單邊帶調(diào)幅電路的設(shè)計與仿真的課程設(shè)計報告書

1、 *實踐教學(xué)* 理工大學(xué)計算機與通信學(xué)院2010年秋季學(xué)期高頻電子線路課程設(shè)計 題 目：單邊帶調(diào)幅電路的設(shè)計與仿真 摘 要本文分析了信號的調(diào)制與解調(diào)的各種方法，并設(shè)計相移法實現(xiàn)單邊帶的調(diào)制的電路，而且設(shè)計同步檢波電路實現(xiàn)信號的解調(diào)。 在電路的實現(xiàn)中，不僅分析了總體電路，而且分析總體電路的各部分構(gòu)成以與其中的元件。這些元件或模塊都在Multisim10中仿真測試其性能。對比集成元件構(gòu)成的電路和實物設(shè)計模擬的性能后，分析了出現(xiàn)差異的原因。關(guān)鍵詞：單邊帶電路，相移法，高頻載波，相乘器，Multisim10目 錄 一、單邊帶的調(diào)制與解調(diào)原理31調(diào)制原理3（1）濾波法3（2）相移法32 解調(diào)原理4二、電

2、路工作原理與設(shè)計說明51 相移法實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅波電5（1）用集成元件得到理想調(diào)幅波5（2）對應(yīng)的實物模擬圖52 信號解調(diào)電路8三、電路性能的仿真測試和分析91 Multisim10簡介92 調(diào)制電路的性能測試和分析9（1）微分器性能測試和分析9（2）相乘器的性能測試和分析103 解調(diào)電路的性能測試與分析13總結(jié)15致15附錄16附錄 元器件清單16參考文獻(xiàn)17一、單邊帶的調(diào)制與解調(diào)原理1調(diào)制原理（1）濾波法它的原理是利用乘法器和帶通濾波器來得到SSB波的。其原理圖如圖1示： 濾波器 圖1 濾波器產(chǎn)生SSB波的原理圖1中的帶通濾波器采用低通濾波器得到下邊帶調(diào)幅波，采用高通濾波器得到上邊帶調(diào)幅波。

3、（2）相移法相移法原理圖如圖2示：其中(1)(2)(3) 相移90o相移90 圖2 相移法原理圖2中運用到加法器，調(diào)制得到的是下邊帶調(diào)幅波。同樣的道理，若運用減法器，則可得到上邊帶調(diào)幅波。在濾波法和相移法中，我選擇相移法實現(xiàn)，且只調(diào)制出下邊帶調(diào)幅波。其原因是采用濾波法時，對元件的精度選擇要求較高，這無疑是一大難題。2解調(diào)原理 解調(diào)原理圖如圖3示： 低通濾波器圖3 乘積型檢波原理從調(diào)制處得到：(4) 經(jīng)計算和低通濾波器得到： (5)二、電路工作原理與設(shè)計說明1相移法實現(xiàn)單邊帶調(diào)幅波電（1）用集成元件得到理想調(diào)幅波工作原理圖如圖4示：器件與參數(shù)的的選擇：高頻載波（幅度為28V頻率為10Kz）發(fā)生器

4、一個，基帶信號（幅度為14V頻率為1Kz）發(fā)生器一個，微分器兩個（一個系數(shù)是0.000159，一個系數(shù)為0.0000159），1596相乘器兩個，加法器一個，示波器一個。微分器的系數(shù)計算：要使14sin2*1000t求微分得14cos2*1000t,則其系數(shù)為：k=1/2*1000=0.000159.同樣的道理可計算另一個微分器系數(shù)，并得為0.0000159。 圖4 解調(diào)原理（用集成元件實現(xiàn)）（2）對應(yīng)的實物模擬圖如圖5示，由于微分器需要的精度高，而我工程經(jīng)驗又甚少，所以只能采用集成元件，對于其的元件則自己設(shè)計實物模擬。 圖5 解調(diào)原理（用實物元件實現(xiàn)）該實物模擬圖由以下幾部分組。微分器，如圖

