基于Multisim的调幅电路的仿真

基于Multisim的调幅电路的仿真摘要：介绍了在Multisiml0仿真平台中构成集成电路模块的方法．并基于MuhisimlO仿真软件，对各个调幅电路进行仿真。

依据仿真原理电路设计实物电路进行测试，并对仿真结果和实际电路测试所得数据进行分析比较。

关键词：调制调幅：包络检波；负峰切割失真；同步检波；Muhisiml01.前言信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。

调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。

而要还原出被调制的信号就需要解调电路。

调制与解调在高频通信领域有着广泛的应用，同时也是信号处理应用的重要问题之一，系统的仿真和分析是设计过程中的重要步骤和必要的保证。

论文利用Multisim提供的示波器模块，分别对信号的调幅和解调进行了波形分析。

AM调制优点在于系统结构简单，价格低廉，所以至今仍广泛应用于无线但广播。

与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB调制效率是100%。

我们注意到DSB信号两个边带中任意一个都包含了M(w)的所有频谱成分，所以利用SSB调幅可以提高信道的利用率，所以选择SSB调制与解调作为课程设计的题目具有很大的实际意义。

论文主要是综述现代通信系统中AM ,DSB,SSB调制解调的基本技术，并分别在时域讨论振幅调制与解调的基本原理, 以及介绍分析有关电路组成。

此课程设计的目的在于进一步巩固高频、通信原理等相关专业课上所学关于频率调制与解调等相关内容。

同时加强了团队合作意识，培养分析问题、解决问题的综合能力。

2.基本理论由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。

因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。

所谓调制就是利用原始信号控制高频载波信号的某一参数，使这个参数随调制信号的变化而变化，最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的调幅(AM)、调频(FM)、调相 (PM)三种。

解调是与调制相反的过程，即从接收到的已调波信号中恢复原调制信息的过程。

与调幅、调频、调相相对应，有检波、鉴频和鉴相[1]。

振幅调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送载体的高频振荡波（称为载波）的幅度，是已调波的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波的角频率不变。

在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM ）、抑制载波的双边带调幅（DSB ）、抑制载波的单边带调幅（SSB ）等。

AM 的载波振幅随调制信号大小线性变化。

DSB 是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带。

SSB 是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。

它们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。

3. 利用仿真软件 Multisim 10对AM 电路仿真分析3.1 AM 信号的数学表达式AM 信号是载波信号振幅在0m V 上下按输入调制信号规律变化的一种调幅信号，表达式如下：[]t w t u k V t v c a m o cos )()(0Ω+= （1）由表达式（1）可知，在数学上，调幅电路的组成模型可由一个相加器和一个相乘器组成，如图3.1.1所示。

图中，M A 为相乘器的乘积常数，A 为相加器的加权系数，且a cm M k AV A k A ==,图3.1.1 普通调幅（AM ）电路的组成模型设调制信号为：)(t u Ω=M c U E Ω+cos t Ω载波电压为：cM t c U u =)(cos t w c上两式相乘为普通振幅调制信号：cM C t s U E K u +=()(cos t Ω）t w U c cM cos=C cM E KU (+t w t U c M cos )cos ΩΩ=t w t M E KU c a c cM cos )cos 1(Ω+=tw t M U c a S cos )cos 1(Ω+ （2） 式中,C M a E U M Ω=称为调幅系数(或调制指数) ，其中0＜a M ≤1。

而当a M ＞1时，在π=Ωt 附近，)(t u c 变为负值，它的包络已不能反映调制信号的变化而造成失真，通常将这种失真成为过调幅失真，此种现象是要尽量避免的。

3.2 普通调幅（AM ）信号的波形在Multisim 仿真电路窗口中创建如图3.1.2所示的由乘法器(K =1)组成的普通调幅(AM )电路，在该电路中，直流电压源 c E (图中V 1)和低频调制信号)(t U Ω (图中V 2)分别加到乘法器A 1的X 输入端口，高频载波信号电压)(t c U (图中V 3)加到乘法器的Y 输入端口。

将示波器的A 、B 通道分别加到乘法器的X 输入端口、乘法器的输出端口，其构成如下图3.2.1所示：)(t u c图3.2.1乘法器组成的普通调幅(AM )电路载波和调幅波的波形如图：我们使4.0m a我们使8.0m =a我们使1m =a我们使4.1m a从图中可以看出已调波的包络形状与调制信号不一样，产生了严重的包络失真，这种情况称为过调失真，在实际应用中应尽量避免。

因此,在振幅调制仿真过程中可以得出如下结：为了保证已调波的包络真实地反映出调制信号的化规律，避免产生过调失真，要求调制系数Ma 必满足0<Ma <1，这与理论上推导得出的结果是一致的。

3.3 普通调幅（AM ）信号的解调解调（Demodulation ）是调制的逆过程。

振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波电路（Detector ），它的作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来。

对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，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，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。

