高频电子线路_课程设计_信号调制解调

《高频电子线路》 课程设计报告

设计题目：信号的调制—解调电路设计与调试 院 系： 航海学院 班 级： 3491 3492 姓 名： 岳明 杨晋仪 宋亚明 林希 李倩 指导教师： 杨稳积

2012年 12 月 14 日

西北工业大学课程设计任务书

姓名： 院系：航海学院 班号：3491 3492 专业：电子信息工程 任务起止日期：2012年 12 月 03 日止 2012年12月 14 日 课程设计题目：信号的调制-解调电路设计与调试 课程设计要求： 1．查阅资料，画出电路原理框图，详细的电路原理图。 2．元器件的采购清单，安装，调试，记录测试结果。 3．分析测量数据，完成实验报告。 完成工作描述： 1. 方案选择与设计 2. 电路Multisim仿真 3. 电路焊接、调试、测试 4. 记录数据 5. 撰写实验报告 工作计划及安排： 第一周，查阅搜集资料，画出电路原理图，元器件的采购，电路的安装。 第二周，电路的调试，测试，写出课程设计报告。 指导教师签字： 年 月 日

摘 要

幅度调制是由调制信号去控制载波的振幅，使它按调制信号的规律变化。严格地讲，是使高频振荡的振幅与调制信号呈线性关系，其频率和相位不变。这是使高频振荡的振幅载有消息的调制方式。信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，而不产生相互干扰。

而要还原出被调制的信号就需要解调电路。本文使用的同步检波方法是利用利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器滤除高频分量而获得调制信号的。从而实现检波的方法。

本文中的实现方案使用了MC1496乘法器分别实现了信号的调制与解调，在

关键词：AM幅度调制解调；Multisim仿真；模拟乘法器 ；MC1496

Multisim进行了电路仿真分析后，在实际电路上进行了测试验证。

目 录

1. 课程设计目的 ........................................................................................................ 1 2. 课程设计题目描述和要求 .................................................................................... 1 3. 课程设计报告内容 ................................................................................................ 1

3.1. 实验原理 ...................................................................................................... 1

3.1.1. 3.1.2.

幅度调制的一般模型........................................................................ 1 相干解调............................................................................................ 2

3.2. 电路设计及仿真 .......................................................................................... 3

3.2.1. 3.2.2.

模拟乘法器MC1496 ........................................................................ 3 电路设计及Multisim仿真 ............................................................... 4

3.2.2.1. 模拟乘法器MC1496模块的创建...................................................... 4 3.2.2.2. 调制部分仿真及结果........................................................................ 5

4. 电路调试及实验数据的测试 .............................................................................. 10

4.1. 所用仪器仪表 ............................................................................................ 10 4.2. 测试步骤及内容 ........................................................................................ 10 4.3. 实验数据记录 ............................................................................................ 12 5. 实验数据分析 ...................................................................................................... 12 6. 课程设计总结 ...................................................................................................... 12

6.1. 设计过程中遇到的问题及解决方法 ........................................................ 13 6.2. 设计体会 .................................................................................................... 13 6.3. 对课程设计的建议 .................................................................................... 13 参考书目： ................................................................................................................. 13

1. 课程设计目的

通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，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. 课程设计题目描述和要求

信号的调制与解调总体上可分为两大部分：信号的调制和信号的解调。在调制部分省略了载波信号的放大、功放部分，需要调制的信号也同样省略了放大部分，在调制中仅仅保留了调制器中的主要部分——乘法器，在解调部分同样也只是保留了检波器部分，采用同步检波加低通滤波的方式解调出调制信号。

选用振幅调制解调方法，采用集成芯片MC1496乘法器实现信号调制以及同步解调。要求自行设计信号的调制解调电路，并在multisim 10软件环境下进行仿真，完成电路的安装、调试、测试，记录实验数据并撰写实验报告。无失真地实现信号的调试与解调。

3. 课程设计报告内容 3.1. 实验原理

3.1.1. 幅度调制的一般模型[1]

