AM同步检波器的设计与仿真毕业设计正文.doc

塔里木大学信息工程学院课程设计

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2017届课程设计

《AM同步检波器的设计与仿真》
课程设计说明书

学生姓名
学 号
所属学院 信息工程学院
专 业 通信工程
班 级 通信17-1
指导教师
教师职称 讲师

塔里木大学教务处制

目录
1、前言 1
2、设计任务 2
2.1课程设计的目的 2
2.2课程设计的基本要求 2
2.3课程设计的题目和该题目的要求 2
3、设计方法和内容 3
3.1 模拟乘法器工作原理 3
3.2 AM调制原理 3
3.3 AM相干解调原理 4
4、仿真结果 4
4.1仿真电路 4
4.1.1 AM调制电路 4
4.1.2 同步检波电路 5
4.2结果分析 6
4.2.1 AM调制电路结果（图+仿真分析） 6
4.2.2 同步检波电路结果（图+仿真分析） 7
4.2.3 整体分析 7
5、整体电路图及元件清单 8
5.1 整体电路图 8
5.2 元件清单 8
6、结论 9
致谢 11
参考文献 11

1、前言
检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置。用于识别波、振荡或信号存在变化的器件。检波器通常用来提取所携带的信息。检波器分为包络检波器和同步检波器。前者的输出信号与输入信号包络成对应关系，主要用于标准调幅信号的解调。后者实际上是一个模拟相乘器，为了得到解调作用，需要加入另外一个与输入信号的载波完全一致的振荡信号。同步检波器主要用于单边带调幅信号的解调或者残留边带调幅信号的解调。本次课程设计主要涉及AM同步检波器的设计与仿真。

2、设计任务
2.1课程设计的目的
本次课程设计主要是要让学生加强对高频电子线路课程的理解，学会查寻资料，方案比较，以及设计、计算等环节。进一步提高分析、解决实际问题的能力，创造一个动脑动手、独立开展电路实验的机会，锻炼分析、解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

2.2课程设计的基本要求
培养学生根据需要选学参考书，查阅资料、手册、图表和文献的自学能力，通过独立思考、深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
通过实际电路方案的分析比较，设计计算、元件选取、安装调试等环节，初步掌握简单实用的电路分析方法和课程设计方法。
掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整体指标测试方法，提高动手能力。
了解与课程相关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的设计观念和生产观点，经济观点和全局观点。

2.3课程设计的题目和该题目的要求
课程设计的题目：AM信号同步检波器的设计与仿真
设计要求：用模拟乘法器（如MC1496双平衡四象限模拟乘法器）设计一个AM信号同步检波器。
主要指标：输入AM信号：载波频率为15MHZ的正弦波，调制信号：1KHZ的正弦波，幅度大于1V，调制度为60%
输出信号：无明显失真，幅度大于5V。

3、设计方法和内容
3.1 模拟乘法器工作原理
MC1496的内部结构及原理：MC1496是双平衡四象限模拟乘法器，是平衡调制器的核心器件，是一种具有多种用途的集成模拟乘法器，输出电压为输入信号和载波信号的乘积，可以应用于抑制载波、调幅（振幅调制）、同步检测、调频检测和相位检测等功能，其内部电路如下图
MC1496中包含了由带双电流源的标准差动放大器的驱动和四个高位放大器，输出集电极交叉耦合，所以产生了两输入电压的全波平衡调制乘积现象。其中载波输入输入至4个三极管组成的双差分放大器，信号输入输入至2个三极管组成的单差分放大器用以激励载波，其他的引脚分别接入输入电压和外接电阻以及输出电压。

3.2 AM调制原理
如果载波信号是单频正弦波，调制器输出已调信号的包络与输入调制信号为线性关系，则称这种调制为常规调幅，或简称调幅。在AM调幅中，输出已调信号的包络与输入调制信号成正比，其时域表达式为：式中：为外加的直流分量，为基带调制信号，为载波信号的角频率。根据已调信号的时域表达式，可以得出AM调制的一般模型如图：

