AM调幅系统(1)

通信电子线路课程设计报告2019-2020学年第1学期课设题目：__________________________专业班级：__________________________姓名：__________________________学号：__________________________2一、课程设计题目AM调幅系统的调制与解调二、课程设计目的本次课程设计，我组以AM波的调制和解调为课题，利用Multisim14仿真软件进行仿真验证，以完成AM波的调制与解调。以正弦波振荡器产生的1.25MHZ高频正弦信号为载波，对2KHZ的正弦波为低频信号，利用高电平调幅的基极调幅方法实现调幅，经过包络检波电路以及RC滤波，最终检出低频正弦信号。三、系统原理框图及单元电路设计与原理分析系统原理框图如下图所示：可见总电路分为三部分，分别为：振荡电路，调制电路，检波与滤波电路。分别分析各单元电路。（一）振荡电路：振荡电路采用西勒振荡电路，它是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，由放大器和反馈网络两大部分组成。放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）作负载,是一种调谐放大器；反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。1.理论分析振荡电流是一种大小和方向都随周期发生变化的电流，能产生振荡电流的电路就叫做振荡电路。振荡器起振条件要求AF1，振荡器平衡条件为AF=1，它说3明在平衡状态时其闭环增益等于1。在起振时A1/F，当振幅达到一定程度后，由于晶体管工作状态由放大区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至AF=1，此时开始产生谐振。假设由于某种因素使AF1，此时振幅就会自动衰减，使A与1/F逐渐相等。本设计中振荡器采用并联改进型电容反馈振荡器。由于反馈主要是通过电容，所以可以削弱高次谐波的反馈，使振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于高频段工作。2.选择元器件2N2222A小功率通用高频放大管、电容、电感、电阻、直流电源3.电路原理图R141.3kΩR22.75kΩR313.5kΩR41.0kΩC1150pFC28nFC32nFQ12N2222AV0T1VCC12VC7200pFC820nF振荡电路电路原理图44.参数计算：（二）调制电路1.理论分析基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。低频调制信号电压与直流偏压相串联。放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随调制信号波形而变化。在欠压状态下，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化。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。2.选择元器件2N2222A小功率通用高频放大管、直流电源VBB、Vc（偏执电压）、交流电源（调制Vw和载波Vb各一个）、电感、电容、电阻3.电路原理图Q22N2222ARe1kΩVBB1VVc12VC100pFVw2Vrms25kHz0°Vb6Vrms1.25MHz0°T1基极调幅电路原理图54.参数计算：由于基极调幅要使晶体管工作在欠压状态，亦即使晶体管工作在放大区，要满足发射极正偏，集电极反偏。eeBEQBQEQRRUUI7.06)(ecCQCCCEQBQCQRRIVUIIVUVUkRBCBE12,15.1则1令e因为2N2222A为NPN结，所以上述运算证明发射极正偏，集电极为反偏。由于通过振荡器得到的载波振幅为6V，故设置VCC=12V，Re=1K设置滤波器的频率f=1/2π(LC)1/2，取C=100pF，变压器两端的电感取L=100uH（三）解调电路二极管检波原理为调幅波信号是二极管检波电路的输入，因为二极管只允许单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分可以通过二极管。同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是信号包络线。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。应用最广的是同步检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，普通调幅信号来说，它的载波分量没有被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，所以使用包络检波。1.理论分析该电路设置了两个二极管，其中D1用于检正半周期的波，D2用于检负半周期的波。电路原理图如图所示2.