测控电路课程设计

1、测控电路课程设计说明书设计题目：开关型振幅调制与解调电路的设计与调试 学院： 电信学院 班级： 测控122班 姓名： 张小旭 学号： 201206040235目录一：实验任务、要求及内容.（3） 二：实验过程及原理.(3) 三：分析误差原因.(11) 四：分析电路中产生的故障.（13） 五：实验总结.（13）一：实验任务、要求及内容1任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制噪声干扰，提高信噪比。2要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试验其抗干扰性能。3内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。（2）.画出完整的电路图。（3）.分

2、析电路实验中产生的故障。（4）.分析误差原因。4电路参数：调制信号：正弦波 频率<500HZ 幅值<0.1v 。 载波：方波 频率：510KHZ 幅值：57v 占空 比：50%。调制后信号幅值>5v。 5时间安排建议：全部时间一周。其中：设计1-2天，调试2-3天，总结1天安排1天。二：实验过程及原理（一）元器件的可靠性检验：1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位；2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能参数，选择稳压值相近的两个稳压管。3导线的可靠性

3、检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断；（二）原理方框图： （三）方波发生电路： 原理图如下： 方波发生电路中，积分电路的电压电流关系: 其中是t=0时电容器已存储的电荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到：常量根据初始条件确定，即t=0时，（0）=Q0/C.当输入为常量时，输出为：可见输入为方波时输出为三角波。上图为迟滞比较电路，该电路用的是同向迟滞比较电路。R1=0时，ui接地，UR接输入，Uo接输出，门限电压由求得： 。由稳压管确定.由此我们选定电阻R1=10K，R2=10K，R3=30K，R4=2.2K，电容C=0.01F，稳压管的稳压值为5V。综上所述，该电路前一部分是积分电路，

4、后一部分为滞回比较器。作用：（a）积分电路：利用RC回路的充放电来产生三角波。（b）滞回电路：产生方波，方波的频率为f=R3/4*R1*R2*C。计算可以得到：方波的频率f=7500Hz，方波的占空比为50%。该电路中调节R1，R2，R3的阻值和C的容值，可以改变振荡频率；调节R1，R2的阻值可以改变方波的幅值。知该方波发生电路为调制电路和解调提供开关信号Ua和Ub，进而控制三极管的导通和截止，并且Ua和Ub是一对相位相反的方波信号，则可知该电路后应该接一个反向器用来产生相位相反的信号Ub。方波发生电路的仿真电路如图所示： 方波发生电路产生的方波如下图所示：（四）脉冲平衡调制电路：脉冲平衡调制

5、电路如下图所示，它由两个电子开关，一个运算放大器和两个脉冲信号Ua和Ub组成。电路中电阻均为5.1K，接方波处的电阻为2.2K，放大器处的反馈电阻为10.2K。根据调制电路的中的香农定理，至少要求载波信号的频率大于10倍的调制信号的频率，解调时才可以较好的将调制信号与载波信号分开，检出调制信号，并且由乃奎斯特采样定理：为了保留一个频率分量的全部信息，一个周期的间隔至少抽样两次，即必须保证Ws>=2*Wm或者Fs>=2*Fm。该电路中输入的正弦波的频率f=400Hz，此时方波的脉宽为0.125ms时，则有频率f=4000Hz，满足香农定理的要求，可以防止频率混叠的现象。电路中的电子开

6、关用两个晶体管构成。两个输入脉冲信号Ua与 Ub的幅值和频率相等，相位相反。Ua，Ub如下图所示：当Ua为高电平时，Q1导通，Q2截止，a点接地，运算放大器则处于同向放大状态。其闭环增益为： 2RGI1= = 1 （R+R）当Ub为高电平时，Q2导通，Q1截止，b点接地，运算放大器则处于反向放大状态。其闭环增益为： R 2RGI2 = (1 + ) = +1 （2 R+R） R 由此可见，当增益为GI1时，输出信号为 Ui, 而当第二种状态时，输出 信号为+Ui 。这样，由于两个晶体管受到两个相位相反的脉冲控制，使输入信号Ui的极性不断地“变换”，所以在输出端就得到与输入信号相反的脉冲平衡调制

7、波 调制电路仿真图如下所示： 仿真电路（调制电路）产生的波形如图所示：（五）放大器： 由于调制信号的幅值较小不便于后续的测量，要经过放大电路的放大后再送入解调电路。要求的调制信号的参数：调制信号：正弦波.频率<500HZ ，幅值<0.1v。可知放大5倍，幅值为0.5V，作为解调电路的输入信号。（六）脉冲平衡式解调电路： 下图为双极性振幅调制电路的电路图，在这里研究该电路的解调。图为现行较好的脉冲平衡式双开关解调电路，由两个运算放大器和两个电子开关组成。其中，A2为反向放大器，A1位反向加法器。晶体管Q1和Q2是两个电子开关，C为交流耦合电容，起隔直流作用。反向器A2使A点电压与输入

