调幅和检波电路的设计与仿真分析1

电子与信息工程学院
电子线路课程设计报告（2010 —2011 学年第二学期）
班级：____________________
学号：__________________
姓名：_____________________
指导教师： ____
2011 年 6 月
课程设计题目：
调幅和检波电路的设计与仿真分析
内容和要求：
任务一
普通调幅电路的设计与仿真分析
1.用模拟乘法器实现单频调幅。

2.用模拟乘法器实现多频调幅（要求调制信号含有三个频率）。

注：载波、调制信号的幅值及频率自定。

任务二
检波电路的设计与仿真分析
利用任务一实现的单频调幅电路输出作为输入，用模拟乘法器和低通滤波电路实现同步检波。

思考和练习：
1．单频调幅电路中改变直流电源的值，观测其对输出调幅波的影响。

2．同步检波电路中改变低通电路的参数，观测其对输出波形的影响。

报告要求：
1．给出设计过程及电路工作原理。

2．仿真电路原理图、仿真说明（参数设置）、仿真结果（波形）及频谱分析。

3. 图表清晰、全面。

设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果） 1.实现原理
（1）MC1496型乘法器的功能描述：
MC1496型乘法器为变跨导模拟乘法器是由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平衡模拟乘法器。

工作频率高，常用作调制解调和混频，通常X 通道作为载波或本振的输入端，而调制信号或已调波信号从Y 通道输入。

当X 通道输入是小信号（小于26mV ）时，输出信号是X ，Y 通道输入信号的线性乘积；当X 通道输入是角频率为Wc 的单频很大信号时（大于260mV)时，根据双差分模拟乘法器原理，输出信号应是Y 通道输入信号和双向开关函数K2（WcT ）的乘积。

（1）单频调幅
u ()cos cos2m m t U t U Ft ωπΩΩΩΩ== 且c >>F f ，则
()(())cos (1cos )cos a m
AM cm a c cm c cm
k U u t U k u t t U t t U ωωΩΩ=+=+
Ω (1cos )cos (1cos )cos cm
cm c cm a c cm
U U t t U m t t U ωω∆=+
Ω=+Ω 式中cm a m U k U Ω∆=是受调后载波电压振幅的最大变化量；//a a m cm cm cm m k U U U U Ω==∆称为调幅系数或调幅度，它反映了载波振幅受调制信号控制的程度，a m 与m U Ω成正比。

()(1cos )cm cm a U t U m t =+Ω是高频振荡的振幅，它反映了调制信号的变化规律，称为调幅波的包络。

在调制信号的一个周期内，调制波的最大振幅max (1)cm cm a U U m =+，最小振幅
min (1)cm cm a U U m =-，故有
max min max min
max min cm cm cm cm cm cm a cm cm cm cm
U U U U U U m U U U U ---=
==
+
普通调幅波的波形如图1-1所示。

可以看出，已调幅波的包络形状与调制信号一样。

从调幅波的波形上看出包络的最大值max cm U 和最小值min cm U 分别为：
)1(max a cm cm m U U += )1(min a cm cm m U U -=
普通调幅时1≤a m ，如果1>a m ，将会产生过调幅失真，其波形如图1-2所示。

由图可知，已调波包络形状与调制信号不一样，不能反映调制信号的变化规律。

1—1 1—2
实现频谱搬移如下图：
下图为设计电路和用示波器显示出所输入，输出的波形和频谱图如下：
思考部分
1.当直流电源为18V时的输出波形为
2.当直流电源为1V时输出波形为
t t m U c n
j j aj cm ωcos )cos 1∑
=Ω结论：
当增大直流电源的值时，输出波形有一定的改变但不明显，当减小直流电源的值时，输出波形失真较明显，但二者的频率都不改变。

（2）多频调制
1122u ()cos cos cos m m mn n t U t U t U t ωωωΩΩΩΩΩΩΩ=+++
1122cos2cos2cos2m m mn n U Ft U F t U F t πππΩΩΩ=+++ 式中，12n c F F F f <<< ，则
1122()(1cos cos cos )cos AM cm a a an n c u t U m t m t m t t ω=+Ω+Ω++Ω
1
(1cos )cos n
cm aj
j c j U m
t t ω==+
Ω∑
式中，cm mj a aj U U k m /Ω=为对第j 个调制信号的调幅系数；t U c cm ωcos 为载波分量， 有用信息包含在边带分量内。

实现的频谱搬移如下图：
设计思想：由数学表达式可知只需在单频调制的基础上将调制信号改为几个频率信号叠加即可。

下图为设计电路和示波器显示的输入，输出波形及频谱：
(二）检波器
检波的作用和组成
振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。

它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。

从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于频谱搬移电路。

检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC 低通滤波器。

单频调幅波的同步检波数学表达式：
()I u t 为普通调幅波
()(1cos )cos I im a c u t U m t t ω=+Ω 则乘法器的输出电压为
2()()()(1cos )cos Z M I r M rm im a c u t K u t u t K U U m t t ω==+Ω
111
cos cos 2222M rm im a M rm im a M rm im c K U U m K U U t m K U U t ω=
+Ω++ 11
cos(2)cos(2)44
a M rm im c a M rm im c m K U U t m K U U t ωω+Ω+-Ω
可见，()Z u t 中含有0、F 、2c f 、2c f F ±频率分量，经过LPF 滤去2c f 、2c f F ±分量，再阻隔直流后，就得到
1
()cos cos 2
o a M rm im m u t m K U U t U t Ω=Ω=Ω
式中，1
2
m a M rm im U m K U U Ω=。

可见，()o u t 已恢复出了原调制信号。

检波器的传输系数
1
2
m d M rm a im U K K U m U Ω=
=
同步检波原理方框图
用模拟乘法器MC1596组成的同步检波器如下图所示。

MC15968147
10
251
1 k 0.1 μu r u s
350.1 μ100
6
9 3 k 12 V 10 k 3 k 1.3 k
1 k
0.005 μ0.005 μ
1 μ
R L ＞10 k
8000.1 μ
0.1 μ1
k
1 k
0.1 μ0.1 μ
设计电路及仿真波形如下：
思考部分
当电阻不变，改变电容为5uF时，输出波形为
当电容不变，将电阻改为5k时，输出波形为
结论
当改变电阻或电容的值时，会对输出的幅度有一定的影响，但不改变频率。

实验小结
由于调幅和解调电路是高频电子线路中最基本的应用，所以很容易找到一些相应的参考资料，本想着很容易能出现想要的结果，但电路连好之后问题就不断了，开始时二个信号都用低频接入时能出来看似很像的结果，但把载波信号接入实际想要的高频后，出来的波形总是上半部分失真，或只是一条直线，在不断地调整参数后，还是不行，检查电路似乎也没有问题，本想出现一半的失真应该是和二极管有关系的，但整个电路只用了一个二极管，就算把它短路后还是不行，后来几乎所以的参数都改动了，还是上半部分失真，问题就只能出现在电路了，果然，虽然不是二极管，但与二极管导致的问题一样，原来我把每部分的三极管的管脚接反了一个，改正后，终于出现了想要的波形。

看来，细节问题永远是不可忽视的。

这次的课程设计让我对调幅和检波电路都有了进一步的认识，不过以后还要学会真正的学会应用。