AM调幅系统(1)

通信电子线路课程设计
报告
2019-2020学年第1学期
课设题目：__________________________
专业班级：__________________________
姓名：__________________________
学号：__________________________
一、课程设计题目
AM调幅系统的调制与解调
二、课程设计目的
本次课程设计，我组以AM波的调制和解调为课题，利用Multisim14仿真软件进行仿真验证，以完成AM波的调制与解调。

以正弦波振荡器产生的1.25MHZ高频正弦信号为载波，对2KHZ的正弦波为低频信号，利用高电平调幅的基极调幅方法实现调幅，经过包络检波电路以及RC滤波，最终检出低频正弦信号。

三、系统原理框图及单元电路设计与原理分析
系统原理框图如下图所示：
可见总电路分为三部分，分别为：振荡电路，调制电路，检波与滤波电路。

分别分析各单元电路。

（一）振荡电路：
振荡电路采用西勒振荡电路，它是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，由放大器和反馈网络两大部分组成。

放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）作负载, 是一种调谐放大器；反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。

1.理论分析
振荡电流是一种大小和方向都随周期发生变化的电流，能产生振荡电流的电路就叫做振荡电路。

振荡器起振条件要求AF>1，振荡器平衡条件为AF=1，它说
明在平衡状态时其闭环增益等于1。

在起振时A>1/F，当振幅达到一定程度后，由于晶体管工作状态由放大区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至AF=1，此时开始产生谐振。

假设由于某种因素使AF<1，此时振幅就会自动衰减，使A与1/F逐渐相等。

本设计中振荡器采用并联改进型电容反馈振荡器。

由于反馈主要是通过电容，所以可以削弱高次谐波的反馈，使振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于高频段工作。

2.选择元器件
2N2222A小功率通用高频放大管、电容、电感、电阻、直流电源
3.电路原理图
振荡电路电路原理图
（二）调制电路
1.理论分析
基极调幅，就是用调制信号电压来改变高频功率放大器的基极偏压，以实现调幅。

低频调制信号电压与直流偏压相串联。

放大器的有效偏压等于这两个电压之和，它随调制信号波形而变化。

在欠压状态下，集电极电流的基波分量随基极电压成正比变化。

因此，集电极的回路输出高频电压振幅将随调制信号的波形而变化，于是得到调幅波输出。

2.选择元器件
2N2222A小功率通用高频放大管、直流电源VBB、Vc（偏执电压）、交流电源（调制Vw和载波Vb各一个）、电感、电容、电阻
3.电路原理图
基极调幅电路原理图
由于基极调幅要使晶体管工作在欠压状态，亦即使晶体管工作在放大区，要满足发射极正偏，集电极反偏。

e
e BEQ BQ EQ R R U U I 7
.06-=
-=
)
(e c CQ CC CEQ BQ
CQ R R I V U I I +-=≈
V
U V U k R BC BE 12,15.1则1令e =-=Ω
=
因为2N2222A 为NPN 结，所以上述运算证明发射极正偏，集电极为反偏。

由于通过振荡器得到的载波振幅为6V ，故设置VCC=12V ，Re=1K 设置滤波器的频率f =1/2π(LC)1/2，取C=100pF ，变压器两端的电感取L=100uH
（三）解调电路
二极管检波原理为调幅波信号是二极管检波电路的输入，因为二极管只允许单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V 的部分可以通过二极管。

同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是信号包络线。

调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。

应用最广的是同步检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。

但是，普通调幅信号来说，它的载波分量没有被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，所以使用包络检波。