选择元器件二极管1N6096、电阻、电容3.电路原理图6Ri21.0kΩR1.0kΩC10nFCc50nFD11N6096包络检波电路原理图4.参数计算：78.149.049.0157.15.010*25*2*10*10*10RCnF37.610*10*25*211nF37.610*10*25*21r1C500490kHz25k1,49.0m239-33333③惰性失真：②频率失真：取则又因为则①负峰切割失真：，取RCRRRRRmRRRizcmaaa失真分析：1.惰性失真根据前面计算，可得714.05.875.8715000maxVVVma798.0178.02252maxaammRCRC2.负峰切割失真因为调幅指数未达到0.8-0.9，调幅指数过小时耦合电容上的电压不至于影响二极管的工作，所以波形未出现失真3.频率失真RC93max105021025118四、单元电路设计及仿真分析（一）振荡电路1.电路仿真结果：仿真波形如图1所示：图1振荡电路输出波形图频谱图如图2所示：图2振荡电路输出频谱图92.仿真结果分析：高频载波频率设置为1.25MHZ，理论周期为0.8us，从波形看出，时间差大概为0.82us，基本符合要求，输出波形近似为正弦波形。（二）基极调幅电路1.电路仿真结果：调制输出波形与调制信号波形如图3所示：图3基极调幅电路输出波形图频谱图如图4所示：图4基极调幅电路输出频谱图102.仿真结果分析基极调制过程中由于各级单位电路的影响，波形有了一定的改变，信号幅度明显减少，调幅指数在0.7左右，虽未完成完全调幅，但是功率损耗不大。波形与理想相似，虽然有毛刺存在，但是不影响观测。同时基极调幅所需调制功率小。（三）包络检波原理电路1.电路仿真结果：检波输出波形如图5所示:图5包络检波电路输出波形图频谱图如图6所示：11图6包络检波电路输出频谱图RC滤波电路输出波形如图7所示：图7RC滤波电路输出波形图2.仿真结果分析：初始波形不稳定，有较大上移，但是一周期后趋于稳定，检测波形未出现明显失真，较为完好。放大倍数为A=1/(fp/1+fa)，放大倍数过大时波形不明显，由于输入远小于1.25MHz，所以波形差别较大，但并不影响观测。五、总电路图12R141.3kΩR22.75kΩR313.5kΩR41.0kΩC1150pFC28nFC32nFQ12N2222AV0XSC1ABCDGTQ22N2222AR61kΩRi21.0kΩR1.0kΩC10nFCc50nFD11N6096XSA3TINT1T2XSA1TINXSC4ABExtTrig++__+_VCC12VXSC2ABExtTrig++__+_XSC3ABExtTrig++__+_XSA2TINXSA4TINXSC5ABExtTrig++__+_XMM1XMM2V11VV212VC4100pFV32Vrms25kHz0°C7200pFC820nFXMM3XMM4XMM5探针2VV:-4.39VV(p-p):10.7VV(rms):3.86VV(dc):606mVV(freq):1.21MHz13六、总结（一）优点AM调制电路简单，易设计，可靠性高，并且所需调制功率很小，适合整机小型化模块之间采用电感耦合相连，减小后级回路对前级回路的影响外，同时耦合振荡回路的频率特性曲线更加接近于理想矩形曲线。（二）不足振荡波形有些许倾斜，可以改用改进型电路；RC常数不够精确，检波电路的波形初始不稳定，需等波形稳定后再选取波形；解调波形出现延时，应该添加消除延时的模块，同时解调波形幅度过小，按需求可以添加电压放大电路。（三）设计用元器件（四）检波电路设计上的问题1、在包络检波时产生的惰性失真应该如何减小？答：为了防止惰性失真，只要适当的选取RC的数值，使得电容的放电加快，让它跟上高频信号电压包络就好了。2、为什么包络检波部分要使用两个二极管？答：因为正弦波是有正半周期与负半周期，在波形的正半周期，幅值大于0的时候，可以通过其中正接法的二极管，不能通过负接法的二极管，但是当波形进入负半周期的时候，就只可以通过负接法的二极管了。这就是为了将正、负半周期的波形都检出来。设计用元器件器件名称数量电阻R7电容C8电感L22N2222A11N60961交流电源V2直流电源V314七、心得体会由于时间等原因，本次课程实验设计进行得很匆忙，在设计单元电路的时候我和同组的同学遇到了很多困难，在查阅了各种资料后，我们终于完成了仿真。刚开始设计的时候，由于对模电知识有些遗忘，是我不能准确的完成电路设计和分析，所以本次课程设计不仅让我对高频的的知识有了更深的了解，还让我对于模电的相关知识又一次温故而知新。对于实验结果我认为有待改进，对于高频的基础知识还需要进一步巩固。八、参考文献[1]崔顺,莫岳平,史宏俊,朱肖陈,梁可.基于西勒振荡器的高频功率放大电路设计[J].电工电气,2016(09):29-32.[2]郑昊祖.二极管包络检波电路的仿真分析[J].成功(教育),2008(11):214.[3]李健,常红霞,鲁业频.高频电子线路仿真教学改革研究——以调幅及其解调为例[J].赤峰学院学报(自然科学版),2019,35(08):153-154.15