振幅调制与解调multisim仿真.docx

武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 振幅调制与解调 初始条件： 振幅调制与解调原理，Multisim软件要求完成的主要任务: （1）设计任务根据振幅调制与解调的原理，设计电路图，并在multisim软件仿真出波形结果。（2）设计要求惰性失真测试；负峰切割失真的测试；检波器电压系数的测试；时间安排：1、 2014 年 11月 17 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、 2014 年 11月 17 日，查阅相关资料，学习基本原理。3、 2014 年 11月 18 日 至 2014 年 11月20日，方案选择和电路设计。4、 2014 年 11月 20 日 至 2014 年 11月21日，电路仿真和设计说明书撰写。5、 2014 年 11月 23 日上交课程设计报告，同时进行答辩。课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要本文是振幅调制与解调的原理分析与multisim仿真实现，其中包括其调制与解调的基本原理、数学定义、电路框图、仿真原理、仿真波形及其在现代通信领域的重要性，其中详细讲述了电压调制系数的定义、计算、及其对调制与解调结果的影响，最后对解调的两种失真，惰性失真和负峰切割失真，进行了深入的分析并给出了减小这种失真的办法。关键字：振幅调制，AM信号解调，multisim仿真。AbstractThis paper is the principle of amplitude modulation and demodulation analysis and multisim simulation implementation, including its basic principle of modulation and demodulation, mathematical definition, circuit diagram and simulation principle and simulation waveform and its importance in the field of modern communications, the definition and calculation of voltage modulation coefficient is described in detail, and its effect on the result of the modulation and demodulation, the last of demodulation of the two kinds of distortion, inert distortion and negative peak cutting distortion, carried on the thorough analysis and the way to minimize this distortion is given.Key words: amplitude modulation, AM signal demodulation, multisim simulation.目录1振幅调制的原理41.1调制在通信系统中的作用41.2调制的基本方式41.3振幅调制原理与实现方式41.4全载波调幅电路模型与工作原理51.5电压调制系数52振幅调制的仿真62.1 multisim软件简介62.2振幅调制的时域分析62.3振幅调制的频域分析73调幅信号解调的原理83.1调制信号的解调83.2包络检波94调幅信号解调的仿真95惰性失真的测试及分析105.1惰性失真产生原因105.2惰性失真的仿真测试106负峰切割失真的测试及分析116.1负峰切割失真的产生原因116.2负峰切割失真的仿真测试117总结128参考文献：131振幅调制的原理1.1调制在通信系统中的作用调制技术是高频电子线路课程中一个十分重要的技术，它是一种信号处理技术。无论在模拟通信、数字通信还是数据通信中都扮演着重要角色。调制的实质是进行频谱的搬移,其作用与目的有以下三个方面。(a)频率变换：为了实现无线方式传送信息，如将（0.3-3.4KHz）有效带宽内的语音信号调制到给定的高频频段上去，即将低频信号变换为高频信号，适应无线信道传输要求。(b)实现频率分配:保证多个电台同时工作时,发出的信号互不干扰(c)实现多路复用：例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输,即实现频分复用。1.2 调制的基本方式根据载波受调制参量的不同, 调制可分为三种基本方式, 它们分别是：1.3振幅调制原理与实现方式所谓振幅调制(AM), 就是用调制信号U去控制高频载波信号Uc的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号U的规律变化。即已调制信号UAM变化的周期与调制信号U的周期相同，且幅度的变化与调制信号的振幅成正比.三种振幅调制信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。1.4全载波调幅电路模型与工作原理 全载波振幅调制电路的模型如图所示。图1-1 全载波振幅调制电路的模型 式1-1有结果可以看出，输出的调幅信号不仅含有边带信号，且含有高频载波信号。1.5电压调制系数全载波AM信号的标准形式为 式1-2其中ma为电压调制系数，又叫电压调制度，反映了载波振幅受控的强弱程度，一般ma值越大调幅越深： 由定义可得 式1-3其中Umax表示调幅信号的最大振幅，Umin表示调幅信号的最小振幅。2振幅调制的仿真2.1 multisim软件简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。