该模型中的核心器件是模拟乘法器，它实现了对基带信号的调制，本系统中采用的是MC14964来实现调制器的设计。

3.3 AM相干解调原理
相干解调也叫做同步检波。解调是调制的反过程，把载频位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，因此可以用相乘器与载波相乘来实现。AM系统相干解调的一般模型如图：
设输入的已调波为AM信号为，经过模拟乘法器叠加以后获得，之后用低通滤波器滤除附近的频率分量后，得到频率为低频信号和直流分量。再去掉直流分量，就可以恢复原调制信号。本系统中采用的是MC1496来实现解调器的设计。
4、仿真结果
4.1仿真电路
4.1.1 AM调制电路
在Multisim集成仿真环境中绘制下图，电路参数为：VCC=+12V，VEE=-8V，调零滑变为正中间50%。输入基带信号为50mV、VPP 1KHZ的正弦信号，外加50mV的直流电压；载波为100mV VPP 500KHZ的正弦信号。

AM调制电路仿真图
4.1.2 同步检波电路
在Multisim集成仿真环境中绘制下图：此图为在调制的基础上，用于把前面的已调信号再做解调的仿真电路。

AM信号解调电路仿真图

4.2结果分析
4.2.1 AM调制电路结果（图+仿真分析）

仿真结果如下图：

仿真分析：由于载波频率较高，所以波形密集，显然仿真出的波形与理论波形相符。也就是说本次设计的AM调制结果是成功的，MC14964的应用也是正确的。

4.2.2 同步检波电路结果（图+仿真分析）
仿真结果如下图：

仿真分析：经过AM调制后的已调信号再通过相干解调后其波形与初始的基带信号在相位上有一定的偏移，与理想情况有所差异，经过询问老师得知，这是由于经过解调后解调波在产生的时间上会略慢于原基带信号。

4.2.3 整体分析
经过多次的调试和改良，仿真结果接近理论，但是在解调信号的波形上与原基带信号相比还是存在一定的相位偏移。在解调信号处再外加一个频谱分析仪的话，能看到解调之后再OKHZ附近一直会存在直流分量，分析其原因，应该是电路参数不准确或者电路图中滤波效果不太好。
5、整体电路图及元件清单
5.1 整体电路图

该图AM调制电路与AM解调电路的连接图，即同步检波电路仿真图。

5.2 元件清单
元件名称
个数/个
51Ω电阻
4
500Ω电阻
6
760Ω电阻
2
820Ω电阻
1
1KΩ电阻
8
1.3KΩ电阻
1
3KΩ电阻
2
3.3KΩ电阻
2
6.8KΩ电阻
1
1KΩ滑动变阻器
1
20KΩ电阻
1
100nF电容
8
5nF电容
3
晶体管2N2222
16

6、结论
本次课程设计收货很大，无论是从拿到课题开始着手设计，还是到最后能将自己所设计的电路图通过仿真软件调试出来，自己的感受和收货都很大的。
我在本次课程设计中的任务是“检波器的设计与仿真”，当时拿到这个题目以后，我就通过网络去查询了一下关于检波器的相关信息和有什么类型的检波器，通过了解以后，又经过和另外小组的商讨，我决定由我来设计同步检波器，另外一个小组来设计二极管检波器。有了决定以后当然得开始着手设计电路，虽然我的本次设计是同步检波器，但是，为了方便更好的去理解解调调制原理，我在其中又加入了AM调制部分。
开始设计时，我先去了解了同步检波器电路需要的器件和原理，通过了解，我发现设计同步检波器电路少不了一个大器件（模拟乘法器）。模拟乘法器：用来对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。同时也去了解了不同型号的模拟乘法器，集成模拟乘法器的常见产品有：BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1495、LM1496等。经过了解，我决定用MC1496模拟乘法器来进行本次设计。刚开始我并没有对MC1496进行研究，而是直接跳过了该模拟器的研究去进行电路的连接和仿真，真正进行仿真时，才发现软件中并没有提供MC1496模拟乘法器，于是我从网上找来了MC1496的内部单元的结构图，研究起了MC1496的内部结构以及每一根外接的线所对应的管脚。然而在连接好之后，仿真图并没有出现预期的效果，在进行诸多对比，改正电路后，终于在调制部分得出了想要的结果，此时的上下偏压一个是12V，另一个是-12V。
后来，我在调制电路以后，开始着手设计同步检波电路，发现将两个部分连接起来后，原来上下两部分对称的调制后信号变成了不对称的信号，这个现象让我十分困惑，我自己进行了无数次的调试，结果仍然没有任何变化，于是我开始翻阅资料，却也没有得到一点点的帮助，又或者说我没有理解到这个情况出现的原由，从而查阅书刊没有任何效果，之后我便去咨询同学，毕竟我秉承着同辈人之间更好交流的原则，先去向班里面学习相对更好一些的同学咨询，可结果都是几乎一样：不知道，或者说不了解。一下子我陷入了更大的困惑当中，后面在无可奈何之下，我只能去询问老师，经过老师的讲解，后来才明白是检波电路对调制电路带来了一定的偏压，造成了影响，改变调制电路偏压，便解决了这个问题。
在电路连接完并且修改调试完之后，我得到了理想中的波形，可是在高兴之余却发现解调后的波形和调至波形有一个0.8V的偏差，也就是说，解调后的波形有一个直流分量存在，在查阅资料和请教老师后，我进行了诸多改进和尝试。首先，我试图明确直流分量的产生原因，采取的方法是在各个节点处外加频谱分析仪，发现在解调电路的信号输出端的电容两端，直流分量的差值较大，也就是说电容起到了一定的隔直作用，但并没有把直流分量完全滤除。由此，我想到了改变电容大小以达到隔除全部直流分量，但是在经过理论计算和仿真实验之后，发现有的电容大小是最理想状态，理论上应该是已经达到滤除直流分量的目的了，于是我再一次陷入了困惑。
再次向老师请教后，得到了一个不得已而为之的办法——加带通滤波器。查阅课本后，
我在其他同学的帮助下连接上了压控电压源带通滤波器，其结构如下图所示：