1.理论分析
该电路设置了两个二极管，其中D1用于检正半周期的波，D2用于检负半周期的波。

电路原理图如图所示 2.选择元器件
二极管1N6096、电阻、电容 3.电路原理图
D1
包络检波电路原理图
4.参数计算：
78
.149
.049.0157.15.010*25*2*10*10*10RC nF 37.610*10*25*21
1nF 37.610*10*25*21
r 1C 500490kHz 25k 1,49.0m 2
3
9
-3
3
33
3=-<
===Ω≈=Ω<<≈=Ω>>Ω
<Ω=>>=ΩΩ=ΩΩΩΩ
ππππ③惰性失真：
②频率失真：
取则又因为则①负峰切割失真：，取R C R R R R R m R
R R iz c ma a a 失真分析： 1. 惰性失真
根据前面计算，可得
714
.05.875.8715000max =-=-=V V V m a
98
.0178.02252
max =-≤=⨯=Ωa
a
m m RC RC π
2. 负峰切割失真
因为调幅指数未达到0.8-0.9，调幅指数过小时耦合电容 上的电压不至于影响二极管的工作，所以波形未出现失真
3. 频率失真
R
C
>>⨯⨯⨯⨯=
Ω-9
3
max 10
50210251
1
π
四、单元电路设计及仿真分析
（一）振荡电路
1.电路仿真结果：
仿真波形如图1所示：
图1振荡电路输出波形图频谱图如图2所示：
图2振荡电路输出频谱图
2.仿真结果分析：高频载波频率设置为1.25MHZ，理论周期为0.8us，从波形看出，时间差大概为0.82us，基本符合要求，输出波形近似为正弦波形。

（二）基极调幅电路
1.电路仿真结果：
调制输出波形与调制信号波形如图3所示：
图3基极调幅电路输出波形图
频谱图如图4所示：
图4基极调幅电路输出频谱图
2.仿真结果分析
基极调制过程中由于各级单位电路的影响，波形有了一定的改变，信号幅度明显减少，调幅指数在0.7左右，虽未完成完全调幅，但是功率损耗不大。

波形与理想相似，虽然有毛刺存在，但是不影响观测。

同时基极调幅所需调制功率小。

（三）包络检波原理电路
1.电路仿真结果：
检波输出波形如图5所示:
图5包络检波电路输出波形图
频谱图如图6所示：
图6包络检波电路输出频谱图
RC滤波电路输出波形如图7所示：
图7 RC滤波电路输出波形图
2.仿真结果分析：初始波形不稳定，有较大上移，但是一周期后趋于稳定，检测波形未出现明显失真，较为完好。

放大倍数为A=1/(fp/1+fa)，放大倍数过大时波形不明显，由于输入远小于1.25MHz，所以波形差别较大，但并不影响观测。

五、总电路图
六、总结
（一）优点
AM调制电路简单，易设计，可靠性高，并且所需调制功率很小，适合整机小型化模块之间采用电感耦合相连，减小后级回路对前级回路的影响外，同时耦合振荡回路的频率特性曲线更加接近于理想矩形曲线。

（二）不足
振荡波形有些许倾斜，可以改用改进型电路；RC常数不够精确，检波电路的波形初始不稳定，需等波形稳定后再选取波形；解调波形出现延时，应该添加消除延时的模块，同时解调波形幅度过小，按需求可以添加电压放大电路。

（三）设计用元器件
（四）检波电路设计上的问题
1、在包络检波时产生的惰性失真应该如何减小？
答：为了防止惰性失真，只要适当的选取RC的数值，使得电容的放电加快，让它跟上高频信号电压包络就好了。

2、为什么包络检波部分要使用两个二极管？
答：因为正弦波是有正半周期与负半周期，在波形的正半周期，幅值大于0的时候，可以通过其中正接法的二极管，不能通过负接法的二极管，但是当波形进入负半周期的时候，就只可以通过负接法的二极管了。

这就是为了将正、负半周期的波形都检出来。

七、心得体会
由于时间等原因，本次课程实验设计进行得很匆忙，在设计单元电路的时候我和同组的同学遇到了很多困难，在查阅了各种资料后，我们终于完成了仿真。

刚开始设计的时候，由于对模电知识有些遗忘，是我不能准确的完成电路设计和分析，所以本次课程设计不仅让我对高频的的知识有了更深的了解，还让我对于模电的相关知识又一次温故而知新。

对于实验结果我认为有待改进，对于高频的基础知识还需要进一步巩固。

八、参考文献
[1]崔顺,莫岳平,史宏俊,朱肖陈,梁可.基于西勒振荡器的高频功率放大电路设计[J].电工电气,2016(09):29-32.
[2]郑昊祖.二极管包络检波电路的仿真分析[J].成功(教育),2008(11):214.
[3]李健,常红霞,鲁业频.高频电子线路仿真教学改革研究——以调幅及其解调为例[J].赤峰学院学报(自然科学版),2019,35(08):153-154.。