5、6示：加法器，如圖7示：乘法器，如圖8示： 圖6 微分器 圖7 加法器 圖8 相乘器圖6示的微分器采用的是集成元件。圖7示的加法器中，(6)負(fù)號表示反相加法器。若三個阻值相等，并使一個輸入信號u1經(jīng)過一級反向放大器則構(gòu)成一個減法器。這樣就可把輸入的兩個雙邊帶信號經(jīng)過這個減法器而得到上邊帶信號，但是本文只重點對下邊帶進(jìn)行調(diào)制。 圖8乘法器的具體設(shè)計和工作原理： Q1與Q2與Q3與Q4大兩對和圖一樣的差分放大器；Q5與Q6也是一對差分放大器，作為上述兩對放大器的電流源；Q7則作為TQ5與Q6的電流源，并用Q8與Q7組成鏡像電流源，以抑制Q1至Q6諸管的溫度飄移。同時V2信號也是對稱雙端輸入。這樣就

6、實現(xiàn)了乘法器的功能。乘法器不止這一種，比如還有由二極管和變壓器構(gòu)成的平衡調(diào)制器，其實質(zhì)也是一個乘法器。而本文采用的1596乘法器的優(yōu)點是更易實現(xiàn)。 2信號解調(diào)電路 解調(diào)原理圖如圖9示：解調(diào)電路用調(diào)制信號與一個同頻同相的波經(jīng)過一個相乘器，此時，得到的是雙邊帶波， 然后再經(jīng)過一個濾波器得到單邊帶波，本文要要得到的是下邊帶，故采用低通濾波器。同理，若要得到上邊帶，則經(jīng)過高通濾波器。由頻率式：（7）取R為1K得C=0.000159F。之所以采用無源一階低通濾波器，是因為該電路結(jié)構(gòu)簡單，不需要電源，部噪聲低，性能穩(wěn)定。而且，本文重點做的是單邊帶的相移調(diào)制，故在解調(diào)時做的比較簡單。 圖9 解調(diào)原理三、電路

7、性能的仿真測試和分析 1Multisim10簡介Multisim10軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗證。憑借 Multisim10，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進(jìn)行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。其可以通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路；可以通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；可以借助

8、高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征；可以通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試 。 2調(diào)制電路的性能測試和分析（1）微分器性能測試和分析 圖10 基帶信號與其經(jīng)微分器后圖形對比圖10中黃色波為基帶信號，紅色波為基帶信號經(jīng)系數(shù)為0.000159的微分器后的波。可以看到，集成微分器性能很好，但依然會有一定的誤差，主要是因為微分器的系數(shù)是人工算的，算的結(jié)果是小數(shù)點后是無限不循環(huán)小數(shù)，取的結(jié)果只是一個近似值，誤差是不可避免的。（2）相乘器的性能測試和分析 圖11示是集成元件的性能測試，圖12是實物元件模擬的性能測試。 圖11 經(jīng)相乘器后得到的DSB波（集成元件實現(xiàn)） 圖12 經(jīng)相乘器后的DSB波

9、（實物元件模擬） 可以對比的看出，經(jīng)相乘器后得到的是一個雙邊帶信號，但集成元件電路的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于實物模擬電路的性能。主要是由于實物模擬中的誤差積少成多的緣故。加法器的性能測試和上面一樣，集成的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實物模擬的性能。但是本文重在進(jìn)行對比，而不重在于調(diào)試的結(jié)果。下面是由著三大塊組成的電路性能測試，并進(jìn)行對比。圖13示是集成元件的總體電路性能測試，圖14示是實物模擬元件的總體電路性能測試；圖15示集成元件得到的的單邊帶的頻譜分析,圖16示是實物模擬得到的單邊帶的頻譜分析。 圖13 SSB波（集成元件實現(xiàn)） 圖14 SSB波（實物元件模擬）可以看到，圖13中失真較小，得到的單邊帶調(diào)制信號較準(zhǔn)確，

