课程设计---AM调制与解调报告.doc

第一章 引言调幅，英文是amplitude modulation（am）。调幅也就是通常说的中波，范围在503-1060khz。调幅是用声音的高低变为幅度的变化的电信号。 距离较远，受天气因素影响较大，适合省际电台的广播。 一般中波广播(mw: medium wave) 采用了调幅 (amplitude modulation) 的方式,在不知不觉中，mw 及 am 之间就划上了等号。实际上mw只是诸多利用am调制方式的一种广播.像在高频(3-30mhz)中的国际短波广播所使用的调制方式也是am，甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯(116-136mhz)也是采用am的方式，只是我们日常所说的am波段指的就是中波广播(mw） 调幅是使高频载波信号的振幅随调制信号的瞬时变化而变化。也就是说，通过用调制信号来改变高频信号的幅度大小，使得调制信号的信息包含入高频信号之中，通过天线把高频信号发射出去，然后就把调制信号也传播出去了。这时候在接收端可以把调制信号解调出来，也就是把高频信号的幅度解读出来就可以得到调制信号了。 早期vhf 频段的移动通信电台大都采用调幅方式，由于信道快衰落会使模拟调幅产生附加调幅而造成失真，目前已很少采用。调频制在抗干扰和抗衰落性能方面优于调幅制，对移动信道有较好的适应性，现在世界上几乎所有模拟蜂窝系统都使用频率调制。am调制电路常用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是am调制电路简便，设备简单，调制所占的频带窄，并且与之对应的解调接收设备简单，所以am调制电路常用于通信设备成本低，对通信质量要求不高的场合，如中、短波调幅广播系统。工程实际中，人们通常将调幅、同步检波、混频等调制/解调过程看作两个信号相乘的过程，一般都采用集成模拟乘法器来实现，这比采用分立器件电路简单，且性能优越。集成模拟乘法器的常见产品有bg314、f1595、f1596、mc1595、mc1496、mc1495、lm1595、lm1596等。第二章 方案论证2.1 设计要求运用相乘器mc1495（或mc1596）设计一个am调制器，实现低频调制信号对载波的调制。电路采用正负电源供电，要求芯片板上的信号输入端安装接线端子。调试时，低频调制信号和载波由信号发生器产生。低频调制信号选用频率为1khz、峰峰值为0.5v的正弦波，载波信号选用频率为100khz、峰峰值为0.1v的正弦波。调制输出为常规双边带波形。2.2 方案结构常规双边带调制（am）就是指用调制信号去控制载波的振幅，使载波的幅度按调制信号的变化规律而变化。常规双边带调制信号的时域表达式为： 根据时域表达式可以画出其调制电路的设计框图，如图2.1所示。 图2.1 设计理论框图为基带信号， 为叠加的直流分量。为载波信号，图中的相乘器一般都是采用集成模拟乘法器来实现，集成模拟乘法器的常见产品有bg314、f1595、f1596、mc1595、mc1496、mc1495、lm1595、lm1596等。 其中mc1496比较常见，性能稳定。使用mc1496制成的调幅器输出的调幅信号还需通过一个射随电路后滤波输出。2.3 方案选择集成模拟乘法器性能好，外围电路结构简单，可实现振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等过程，目前在无线通信、广播电视等领域应用较多。常见的产品型号有mc1495/1496、lm1595/1596等。运算放大器是模拟电路中的特殊放大器，只要适当选取外部元件，就能构成各种运算电路，如放大、加法、减法、微分和积分等，并因此而得名。自20世纪60年代集成运放问世以来，运放各个系列产品层出不穷，以价格低廉、性能优越得到广泛应用，现已持续不断地渗透到模拟和混合模拟数字电子学的各个领域。集成运放应用范围十分广泛。本am调制电路核心器件采用mc1496乘法器，这是由于市场上器件mc1496比mc1596常见，且mc1496性能更优越。电压跟随电路采用lm124运放电路，低通滤波器采用rc和运算放大器电路构成。2.4 选用的芯片 介绍mc1496的介绍:mc 1496集成模拟乘法器，图2.2为mc1496引脚图，图2.3为mc1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路。电路采用了两组差动对由v1v4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又v5与v6组成一级差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。d、v7、v8为差动放大器v5、v6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在v1与v4的输入端，即引脚的、之间；调制信号加在差动放大器v5、v6的输入端，即引脚、之间；、脚外接1k电阻，以扩大调制信号动态范围；已调制信号由双差动放大器的两集电极(即引出脚、之间)输出。图2.3 内部电路图图2.2 引脚图lm124介绍：lm324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2.4所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“v+”、“v-”为正、负电源端，“vo”为输出端。两个信号输入端中，vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的位相反；vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的相位相同。