高頻電子線路課程設計---信號的調制—解調電路設計與調試

1、<p><b>　　《高頻電子線路》</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　設計題目：信號的調制—解調電路設計與調試</p><p>　　課程設計任務書 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

2、<p>　　幅度調制是由調制信號去控制載波的振幅，使它按調制信號的規(guī)律變化。嚴格地講，是使高頻振蕩的振幅與調制信號呈線性關系，其頻率和相位不變。這是使高頻振蕩的振幅載有消息的調制方式。信號調制可以將信號的頻譜搬移到任意位置，從而有利于信號的傳送，并且是頻譜資源得到充分利用。調制作用的實質就是使相同頻率范圍的信號分別依托于不同頻率的載波上，接收機就可以分離出所需的頻率信號，而不產生相互干擾。</p><p

3、>　　而要還原出被調制的信號就需要解調電路。本文使用的同步檢波方法是利用利用一個和調幅信號的載波同頻同相的載波信號與調幅波相乘，再通過低通濾波器濾除高頻分量而獲得調制信號的。從而實現檢波的方法。</p><p>　　本文中的實現方案使用了MC1496乘法器分別實現了信號的調制與解調，在Multisim進行了電路仿真分析后，在實際電路上進行了測試驗證。</p><p>　　關鍵詞：AM

4、幅度調制解調；Multisim仿真；模擬乘法器 ；MC1496</p><p>　　目 錄</p><p>　　1.課程設計目的1</p><p>　　2.課程設計題目描述和要求1</p><p>　　3.課程設計報告內容1</p><p>　　3.1.實驗原理1</p>&

5、lt;p>　　3.1.1.幅度調制的一般模型1</p><p>　　3.1.2.相干解調2</p><p>　　3.2.電路設計及仿真3</p><p>　　3.2.1.模擬乘法器MC14963</p><p>　　3.2.2.電路設計及Multisim仿真4</p><p>　　3.2.2.

6、1.模擬乘法器MC1496模塊的創(chuàng)建4</p><p>　　3.2.2.2.調制部分仿真及結果5</p><p>　　4.電路調試及實驗數據的測試10</p><p>　　4.1.所用儀器儀表10</p><p>　　4.2.測試步驟及內容10</p><p>　　4.3.實驗數據記錄12<

7、;/p><p>　　5.實驗數據分析12</p><p>　　6.課程設計總結12</p><p>　　6.1.設計過程中遇到的問題及解決方法13</p><p>　　6.2.設計體會13</p><p>　　6.3.對課程設計的建議13</p><p><b>　　參

8、考書目：13</b></p><p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　通過課程設計，使學生加強對高頻電子技術電路的理解，學會查尋資料﹑方案比較，以及設計計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手﹑獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析﹑解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設

9、計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。</p><p>　　課程設計題目描述和要求</p><p>　　信號的調制與解調總體上可分為兩大部分：信號的調制和信號的解調。在調制部分省略了載波信號的放大、功放部分，需要調制的信號也同樣省略了放大部分，在調制中僅僅保留了調制器中的主要部分——乘法器，在解調部分同樣也只是保留了檢波器部分，采用同步檢波加低通濾波的方式解調出調制信號。&l

10、t;/p><p>　　選用振幅調制解調方法，采用集成芯片MC1496乘法器實現信號調制以及同步解調。要求自行設計信號的調制解調電路，并在multisim 10軟件環(huán)境下進行仿真，完成電路的安裝、調試、測試，記錄實驗數據并撰寫實驗報告。無失真地實現信號的調試與解調。</p><p><b>　　課程設計報告內容</b></p><p><b&g

11、t;　　實驗原理</b></p><p><b>　　幅度調制的一般模型</b></p><p>　　本次實驗使用常規(guī)雙邊帶調制的方法。幅度調制是用調制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調制器的一般模型如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 幅度調制器的一般模型</p><