10、它的微小失真是由于微分器的系數(shù)不夠足夠精確造成的。而圖14中的失真則非常明顯，出現(xiàn)的是頂部峰值切割失真。這種失真是可能由于實物模擬中的參數(shù)選取沒有完全匹配造成的，即可能是由于加法器和相乘器之間的不匹配，也可能是由于相乘器部不匹配而造成，比如相乘器部的三極管放大系數(shù)或者二極管的放電速度跟不上波形的變化等等都可能造成失真。這一點正是相移法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的復(fù)雜性，對于沒有一定工程經(jīng)驗的人來說無疑更是一個艱巨的問題。在調(diào)制波形的過程中，可以看到，參數(shù)的任意微小改變都會在仿真測試中有不同的變化。 圖15 SSB頻域（集成元件實現(xiàn)） 圖16SSB頻域（實物元件模擬）對比圖15和圖16可以看到，得到的都是非

11、常好的單邊帶頻譜，并且看不到明顯的區(qū)別。這說明，它們雖然由于元件的性能緣故在時域中發(fā)生了很大的改變，即出現(xiàn)了很嚴(yán)重的失真，但是在頻域中的頻譜圖并沒有發(fā)生多大的改變。由此得到啟示，以后在時域中失真較大的波形中我們可以通過觀察其頻譜圖來達(dá)到很好的效果。 3解調(diào)電路的性能測試與分析解調(diào)出的波形與輸入基帶波形對比圖如圖17示： 圖17 基帶信號與解調(diào)信號對比由圖17可以看到 ，用集成元件解調(diào)出的信號與輸入的基帶信號一至。圖18是解調(diào)出信號的頻譜圖。 圖18 解調(diào)信號頻域輸入基帶信號與頻譜圖為圖19，與解調(diào)的頻譜圖圖18頻譜圖非常接近。這表明用集成元件實現(xiàn)的解調(diào)效果非常好，即實物在精度非常高的情況下可以

12、得到很好的解調(diào)效果。前面的調(diào)制也是一樣的。 圖19 基帶信號頻域總結(jié) 兩周的課程設(shè)計比起專業(yè)的研究人士或者想要做好一個很很好的成品來說是比較短暫的，但是對于一天都在學(xué)習(xí)理論知識的我來說十分珍貴。因為這是一個理論聯(lián)系實際，實踐檢驗理論的相互過程。在這一過程中，真切感覺到自己知識能力的匱乏，好多東西都只是知道一些皮毛，真正學(xué)透的東西很少，更不用說把學(xué)到的知識運用到實際生活中了。而且很多東西在實際中與理想相去甚遠(yuǎn)，而應(yīng)用就是要減小這種差距。每一點差距的縮小都得付出艱辛的努力，但這種付出是非常值得的。而對于Multisim10也得從頭學(xué)起，但是付出總是有回報的。我珍惜這難得的兩周學(xué)習(xí)時間。或許一個人的

13、進(jìn)步是一個緩慢的過程。在過程中需要不斷地借鑒，學(xué)習(xí)，汲取別人的東西，然后把它變成自己的東西，這樣才能促使自己進(jìn)步。 不做系統(tǒng)，許多細(xì)小的環(huán)節(jié)是注意不到的。而這諸多環(huán)節(jié)往往影響你整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。這可真應(yīng)驗了“細(xì)節(jié)決定一切”這句話。這一切告訴我做任何事情必須從全局出發(fā)，并且要注意其中的任何一個細(xì)節(jié)。致 課設(shè)期間，得到各位老師，尤其是王維芳老師的諸多指導(dǎo)和幫助，在此表示真摯的感！同時對各位同學(xué)的幫助，一并表示感！附錄附錄 元器件清單名稱型號或參數(shù)個數(shù)乘法器MC15962微分器0.0001591微分器0.00001591信號發(fā)生器14V1Kz1高頻載波發(fā)生器28V10Kz2加法器1滑動變阻器0到47K1三極管2N222A14三極管NPN_4T_4TRAVAL2示波器1電容若干直流電源若干電阻若干導(dǎo)線若干參考文獻(xiàn) 1、侯麗敏.通信電子線路.：清華大學(xué)，2008 2、佳奎.電子線路（非線性部分·第四版）.：高等教育額，2004 3、自美.電子線路·設(shè)計·實驗·測試（第三版）.：華中科技大學(xué)，2006 4、康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分·第四版）.：高等教育額，1998 5、樊昌信，麗娜.通信原理（