本次实验使用常规双边带调制的方法。幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图3-1所示。

图3-1 幅度调制器的一般模型

[1]

谢嘉奎.电子线路（非线性部分 第四版）.高等教育出版社.2009

1

图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调

信号的时域和频域一般表达式分别为

smtmtcosctht Sm式中，

（3-1） （3-2）

1McMcH 2的频谱，

为调制信号为载波角频率。

由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。

在图3-1的一般模型中，适当选择滤波器的特性

，便可得到各种幅度调

制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。

3.1.2. 相干解调

由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图3-2所示。

图 3-2相干解调原理框图

将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得

11A0mtA0mtcos2ct222sAMtcosctA0mtcosct （3-3）

由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号

2

mot

1A0mt 2 （3-4）

3.2. 电路设计及仿真 3.2.1. 模拟乘法器MC1496

MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图3-3所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器，VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3 外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使） ，引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。

RCRC12u08V1V2V3V46ux104uy15V5V62 RYV8I0/2V9I0/23V7R5 R1 R2 R3500Ω500Ω500Ω14

图3-3 MC1496的内部电路图

3

1413121110967 123458

图3-4 MC1496引脚图

3.2.2. 电路设计及Multisim仿真 3.2.2.1. 模拟乘法器MC1496模块的创建

启动multisim10程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，将其与子电路的输入/输出信号端进行连接。带有输入/输出符号的子电路才能与外电路连接。单击

Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出现Subcircuit Name对话框，在对话框中输入MC1496，单击OK，完成子电路的创建选择电路复制到用户器件库，同时给出子电路图标。双击子电路模块，在出现的对话框中单击Edit Subcircuit 命令，屏幕显示子电路的电路图，可直接修改该电路图。MC1496内部结构multisim电路图如图3-5所示。电路模块如图3-6所示。

4

图3-5 乘法器内部电路

X1IO8IO8IO10IO10IO4IO4IO1IO1IO5IO5IO12IO6IO2IO3IO14IO12IO6IO2IO3IO14MC1496

图3-6 乘法器电路模块

3.2.2.2. 调制部分仿真及结果

调制部分电路如图3-7所示，对函数信号发生器进行设置，设置载波输入信号频率为60kHz，信号幅度大小为200mVpp；设置调制信号输入频率为1kHz，信号幅度大小为200mVpp。

5

图3-7 调制电路

在输出端接一示波器观察已调信号的波形，如图3-8所示，已调信号有明显的包络且相邻的两个包络周期近似相等。

图3-8 调制后信号输出

接入频谱分析仪对已调信号进行频谱分析，得到如图3-9所示的频谱图，左右移动纵坐标指示线观察并测量谱峰所对应的频率和幅度值。其中载波频率为中心频率f0=59.678kHz，幅值A0=106.379mV；两个边带频率分别为f1=58.851kHz

6

和f2=60.917kHz，幅值分别为A1=247.577mV和A2=268.290mV

图3-9调制后信号频谱

3.2.2.3. 解调部分的仿真及结果

解调部分电路如图3-10所示，已调信号作为输入信号经过同步检波器和低通滤波器后输出相应的解调信号并在示波器上加以显示。

图3-10解调电路

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示波器上显示出解调信号波形近似为周期性的正弦波如图3-11；用频率计测量解调输出信号的频率，恰好为1kHz，如图3-12。

图3-11解调后信号输出

图3-12频率计测量解调输出信号的频率

仿真结果显示所设计的调制——解调电路能够完成相应的功能，具有可行性，可以应用到实际电路中去。

3.2.2.4. 元件清单及整体电路原理图 元件清单：

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表3-1元件清单

元件 集成模拟乘法器 芯片插座 电位器 电阻 规格 MC1496 14脚 50k 750 3.3k 51 6.8k 1k 820 1.3k 100 3k 10k 0.1F 0.005F 1F 20F电解电容/25V 电容 数量 2 2 1 2 2 4 1 7 1 1 1 2 1 9 3 1 2 整体电路原理图如图3-13：

