测控综合训练调制解调报告

..测控综合训练调制解调报告一、调制与解调器的设计目的调制和解调首先应用于通信〔包括广播、电视等中,在通信中有许多路信号需要传输,为了使它们能得以互相区别,需要赋以不同的特征。在通信中经调制的信号传输到接收端,需要对已调信号解调、恢复调制信号,已获得所传输的声音、图像或其他信息。在测量中不一定需要恢复原信号,而只需要将它所反映的量值提取出来即可。在精密测量中,进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外,还往往有各种噪声〔含外界干扰。传感器的输出信号一般又很微弱,需要将测量信号从含有的噪声的信号中分离出来。为了便于区别信号与噪声,一般给测量信号赋予一定特征,这就是需要调制的目的。在将测量信号调制再经放大,并与噪声分离等处理后,从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号,这便是解调的目的。二、调制与解调器的设计内容1．振幅调制〔1设计要求：用模拟乘法器MC1496设计一振幅调制器,使其能实现AM信号调制；〔2主要指标：载波频率：100kHz、正弦波；调制信号：1KHz、正弦波。2．同步检波〔1设计要求：用模拟乘法器MC1496设计一AM信号同步检波器；〔2主要指标：输入AM信号：载波频率100kHz、正弦波；调制信号：1KHz、正弦波；输出信号：正弦信号且无明显失真。三、调制与解调器的原理1．调制电路原理〔1幅度调制幅度调制就是载波的振幅受到调制信号的控制周期性变化。变化的周期与调制信号周期相同,即振幅变化与调制信号振幅成正比,通常称高频信号为载波信号,低频信号为调制信号,调幅器为产生调幅信号的装置。设载波信号的表达式为<1>,调制信号的表达式为<2>,则调幅信号的表达式为：〔3调制信号波形如图1所示：图1普通调幅波形图显然AM波正负半周对称时：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin〔4,调幅度为：Ma=<Umax－Ucm>∕Ucm=<Ucm－Umin>∕Ucm〔5。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2Ma>1时的过调制波形〔2振幅调制电路的组成模型从调幅波的表达式〔3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．解调电路原理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Vs〔t,和输入的同步信号〔即载波信号Vc〔t,经过乘法器相乘,可得输出信号,实现了双边带信号解调。同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理,实现同步检波是很方便的,其工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号〔6,另一输入端输入同步信号〔即载波信号,经乘法器相乘,则可得输出信号U0〔t为〔7条件：为大信号。四、调制与解调器的电路设计本次测控系统综合训练采用由MC1496模拟乘法器构成的调制与解调电路。1．MC1496芯片介绍MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图4所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器,VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX,1与4接另一输入电压Uy,输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE,对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈,以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端〔双电源供电时或接地端〔单电源供电使,引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。图4MC1496的内部电路图及引脚电路2．振幅调制器电路乘法器采用模拟乘法器MC1496及外接偏置电路、旁路电路组成。其内部结构如图5所示,载波信号UC经高频耦合电容C2从Ux端输入,C3为高频旁路电容,使8脚接地。调制信号U0经低频耦合电容C1从Uy端输入,C4为低频旁路电容,使4脚接地。调幅信号从12脚单端输出。器件采用双电供电方式,所以5脚的偏置电阻R5接地,可计算器件的静态偏置电流I5或I0,即〔8。芯片2、3管脚之间接入1kΩ负反馈电阻,以扩展调制信号的线性动态范围,其阻值越大,线性范围增大,但乘法器的增益随之减小。电阻R9、R10提供静态偏置电压,保证乘法器内部的各个晶体管的工作在放大状态。电阻R1、R2及滑动变阻器RP组成平衡调节电路,改变滑动变阻器的值可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制。调节此滑动变阻器可以改善波形的对称型,为了得到抑制载波双边带信号可将滑动变阻器调制50%。图5MC1496构成的振幅调制电路〔a抑制载波的双边带调幅〔b有载波调幅波图6乘法器输出的调幅波3．同步检波器的电路要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘,实现同步解调。经过低通滤波器滤除2附近的频率分量后,得到频率为Ω的低频信号：〔9。同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘,其电路图如图7所示。端输入同步信号或载波信号,端输入已调波信号,输出端接有电阻R11、C6组成的低通滤波器和1uF的隔直电容,所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调,但要合理的选择低通滤波器的截止频率。图7同步检波电路调节平衡电位器RP,使输出,即为平衡状态.再从端输入有载波的调制信号。调制度,这时乘法器的输出经低通滤波器后的输出,经隔直电容后的输出的波形分别如图8〔a所示。调节电位器RP可使输出波形的幅度增大,波形失真减小。若为抑制载波的调制信号,经MC1496同步检波后的输出波形如图8〔b所示。