AM信号的调制与解调(带仿真图).doc

题 目： AM调制与解调的设计
时 间： 2011/1/4—2011/1/10

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目录

一、题目分析………………………………………………………….2
二、电路的总框图…………………………………………………….2
三、调制……………………………………………….........................2
1. AM调制波电路图………………………………………………2
2.工作原理…………………………………………………………3
3.调制仿真…………………………………………………………4
四、解调……………………………………………………………….6
1．包络检波电路.…………………………………………………6
2．工作原理……………………………………………………….6
3. 解调仿真………………………………………………………..7
五、完整电路图……………………………………………………….8
六、理想条件及参数计算……………………………………………8
七、总结……………………………………………………………….9
1．设计电路的特点…………………………………………………9
2. 使用价值………………………………………………………...9
3. 心得体会………………………………………………………….10
4.问题解答…………………………………………………………..10
5.元器件清单………………………………………………………..12
八、参考文献………………………………………………………….13

一、题目分析
调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。在实际上包括了各种不同信息传输的最基本原理，是大多数设备发射与接收的基本部分，所以我们做的这个课题是有很大的意义的。
本设计报告总体分为两大问题：信号的解调和调制。在调制部分省略了载波信号的放大、功放部分，要调制的信号也同样省略了放大部分，所以在调制中保留了调制器中的主要部分—乘法器，在解调部分也只是保留了检波器部分，即二极管检波器。
在确定电路后，利用了EDA 软件Multisim进行仿真来验证结果。
二、电路的总框图
调制信号
乘法器
载波信号
半波整流器
低通滤波器
已调波

三、调制部分
1、AM调制波电路图

2、工作原理
滑动变阻器W1向右滑动到100%电源VEE产生一个电压加载到信号发生器XFG2产生频率为10kHz幅值为的22mv的调制信号，然后与信号发生器XFG1产生的频率为10MHz，幅值为23mv的载波信号进入到乘法器形成已调信号，用框图的形式表现如下：
载波信号
调制信号
A
模拟乘法器
AM波
三极管放大电路

乘法器MC1496工作原理:Q1、Q2与Q3、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及其偏置电路组成差分放大器Q5、Q6的恒流源。C2端接入载波信号，C3端接入调制信号。Q2，Q3发射极之间接电阻，对差分放大器Q5、Q6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压us的线性动态范围。负电源VEE（双电源供电），电阻W1用来调节偏置电流及镜像电流的值。
三极管Q10工作原理：三极管Q10能够使乘法器工作在线性区，保证输出的稳定，因为输出在基极，不具备放大功能。
3、调制仿真
载波信号：周期fc=1MHz 幅值Vcm=23mv

调制信号：fs=10kHz Vsm=22mv

已调信号

已调信号频谱图

频谱图分析：从频谱分析图可知，经乘法器得到的频率不仅存在一次谐波，还有二次，三次等都次谐波。依图可知，如果只是要得到一次谐波，可以通过一个带通滤波器（14kHz—35kHz），滤除其他次谐波而得到。有关于频带宽度等问题，在截图只可以直接读取，这里就不再重复。
四、解调
1、二极管包络检波电路

2、工作原理

二极管峰值包络检波器
Ui为AM调制波时，要求：Uim>0.5V，
二极管的作用是滤除负半轴的波，因为二极管的正向内阻较小，而反向内阻较大，所以调制信号负半轴的波形不能通过二极管进入到检波电路中所以形成的波形都在时间轴的上方。
锗管的正向特性曲线在电压为（0.2-0.3）v左右已陡峭，而硅管则要（0.5-0.7）v，但锗管反向特性不如硅管，因一般情况下主要考虑正向特性，故选锗管。
3、解调仿真
解调出的信号

解调后的信号的周期f=10kHz与要调制的信号周期保持不变，而幅值变为原来调制信号幅值的1/4。
其频谱图分析如下：由于前端电路没有经过带通滤波器，导致解调后得到的频谱图出现多次谐波。但是，总体变化趋势保持不变，即保有AM波外包络频谱图的特点。
五、完整电路图
R1
500¦¸
R2
500¦¸
R3
500¦¸
Q1
2N2222
Q3
2N2222
Q2
2N2222
Q5
2N2222
Q7
2N2222
Q4
2N2222
Q6
2N2222
Q8
2N2222
Q9
2N2222
R9
51¦¸
R4
6.8k¦¸
R8
51¦¸
R10
10k¦¸
Key=A
50%
W1
500k¦¸
Key=A
100%
R11
10k¦¸
Key=A
50%
C3
100uF
C2
10nF
R14
51¦¸
R7
1k¦¸
R13
1k¦¸
R12
1k¦¸
R5
3.9k¦¸
R6
3.9k¦¸
C1
10nF
C4
10nF
C5
10nF
Q10
2N2222
R16
75k¦¸
R17
75k¦¸
R18
2k¦¸
R19
2k¦¸
VCC
12V
VEE
-8V
XFG1
XFG2
C6
2nF
C7
2nF
C8
100uF
R20
510¦¸
R21
10k¦¸
R22
10k¦¸
XSC1
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
V1
120 Vrms
60 Hz
0¡ã
XSC2
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
V2
120 Vrms
60 Hz
0¡ã
D1
1LH62
XSC3
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
V3
120 Vrms
60 Hz
0¡ã
XSA1
T
IN
XSA2
T
IN
53
52
59
58
0
57
55
54
51
50
49
40
VEE
VCC
0
48
45
44
47
46
43
42
41
39
0
38
37
35
0
36
34
33
32
31
XSC4
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
60
0
V5
120 Vrms
60 Hz
0¡ã
1
2
XSC5
A
B
Ext Trig
+
+
_
_
+
_
56
0
V4
120 Vrms
60 Hz
0¡ã
3
4