其中，左半部分为信号调制电路，右半部分为信号解调电路。

output1GNDR161kΩ7C8100nFR91kΩC5100nFR1551Ω1013R85750Ω17C2R1250kΩKey=A20uFR1311750Ω9C7100nFR1450%6.8kΩR3051ΩR651ΩX1IO8IO8IO10IO10IO4IO4IO1IO1IO5IO5IO12IO6IO2IO3IO14IO12IO6IO2IO3IO14testoutput2C4100nFoutput1R103.3kΩ61R4VEE21kΩR113.3kΩ8C1100nFC3R221kΩC135nFC125nFoutput2C9R17100nFR2119820Ω1.3kΩR29R281kΩ1kΩR7X251ΩIO8IO8IO1222IO10IO10IO6142112IO4IO4IO1IO1IO5IO5IO2IO3IO1418R24IO12IO6IO2IO3IO14C11C105nF1uF3161kΩR5test4100ΩMC1496100nFC14100nF15MC1496C6100nFR2610kΩR253kΩR273kΩVCCsignalsignalcarrierVEEcarrierGNDVCC

图3-13整体电路原理图

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4. 电路调试及实验数据的测试 4.1. 所用仪器仪表

表4-1 实验仪器

实验设备 函数信号发生器 电压源 双踪示波器

a.函数信号发生器

c.双踪示波器

具体仪器型号如图4-1所示。

数量 一台 一台 一台 b.电压源

图4-1 主要实验仪器照片

4.2. 测试步骤及内容

1) 按仿真电路图焊接电路，安装后电路如图4-2所示。

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图4-2 AM调制与解调实际测试电路

2) 查看电路焊接无虚焊、地线连接正常，通电测试芯片供电电压工作正常。 3) 安装芯片，测试调制输出端、解调输出端信号工作正常。

4) 将信号源、示波器、函数信号发生器与测试电路板连接，连接后如图4-3所

示 。

图4-3仪器连接

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5) 观察各级输出波形，记录数据。

波形及结果见4.3图4-3。

4.3. 实验数据记录

图4-3调制及解调波形

5. 实验数据分析

供电电压：±8V

输入信号：200mv正弦信号 载波信号：200mv正弦信号，60kHz

测得调制信号输出：呈明显的俩信号相乘后叠加的波形，输出频率60kHz，与载波信号相同。

测得借条信号输出：呈与输入信号相同的正弦波形，随输入信号频率变化而变化，且始终与输入信号相同。

调制输出端可观测到完整的调制信号，解调输出端可观测到无失真、与输入信号同频的输出信号。改变输入信号频率，可同时观测到解调信号频率也随之改变。

6. 课程设计总结

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6.1. 设计过程中遇到的问题及解决方法

 采用同步检波和包络检波两种解调方式中何种解调方式？

解决办法:由于采用的调制方式为常规双边带调制方式，调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。  同步检波方式中的低通滤波器如何设计？

解决办法：由于需要滤除除了与调制信号频率相同的信号外的其它高频信号，可以简单地采用RC低通滤波器对高频信号进行滤除。

6.2. 设计体会

通过这次高频课程设计，使我加深了对高频理论知识的理解，并通过设计电路将功能完好的实现。体会到了理论与实际工程应用中的微妙差异，熟悉了电路的安装、调试、测试，以及相关实验仪器的使用。

这个仿真调试过程中，我们不断在原定方案基础上进行改进，最终实现了更加准确的调制与解调功能。测试结果符合预定要求，成功完成了此次课程设计。

6.3. 对课程设计的建议

希望课程设计提前进行，增加选题的多样性，可适当增加难度。同时应更多考虑题目的工程实用性和创新性，鼓励学生自主选题。加大对学生动手实际制作的支持力度。

参考书目：

[1] 谢嘉奎.电子线路（非线性部分 第四版）.高等教育出版社.2009

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