12、p>　　圖中，為調制信號，為已調信號，為濾波器的沖激響應，則已調信號的時域和頻域一般表達式分別為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，為調制信號的頻譜，為載波角頻率。由以上表達式可見，對于幅度調制信號，在波形上，它的幅度隨基帶信號

13、規(guī)律而變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調制通常又稱為線性調制，相應地，幅度調制系統(tǒng)也稱為線性調制系統(tǒng)。 在圖3-1的一般模型中，適當選擇濾波器的特性，便可得到各種幅度調制信號，例如：常規(guī)雙邊帶調幅（AM）、抑制載波雙邊帶調幅（DSB-SC）、單邊帶調制（SSB）和殘留邊帶調制（VSB）信號等。</p><p><b>　　相干解調&

14、lt;/b></p><p>　　由AM信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可用調制時的相乘運算來實現。相干解調的原理框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖 3-2相干解調原理框圖</p><p>　　將已調信號乘上一個與調制器同頻同相的載波，得</p>&

15、lt;p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項分離，無失真的恢復出原始的調制信號</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p><b>　　電路設計及仿真</b></p><p>　

16、　模擬乘法器MC1496</p><p>　　MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內部電路和引腳如下圖3-3所示。其中VT1,VT2與VT3,VT4組成雙差分放大器，VT5,VT6組成的單差分放大器用以激勵VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置電路組成差分放大器、的恒流源。引腳8與10接輸入電壓UX，1與4接另一輸入電壓Uy，輸出電壓U0從引腳6與12輸出。引腳2與3 外接電阻RE，對差分放大器VT5、VT6

17、 產生串聯電流負反饋，以擴展輸入電壓Uy的線性動態(tài)范圍。引腳14為負電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電使） ，引腳5外接電阻R5。用來調節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0的值。</p><p>　　圖3-3 MC1496的內部電路圖</p><p>　　圖3-4 MC1496引腳圖</p><p>　　電路設計及Multisim仿真</p><

18、p>　　模擬乘法器MC1496模塊的創(chuàng)建</p><p>　　啟動multisim10程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內部結構圖，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍的方框標示，表示完成子電路的選擇。為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操

19、作，屏幕上出現輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出現Subcircuit Name對話框，在對話框中輸入MC1496，單擊OK，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標。雙擊子電路模塊，在出現的對話框中單擊Edit Subcircuit 命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路

20、圖。MC1496內部結構multisim電路圖如圖3-5所示。電路模塊如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-5 乘法器內部電路</p><p>　　圖3-6 乘法器電路模塊</p><p><b>　　調制部分仿真及結果</b></p><p>　　調制部分電路如圖3-7所示，對函數信號發(fā)生器進行設置，設置載波輸入

21、信號頻率為60kHz，信號幅度大小為200mVpp；設置調制信號輸入頻率為1kHz，信號幅度大小為200mVpp。</p><p><b>　　圖3-7 調制電路</b></p><p>　　在輸出端接一示波器觀察已調信號的波形，如圖3-8所示，已調信號有明顯的包絡且相鄰的兩個包絡周期近似相等。</p><p>　　圖3-8 調制后信號輸出&l

22、t;/p><p>　　接入頻譜分析儀對已調信號進行頻譜分析，得到如圖3-9所示的頻譜圖，左右移動縱坐標指示線觀察并測量譜峰所對應的頻率和幅度值。其中載波頻率為中心頻率f0=59.678kHz，幅值A0=106.379mV；兩個邊帶頻率分別為f1=58.851kHz和f2=60.917kHz，幅值分別為A1=247.577mV和A2=268.290mV</p><p>　　圖3-9調制后信號頻譜

23、</p><p>　　解調部分的仿真及結果</p><p>　　解調部分電路如圖3-10所示，已調信號作為輸入信號經過同步檢波器和低通濾波器后輸出相應的解調信號并在示波器上加以顯示。</p><p><b>　　圖3-10解調電路</b></p><p>　　示波器上顯示出解調信號波形近似為周期性的正弦波如圖3-11；用

