基于Multisim的同步檢波電路的設(shè)計(jì)

1、I摘要摘要隨著信息傳輸在現(xiàn)代生活中重要性的增強(qiáng)，調(diào)制和解調(diào)作為無線電通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)也越來越受到重視。解調(diào)又稱作檢波，就是從接收端最大程度不失真的恢復(fù)出有用的信息。同步檢波，又稱相干檢波，利用與已調(diào)波載波同頻同相的參考信號(hào)與已調(diào)波相乘，再利用低通濾波器濾除高頻分量，從而得到調(diào)制信號(hào)。本文介紹了基于模擬乘法器 MC1596 的 AM 調(diào)制系統(tǒng)和同步檢波器的詳細(xì)方案，并給出了基于 Multisim軟件的調(diào)制和解調(diào)仿真結(jié)果。 關(guān)鍵詞：高頻電子；同步檢波；AM 調(diào)制；MultisimII目錄摘要摘要.I1. 概述概述 .11.1 幅度解調(diào)原理.11.2 同步檢波電路原理.32. 電路設(shè)計(jì)電

2、路設(shè)計(jì) .42.1 MC1596 芯片介紹.42.2 MULTISIM仿真電路.53. 軟件運(yùn)行軟件運(yùn)行 .63.1 參數(shù)設(shè)置.63.2 仿真結(jié)果.84. 設(shè)計(jì)結(jié)論設(shè)計(jì)結(jié)論 .85. 總結(jié)體會(huì)總結(jié)體會(huì) .9參考資料參考資料 .111基于基于 Multisim 的同步檢波電路的設(shè)計(jì)的同步檢波電路的設(shè)計(jì)1. 概述概述調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過程稱為檢波，常用的方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于有載波的振幅調(diào)制信號(hào)包絡(luò)直接反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可以用包絡(luò)檢波法進(jìn)行解調(diào)。而抑制載波雙邊帶或單邊帶信號(hào)的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，所以無法用包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，必須采用同步檢波器。同步檢波器分為相乘型和

3、相加型同步檢波器。可以利用模擬相乘器，實(shí)現(xiàn)該功能。1.1 幅度解調(diào)原理幅度解調(diào)原理調(diào)幅的實(shí)質(zhì)是利用模擬相乘器將調(diào)制信號(hào)頻譜線性搬移到載頻附近，并通過帶通濾波器提取所需要的頻帶信號(hào)。解調(diào)作為調(diào)制的逆過程，必然是再次利用相乘電路將調(diào)制信號(hào)頻譜從載波頻率附近搬回原來你位置，并通過低通濾波器提取所需要的調(diào)制信號(hào)，即基帶信號(hào)，濾除無用的高頻分量。KM vivavvr圖 1.1-1 幅度解調(diào)器的組成框圖 圖中，是相乘電路的標(biāo)尺因子，是參考信號(hào)，是輸入的已調(diào)幅信號(hào)，無外KMvrvi乎以下的三種形式之一 ttgcAMvcos)(0)(tg (1.1.1)ttgcDSBvcos)(0)(tgccSSBtgttg

4、vsin2)(cos2)(低通濾波器2 式中，代表調(diào)制信息，是的希爾伯特變換。為了能從條幅波中恢復(fù)調(diào)制)(tg)(tg)(tg信號(hào)，需要輸入一個(gè)與載波同頻同相的高頻電壓信號(hào)，即載波恢復(fù)信號(hào)。vr 設(shè) ，利用三角恒等式tcrmVvcosr)cos()cos(21coscos)sin()sin(21cossin可以求出相乘器的輸出電壓的表示式為va 對 AM 和 DSB 信號(hào) ttgtgcMVKv2cos2)(2)(rma（1.1.2）對 SSB 信號(hào) ttgttgtgvcMVKv2sin4)(2cos4)(4)(rma（1.2.3） 假若低通濾波器能夠?yàn)V除中集中在角頻率附近的高頻分量，又具有足夠

