测控电路课程设计报告.doc

测控电路 课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目开关式全波相敏检波电路设计课题性质工程设计课题来源老师布置指导教师 主要内容（参数）利用THZTL-1测控试验箱设计开关式全波相敏全波检波电路，实现以下功能：1可以经此电路得到一个调幅波；2对这个调幅波进行解调；3对这个波形进行开关式全波整流再经低通滤波后进行放大输出；4可以对波形进行显示和保存。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及 元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5-6天：对单元电路进行分个实验，看其是否可行。第7-8天：对综合设计进行调试。第9-10天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1 张国雄，李醒飞测控电路M .北京：机械工业出版社，20112 THZTL-1测控电路综合试验箱实验指导书审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录1 引言42 总体方案设计43各部分电路设计设计53.1 U15信号产生单元53.2函数信号发生器53.3 U5调幅单元与解调单元63.4 U11精密全波整流单元93.5 U10开关电容滤波器单元113.6同向比例放大器164 系统整流及检波整体设计184.1 信号产生单元的输出184.2函数信号发生器的输出184.3 U5调幅单元的输出194.4 U11精密全波整流单元194.5 U10开关电容滤波器单元194.6同向比例放大器的输出215系统调试及总结22参考文献221引言此次设计用测控电路实验箱，设计一个简易的开关式相敏检波电路，本方案以开关式全波检波电路，与低通滤波器、放大电路等构成开关式相敏检波电路，利用了信号发生器的信号产生，调幅调制单元的调幅，开关式全波整流电路的整流、开关电容低通滤波器的滤波、放大电路放大、示波器观察等。它的功能实现波形的幅度调制，全波整流，滤波，放大，解调等。 2 总体方案设计图2-1 总体电路设计框图总体程序设计图为如图2-1所示。U15信号发生器：调节电位器1,2可以产生一个需要频率和幅值的正弦信号作为调制波。函数信号发生器：用于输出一个频率和幅值可调的正弦波或矩形波或三角波波作为载波。U5调幅单元电路：对调制信号进行调制。U22开关式全波相敏检波电路：对Us双边带调幅波的整流后的信号波形进行开关相乘调制。U18移相电桥：对输入信号进行移相。U10开关电容低通滤波器：对信号进行二阶低通，高通，带通，带阻，全通滤波。放大电路：把信号放大，使结果容易被处理及显示观察。示波器：对输出信号进行显示和观察。3 各部分电路设计3.1 U15信号产生单元 1打开实验箱上5V、12V直流电源。2把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）如图3-1 调制信号波形图。 图3-1 调制信号波形图3.2函数信号发生器调节实验箱上的函数信号发生器，使之输出频率为20KHz左右、幅值为4.0VP-P的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）图3-2 载波信号波形图图3-2 载波信号波形图3.3 U5调幅单元与解调单元图3-3 调幅单元与解调单元实验电路图如图3-3所示。 调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的幅度，使高频载波信号的振幅按调制信号变化。而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，单边带调制（SSB）信号。此实验主要涉及普通调幅（AM）及检波原理。1调幅波的观察（1）把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的调制波输入端。 图3-4 调制波（2）调节实验箱低的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz、幅值为4.0Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的载波输入端。在示波器上观测到图3-4所示的载波。图3-4 载波（3）“U5调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到图3-5所示的普通调幅（AM）波。图3-5 普通调幅（AM）波2解调波的观察 （1） 在保持调幅波的基础上，将“U5调幅单元”的输出端接入“U6解调单元”的调幅波输 入端，把输入“U5调幅单元”的载波信号接入“U6解调单元”载波输入端。 （2）“U6解调单元”的输出端接入示波器的CH2，调节“U6解调单元”的电位器W1，观测到图3-6所示的普通解调波。 图3-6 普通解调波3.4 U18移相器单元实验电路图如图7-1所示。令Ui输入端的正弦信号为Um，则Uo=Um（2arctgRwC），其中为信号的角频率，RW为电位器W的有效电阻值。因此当改变电位器的阻值时，Uo将相对于Ui可以移相0180度，移相过程中，幅值Um不变。图3-7 移相电桥实验电路图1打开直流稳压电源12V电源开关 1 调节信号发生器，使之输出fi=40KHz，4.0VP-P左右的正弦信号，接入“U18移相电桥单元”的输入端Ui。2 3-8移相电桥单元的输出 本单元的输入端Ui和输出端Uo分别接入示波器的CH1和CH2，调节电位器W，观测“Uo”端波形的移相情况。如图图3-9移相图形1， 图3-10移相图形2， 图3-11移相图形3 图3-9移相图形1 图3-10移相图形2 图3-11移相图形33.4 U22开关式全波相敏检波单元 图3-7 U22开关式全波相敏检波单元1. 实验电路框图如图3-7 所示。Ui为高频载波信号输入端，R1，R2，N1构成过零比较器，对高频载波信号整形，N1输出开关控制信号（方波），控制开关场效应管的通断。NS为双边带调幅波输入端，R3，R4、R5，N2构成放大倍数受开关管Q控制的放大器，当UC为高电平时，放大器的放大倍数为-1；当UC为低电平时，放大器的放大倍数为+1。其对Us双边带调幅波的整流后的信号波形如图13-7所示。 2. 实验电路工作原理 将一个载波信号Vpp=3.34V频率为20.5KHZ的正弦波加入到“开关式全波相敏检波单元”的Ui端观察Ui和Uc端的波形图为。