24、頻率計測量解調輸出信號的頻率，恰好為1kHz，如圖3-12。</p><p>　　圖3-11解調后信號輸出</p><p>　　圖3-12頻率計測量解調輸出信號的頻率</p><p>　　仿真結果顯示所設計的調制——解調電路能夠完成相應的功能，具有可行性，可以應用到實際電路中去。</p><p>　　元件清單及整體電路原理圖</p>

25、;<p><b>　　元件清單：</b></p><p><b>　　表3-1元件清單</b></p><p>　　整體電路原理圖如圖3-13：</p><p>　　其中，左半部分為信號調制電路，右半部分為信號解調電路。</p><p>　　圖3-13整體電路原理圖</p>

26、<p>　　電路調試及實驗數據的測試</p><p><b>　　所用儀器儀表</b></p><p><b>　　表4-1 實驗儀器</b></p><p>　　具體儀器型號如圖4-1所示。</p><p>　　a.函數信號發(fā)生器b.電壓源</p><

27、;p><b>　　c.雙蹤示波器</b></p><p>　　圖4-1 主要實驗儀器照片</p><p><b>　　測試步驟及內容</b></p><p>　　按仿真電路圖焊接電路，安裝后電路如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 AM調制與解調實際測試電路</p>&

28、lt;p>　　查看電路焊接無虛焊、地線連接正常，通電測試芯片供電電壓工作正常。</p><p>　　安裝芯片，測試調制輸出端、解調輸出端信號工作正常。</p><p>　　將信號源、示波器、函數信號發(fā)生器與測試電路板連接，連接后如圖4-3所示 。</p><p><b>　　圖4-3儀器連接</b></p><p>

29、;　　觀察各級輸出波形，記錄數據。</p><p>　　波形及結果見4.3圖4-3。</p><p><b>　　實驗數據記錄</b></p><p>　　圖4-3調制及解調波形</p><p><b>　　實驗數據分析</b></p><p><b>　　供電電壓

30、：±8V</b></p><p>　　輸入信號：200mv正弦信號</p><p>　　載波信號：200mv正弦信號，60kHz</p><p>　　測得調制信號輸出：呈明顯的倆信號相乘后疊加的波形，輸出頻率60kHz，與載波信號相同。</p><p>　　測得借條信號輸出：呈與輸入信號相同的正弦波形，隨輸入信號頻率變化

31、而變化，且始終與輸入信號相同。</p><p>　　調制輸出端可觀測到完整的調制信號，解調輸出端可觀測到無失真、與輸入信號同頻的輸出信號。改變輸入信號頻率，可同時觀測到解調信號頻率也隨之改變。</p><p><b>　　課程設計總結</b></p><p>　　設計過程中遇到的問題及解決方法</p><p>　　采用同

32、步檢波和包絡檢波兩種解調方式中何種解調方式？</p><p>　　解決辦法:由于采用的調制方式為常規(guī)雙邊帶調制方式，調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)律，無法用包絡檢波進行解調，必須采用同步檢波方法。</p><p>　　同步檢波方式中的低通濾波器如何設計？</p><p>　　解決辦法：由于需要濾除除了與調制信號頻率相同的信號外的其它高頻信號，可以簡單地采

33、用RC低通濾波器對高頻信號進行濾除。</p><p><b>　　設計體會</b></p><p>　　通過這次高頻課程設計，使我加深了對高頻理論知識的理解，并通過設計電路將功能完好的實現。體會到了理論與實際工程應用中的微妙差異，熟悉了電路的安裝、調試、測試，以及相關實驗儀器的使用。 </p><p>　　這個仿真調試過程中，我們不斷在原定方案

34、基礎上進行改進，最終實現了更加準確的調制與解調功能。測試結果符合預定要求，成功完成了此次課程設計。</p><p><b>　　對課程設計的建議</b></p><p>　　希望課程設計提前進行，增加選題的多樣性，可適當增加難度。同時應更多考慮題目的工程實用性和創(chuàng)新性，鼓勵學生自主選題。加大對學生動手實際制作的支持力度。</p><p><