辽宁工业大学高频课设插入载波包络检波解调电路设计

高频电子线路课程设计（论文）插入载波包络检波解调电路设计院（系）名称电子与信息工程学院专业班级学号学生姓名指导教师课程设计（论文）任务及评语院（系）:电子与信息工程学院 教研室:电子信息工程学生姓名专业班级课程设计

（论文）

题目插入载波包络检波解调电路设计设计任务：1用MULTISIM仿真，设计一个插入载波包络检波解调电路2能够观察输入输出波形3对调制信号频率1000Hz,载波频率学生姓名专业班级课程设计

（论文）

题目插入载波包络检波解调电路设计设计任务：1用MULTISIM仿真，设计一个插入载波包络检波解调电路2能够观察输入输出波形3对调制信号频率1000Hz,载波频率100000Hz的单边带信号进行解调。设计要求：•分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。•确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。•设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。•组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。平时成绩:答辩成绩:论文成绩:总成绩:指导教师签字:注:平时成绩占20%，答辩成绩占40%，论文成绩占40%。摘要本课程设计主要介绍单边带调制解调电路的设计。学习和掌握电路设计的方法和仿真软件，并综合运用所学知识完成常规调幅的设计。本设计的技术指标是采用乘法器来实现DSB的调制，然后经过带通滤波器滤除一个边带，得到单边带调幅波，解调时采用同步检波法实现。同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单这带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位部与被抑止的载波相同的电压。同步检波的名称即由比而来，外加载波信号电压加入周步检波器可以有两种方式：一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后，检出原调制信号，另一种是权巳与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号。包络检波是一个解调的过程，它与调制过程相反，检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致。本次课程设计为插入载波的包络检波解调电路的设计，实现对单边带信号的解调。本设计主要是载波信号和调制信号通过一个乘法器，再通过一定频率的低通滤波器产生单边信号，再经过包络检波电路得到解调后的输出波形。本次课程设计的目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们分析、解决问题的能力，掌握了使用MULTISIM软件的仿真及应用。另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础，通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。关键词：包络检波；DSB单边带；同步检波单边带信号；包络检波电路；解调目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 1\o"CurrentDocument"输入载波包络检波解调电路概况 1\o"CurrentDocument"本文研究内容 1\o"CurrentDocument"输入载波包络检波解调电路方案论证 1\o"CurrentDocument"1.4总体方案设计框图及分析 3\o"CurrentDocument"第2章各单元电路设计 4\o"CurrentDocument"单边带信号产生部分 4包络检波器部分 4\o"CurrentDocument"第3章整体电路设计 7\o"CurrentDocument"3.1整体电路分析 7\o"CurrentDocument"电路参数计算 7\o"CurrentDocument"第4章电路仿真 10\o"CurrentDocument"第5章设计总结 12参考文献 13第1章绪论输入载波包络检波解调电路概况振幅调制信号的解调过程称为检波。有载波振幅调制信号的包络直接反映调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行检波。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变换规律，无法用包络检波进行解调，所以要采用同步检波方法。同步检波器主要是用于对DSB和SSB信号进行解调（当然也可以用于AM）。它的特点是必须加一个与载波同频同相的恢复载波信号。外加载波信号电压加入同步检波器的方法有两种。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很简单的，利用抑制载波的双边带信号和输入的同步信号（即载波信号），经过乘法器相乘，可得输出信号，实现了双边带信号解调课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。本文研究内容设计任务：用MULTISIM仿真，设计一个插入载波包络检波解调电路能够观察输入输出波形3对调制信号频率1000Hz，载波频率100000Hz的单边带信号进行解调。输入载波包络检波解调电路方案论证方案一：乘积型同步检波器这种方法是将外加载波信号电压与接收信号在检波器中相乘，再经过低通滤波器，最后检出原调制信号，如框图所示：图1.1乘积型同步检波器设输入的已调波为载波分量被抑制的DSB信号u1为：=U1cos°tcosot本地载波信号：u二Ucoso(t+a)cc上两式中oc=o1时，即本地载波的角频率等于输入信号的角频率，它们的相位不一定相同：u二UUcos°tcosotcos(o+a)21c11低通滤波器滤除oc附近的频率分量后，得到频率为的低频信号：u=UUcosacos°t021C由上式可见，低频信号的cos申成正比，当申=0时，低频信号电压最大，随着相位差变大，输出电压变小。所以我们不但要求本地载波与输出信号载波的角频率必须相等。方案二：叠加型同步检波器叠加型是将外加载波信号与接收信号相加，经过包络检波器取出原调制信号，图1.2叠加型同步检波器设u1为单边带信号Ulcos(o+°)t，Uc为本振电压Uccoso1t，则合成的输出信号为u2=u1+uc：u2=U1coso11cos°t+Uccoso1一U1sino11sin°t由此可见，合成信号的包络Um和相角0都受到调制信号的控制，可以通过包络

检波器构成的同步检波器检出单边带调制信号。将所调制的单边带信号与本振信号通过一个加法器加到一起，再经过包络检波器输出解调后的信号。经过两方案的比较，方案一用到了低通滤波器，电路简单并且可以实现包络检波的作用。所以选择方案一。总体方案设计框图及分析图1.3总体框图包络检波是一个解调的过程，它与调制过程相反，检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制信号。还原所得的信号与高频调幅信号的包络变化规律一致。本设计主要是载波信号和调制信号通过一个乘法器得到载波被抑制的双边带信号，再通过一定中心频率的低通滤波器把不需要的边带滤除，得到所需要频率的单边带信号，得到解调后的输出波形。第2章各单元电路设计单边带信号产生部分所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式一一单边带调制（SSB）。检波过程是一个解调过程，它与调制过程正相反检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信气还原所得的信号与高频调幅信号的包络