5、的帶vac2寬就不會(huì)引起調(diào)制信號(hào)頻率分量的失真，于是濾波器的輸出信號(hào)電壓為v 對 A 和 DSMB 信號(hào) )()0(k21rmtgLMVKv（1.1.4）對 SSB 信號(hào) )()0(k41rmtgLMVKv（1.1.5）式中，是低通濾波器的傳輸系數(shù)。)0(kL由于這種檢波過程必須在接收端產(chǎn)生一個(gè)與載波信號(hào)同步的參考信號(hào)，故稱為同vr3步檢波器。同步檢波器可以對 AM、DSB、SSB 任何一種條幅波進(jìn)行解調(diào)。1.2 同步檢波電路原理同步檢波電路原理相乘型同步檢波電路組成與解調(diào)原理，在 2.1 中說明并得出結(jié)論，參看式（1.1.1）（1.1.5） ，用模擬相乘器 MC1596 構(gòu)成同步檢波實(shí)用電路

6、，有單電源供電與雙電源供電，雖然供電方式不同，但原理相同。此處采用單電源供電。圖 1.2-1 單電源供電的同步檢波實(shí)用電路模擬相乘器作同步檢波時(shí)，不需要載波調(diào)零電路。因?yàn)樵谄漭敵鲭娏髦校私庹{(diào)所需要的低頻分量外，其余所有分量都屬于高頻范圍，因而很容易在輸出端給予濾除。由載波恢復(fù)電路產(chǎn)生的載波信號(hào)通常加到 MC1596 的 x 輸入端。其電平大小只要能保證查分對管很好地處于工作狀態(tài)即可。通常在 100500mV 之間。根據(jù)待解調(diào)的單邊帶或雙邊帶已調(diào)信號(hào)送到 MC1596 的 y 輸入端，其電平應(yīng)保持在線性工作的限度內(nèi)。該電路輸入已調(diào)波電平高達(dá) 100mV 是，仍可獲得很好的線性和無失真的輸出。

7、載波恢復(fù)電路的任務(wù)是提供與載波同頻同相的參考信號(hào)，它是實(shí)現(xiàn)各種同步檢波vr的關(guān)鍵所在。載波恢復(fù)電路可根據(jù)待解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)中是否含有載波分量而采用不同的實(shí)現(xiàn)方法：對普通調(diào)幅信號(hào)，或者發(fā)送導(dǎo)頻的雙邊帶信號(hào)或單邊帶信號(hào)，可以采用窄帶濾波器將載波信號(hào)提取出來；對于不含載波分量的雙邊帶信號(hào)，采用非線性變換的方法恢復(fù)載波分量；對于不含導(dǎo)頻分量的單邊帶信號(hào)，可采用發(fā)、收兩端的載波都有頻率穩(wěn)定度很高的4晶體振蕩器產(chǎn)生。2. 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)2.1 MC1596 芯片介紹芯片介紹MC1596 是美國 Motorola 公司生產(chǎn)的單片集成模擬相乘器，即吉爾伯特相乘器。MC1596 的最高工作頻率為 300MHz，

8、被轉(zhuǎn)換的信號(hào)頻率可達(dá) 80MHz，它具有良好的載波抑制能力，應(yīng)用廣泛。圖 2.1-1 MC1596 內(nèi)部電路圖圖中晶體管 Q1Q4組成雙差分放大器，Q5、Q6組成單差分放大器，用以激勵(lì)Q1Q4；Q7、Q8、D2 及相應(yīng)的電阻等組成多路電流源電路、Q7、Q8分別給 Q5、Q6提供恒流電流，R 為外接電阻，可用以調(diào)節(jié)電流的大小。另外，由 Q5、Q6兩管的發(fā)射級(jí)引出接線端 2 和 3，外接電阻 Ry，利用 Ry的負(fù)反饋?zhàn)饔每梢詳U(kuò)大輸入電壓 Uy 的動(dòng)態(tài)范圍。MC1596 的主要技術(shù)參數(shù)如下：載波饋通 140（ 方波輸入）VmVMHzVfcmc300,105載波抑制 65（ 輸入）dBmVMHzf60

