AM波的调制与解调

高频课程设计题目：AM波调制与解调学号：20111601310019姓名：乔子超同组：韦志东（27号）年级：电子信息工程一班学院：信息科学技术学院指导教师：黄艳完成日期：2014年1目录一、题目分析4二、集电极调幅设计方案42.1调幅器42.2集电极调幅42.3集电极调幅的要求及技术指标5三、集电极调幅的工作原理及分析53.1集电极调幅的工作原理53.2集电极脉冲的变化情况63.3集电极的调幅波形图73.4集电极的静态调制特性集电极调幅电路设计与仿真94.1设计电路94.2载波波形104.3调制波形104.4输出波形与频谱114.5功率分布与效率12包络检波设计方案125.1包络检波125.2数学模型25.3包络检波的要求及技术指标13包络检波的原理及分析6.1串联型二极管峰值包络检波电路6.2检波指标6.3非线性失真包络检波技术仿真167.1参数计算167.2检波电路167.3调制解调总电路图177.4输出波形与频谱17八、元器件清单18九、问题分析18十、参考文献19名称：AM波的调制与解调内容摘要：调制就是在传送信号的一方将要传送的信号“附加”在高频振荡上，再由天线发射出去。在接受信号的一方，经过解调的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息，反调制的过程也叫检波。而调幅（AM）：就是用信号的变化来改变无线电波震荡的幅度，也就是让电波震荡幅度随信号变化而变化。选择好电路后，利用了EDA软件Multisim进行仿真来验证结果。三．设计方案1.集电极调幅所谓的集电极调幅，就是用调幅信号来改变高频功率放大器的集电极直流电源电压，以实现调幅。集电极调幅的特点：（1）集电极调幅工作于过压状态；用于大功率调幅。（2）需要大功率的调制信号源。（3）集电极调幅的集电极效率高，晶体管得到充分利用。2.3集电极调幅的要求及技术指标要求：1．用Multisi仿真，能够观察输入输出波形。2．针对所设计的电路进行分析，并计算输出功率。3．三极管工作在丙类状态4．采用单调谐做为负载5．采用三极管作为放大器三、集电极调幅的工作原理及分析3.1集电极调幅的工作原理集电极调幅是利用低频调制电压去控制晶体管的集电极电压，通过集电极电压的变化，使集电极高频电流的基波分量随调制电压的规律变化，从而实现调幅。实际上，它是一个集电极电源受调制信号控制的谐振功率放大器，属高电平调幅。调幅管处于丙类工作状态。要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载波电流，然后设法将电报、电话等信号“加到”载波上去。将声音电流加在高频电流上，这个过程称为调制。一个载波电流有三个参数可以改变，即振幅、频率和相位。本次设计要求采用调幅方式。它的基本原理是，将要传送的调制信号从低频率搬移到高频，使它能通过电离层反射进行传输，在远距离接收端我们用适当的解调装置再把原信号不失真的恢复出来，就达到了信号传输的目的。即载波的频率和相角不变，载波的振幅按照信号的变化规律而变化，高频振幅变化所形成的包络信号就是原信号的波形。集电极调幅的基本原理电路如图3—1所示：图3－1集电极调幅原理电路高电平调幅是将功率放大和调制一起完成，调制之后的信号不需要在放大，可以直接发送出去。如上图所示是集电极调幅电路。该电路是利用集电极的直流电压来控制集电极的高频电压的振幅，载波信号加到三极管的基极，调制信号极到集电极回路与电源V4串联，此时集电极电压随调制信号变化。集电极电流的基波分量随调制信号呈线性变化，经过LC回路滤波后输出AM信号。3.2集电极电路脉冲的变化情况调制信号电压加在集电极电路中，与集电极直流电压串联，Ec=V4+U（t）,Vcc为集电极固定电源电压;为调幅指数。通过Ec的变化，控制Ic变化从而实现调制。集电极的有效电源电压V随调制信号压变化而变化。由图3—2所示图3－2同集电极电压相对应的集电极电流脉冲的变化情形图中，由于与不变，故为常数，又RP不变，因此动态特性曲线的斜率也不变。若电源电压变化，则动态线随值的不同，沿平行移动。由图可以看出，在欠压区内，当由变至（临界）时，集电极电流脉冲的振幅与通角变化很小，因此分解出的的变化也很小，因而回路上的输出电压的变化也很小。这就是说在欠压区内不能产生有效的调幅作用。3.3集电极调幅波形图在这种情况下，分解出的随集电极电压的变化而变化，集电极回路两端的高频电压也随而变化。输出高频电压的振幅=•，不变，随而变化，而是受控制的，回路两端输出的高频电压也随变化，因而实现了集电极调幅。其波形如图3—3所示。由图可知，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。由频谱图可知，AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。3.4集电极调幅的静态调制特性当没有加入低频调制电压（即=0）时，逐步改变集电极直流电压的大小，同样可使电流脉冲发生变化，分解出的或也会发生变化。我们称集电极高频电流随变化的关系线为静态调制特性曲线。根据分析结果可作出静态调制特性曲线如图3—4所示。图3－4集电极调幅的静态调制特性静态调制特性曲线不能完全反映实际的调制过程，因为没有加入调制信号，输出电压中没有边频存在，只有载波频率，不是调幅波。通常调制信号角频率要比载波角频率低得多，因此对载波来说，调制信号的变化是很缓慢的，可以认为在载波电压交变的一周内，调制信号电压基本上不变。这样，静态调制特性曲线仍然能正确反映调制过程。我们可以利用它来确定已调波包络的非线性失真的大小。由图3—4可知，为了减小非线性失真，当加上调制信号电压时，保证整个调制过程都工作在过压状态，所以工作点Q应选在调制特性曲线直线段的中央，即=处，为临界工作状态时的集电极直流电压。否则，工作点Q偏高或偏低，都会使已调波的包络产生失真。在本实验中会得到证实。四、集电极调幅电路设计与仿真4.1设计电路理论数值及参数设计载波信号为，调制信号为则普通调幅信号为其中调幅指数最终调幅信号为为了让三极管处在过压状态的取值不能过大，本题设为6v其中选频网络参数为L=18uH,C=255nFUbb=1V调幅电路4.2载波信号=82kHz =6v4.3调制信号=3000HZ=3v4.4输出波形与频谱图如图有：=12V=4V==0.5=81.699kHzAM信号的调制效率总是小于1。在不过调的情况下，AM的最大值等于,这是最大功率为50％，但所有不含直流分量的信号进行标准调幅（不过调），其效率都不会超过50％。五、包络检波设计方案5.1包络检波定义：振幅调制波的解调电路称振幅检波电路，简称检波电路。检波是从振幅调制波中不失真的检出调制信号的过程。（它是振幅调制的逆过程）功能：在频域上，该作用就是将已调幅波的调制信号频谱不失真地搬到零频率附近。检波乃是实现频谱线性搬移。5.2数学模型因UAM经由非线性器件后输出电流中含有能线性反映输入信号包络变化规律的信号分量（即反映调制信号变化规律）。所以包络检波仅适用于标准调制波的解调。此电路不需要加同步信号，电路显得较简单。5.3包络检波的要求及技术指标要求：1．用Multisim仿真，能够观察输入输出波形。2．针对所设计的电路进行分析。3．采用串联型峰值包络检波器4．失真分析及改进六、包络检波工作原理及分析6.1串联型二极管峰值包络检波电路D为检波二极管，其导通电阻为，R,C为滤波电路，当输入为高频条幅信号时，由于低通滤波器电容C上初始电压为0，调幅信号直接加在二极管上，当信号正半周期时二极管处于正向导通，对电容C充电，充电时间常数为C，由于很小，所以电容C上的电压很快充到接近输入信号的峰值电压，电容上电压建立起来之后，这时，二极管的导通与否由输入信号与电容上的电压共同决定。当输入信号较小时，只要输入小于电容电压时，二极管就截止，此时，C通过负载R放电，放电的速度取决于时间常数RC。由于R>>,充电的速度远远大于放电的速度。由于放电时间常数远远大于高频信号的周期，所以放电很慢，C两端的电压下降很少，当下一个周期的电压超过电容两端电压时，C又充电，这样不断循坏重复下去，电容两端的电压重现了输入调幅信号的包络形状，达到了检波的目的。若Us=Vcm(1+MacosΩt)cosωCt

