双边带调幅波的调制与解调高频电子线路课程设计报告

双边带调幅波的调制与解调

目录

一、课题名称 (3)

二、内容摘要 (3)

三、设计指标 (3)

四、系统框图 (3)

五、单元电路设计、分析、计算、波形及频谱图 (4)

(一)调制器 (4)

(二)解调器 (13)

(三)低通滤波器 (18)

六、总电路图 (21)

七、问题与解答 (23)

八、元件清单 (23)

九、仿真软件 (24)

十、心得体会 (24)

十一、参考文献 (25)

一、课题名称：双边带调幅波的调制与解调

二、内容摘要：此设计是关于信号的调制与解调，是为了解决，信号的输入与输出，发送与接收问题的一种实际模型。在设计中，本组采用模拟乘法器、低通滤波器等电路模块来解决这些问题。

在调制与解调的过程中，都是采用模拟乘法器来进行，低通滤波器的作用主要是来滤除高频分量，使得到的输出信号尽量不失真。

三、设计指标：在此设计之中主要是为了得到尽量完整的不失真的输出波形。在设计中采用5KHZ的调制信号与100KHZ的载波信号，二者经过模拟乘法器的混频，会得到一个鱼尾波，频谱在95KHZ和105KHZ。之后让鱼尾波在与一个100KHZ的波经过乘法器进行混频就会得到原来的是真波形，在经过低通滤波

器滤波，去除噪声就会的到基本完整的输出波形。

四、系统框图：

图（1）

五、各单元电路设计，参数计算，波形及其频谱分析 （一） 调制器

（1）电路图：

信号发生器2

信号发生器3

信号发生器1

调制器

解调器

低通滤波器

输出

图（2）

（2）工作原理与参数分析：

本设计采用国产集成电路双差分对模拟乘法器XFC1596，作为构成双边带调制电路的实例。接在1端的是调制信号ΩV ；接在2、3端的1Ωk 电阻用作负反馈电阻，以扩大ΩV 的线性动态范围；接在5端的6.8 Ωk 电阻用来控制电流源电路的电流值0I ;接在6和9端的3.9 Ωk 的电阻为集电极负载电阻；从V 12+电源7端和8端的电阻为1T ～4T 提供基级偏置电压；7端输入载波电压1V ; w R 为载波调零电位器，作用是：将ΩV 移去，只加载波电压1V ，调节w R ，使输出载波电压

=b V ，双差分的工作特性取决于载波输入电压m V 1的大小。当m V 1>26mv ，电

路工作于开关状态，当m V 1<26mv 时，电路工作于线性状态。当同时加入1V 与ΩV 后，输出0V 称为双边带调幅波。只要在ΩV =0时，调整w R ，是输出0V 为适当数值，

则在加入ΩV 后，即可获得标准的调幅输出。 （3）通过理论计算分析其工作原理：

图（3）

将内部结构提取出来如图分析计算：

T

BE T

BE V V s V V s E e

I e

I i ≈-=)1( <1>

所以：

T

BE V V s E C e

I i i 111≈≈

T

BE V V s E C e

I i i 222≈≈

T

x T

B E B E V V V V V c c e

e i i ---==211

2

<2>

式中：21BE BE x V V V -= 由图知：)1(1

2

1215c c c E E c i i i i i i +

=+=

<3>

将（2）代入（3）式得

T

x

V V c c e

i i -+=15

1 <4>

T

x

V V c c e

i i +=

152 <5>

<4>—<5>得：T

x

c V V V V V V V V c c c V V th

i e

e

e

e

i i i T

x T

x T x T

x 2255

21=++-=---

<6> 同理得：T

x

c c c V V th

i i i 2634=- <7> 式中T

x

V V th

2是双曲正切函数，如图

图（4） 当21||<

x 时，即2

1221<<-T x V V 时 T

x

T x V V V V th

22≈ <8> 图中8T ，9T 为5T ,6T 的恒流管。为了便于分析，电路等效图如下

图（5）

当Y R 远大于5T ,6T 的发射结电阻e r 时，则

Y

Y O E R V I i +≈

25,Y Y O E R V

I i -≈26 <9>

即Y

Y

E E c c R V i i i i 2

6565≈-≈- <10> 由<9>式可知Y V 的最大动态范围必有条件限制

2

2O

Y Y O I R V I <<-

<11> 而c c c c c c O R i i i i R i i V )]()[()(34212413---=-=代入<6>,<7>,<8>,<10>式

Y x Y x T

Y c c T x Y Y c T x c T x c O V KV V V V R R R V V

R V R V V th i V V th

i V ===-=22)22(65 由上述分析可知，输出电压o V 与输入x V 与y V 的乘积成正比，实现了差分乘法器的基本功能。

（4）波形与频谱分析

根据乘法器的工作原理，输出信号V 0=K 1V ΩV 1其中V

Ω接电路图的

1端为

调制信号，V 1接电路图的7端，为载波信号。其中

t c o s m Ω=ΩΩV V ；

t V V 0m 11c o s ω=；

m v 60m 1m ==ΩV V ；

10f 2f 2πωπ==ΩΩ

f Ω=5KHZ,

f 1=100KHZ.

