调相调制--P071513375.doc

摘 要2第一章 绪论31. 设计的目的和意义31.1设计目的31.2 设计意义32. 设计的内容42.1问题的提出42.2 主要性能指标42.3 设计要求5第二章 工作原理51. 调相信号原理分析51.1 调角信号频谱及频带宽度62. 调相和调频的联系和方法72.1 直接调频法82.2 间接调频法82.3 收音机基本工作电路图82.5 输入调谐电路92.6 输入调制电路102.7 信号的接收102.8 电路的抗干扰性能说明112.9 变容二极管直接调角相关电路：12第三章 系统的测试及误差分析153.1 测试数据153.2 误差分析和改善措施15第四章 总结16参考文献18调相调制信号的调制摘 要 调频（调相）收音机（FM/PM Radio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。如今，随着消费类电子的兴起和繁荣以及数字电子的发展，广大从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智能手机、便携式Video播放器等产品中嵌入FM/PM部分。传统的调频解决方案存在电路体积大、调谐不方便、稳定性欠佳等弊端。本文介绍了数字调频立体声收音机的设计与实现。其解决了传统的调频方案中体积大、调谐不方便、稳定性不好等这些缺点。在本文中主要介绍了该设计的硬件电路、软件设计流程、系统测试。关键词：收音机，调频/调相，设计原理，电路图ABSTRACTFM (PRCPM) Radio (FM/PM me) has been in the life of people entertainment plays a very important role. From the old transistor radio to todays Internet radio, through the radio to enjoy life is like the way of life. Nowadays, with the rise of consumer electronics and prosperity and development of digital electronics, in the consumer electronics manufacturers are not forgotten the design such as MP3, smartphone, portable Video player embedded products such as FM/PM parts. The traditional FM solutions exist circuit is big and poor stability, attune inconvenient. Article introduces digital FM stereo radio design and implementation. The solution of the traditional FM scheme is big and good stability, convenient attune such these shortcomings. In this paper mainly introduces the design of hardware circuit and software design process, system test.Keywords：The radio Digital FM/phase-modulation The principle of design Circuit diagram第一章 绪论1. 设计的目的和意义 1.1设计目的（1）学习信号的调制基本原理。（2）掌握信号的调制相关的电路的组成。 （3）掌握用仿真软件仿真出实验电路图。 （4）掌握利用调角实现收音机的工作原理。1.2 设计意义调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。调制在整个通信过程中是最基本、最重要的一个处理信号方法，在通信系统中，对模拟基带信号进行调制的目的就是为了让多个基带信号经过调制后在有线信道上同时传输，同时也适合于在无线信道中实现频带信号的传输；并且还能增强信号的抗噪声能力。因此，调制的意义可概括为减小干扰，提高系统抗干扰能力，同时还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。2. 设计的内容2.1问题的提出设计一个电路，能够基本调制其接收到的调制信号（以收音机为例）。2.2 主要性能指标收音机质量的高低是用其性能指标来衡量的。国家标准中规定的指标很多，我就其重要的几项作一介绍。 1.灵敏度收音机正常工作（即输出功率和输出信噪比达到额定值）时，天线上感应的最小信号(场强或电势)称为灵敏度。它反映收音机接收微弱信号的能力。使用磁性天线接收信号时，用电场强度来表示，其单位是mVm，一般中波段收音机的灵敏度应不劣于2mVm；使用外接天线或拉杆天线时，灵敏度用电势表示，单位是V。 2.选择性 收音机抑制邻近电台信号干扰、选择有用信号的能力称为选择性。它反映收音机选择电台的能力。调幅广播电台的中心频率是按9kHz间隔来分布的，故收音机的选择性通常用输入信号失谐9kHz时，灵敏度的衰减程度来衡量，一般要求收音机的选择性大于20B。 3.失真度 收音机输出波形与输入波形相比失真的程度称为失真度。收音机中对音质有影响的主要是频率失真和非线性失真。 4.波段覆盖范围 收音机所能接收的载波频率范围。调幅收音机的中波段频率范围为5351605kHz，而短波范围则为1.626 MHz，调频收音机的覆盖范围为88108 MHz。2.3 设计要求根据其主要性能指标要求和实验条件，初步设计出实验原理电路图并分析其工作原理。