9、,500 50（ 輸入）dBmVMHzf60,10互導(dǎo)帶寬 300（ 輸入）MHzmVRL60,50信道通道輸入阻抗 200，2pFk信號(hào)通道共模輸入范圍 5V輸入偏流12 A輸入失調(diào)電流 0.7 A輸出阻抗 40、2pFk正電源電流 2mA負(fù)電源電流3mA2.2 Multisim 仿真仿真電路電路在熟悉了電路的原理后，應(yīng)用 Multisim 軟件進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。首先按照圖 2.2-1 完成電路圖的搭建，得到下圖。 圖 2.2-1 單電源供電同步檢波電路仿真圖 圖中，載波輸入端接入函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 XFG1，用以產(chǎn)生與調(diào)制信號(hào)載波同頻同相的參考信號(hào)；已調(diào)信號(hào)輸入端可以輸入調(diào)制好的 DSB 信號(hào)、S

10、SB 信號(hào)和 AM 信號(hào)，此處接6入安捷倫函數(shù)發(fā)生器 XFG2，用來產(chǎn)生 AM 信號(hào)；在解調(diào)信號(hào)輸出端接入雙蹤示波器，A通道接解調(diào)信號(hào)，B 通道接安捷倫函數(shù)發(fā)生器，可以對比 AM 信號(hào)的包絡(luò)波形與同步檢波后得到的解調(diào)波形。3. 軟件運(yùn)行軟件運(yùn)行3.1 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置 1. 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置設(shè)置參考信號(hào) 頻率KHzfc10 振幅mVpVpp100在示波器上可得到參考信號(hào)的波形，如下圖所示。圖 3.1-1 參考信號(hào)參數(shù)設(shè)置7圖 3.1-2 參考信號(hào)波形2.安捷倫函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置 安捷倫函數(shù)發(fā)生器能直接產(chǎn)生 AM 波，設(shè)置載波 頻率KHzfc10 振幅mVpVpp100設(shè)置調(diào)制信號(hào) 頻

11、率Hzfm100 振幅mVpVpmp50在示波器上可得到 AM 信號(hào)的波形，如下圖所示。圖 3.1-2 載波參數(shù)設(shè)置圖 3.1-3 調(diào)制信號(hào)參8圖 3.1-4 AM 信號(hào)的波形3.2 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 在設(shè)置好所應(yīng)用儀器的參數(shù)后，點(diǎn)擊運(yùn)行，可以在雙蹤示波器上清晰地觀察到輸出波形。 由于這里采用了 AM 信號(hào)，可以猜測，觀測到的輸出波形應(yīng)該是輸入已調(diào)信號(hào)中調(diào)制信號(hào)的波形，即 AM 信號(hào)的包絡(luò)波形，與包絡(luò)檢波器的輸出波形是一樣的。若采用DSB 或 SSB 信號(hào)，也會(huì)得到與其對應(yīng)的相應(yīng)波形。9圖 3.2-1 同步檢波電路輸出波形 如上如所示波形，上邊的波形為同步檢波輸出信號(hào)，下變的波形為輸入的已調(diào)信

12、號(hào)。根據(jù)圖形對比，在不計(jì)失真的情況下，同步檢波器的輸出波形與輸入的已調(diào)信號(hào)中調(diào)制信號(hào)波形相同。而單參考信號(hào)的參數(shù)設(shè)置與已調(diào)波載波的參數(shù)不一致時(shí)，會(huì)得到嚴(yán)重失真的波形。4. 設(shè)計(jì)結(jié)論設(shè)計(jì)結(jié)論同步檢波器可以對 AM、DSB、SSB 任何一種調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)，在這里采用 AM 作為調(diào)制波，與 DSB、SSB 的實(shí)驗(yàn)過程基本相同，不再贅述。從對于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)來說，無法直接從雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)中提取參考信號(hào)。為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號(hào)，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的同時(shí)，附帶發(fā)射一個(gè)載頻信號(hào)，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號(hào)的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號(hào)。接收機(jī)在接收雙邊帶或單