2.2振幅调制的时域分析在multisim软件中设计如图2-1所示的电路图，即可实现信号的振幅调制图2-1 振幅调制仿真电路设定调制信号U的频率为1kHz，载波Uc的频率一般远大于调制信号的频率，这里选为2MHz，振幅为2V，由于所加的直流信号为1V，故调制信号的振幅等于电压调制系数，图2-2是调制信号的波形，调制结果如图2-3(a)、(b)、(c)所示，调制系数为别为0.5、1、1.5，即普通调幅、最大调幅和过调幅，可以看到，调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致，包络之内的填充频率是载波频率，图2-3(a)中，调幅波的最大振幅为3V，最小振幅为1V，已知调制系数为0.5，这印证了公式： 式2-1 图2-2 调制信号波形 图2-3(a) AM信号波形ma=0.5图2-3(b) AM信号波形ma=1 图2-3(c) AM信号波形ma=1.52.3振幅调制的频域分析当选取的载波频率远大于调制信号的频率时，multisim中的示波器无法显示全部的频谱，这里为了直观的显示调幅信号的频谱，选取了2kHz的载波和1kHz的调制信号，图2-4是电路图，图2-5为调幅信号的频谱图，又有调幅波表达式 式2-2可知调幅波的特点有：(a)AM的频谱由三部分组成：即载频和上下边频.(b)载频不含信息，两边频包含相同的信息，所占带宽为最高调制频率fH的两倍。(c)从功率利用率看，AM信号的功率利用率不充分，载波是不含传送信息的,但它至少占有2/3的功率，而载有信息的边频功率之和最多占总输出功率的1/3。从有效地利用发射机功率来看，全载波调幅波是很不经济的。图2-4 振幅调制频域分析电路图图2-5 AM信号频谱图3调幅信号解调的原理3.1调制信号的解调解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调方式。一般的解调方法有两种，一种是包络检波，一种是同步检波，本设计采用的是包络检波，其电路简单，便于设计。3.2包络检波二极管包络检波器是包络检波器中最简单、最常用的一种电路。它适合于解调信号电平较大（俗称大信号，通常要求峰-峰值为0.5V 以上）的AM波。它具有电路简单，检波线性好，易于实现等优点。4调幅信号解调的仿真根据包络检波的原理在multisim软件中设计如图4-1所示的电路图，AM信号直接在元件库中选取，AM信号的参数与2.2节中已调信号参数相同，解调的结果如图4-2所示，可以看到信号的周期T=T2-T1=1.002ms，f=1kHz，即等于调制信号的周期，实现了AM调制信号的解调。其中，R1，C1电路有两个作用，一是作为检波器的负载，在其两端产生调制频率电压；二是起到高频电流的旁路作用，为此目的，需要满足 式4-1计算可得R1C1在 之间。图4-1 AM信号解调仿真电路图图4-2 AM信号解调后波形5惰性失真的测试及分析5.1惰性失真产生原因AM信号包络检波检波电路参数设置不当会产生两种失真，分别为惰性失真和负峰切割失真，其中惰性失真有称为对角线失真或放电失真，其产生原因为，C1R1很大，放电很慢，可能在随后的若干的高频周期内，包络线电压虽已下降，而C1上的电压还大于包络线电压，这就使二极管方向截止，失去检波作用。在截至期间，检波输出波形呈倾斜的对角线形状，对角线失真可以总结为电容放电曲线uct的下降速度慢于包络线电压下降的速度。不失真的条件为： 式5-1由此可见，ma，W越大，包络的下降速度越快，要求的R1C1就越小。5.2惰性失真的仿真测试设置调制系数为0.5，R1从原来的10kW增大到100kW，其他参数不变，使其不满足式5-1，运行后，仿真结果如图5-2，明显可以看到出现惰性失真。图5-1 惰性失真电路参数图5-2 惰性失真波形6负峰切割失真的测试及分析6.1负峰切割失真的产生原因负峰切割失真又称为底部切割失真，这种失真是因检波器的交直流负载电阻不同引起的。为了取出低频调制信号，检波器电路加入C2和R2，电容C2应对低频呈现短路，R2是所接负载。当检波器接有C2和R2时，检波器的直流负载电阻RDC仍等于R1，而低频交流负载RAC等于R1与R2的并联，因为RDC不等于RAC，将引起底部失真。要避免负峰切割失真，应满足： 式6-16.2负峰切割失真的仿真测试如图6-1所示电路图，设置调制系数为0.7，R2从原来的20kW减小到1kW，其他参数不变，即可得仿真结果，如图6-2所示，为负峰切割失真。负峰切割失真图6-1 负峰切割失真电路参数图6-2 负峰切割失真波形7总结在这一周的课程设计中，我首先查阅教材和其他资料，深入理解振幅调制与解调的原理与电路实现，然后开始在multisim软件中设计仿真电路图，振幅调制只涉及到一个乘法器，相对来说比较简单，很快就得到了想要的仿真结果，接下来是AM信号的解调，搭建电路时只遇到了一个困难，就是AM信号源的选择，由于我是第一次使用这个软件，对软件的各种操作不熟悉，不过百度了一下就解决了，随后是包络检波电路元件参数的设置，随着接下来的各种尝试，先是教材中给的限制条件，我发现这并不能很好的解决问题，只能作大致参考，是不能得出正确的仿真结果的，然后是参照网上给的一些参数设置，还是不行，只能根据教材中的原理，靠自己摸索，还好没有放弃，通过努力最后得到了正确的实现结果，也验证了实验原理的正确性。本课程设计的完成，增长了我的知识，加深了我对振幅调制与解调的理解，锻炼了我思考问题并独立解决问题的能力，使我受益匪浅。8参考文献：【1】 曾兴雯. 高频电子线路. 北京：高等教育出版社，2004【2】 陈邦媛. 射频通信电路. 北京：科学出版社，2002【3】 张肃文. 高频电子线路. 北京：高等教育出版社，1984【4】 何丰. 通信电子线路. 北京：人民邮电出版社，2003本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：振幅调制与解调课程设计答辩或质疑记