第二章 工作原理1. 调相信号原理分析根据调相波定义，载波信号的瞬时相位随调制信号 线性变化，即 （1）式中， 为与调相电路有关的比例常数，单位是radv 。令 则表示瞬时相位中与调制信号成线性变化的部分，称为瞬时相位的相位偏移量，简称相移。用 表示最大相移，则 （2） ，称 为调相波的调相指数，根据瞬时频率和瞬时相位之间的关系可知，对式两边求导，可得调相波的瞬时频率： （3）调相波数学表达式为： （4） 将单音频调制信号分别代入式（1）、（2）、（3）和（4）式中得调相波相关参数如下： 相移表达式： 角频偏表达式： 数学表达式： 1.1 调角信号频谱及频带宽度（1）调相波和调频波的频谱以调频信号的数学表达式说明调角信号的频谱结构特点 将上式展开为傅立叶级数，省略级数展开时所涉及的数学推导，可得到调频波的展开式： 单频调制情况下，调频波和调相波课分解为再拼和无穷多上下边频分量之和，各频率分量之间的距离均等于调制频率，且奇数次的上下边频相位相反，包括载频分量在内的各频率分量的振幅均由贝塞尔函数Jn（Mf）决定。不论Mf为何值，随着阶数n的增大，边频分量的振幅总的趋势是减小的；Mf越大，具有的较大振幅的边频分量就越多；对与某些Mf值，载频或某些边频分量的振幅为零，可以测量调频波和调相波的调制指数。对于调制信号为包含多频率分量的多频率调制情况，调频波和调相波的频谱结构将更复杂，这时不但存在调制信号各频率分量的各阶与载频的组合，还存在调制信号各频率分量间相互组合与载频之间产生的无穷多个组合形成的边频分量。（2）有效频带宽度所谓窄带调频是指最大频偏小于基带频率 ，所谓宽带调频是指最大频偏大于基带频率 。基于调频波频谱结构的特点，调角信号的有效频谱宽度，可由卡森（Carson）公式给出： 调相波频带：可见，调频波和调相波的有效频带宽度与它们的调制系数m有关，m越大，有效频带越宽。但是，对于同一个调制信号对载波进行调频和调相时，两者的频带宽度因Mf和Mp的不同而互不相同。2. 调相和调频的联系和方法根据调频波的数学表达式 和调相波的数学表达式 可以看出FM和PM两者之间的关系，即调频波可以看成调制信号为 V(t)dt的调相波，而调相波则可以看成调制信号为dv(t)/dt的调频波。根据分析可知，当调制信号频率F发生变化时，调频波的调制指数Mf与F成反比变化，其频带宽度基本不变，故称恒带调制。而当调制信号频率F变化时，调相波的调制指数Mp与F无关，其频带宽度随调制频率F变化。变容二极管符号和特性曲线02.1 直接调频法 变容二极管直接调频原理图2.2 间接调频法间接调频法原理框图2.3 收音机基本工作电路图 2.4 收音机基本工作框图A:535-1605KHzB:1000-2070KHzC:465KHz 2.5 输入调谐电路从接收天线到变频管输入端之间的电路叫输入电路。该电路是串联谐振电路，B1 是磁性天线，L1和L2都绕在磁棒上， C1A是调谐 电容。磁棒的导磁率很高，当它平行于电磁场的传播方向时，就能大量地聚集空间的磁力线，使绕在磁棒上的调谐线圈L1能感应出较高的外来信号。2.6 输入调制电路C3、C7是耦合电容，对载波频率Wc相当于短路，起到隔断直流的作用。Rb2和Re是偏置电阻，提供晶体管合适稳定的静态工作点，R2、R3分压作用。其等效电路如下：产生调相信号的电路叫频率调制器，简称调相器 。2.7 信号的接收f1、f2、f3和f4的四个电台信号都被磁性天线所接收，则天线线圈L1就产生相应的感应电动势e1、e2、e3、和e4 ，要收听频率为f2的电台播音，只要旋转可变电容器Ca，就能找到一个位置，使输入电路的固有频率与信号频率f2相等，即输入电路调谐（谐振）在f2频率上。这时，输入电路中e2产生的电流值最大，而e1、e3、e4因失谐，电流值很小，从而就选择出频率为f2的电台信号。同理，旋转Ca也可以选择出接收波段内的其他电台信号。其示意图如下：2.8 电路的抗干扰性能说明：串联谐振时，电路电流和频率的曲线叫做串联谐振曲线，只有当信号频率等于f0时，电路中的电流最大；信号频率偏离时，电流就急剧减小。这说明谐振电路具有选择不同频率信号的能力，即选频作用。谐振曲线越尖锐，电路选择有用信号的能力越强；曲线越陡峭，滤除无用（干扰）信号的性能越好，即电路的选择性越好。 如下图所示：2.9 变容二极管直接调角相关电路：变容二极管是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏。其缺点是中心频率稳定度较低。变容二极管馈电电路 ：变容二极管馈电等效电路：变容二极管直接调频电路： 变容二极管间接调频电路：变容二极管间接调频等效电路：第三章 系统的测试及误差分析3.1 测试数据为了提供晶体管合适稳定的静态工作点和初步实现电路功能，设置测试数据Rb2=20K，Re=500，电感L1=300H，电容C5=300Pf，C2=2F，电阻R2=100K，R3=100K，电感L4=500H，电容C6=0.01F，C7=1F。3.2 误差分析和改善措施电路可能会没有达到稳定的静态工作点，致使电路调制信号时产生失真或者产生额外的噪声，干扰调制信号。可能是因为原电路偏置电阻过大导致。改善措施：在Rb2上方再并联一个Rb1=50K电阻，目的是使原来的偏置电阻减小，使电路晶体管达到稳定的静态工作点，是电路工作在正常的状态。第四章 总结在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 之所以调相调制作为我们的课程设计，不仅是因为老师布置的一份作业，同样也因为想通过本次课程设计对自己所学知识的检验和再次复习。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天吧。永不言弃才是最重要的。 而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，