对于包络的解调，我们可以采用以下的解调电路。

选用合适的电容，电阻。

检波后得到的图形，与以调波的幅度、波形符合。

并没有产生失真。

解调（Demodulation）是调制的逆过程。

振幅调制信号的解调电路称为振幅检波电路，简称检波电路（Detector），它的作用是从振幅调制信号中不失真地检出调制信号来。

对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，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，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。

目前应用最广的是二极管包络检波器。

由于参数的选择，检波器容易惰性失真。

在二级管截止期间，电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。

如果电容放电速度很慢，使得输出电压不能跟随输入信号包络下降的速度，那么检波输出将与输入信号包络不一样，产生失真。

把由于RC时间常数过大而引起的这种失真称为惰性失真或者对角线切割失真。

如图3.3.2：图3.3.2检波器出现惰性失真时的输出波形惰性失真电路图如图3.3.3图3.3.3惰性失真电路图同时还有一种失真，底部切割失真。

如图3.3.3产生这种失真是因为交直流负载不同引起的。

要避免底边切割失真，一定要设法增大交流阻抗和直流阻抗的比值。

如图3.3.4图3.3.4 检波器出现负峰切割失真时的输出波形由上面三图可得如下结论：当用二极管包络检波法解调普通调幅波时，要选择合适的电路参数[7]。

负峰切割失真电路图如图3.3.54. 利用仿真软件Multisim 10对DSB 电路仿真分析4.1 DSB 信号的数学表达式抑制掉调幅信号频谱结构中无用的载频分量，仅传输两个边频的调制方式成为抑制载波的双边带调制，简称双边带调制，并表示为：t w t u k t u c a cos )()(0Ω=显然，它与调幅信号的区别就在于其载波电压振幅不是在0m V 上下按调制信号规律变化。

这样，当调制信号)(t u Ω进入负半周时，)(t u o 就变为负值。

表明载波电压产生0180相移。

因而当)(t u Ω自正值或负值通过零值变化时，双边带调制信号波形均将出现0180的相移突变。

双边带调制信号的包络已不再反映)(t u Ω的变化，但它仍保持频谱搬移的特性，因而仍是振幅调制波的一种，并可用相乘器作为双边带调制电路的组成模型，如下图7所示，图中a cm M k V A =。

图4.1.1 双边带调制信号组成模型4.1.1 调制过程的数学表达式设载波电压为：t w U t u c cM c cos )(=调制信号为：t U t u M Ω=ΩΩcos )(经过模拟乘法器A1后输出电压为抑制载波双边带调制信号，其数学表达式为：)()()(t u t u K t u c Ω⨯⨯==t U t w U K M c cM Ω⨯⨯Ωcos cos=[]2)cos()cos(t w t w U KU c c M cM Ω-+Ω+Ω （4）4.1.2 解调过程的数学表达式双边带调幅波的电压u(t)可表示为：t w KU t u c cM cos )(=t w t u U t U c M M cos )(cos ⨯⨯=ΩΩΩΩ本机载波电压为：t w U t u c cM c cos )(=解调波的表达式：)()()(t u t u K t u c p Ω⨯⨯==t U t w U K M c cM Ω⨯⨯Ωcos cos=[]2)cos()cos(t w t w U KU c c M cM Ω-+Ω+Ω （5）4.2 DSB 信号的波形在Multisim 仿真电路窗口中创建如下图4.2.1所示的电路，其中由高频载波信号)(t u c (V 1)、低频调制信号)(t u Ω (V 2)及乘法器(K =1)A 1组成抑制载波双边带调幅电路；由模拟乘法器A 1输出电压u(t)、本机载波信号)(t u c (V 3)和乘法器(K=1)A 2组成抑制载波双边带解调电路,其目的是从抑制载波双边带调幅波中检出调制信号)(t u Ω。

)(t u o振幅调制波的解调电路)(t u s)(t u o u )(t u r)(t u s xyA M xy 低通滤波器4.3 DSB 信号的解调图4.3.1 振幅检波电路的作用如图4.3.1所示，为输入振幅调制信号电压，为反映调制信号变化的输出电压。

在频域上，这种作用就是将振幅调制信号频谱不失真地搬回到零频率附近。

因此振幅检波电路也是一种频谱搬移电路，可以用相乘器实现这种作用，如图4.3.2所示：图4.3.2 振幅解调电路的组成模型图中电路由相乘器和低通滤波器组成。

由图可见，将)(t u s 先与一个等幅余弦电压)(t u r 相乘，要求这个电压与输入载波信号同频同相，即)(t u r =t w V c rm cos ，称为同)(t u s )(t u o步信号，相乘结果是)(t u s 频谱被搬移到c w 的两边，一边搬到2c w 上，构成载波角频率为2c w 的双边带调制信号，它是无用的寄生分量；另一边搬到零频率上，这样，)(t u s 的一边带就必将被搬到负频率轴上，负频率是不存在的，实际上，这些负频率分量应叠加到相应的正频率分量上，构成实际的频谱，因此它比搬移到2c w 上的任一边带频谱在数值上加倍。