8、信号反相，B点电压与输入信号相同。由于所有元件全是对称匹配的，所以Ua与 Ub也是反相对称的。Ua与Ub是两个极性相反的脉冲序列，其频率和幅值是相同的。由这两个脉冲信号交替控制电子开关。当 Ua为正电平，Ub为负电平，即电子开关Q4导通，Q3截止时，O点对地短路，B点电压不能输给A2，P点电压可输给A2,其输出为： R6 Uo(t) = - Ua(t) R3+R5 假设ui (t)为正电平，当t从0t1时，输入信号ui (t)由包线路1决定，即由正的载波决定。在Q3截止Q4导通的条件下，ui (t)首先被A1反相，即A点电压uA（t）= ui (t)，将这个关系带入Uo（t）得到：R6 Uo（

9、t）= Ui (t)R3+R5可见，输出ui (t)也是正值，与ui (t)同相位。在A点电压为Ua（t）Ui (t)，Ub（t）Ui (t)。与此同时，控制方波脉冲 Ua与Ub也反向，即Ua为负电平Ub为正电平，电子开关Q3导通，Q4截止。因此P点对地短路，A点电压不能传输给A2，而Q点对地“断路”,B点电压可以传输给A2。所以A2地输出为：R6 Uo（t）= - Ui (t)（R3+R5）由方程uo（t）显然可以知道，增益仍然为R6/(R3+R5),与线段1的增益相同。 在电路中，如果取值R6=R3+R5,，则输出曲线与输入信号曲线的包络线相同。而且，由于这是用运算放大器构成的解调电路，所

10、以对小信号也可以得到良好得线性度。 电路中输出所存在的纹波，可以进行适当的滤波。如果输入信号Ui需要阻抗变换以增加其带负载的能力，可以在A1的前面另外一个缓冲放大器，即为（五）中的放大器。 解调电路的仿真图如下：仿真电路（解调电路）产生的波形如图：(七)低通滤波器：低通滤波器的参数：R1=5.1K，C1=200pF，解调信号中的低频信号可以通过。滤除解调信号中的的干扰信号，进而更好的还原出来原来的波形。三：分析误差原因（1）经计算后搭建的电路两路方波幅值相等，相位相反，占空比为50%，与预期效果基本相同，但仍存在一定问题。 1.三角波的顶端有时会有部分失真 产生原因：通过匹配R、C使理论输出幅

11、值大于运放的线性放大输出范围，而使输出出现非线性失真，如果门限电压选择较高可能会导致无输出或输出错误； 解决办法：选择合适的运放，计算好RC环节，选取合适的电阻与电容，适当减小门限电压。 2.输出方波近似为梯形波 产生原因：由于运算放大器在比较输出时会经过一个线性区，由高向低（后有低向高）的过渡而产生； 解决办法：通过匹配R2与R3可以减小线性区但不能消除。 （2）在设计时临时把场效应管换成9013三极管，由于场效应管有负夹断电压，而三极管只能在PN结呈正电压时才开启，所以要把原来的原理图进行改变，把用于反向导通的二极管换成限制基极电流的限流电阻。1.输出的调制后波形出现相邻波峰幅值不等现象

12、产生原因：输入含有直流分量，在经调制后与直流分量符号同向的正弦波形幅值变高，与直流分量符号相反的正弦波形幅值变小。而且会有输入越小复制相差越大，的现象。 解决办法：匹配电容滤去部分直流分量，小输入可以先做放大处理，滤波后接入调制电路。（3）1.在方波信号接入该电路时出现带负载能力不足现象解决办法：由UA、UB接跟随器以提高其带负载能力。2. 输出信号有毛刺。 产生原因：因输入脉冲信号不是标准的方波而是近似梯形波，在线性区会由Q3与Q4同时开的时刻，此时输出会有短暂的低电平毛刺现象 解决办法：输出信号接入低通滤波器根据输出频率算出匹配电阻与电容即可，有源无源滤波器皆可，现象都很好。四：分析电路实验中产生的故障1、 信号发生器产生的方波信号作为载波信号输入下一级时，发现幅值出现衰减，分析电路原因，是方波信号的带负载能力差，所以在方波信号后面加了一个跟随器，同时，跟随器还有隔离电路的作用。2、 调制后波形有因方波边沿不平滑引起的毛刺现象，最后可以在电路后面加一低通滤波电路可以减小毛刺现象。3、 因输入信号含有直流分量而使调制后波形同一周期的两幅值不等。五：实验小结：本次课程设计让我学到了很多东西，尤其是电路的设计与调试。在课程设计过程中遇到了许多课本上不会出现的问题，比如：波