参数设计公式为：其传输函数为：

中心角频率为：
通带带宽为：
中心频率处电压的放大倍数为：
其中，
经过计算，我们所得到的参数为：
R1=R=159欧
R2=315欧（这个电阻主要控制幅度，通过测试得到）
R3=2R=318欧
C=0.0001F
之后，不幸又随之伴随而来，加了带通滤波器后，直流分量得到滤除，但是得到的解调信号，却是一个每周期都放大3倍的幅度递增信号，查阅资料和检查电路以后，我还是没能找到解决办法，于是关于直流分量的问题，最终没能得到解决，这是此次课设中最大的遗憾。

通过本次课程设计，给我印象最深的是要设计一个成功的电路必须要有足够多的耐心和足够坚定的毅力，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路能够稳定的工作。
通过本次设计，一方面加深了我对理论知识的认识和掌握，同时，也增强了我对问题的全面考虑能力，并且提高了我对理论知识的应用；另一方面，本次设计提高了我动手能力以及我对事情的耐心程度。其次，电路设计及软件应用要求我们有较强的灵活性和变通能力，要熟练的掌握课本上的知识，这样才能对实验中出现的问题进行分析解决。留给我印象最深的还是它：“要设计一个成功的电路，必须要有坚韧的毅力”。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能特别的繁琐，有时候自己花费大量时间设计出来的电路还没办法仿真，需要重新去设计，那时难免有些灰心，有时还会有想要放弃的感觉，但是我知道，这个时候更加需要静下心来，因为心急吃不了热豆腐，这种情况，我需要的是静下心来，仔细查找原因。分析出现问题的原因以及可能出现问题的地方。在此期间是考验我们学习能力的最关键的时刻，同时也是获取经验的最好途径。这会为今后的工作奠定坚实的基础，这也是本次课程设计的获益最多的一环。
致谢
在本次课程设计的仿真和撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的重要原因，更重要的是老师给我了很大的技术上的支持，帮我解决了许多技术上的问题，能让我把本次设计完成。
最后，要再次感谢石鲁珍老师和张树艳老师的精心指导，虽然我相信自己没有你们的指导也能完成我的课程设计，但是我更相信因为你们的指导我不但懂得了这个课程设计该如何去做，更是让我从本次课程设计中收获了许许多多的东西，而且我还收获了做课程设计需要的品质，这是我最大最大的收获，因为这些品质不但是在课设需要的，更是一个人活着或者说是更好的活下去所需要的。

参考文献
1、 杨翠娥.高频电子线路试验与课程设计（修订版）[M].哈尔滨工程大学出版社.2005。
2、 严国萍，龙占超.通信电子线路[M].北京：科学出版社，2006
3、 于红珍.通信电子线路[M].北京:科学出版社，2007
4、 胡宴如，耿苏燕.高频电子线路[M].高等教育出版社
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