13、邊帶調(diào)幅信號(hào)的同時(shí)也接收導(dǎo)頻信號(hào)，由晶體濾波器從輸人信號(hào)中取出該導(dǎo)頻信號(hào)，經(jīng)放大后作為本地載頻信號(hào)。如果發(fā)射機(jī)不發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)，那么在接收端可采用與發(fā)射機(jī)相同的高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器或頻率合成器來產(chǎn)生本地載頻信號(hào)。10若本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)的載頻不能保持同步，對檢波性能會(huì)產(chǎn)生影響。 假如本地載頻信號(hào)與輸入信號(hào)的頻率和相位都不同步，若用模擬乘法器構(gòu)成同步檢波電路解調(diào)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，則經(jīng)低通濾波器取出的低頻信號(hào)將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。若用模擬乘法器構(gòu)成的乘積濾波電路解調(diào)單邊帶調(diào)幅信號(hào)同理，檢出的低頻信號(hào)也將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。在進(jìn)行語言通信時(shí)，人耳對相位失真不敏感，但頻率失真聽上去會(huì)感到嚴(yán)

14、重聲音失真。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)頻率偏移值為 20 Hz 時(shí)，開始覺察聲音不自然，而當(dāng)頻率偏移值為 200 Hz 時(shí)，語言可懂度就會(huì)下降。在進(jìn)行圖像通信時(shí)，頻率和相位偏移都會(huì)影響圖像的質(zhì)量。所以參考信號(hào)的與載波的一致性是各種同步檢波的關(guān)鍵。vr同步檢波器的抗干擾性能比包絡(luò)檢波器優(yōu)越，在實(shí)際電路中，信道中都會(huì)存在隨機(jī)噪聲，若噪聲超過某一個(gè)閾值，則包絡(luò)檢波器所解調(diào)的波形失真嚴(yán)重，得不到想要的信息，而同步檢波器就不會(huì)有這種問題。雖然同步檢波器的電路比較復(fù)雜，但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，這種解調(diào)方式會(huì)應(yīng)用的越來越廣泛。5. 總結(jié)體會(huì)總結(jié)體會(huì)由于我們在以前的課程中沒有接觸過 Multisim，在課程設(shè)計(jì)的第一天，老

15、師給我們培訓(xùn)了這款軟件的基本用法，下課后雖然有些地方忘記了，但在同學(xué)們的幫助下和在網(wǎng)絡(luò)上查找的資料上學(xué)會(huì)了軟件的使用，我也算是入了門。在拿到課設(shè)題目后，我主要根據(jù)高頻課的教材和實(shí)驗(yàn)手冊來進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真電路圖也是按照書上的圖連接的，在以前學(xué)習(xí)時(shí)有些沒有注意到的細(xì)節(jié)問題通過這次課設(shè)也意識(shí)到了。這一個(gè)星期過的可以說是不容易，很早之前就聽說過課程設(shè)計(jì)的大名，現(xiàn)在一見真是名不虛傳。經(jīng)過這次課設(shè)，我的收獲也很大，與我的付出成正比。首先，我更熟悉了關(guān)于解調(diào)檢波等一系列的專業(yè)知識(shí)，通過搭建電路圖選擇元器件等過程讓我對它有了更深刻的認(rèn)識(shí)和更直觀的印象；其次，我學(xué)會(huì)了 Multisim 軟件的仿真應(yīng)用，很多平時(shí)不能輕易接觸到的儀器，都可以在仿真界面上盡情使用，不用擔(dān)心損壞等那么多的問題，對學(xué)習(xí)專業(yè)課非常有幫助；而且，在整理報(bào)告內(nèi)容時(shí)，通過自己輸入公式、繪制框圖和按照論文要求更改版式等操作，對 Word 的使用也更加得心應(yīng)手；除了收獲知識(shí)外，最重要