<a>有载波信号调制〔b抑制载波调制信号图8同步检波输出波形五、Multisim10的电路仿真在高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程,均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。目前在无线电通信、广播电视等方面得到广泛应用。本次测控系统综合训练利用Multisim10软件仿真平台,对MC1496构成的调幅电路进行软件仿真分析比较测试结果。1．在Multisim仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496电路模块模拟乘法器是对两个模拟信号〔电压或电流实现相乘功能的有源非线性器件,主要功能是实现两个互不相关信号相乘,即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口,即X和Y输入端口。MC1496是根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的四象限的乘法器芯片,是调幅电路中的核心器件,但在仿真元件数据库中没有这个元器件。因此,在Multisim10软件仿真平台中直接用MC1496的内部结构图代替MC1496元器件。2．MC1496构成的模拟调制解调电路的仿真实现MC1496构成的模拟调制解调电路的原理图如图9所示。图9MC1496构成的模拟调制解调电路的原理图设定载波信号频率为100KHz,峰值为100mV的正弦波,调制信号频率为1KHz,峰值为100mV的正弦波,其调制与解调器的电路仿真结果如下图所示：图10调制电路仿真结果图11解调电路仿真结果六、电路的调试与结果1．调试步骤〔1在调制信号输入端接入峰值为100mV,频率为1KHz的正弦信号,调节电位器使输出端信号最小；〔2调节,使,载波为〔mV加入载波信号输入端,用数字示波器观测输出信号；〔2调幅系数〔10,测示波器调节载波信号及调制信号的幅值使调幅系数<30%,观测同步检波电路输出波形。2．结果与分析通过硬件电路所得到的结果满足预期所设定的结果,下面分别测试载波和调制信号在不同频率及峰值的情况下,电路的输出特性：图12调制电路输出端波形图载波信号频率为100KHz峰值100mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为100mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图12所示。图13调制电路输出端波形图载波信号频率为100KHz峰值100mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为70mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图13所示。图14调制电路输出端波形图载波信号频率为150KHz峰值100mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为70mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图14所示。图15调制电路输出端波形图载波信号频率为100KHz峰值100mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为200mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图15所示。图16调制电路输出端波形图载波信号频率为200KHz峰值100mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为70mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图16所示。图17调制电路输出端波形图载波信号频率为200KHz峰值200mV的正弦信号,调制信号频率为1KHz峰值为50mV的正弦信号,电路输出的调幅波形如图17所示。由上述可知,在载波与调制信号频率均不变的条件下,载波信号峰值与调制信号的峰值之比,其比值越大,调制电路的输出波形性能越好；在载波与调制信号峰值均不变的条件下,载波与调制信号的频率之比,其比值越小,混频现象越严重。将数字示波器接到解调电路输出端得到的波形显示如图18所示,发现正弦波里杂波太多,滤波器未能率干净,之后将解调电路中的输出端串联的1F的电解电容替换成0.1F的独石电容,并联的4700pF的瓷片电容替换成0.1F的独石电容,最后再并联一个0.1F的独石电容得到改善的正弦波,如图19所示。图18解调电路输出端波形图图19解调电路输出端波形图1．普通调幅虽然不能提高功率的利用率,抑制载波信号输出,但是可以避免输出信号的失真。2．改变普通调幅和检波电路中相关器件的参数值,可以有效的改变输出结果,已达到要求,如在本次设计中,要求调制幅度在0.3,则通过计算推导可得要求Umax=2Umin,通过观察波形可知已达到预期的要求。七、设计体会本次测控系统综合训练给我们提供了一个应用自己所学知识的机会,去图书馆查找相关资料,对电路的设计及仿真,直至最后电路的成型,都对我所学的知识进行了全面的检验。本次测控系统综合训练我所选取的课题是模拟乘法器及调幅与检波电路的设计,通过此次设计,我加深了对"测控电路"、"电子线路设计"的了解与运用。在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号,在测量中,一般要求载波信号的频率要比调制信号的10倍还要大,一方面是为了在解调时滤波器能较好地将调制信号已载波信号分开,另一方面是为了防止产生混叠现象。除此之外我还了解到MC1496是如何构建幅度调制及解调电路,在高频电路中,电路板的工艺也直接影响着电路的性能。总而言之,本次实训我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。经过一段时间的不懈努力,本次综合系统综合训练已经接近尾声,由于对模拟乘法器设计调制解调电路的不熟悉,知识及经验的匮乏,遇到很多困难,如果没有导师的督促指导以及同学们的支持,我很难顺利的完成此次设计。从开始选题到论文的顺利完成,都离不开老师、同学、朋友给以的帮助,在这里请接受我的谢意!八、元器件清单表1元器件清单元器件名称数值个数电阻51210011501200182031K71.2K12.2K34,7K26.8K110K1精密电位器5K110K1独石电容0.1F10瓷片电容0.01F14700pF1电解电容