AM调制解调电路的设计与仿真报告

AM调制解调电路的设计仿真与实现1.Proteus软件简介Proteus软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus软件具有4大功能模块：智能原理图设计、完善的电路仿真功能、独特的单片机协同仿真功能、实用的PCB设计平台。由于Proteus软件界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强大，因此非常适合电子类课程的课堂教学和实践教学，是一种相当好的电子技术实训工具，同时也是学生和电子设计开发人员进行电路仿真分析的重要手段。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。本次Proteus课程设计实现AM调制解调电路的原理图绘制以及电路的仿真。运用由三极管组成的乘法器调制出AM信号，再经非线性元件二极管与电容等组成的包络检波电路解调得到解调信号。2．AM调制解调电路基本原理2.1振幅调制电路2.1.1振幅调制AM调制也称普通调幅波，已调波幅度将随调制信号的规律变化而线性变化，但载波频率不变。设载波是频率为ωc的余弦波：uc(t)=Ucmcosωct,调制信号为频率为Ω的单频余弦信号，即UΩ(t)=UΩmcosΩt(Ωωc),则普通调幅波信号为:uAM(t)=(Ucm+kUΩmcosΩt)cosωct=Ucm(1+MacosΩt)cosωct（1）——式中：Ma＝kUΩm/Ucm，称为调幅系数或调幅度AM调制信号波形如图1所示：图1.普通调幅波形显然AM波正负半周对称时：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin，调幅度为：Ma=(Umax－Ucm)⁄Ucm=(Ucm－Umin)⁄Ucm。Ma＝0时，未调幅状态Ma＝1时，满调幅状态（100％），正常Ma值处于0～1之间。Ma>1时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，会产生失真，称为过调幅现象。所以，普通调幅要求Ma必须不大于1。图2所示为产生失真时的波形。图2.Ma>1时的过调制波形2.1.2振幅调制电路的组成模型从调幅波的表达式（1）可知，在数学上调幅电路的组成模型，可以由一个相乘器和一个相加器组成。如图3所示：图3.低电平调幅原理图2.2振幅解调电路2.2.1包络检波原理振幅解调是振幅调制的逆过程，从频谱的角度看就是将有用信号从高频段搬到低频段。而要完成频谱搬移（有新频率产生），电路中必须要有非线性器件。一般情况下，AM波采用包络检波即峰值检波的方式实现解调。即包络检波就是从AM波中还原出原调制信号的过程。设输入普通调幅信号uAM（t）如（1）式所示，图4中非线性器件工作在开关状态，则非线性器件输出电流为：io(t)=guAM(t)·K1（ωct）=gUcm(1+MacosΩt)cosωct·式中：g——非线性器件伏安特性曲线斜率。可见io中含有直流，Ω，ωc，ωc±Ω以及其它许多组合频率分量，其中的低频分量是gUm(1+MscosΩt)⁄Π。用低通滤波器取出io中这一低频分量，滤除ωc-Ω及其以上的高频分量，就可以恢复与原调制信号U（t）成正比的单频信号了。图4.包络检波原理图图4中（a）图为包络检波电路的组成模型，（b）图则为包络检波还原信号的波形变化过程和频谱的变化情况。2.2.2检波器的性能指标二极管峰值包络检波器的性能指标主要有检波效率（电压传输系数）Kd、输入电阻Ri、惰性失真和底部切割失真几项。1.检波效率检波效率是指检波器的输出电压和输入高频电压振幅之比。直流传输系数：Kd=Uo⁄Um；交流传输系数：Kd=UΩ/mUc。其中，Uo为输出直流电压，Um为输入高频载波幅度；mUc为输出解调信号幅度，UΩ为包络幅度。由以上关系可知，检波效率Kd越大越好。2.等效输入电阻由于二极管在大部分时间处于截止状态,仅在输入高频信号的峰值附近才导通,所以检波器的瞬时输入电阻是变化的。检波器的前级通常是一个调谐在载频的高Q值谐振回路，检波器相当于此谐振回路的负载。为了研究检波器对前级谐振回路的影响,故定义检波器等效输入电阻Ri=Uim⁄Iim，其中Uim是输入等幅高频电压振幅，Iim是输入高频电流的基波振幅。经分析可知，检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个阻值为Ri的电阻。3.惰性失真在调幅波包络线下降部分,若电容放电速度过慢,导致uo的下降速率比包络线的下降速率慢,则在紧接其后的一个或几个高频周期二极管上为负电压,二极管不能导通,造成Uo波形与包络线的失真。由于这种失真来源于电容来不及放电的惰性,故称为惰性失真。要避免惰性失真,需要满足的条件是RC≤4.底部切割失真由交直流负载不同引起。直流负载为R，交流负载R’是R与RL的并联。不失真的条件是Ma≤R’/R。负载切割失真在整个调制频率围都可能出现。图5.底部切割失真波形3．各组成部分的工作原理3.1调