lm324的引脚排列见图2.5。图2.4图2.5由于lm324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。第三章 电路原理分析3.1 am调制原理调制就是在传送信号的发送端，利用要传送的低频原始信号去控制高频振荡信号的某一参数（幅度、相位或频率），使这个参数随控制信号的变化而变化。am调制中，高频振荡波就是载波，原始控制信号即调制信号。am调制是使载波的信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设调制信号的表达式为u(t)um cost= um cos2ft（图3.1）, 载波信号的表达式为uc(t)ucmcosct=ucmcos2fct（图3.2）,则调幅信号的表达为:uo(t)= ucm(1+m cost) cosct= ucmcosct+1/2 ucmcos(c+)t+ 1/2ucmcos(c-)t式中：m调幅系数，m= um/ ucm;ucmcosct载波信号1/2 ucmcos(c+)t上边带信号1/2ucmcos(c-)t下边带信号各信号波形图：图3.1 调制信号波形图 3.2 载波信号波形图 3.3 调幅信号波形 从频谱的角度，线性调制输出已调信号x(t)d 频谱和调制信号u(t)的频谱呈线性关系。am调制是将调制信号的频谱沿频率轴线做线性搬移的过程。频谱图如图3.4。图3.4 频谱搬移过程第四章 电路分析、设计4.1 电路原理图图 4.1 调制电路（上）和滤波输出（下）4.2 原理图分析 该电路分为两个部分即调制部分与滤波输出电路。4.2.1 调制电路分析 该部分电路的核心元件是mc1496集成模拟乘法器。电路中采用+12双电源供电，mc1496器件的静态工作点由外接元件确定。（1）静态偏置电压的确定：静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集基极间的电压应大于或等于2v，小于或等于最大允许工作电压。根据mc1496的特性参数，对于图4.1（上）所示的内部电路，静态偏置电压满足下列关系，即u8=u10，u1=u4，u6=u12 （4.1）15v=(u6，u12)-(u8，u10)=2v （4.2）15v=(u8，u10)-(u1，u14) =2v （4.3）15v=(u1，u14)-u5=2v (4.4)(2)静态偏置电流的确定：一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图2.3所示的三对差分放大器的基极电流i8、i10、i1和i4忽略不计，所以器件的静态偏置电流主要有恒流源i0的值确定。当器件为双电源工作是，引脚14接负电源-uee，5脚通过电阻r5接地，因此，改变r5可以调节i0的大小，即i0=i5=(|-uee|-0.7v)/(r5+500) (4.5)根据mc1496的性能参数，器件的静态电流小于4ma。(3)载波信号uc经高频耦合电容c4从ux端输入，c3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号u经低频耦合电容c1从uy端输入，c2为低频旁路电容，使4脚接地。调幅信号uo从12脚单端输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻接地。脚2与3间接入负反馈电阻r1，以扩展调制信号u的线性动态范围。电阻r2、r3和r6为器件提供静态偏置电压，保证器件内部各个晶体管工作在放大状态，所以阻值满足式4.14.4。r9、r10和rp组成平衡调节电路，改变rp可以改变叠加的直流分量的大小，即改变调制系数的大小，使乘法器实现抑制载波的双边带调制或常规双边带调制。4.2.2滤波输出电路（1）电压跟随电路的确定：由于集成运算放大器开环增益很高，所以它构成的线性应用电路均为深度负反馈电路，运算放大器两输入端之间满足“虚短”和“虚断”。在同相比例运算电路中，其比例系数为：auf=uo/ui=1+rf/r1 （4.6）如取r1=或rf=0，则有式（4.6）可得auf=1，这种电路称为电压跟随器。即图4.1（下）前半部分 图 4.2 图4.3（2）滤波器的设计：应用集成运算放大器的理想化条件，得滤波电路的特征频率为：fn=wn/2=1/2rc.（4.6）由此确定电路，如图4.3。第五章 调试、测试分析及结果5.1 调试与测试调试：低频调制信号选用频率为1khz、峰峰值为0.5v的正弦波，载波信号选用频率为100khz、峰峰值为1v的正弦波。调节电位器rp，可得如图5.1波形：图5.1 调幅波形用万用表测试：器件mc1496参数（uc=0，u=0）：u8=u10=5.6v u1=u4=0v u6=u12=8.2v u2=u3=-0.8v u5=-6.0v 当u14=-8.6v时得出较好的常规双边带波形。 载波的频率在45 khz-100 khz之间波形较好，改变电位器rp的值，使调制系数大于1时，双边带波形出现上下边带不对称。5.2 结果分析从测试得出的参数看及调制的波形，电路设计达到基本要求，但仍然存在缺陷，过调时上下边带不对称。缺少一调节波形对称的电位器。改进的方法是在载波输入端（即mc1496的8脚和10脚间）加一电位器，调节使载波输入端平衡，能解决波形不对称的情况。在调制常规双边带时（m1），各工作电压在正常值范围，调制后输出的调幅(am)波形较好,设计达到要求。参考文献1 胡宴如，耿苏燕。模拟电子技术 m （第三版）。 北京：高等教育出版社2008.62 陶亚雄，刘南平，王坚。现