fc?10KHz

振幅Vp?p?100mVp 在示波器上可得到参考信号的波形，如下图所示。

图3.1-1 参考信号参数设置

图3.1-2 参考信号波形

2.安捷伦函数发生器的参数设置

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安捷伦函数发生器能直接产生AM波， 设置载波 频率

fc?10KHz

振幅Vp?p?100mVp 设置调制信号 频率

fm?100Hz

振幅Vmp?p?50mVp

在示波器上可得到AM信号的波形，如下图所示。

图3.1-2载波参数设置

图3.1-3调制信号参

图3.1-4 AM信号的波形

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3.2 仿真结果

在设置好所应用仪器的参数后，点击运行，可以在双踪示波器上清晰地观察到输出波形。 由于这里采用了AM信号，可以猜测，观测到的输出波形应该是输入已调信号中调制信号的波形，即AM信号的包络波形，与包络检波器的输出波形是一样的。若采用DSB或SSB信号，也会得到与其对应的相应波形。

图3.2-1 同步检波电路输出波形

如上如所示波形，上边的波形为同步检波输出信号，下变的波形为输入的已调信号。根据图形对比，在不计失真的情况下，同步检波器的输出波形与输入的已调信号中调制信号波形相同。而单参考信号的参数设置与已调波载波的参数不一致时，会得到严重失真的波形。

4. 设计结论

同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种调幅波进行解调，在这里采用AM作为调制波，与DSB、SSB的实验过程基本相同，不再赘述。

从对于双边带或单边带调幅信号来说，无法直接从双边带或单边带调幅信号中提取参

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考信号。为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。接收机在接收双边带或单边带调幅信号的同时也接收导频信号，由晶体滤波器从输人信号中取出该导频信号，经放大后作为本地载频信号。如果发射机不发射导频信号，那么在接收端可采用与发射机相同的高稳定度的石英晶体振荡器或频率合成器来产生本地载频信号。

若本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生影响。 假如本地载频信号与输入信号的频率和相位都不同步，若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则经低通滤波器取出的低频信号将产生频率失真和相位失真。若用模拟乘法器构成的乘积滤波电路解调单边带调幅信号．同理，检出的低频信号也将产生频率失真和相位失真。在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。实验证明，当频率偏移值为20 Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200 Hz时，语言可懂度就会下降。在进行图像通信时，频率和相位偏移都会影响图像的质量。所以参考信号vr的与载波的一致性是各种同步检波的关键。

同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越，在实际电路中，信道中都会存在随机噪声，若噪声超过某一个阈值，则包络检波器所解调的波形失真严重，得不到想要的信息，而同步检波器就不会有这种问题。虽然同步检波器的电路比较复杂，但是随着电子技术的发展，这种解调方式会应用的越来越广泛。

5. 总结体会

由于我们在以前的课程中没有接触过Multisim，在课程设计的第一天，老师给我们培训了这款软件的基本用法，下课后虽然有些地方忘记了，但在同学们的帮助下和在网络上查找的资料上学会了软件的使用，我也算是入了门。

在拿到课设题目后，我主要根据高频课的教材和实验手册来进行设计，仿真电路图也是按照书上的图连接的，在以前学习时有些没有注意到的细节问题通过这次课设也意识到了。

这一个星期过的可以说是不容易，很早之前就听说过课程设计的大名，现在一见真是名不虚传。经过这次课设，我的收获也很大，与我的付出成正比。首先，我更熟悉了关于

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解调检波等一系列的专业知识，通过搭建电路图选择元器件等过程让我对它有了更深刻的认识和更直观的印象；其次，我学会了Multisim软件的仿真应用，很多平时不能轻易接触到的仪器，都可以在仿真界面上尽情使用，不用担心损坏等那么多的问题，对学习专业课非常有帮助；而且，在整理报告内容时，通过自己输入公式、绘制框图和按照论文要求更改版式等操作，对Word的使用也更加得心应手；除了收获知识外，最重要的是，我坚持不懈的毅力和要战胜困难的决心也得到了一定程度的磨练，使我在面对挑战时能更有自信更有勇气，哪里不对了，翻书、查资料，一定要找到差错，一定要解决掉，这才是课设最大的成果。

这次课程设计会是大学生活中灿烂的一页，值得回味。

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参考资料

[1] 张义方编.高频电子线路.哈尔滨工业大学出版社，2012：145～165.

[2] 李新春、陈俊霏编.高频电子教学实验.辽宁工程技术大学电信学院，2012：32～41. [3] 聂典、丁伟编.Multisim 10计算机仿真.电子工业出版社，2012.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c5op.html