则UAV=ηdVcm+ηdMaVcmcosΩt=VAV+Uav

其中Uav∝UΩ

所以实现了线性检波。电容两端存在锯齿脉冲电压U0称未滤净的残余高频电压，UAV输出平均电压反映了包络变化规律。二极管的导通角φ很小（）,所以动态平衡时它工作在信号峰值附近。检波性能与RLC时间常数相关，RLC愈大U0愈小，UAV愈大检波性能愈好。包络变化规律。6.2检波指标检波效率ηd=UAV/Vm（t）=cosφ≈1输入电阻从能量观点来看：

Pi=Vm2/2Ri

PL=VAV2/RL

Pi≈PL

,Vm≈VAV

∴Ri=RL/26.3非线性失真

a)惰性失真:当输入为调幅波时，过分增大RL和C值，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。

单音调制时不产生惰性失真的条件，为兼顾检波性能，工程上取结论：

Ma和Ω越大，包络下降速度越大，不产生惰性失真所要求的RLC值也须越小。在多音调制时，作为工程估算，Ma和Ω均应取最大值(即)b)负峰切割失真原因：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Ω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。现象：

克服失真条件：为了克服负峰切割失真，要求VA≤Vsmmin可得到克服失真的条件

(RΩ为交流负载)

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值越接近于1。Ma一定时，交直流负载电阻值的差别受到不产生负峰切割失真的限制。要避免底部失真，必须使包络线的最小电平大于或等于。克服办法：

I)若Ri2很大，可将RL分为RL1+RL2

取，

RΩ=RL1+RL2∥Ri2≈RL1+RL2=RL

II)若Ri2很小，则在RL与Ri2之间接一射随器(共集电极电路）

（高输入阻抗低输出阻抗）起到阻抗匹配的作用。包络检波仿真7.1参数计算取

1.电容C对载频信号近似短路，故应有,取为避免惰性失真，有,取RC=0.000066,R=R1+R2=19800,C=33nF3．设R1/R2=0.2,则R1=330,R2=165004．的取值应使低频调制信号能有效地耦合到上，即满足，取7.2检波电路7.3调制解调总电路图7.4输出波形与频谱图=6v=3.066kHz元器件清单L1=18uHC1=33nFC2=4.7uFC3=255nFR1=33OΩR2=10kΩR3=1.65kΩ问题分析问题一高电平调幅电路根据调制信号所加电极的不同，分为基极调幅和集电极调幅，为什么本课设采用集电极调制，其优点有哪些？答：为了在发射机输出级获得较大的输出功率和较高的调制效率，高电平调幅电路几乎都是用调制信号去控制高频谐振功率放大器的输出功率来实现调幅的，也就是说，它直接利用功放管的乙类或丙类非线性工作状态，来实现频谱的线性搬移的。对于基极调制电路来说，欲减小调制失真并增强调制效率，应使这种调制电路在调制信号动态范围内始终工作在丙类功率放大器的欠压状态下。所以基极调制电路的缺点是能量转换效率比较低。对于集电极调制电路，欲减小调制失真并增强调制效率，应使集电极调幅电