六、理想条件及参数的计算

调幅指数ma的计算在已调波的波形图中可以读出U0min=120mv，U0max=400mv 所以ma=（U0max- U0min）/（U0max + U0min）=0.538
在理论情况下ma=Vc/Vs=22/23=0.956
Kd理想值为1.
七、总结
1、设计电路的特点
调幅电路又称幅度调制电路，是指能使高频载波信号的幅度随调制信号（通常是音频）的规律而变化的调制电路。幅度调制电路有多种电路型式，现介绍一种简易的振幅调制电路，该电路的载波由高频信号发生器产生，经放大后和调制信号经乘法器后，输出抑制载波的双边带调幅波，输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后，即可产生普通调幅波。
采用AM调幅波的通用检波方式—包络检波。选用合适的整流器，合理调节低通滤波器各元件系数，清晰再现调制信号。
2、 使用价值
AM调幅波广泛应用于各大广播等形式的信息传输通道，因其原理简洁，构造简便，广泛应用于生活。
比如在我们所接触的调幅收音机，它是属于接收装置，其中检波部分基本原理是相同的。
3、心得体会
通过这次设计让我们真正理解了生活中日常见到的电子的装置的基本工作原理，认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并没有想过会存在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调，在元器件、电路和取值都要有一部分的要求，科学是严谨的，这更让我们一丝不苟起来。
在设计中也得到很多见识，获得或理解知识时的欣喜与在一个问题上的纠结都是很宝贵的，在这种情绪的反复中，认识到学习就是这样一个过程。不管过程怎样，以小见大的反射出以后学习的态度。
团队交流可以加深学习，找出问题，相互弥补不足，在资料的采集方面提高了不少效率，也提高的每个个体的兴奋度，真切体会团队学习给我们带来的快乐，学习是快乐的。
4、问题解答
问题1.半波整流器的作用是什么？
通过二极管的已调制波除去负半波，对于AM调制，由于上下包络线所包含的信息完全相同，所以除去哪一方的包络线都不会影响解调输出。通过二极管的半波整流波形，还残留有载波波形，通过简单的RC低通滤波器，即可获得所需的调制波。
问题2.频谱的意义是什么？
频谱图可以表示出频率的分布范围，从而有利于选择合适的滤波器，获得有用的频率成分，另外还可由频谱图看出能量的分布。
问题3.乘法器的作用是什么？
将调制信号加载到载波信号上形成包络有利于信息的传输这是由于基带信号在信道中易受干扰不利于传输
问题4.关于Q10的作用?
在设计中我们发现，假如不加三极管，且又要乘法器输出的电压不失真，那么由于仪器量程的限制，在直流的作用下，观察不到清楚包络的变化。如图：（Y的位置最小为-3）。

经过多次调试，发现三极管并非放大，它能够使输出利于观察，从而确定信号是否已经失真，经过两者的比较，输出直接接电容时，包络有微小的失真，仔细观察才能发现，如图：（底部略有下坠）

虽然这种调制比加上三极管的调制有些缺陷，但是其频谱图中却减少了许多的谐波成分。频谱如下：
调制输出频谱图：

解调输出频谱图

要想知道是否失真就要看看它的解调出的信号。如图：（与原设计的解调信号比较更加明显）

5、元器件清单
调制部分：R1=500ΩR2=500ΩR3=500ΩR4=6.8KΩ R5=3.9KΩR6=3.9KΩR7=1KΩR8=51ΩR9=51ΩR10=10K ΩR11=10KΩR12=1KΩR13=1kΩR14=51ΩR16=75KΩ R17=75KΩ R18=2KΩ R19=2KΩ C6=0.01u C1=0.01u C2=0.01u C3=100u C4=0.01u VCC=12V VEE=-8V
包络检波：C6=2nF C7=2nF C8=100uF R20=R21=R22=10kΩ
八、参考文献
[1] 张肃文. 高频电子线路. 第四版. 北京：高等教育出版社，2004年。
[2] 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2001年。
[3] 杨欣、王玉凤、 刘湘黔，电路设计与仿真——基于Multisim 8与Protel 2004。
清华大学出版社，2006年
[4] [日]铃木雅臣著、邓学译 高低频电路设计与制作 科学出版社，2006
[5] 郝晓剑 仪器电路设计与应用 电子工业出版社，2007
[6] 童诗白 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社，2006
[7] 樊昌信 曹丽娜 通信原理（第六版）国防工业出版社，2010
[8] 康晓明 卫俊玲 电路仿真与绘图快速入门教程 国防工业出版社，2009
[9] [日]黒田 彻 著 周南生译 晶体管电路设计与制作 科学出版社，2006