变化规律一致，故又称为包络检波。图2.2包络检波电路输入信号为AM调制信号,其中调制指数m、高频载波频率®、调制信号的频率Q、调频幅度等参数均可自己设定；非线性器件由包络检波二极管组成；二极管包络检波器由电容C和R并联组成；输出信号连接示波器，可观察检波的效果，当C、R匹配时，输出才不失真。如图2-1所示。图2.3包络检波充放电电路图电路中二极管VD起整流作用；电容C起高频滤波作用；电阻R作为检波器的低频负载在其两端输出已恢复的调制信号。在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容C进行充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很大，使电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值。

作用在二极管VD两端上的电压为u(0与u(t)之差，即u=u-u。所以i0doi二极管的导通与否取决于uD。当u=u―u〉0，二极管导通；当u=u―uV0，二极管截止。doidoi检波器的有用输出电压：u(t)=u(t)+U(t)(1)o n DC检波器的实际输出电压为：u(t)+Auc(t)=u(t)+U(t)+Au(2)o n DC c当电路元件选择正确时，高频纹波电压Au很小，可以忽略，输出电压为：电容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号U，—般常作为接收机的检波电路。图2.5输出信号波形图这样就由C和R滤出了低频交流信号。电容C屮的旁路作用，交流分量un(t)被电容C屮旁路，输出信号为直流分量"dc一般作为自动增益控制信号(AGC信号)的检测电路。

第3章整体电路设计整体电路分析D1X0XSC11V/VOV1N41485Vrms100kHz0DC139nFD1X0XSC11V/VOV1N41485Vrms100kHz0DC139nF©5Vrms1kHz(T50kQ图3.1整体电路图电路参数计算1.电压传输系数由于输入大信号，检波器工作在大信号状态，二极管的伏安特性可用折线近似。考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过远点的折线表示二极管特性（忽略二极管的导通电压VP）,则i=guu>0D00gD=l/rd,9为流通角。iD是周期性余弦脉冲K=dU——=cos9Um

由此可见，检波器电压传输系数Kd是检波器电流iD的通脚9的函数，求出9后,就得到Kd。2．流通角二极管电流ID为一重复频率wi的周期余弦脉冲，导通角为9，振幅最大为IDmax其平均分量I0IDmax其平均分量I0为：0基频分量为：1I =U(1-COS9)Dmaxrim

dia(9)=gDUm(sin9-9cos9)Dmax0 兀gU=ia(9)=Dm(sin9-9cos9)Dmax1式中，a(9),a(9)为电流分解系数。01可得9的近似表达式如下：3兀r~RD此处的R为检波负载，gD为检波器内电导。3.非线性失真惰性失真当输入调幅波时过分增大RL和C,致使二极管截止期间C通过RL的放电速度过慢，在某t1时刻跟不上输入调幅波包络的下降速度。输出平均电压就会产生失真，称惰性失真。为避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内使C通过RL的放电速度大于或等于包络的下降速度。</1-MM</1-MMM0aaRC

L山-MM山-MMM0aa结论：5~10结论：cM和0越大，包络下降速度越大，不产生惰性失真所要求的RLC值也须越a小。在多音调制时，作为工程估算，M和0均应取最大值。aRC<LRC<LM0amaxmaxamaxmax原因：检波器与下级电路连接时，一般采用阻容耦合电路。Cc为隔值电容，对Q呈交流短路，Cc两端电压为VAV。Ri2为下级电路输入电阻，VAV在RL、Ri2分压后在RL两端得VA电压反作用到二极管两端，若VA>Vsmmin,D截止，使输出调制信号电压在其负峰值附近将被削平，出现负峰切割失真。克服失真条件：为了克服负峰切割失真，要求VAWVsmmin可得到克服失真的条件：R RR1RM< i2 =( i2L) 二Q_aR+R R+RR Ri2 L i2 L L L可见，交直流负载电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的Ma的值越接近于1Ma一定时，交直流负载电阻值的差别受到不产生负峰切割的限制。克服办法：若Ri2很大，可将RL分为RL1+RL2Rli=0.2~0.1

RL2取RQ二RLl+RL2〃Ri2~RLl+RL2二RL若Ri2很小，则在RL与Ri2之间接一射随器（高输入阻抗低输出阻抗）起到阻抗匹配的作用。第4章电路仿真单边带信号仿真结果，如图4.1：单边带信号仿真结果，如图4.1：整体电路仿真如图4.3所示：7L-i4.3上图为单边带信号波形，下为解调后的波形。由于R.C没有完全匹配，所以有失真。第5章设计总结课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次设计可以理解了生活中日常见到的电子的装置的基本工作原理，认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形，要完成一个信号的调制与解调，在元器件、电路和取值都要有一部分的要求，科学是严谨的。此次课程设计主要针对幅度调制解调电路提出自己的设计方案，并利用仿真软件来实现自己的设计电路图。设计中用到了信号发生器、双平衡调制器、带通滤波器、同步检波器及低通滤波器等在高频电子线路课程中学到的知识。要所学电路不熟悉，导致在设计的过程中无法画出正确的电路图，算不出电路中元器件的参数，使得在设计过程中绕了许多弯路，做了许多的无用功。设计过程中查阅了大量的有关高频电子线路设计的书籍，巩固了以前