信号调制解调电路仿真

高频电子线路实验报告

信号调制解调电路仿真

一、仿真目的

（1）掌握用晶体三极管进行集电极调幅、基极调幅的原理和方法。

（2）研究已调波与调制信号及载波信号的关系。

（3）掌握调幅系数测量与计算的方法。

（4）进一步了解调幅波的性质，掌握调幅波的解调方法。

（5）掌握二极管峰值包络检波的原理。

（6）掌握包络检波器的主要性能指标，检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并考虑克服的方法。

二、集电极调幅电路

1．仿真电路

集电极调幅电路及输出波形如图2所示。低频调制信号V3与丙类功率放大器的直流电源V2相串联，因此放大器的有效集电极电源电压等于两个电压之和，它随调制信号变化而变化。因为高频功率放大器在过压状态，集电极电源的基波分量Ic1m随集电极电源电压成正比变化。所以，集电极输出高频电压振幅随调制信号的波形而变化，在CE端得到调幅波输出。电容器C3是高频旁路电容，它的作用是避免高频信号通过低频信号源以及V2电源。因此它对高频呈现很低的阻抗，但必须对调制信号频率呈现很大的阻抗，以免将调制信号旁路。

100kHz

0°

图2集电极调幅仿真电路

此电路与原理图主要有两点不同：（1）在原理图中基极偏置电源电压采用了自给偏压环节来代替Eb ，优点是节省电源而且还可以改善调制特性，保持较高的效率。（2）在调幅波输出部分，原理图中选频网络采用的是电感抽头接入法，以减轻晶体管输出电阻对谐振回路的影响，调幅波通过跟随变压器输出。仿真电路中，基极偏压直接是直流电压源反接，输出采用压控电压源跟随。

观察集电极调幅电路的输出波形和调制信号的关系，加深对电路工作原理的理解。

2．输出波形

将示波器的B通道接输出点，A通道接调制信号，且设定调制信号的波形颜色属性为橙黄色，已调信号的波形颜色为红色。双击示波器的符号打开

面板，就可以清楚看出集电极的调制方式。取输入载波信号频率fc=4MHz，载波电压振幅Ubm=0.83V，基极偏置电压V1=-0.1V，调制信号的频率F=100KHz。观察记录输出波形并计算调幅度。

波形图说明：从上往下，第一条线为调制信号；第二条线为输出信号；

第三条线为载波信号；第四条线为未经过选频的调制信号。

3．过调情况（调制信号大于5V）

设置调制信号电压为5.5V，打开仿真开关，观察记录仿真结果，可以看出调幅波产生了过调失真，造成这种失真波形的原因是：当调制信号电压u Ω为负，且其值大于集电极电源电压Ec 时，综合电源电压（）为负值，即其极性与正常工作时相反。此时，当基极电位为正时，集电结（b-c）处于正向状态，原来的集电极实际上变成了“发射极”，产生“发射极”电流（此电流与原来的集电极电流方向相反），然后通过槽路而造成过调情况下的电压输出。

调制信号电压为5.5V时，仿真结果如下：

从以上仿真结果可以看出：

在集电极调幅的过程中，随着调制信号的减弱，集电极的电压也随之降低，当集电极的电压较低时，调谐放大器进入了强过压状态，这时集电极的电流不但下降，而且凹陷加深，从而使得调制的线性变差。

为了改善集电极调幅特性的线性，应使调幅放大器既不要进入强过压区，也不要进入欠压区，而是始终工作在微过压状态。这样，既可以改善调制特性，又可保持较高的调制效率。

三、基极调幅电路

基极调幅原理图如5所示，载波信号经过高频变压器T1 加到三极管V 的基极上，低频调制信号经过一个变压器 T2 与高频载波串联，Cb 为高频旁路电容器，由于集电极电流含有各种谐波分量，通过集电极调协回路把其中调幅波选取出来。

在幅度较大的调制电压 激励下的三极管处于丙类状态工作，其集

电极电流为余弦形状的脉冲序列，因为 是变化的偏压，集电极脉冲电流 ic 的振幅和导通角均随 改变，因此，ic 中的基波分量的振幅 Ic1m 将随 而改变，这样就实现了振幅调制。由于集电极调协回路谐振于Wc ，

而且具有2Ω 的带宽，谐振回路选取出来的基波电压波形便是AM 调幅波。

()U t Ω

()U t Ω()U t Ω()U t Ω

图5：基极调幅原理图

由于多种原因，基极调幅会出现一定的失真，失真现象大致有两种：一种是波谷变平，一种是波腹变平。波谷变平是由于过调或激励电压过小，造成管子在波谷处截止所致，因此，减少反偏压的大小或加大激励电压的值都可以改善过调，但加大激励以不引起波腹失真为原则。

基极调制电路的优点是要求调制信号的功率小，因而低频放大器比较简单，其缺点是工作在欠压状态，集电极效率较低，不能充分利用直流电源的能量。

1．仿真电路

图6 基极调幅仿真电路

2．输出波形

将示波器的B通道接调制信号，A通道接输出点，且设定调制信号的波形颜色属性为蓝色，已调信号的波形颜色为红色。双击示波器的符号打开面板，就可以清楚看出基极的调制方式。取输入载波信号频率fc=60KHz，载波电压振幅Ubm=0.8V，基极偏置电压V1=0.7V，调制信号的频率F=3KHz。观察记录输出结果。

3.频谱分析

如图6所示连接频谱分析仪，并进行参数设置，观察其仿真结果。

可见，调幅波幅度随调制信号(基带信号) 的幅度变化而变化。其频谱中含有3个频率成分，移动指针可以看出,它们分别为57 KHz 、60KHz和63 KHz。

模型中载波频率ωc为60 KHz，调制信号频率Ω取值为3kHz，因此，调幅波的3个频率成分为63 KHz 、60KHZ和57 KHz，可见测试结果与理论分析是一致的。

四、模拟乘法器调幅电路

1．仿真电路

仿真电路如图9所示。图中V1和V2为载波信号和调制信号，幅度和频率分别为1V、100KHz和0.5V、500Hz。直流分量通过R1和R4串联分压，由A点取出，其大小设为V3，并由J1控制接入和断开；J1闭合时，V3对C3充电，使电容C3两端电压等于V3，此时B点电位，也即加到乘法器X 端的电压为V2＋V3；R5、C4构成一个放电网络，是为了在J1断开后，给电容器C3两端电压提供一个放电回路，使其电压降至为0，这样加到乘法器X端的电压即为V2，只有交流分量，从而可以实现DSB信号。Q1、R2、R3就构成射级跟随器，为相乘器与检波电路间起到隔离作用。