图3-10 开关全波相敏检波单元Ui和Uc端波形1） 将实验中双边带调幅波整流后的信号送入Us端观察Uc和Uo端的波形图如图图3-10 开关全波相敏检波单元Us和Uc端波形2） 用示波器观察Us端和Uo端的波形，如图 3.5 U10开关电容滤波器单元1. 集成滤波器MF10芯片简介 图3-11 开关电容滤波器实验电路图集成滤波器MF10芯片内部框图及其引脚图如图3-11所示。 开关电容集成滤波器MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，依外部接法不同，可实现低通、高通、带通、带阻和全通等滤波特性。开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻和电容，其滤波频率仅由输入时钟频率fclk决定，通常时钟频率频率fclk应高于信号频率的50倍或100倍。其内部集成了两组MF5，两个MF5既可分别构成两个独立的二阶开关电容滤波器，又可级联成四阶开关电容滤波器。其内部框图及引脚图如图10-1所示，第4（17）脚为内部运放反相输入端INVA(INVB)；第5（16）脚为求和输入端SIA(SIB)；第1（20）脚为低通输出端LPA(LPB)；第2（19）脚为带通输出端BPA(BPB)；第3（18）脚为带阻/全通/高通输出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）脚为时钟输入端CLKA(CLKB)；第12脚用于设定时钟频率fBclk 与滤波器的频率f0的比值；当第12脚接高电平时 ，则 fclk/ f0=50 ；接地时,fclk/ f0=100，只要在时钟输入端CLKA(CLKB)控制输入的时钟频率，就可以改变滤波频率，这 样可以实现滤波频率的数字控制。滤波器的Q值通过外接电阻设定。 2. 实验测试步骤（1）打开直流稳压电源5V电源开关。 （2）时钟信号的观察 把“U10 开关电容滤波器”单元的“时钟信号”端接入示波器，观察时钟信号的波形如图3-12时钟信号波形图所示。 图3-12 时钟信号波形图 （3）调节信号发生器，使之输出频率为1KHZ，幅值Vp-p=4KHZ的正弦信号，接入输入端，输出端接示波器，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-13 低通滤波器输出波形图，图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图，图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图，图3-16 1KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图所示。 图3-13 1KHZ低通滤波器输出波形图 图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图 图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图图3-16 1KHZ带阻滤波器输出波形图图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图（4） 改变输入信号的频率当频率为2KHZ时，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图，图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图，图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图，图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图所示。 图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图 图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图 图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图 图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图 图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图4 系统整流及检波整体设计4.1 信号产生单元的输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，用示波器观察其波形输出如图4-1调制波信号波形图，接入“U5幅度调制单元”的调制波输入端。 图4-1 调制波信号波形图4.2 函数信号发生器的输出 频率为20KHz左右（由于精密全波整流电路在高频时严重失真，且载波信号频率必须至少大于调制波频率的10倍，因此，综合考虑下，选择载波信号频率为20KHz）幅值为4.0VP-P的正弦波信号如图4-2所示的载波信号波形图，接入“U5调幅单元”的载波输入端。 图4-2 载波信号波形图4.3 U5调幅单元的输出U5调幅单元的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图图4-3调幅波输出波形图所示的普通调幅（AM）波。 图4-3 调幅波输出波形图4.4 移相器单元 把载波信号(正弦波)通过移相器的Ui端，观察移相器输出波形 图4-4 移相器单元输出波形图4.5 U22开关式全波相敏检波单元连接“U18移相器单元”的U0端与“U22开关式全波相敏检波单元”（通过短路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，将“U5幅度调制单元”的“调幅波输出”端接入“U22开关式全波相敏检波单元”的Us端（即把双边带调幅（DSB）波导入到开关式全波相敏检波单元）。用虚拟示波器观测U22U22开关式全波相敏检波单元的输出信号 图4-5 U22开关式全波相敏检波单元的输出波形4.6 U10开关电容滤波器单元连接“U22开关式全波相敏检波单元”的U0端与“U10开关电容滤波器单元”（通过短路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，用虚拟示波器同时观测“U5幅度调制单元”的“调制信号输入”端的调制波及“U10开关电容滤波器单元”的“输出”端的解调信号。图4-6 开