正余弦信号的频谱如果用频率来表示，则其频谱会在5±KHZ 的位置。

t cos t cos 0m 1m 1ωV V K V O Ω=Ω

=()()[]t -cos t cos 2

1

00m 1m 1Ω++ΩΩωωV V K

其中K1为常数，影响输出信号的幅值。经过计算得到调幅波的两个边带的频谱关于载波频率对称，其中上边带在105HZ 处，下边带在95HZ 处。 (5) 理论上的波形与频谱图，如图所示：

图（6）

上图从上到下依次为调制信号，载波信号，已调波信号（即输出信号）在理论上的波形与频谱分析。

（6）利用软件仿真的各个信号的波形与频谱分析：a、调制信号的波形与频谱：

波形：

图（7）

频谱：

图（8）

分析说明：此信号有信号发生器产生，幅度60mv，频率5KHZ,正弦波信号，故其谱线在f=5KHZ处。

b、高频载波的波形与频谱：

波形：

图（9）

频谱：

图（10）

分析说明：此信号有信号发生器产生，幅度60mv，频率100KHZ,正弦波信号，故其谱线在f=100KHZ处。

C、已调波信号的波形与频谱：

波形：

图（11）

频谱：

图（12）

分析与说明：已调信号是调制信号与载波信号经过模拟乘法器的混频作用得到的，其波形为鱼尾波，在仿真的频谱图上得到的频谱与理论上的频谱略有差异，但是都有两个主频，上变频和下变频，其上变频为105KHZ，下变频为95KHZ。具体如图。

（二）解调器

（1）电路图：

图（13）

此电路图与调制过程中的电路完全相同，都为模拟乘法器。

(2)原理及数值分析与计算

原理简述：由调制器的分析计算得知电路图具有差分模拟乘法器的功能。检波便利用乘法器进行同步检波，与调制器的区别在于输入信号:此输入信号为已调波和本地振荡信号，经过乘法器作用进行初步检波。 数值分析和计算如同解调器。 （3）波形及频谱分析：

输入的已调信号波即为上级的输出，其表达式为：

t cos t cos 0m 1m 1ωV V K V O Ω=Ω

=()()[]t -cos t cos 2

1

00m 1m 1Ω++ΩΩωωV V K

本振信号与上级的载波信号同频同相，完全相同，其表达式为：

t V V 0m 11cos ω=，其频率为100KHZ 。

本振信号与已调信号经过乘法器的作用，输出V 2，可得到V 2的波形表达式为：

1022V V K V =

=()()[]t tcos -cos t tcos cos 21

00002m 121ωωωωΩ++ΩΩV V K K m

=()()[]Ω+Ω++ΩΩ-2cos t 2cos t cos 241

002m 1m 21ωωV V K K

由上式可以看出在02ω附近仍有高频分量。

（4）理论上的波形与频谱图，如图所示：

已调信号在理论上的波形及频谱图

本振信号波形图及频谱图

图（14）

图（15）

解调后信号在理论上的波形及频谱图

（5）利用软件仿真的实际上的波形信号及频谱图：

A、已调信号：

波形：

图（16）

频谱：

图（17）

分析与说明：已调信号是调制信号与载波信号经过模拟乘法器的混频作用得到的，其波形为鱼尾波，在仿真的频谱图上得到的频谱与理论上的频谱略有差异，但是都有两个主频，上变频和下变频，其上变频为105KHZ，下变频为95KHZ。具体如图。

B、本振信号：

波形：

图（18）

频谱：

图（19）

分析说明：此信号有信号发生器产生，幅度60mv，频率100KHZ,正弦波信号，故其谱线在f=100KHZ处。

C 检波信号

波形：

图（20）

频谱：

图（21）

三 低通滤波器：

（1） 电路图：

简单二阶低通滤波电路

图（22）

（1）原理简述：由于检波信号中含有高频分量，而最终要得到的信号是低频信

号。因此设置一低通滤波器除去高频分量即可。

（2）分析与计算：（如图）

传递函数：()()()()()()()s U s U s U s U R R s U s U R R A i M M p i p ?????? ??+=????? ??+=1212u 11s

当错误！未找到引用源。时：()()2

12

u 311

1s SRC sRC R R A ++?

????

??

+=

令错误！未找到引用源。且RC

π21f 0=

带入得：()02

01

2u f f

3j f f 11s +???

? ??-+

=R R A 错误！未

找到引用源。

令上式分母的模等于零可得截止频率： 错误！未找到引用源。 其中，R=10Ω，C=1μF

由公式RC

π21

f 0=可以得到

RC

π21

f 0=

=16KHZ 以此可算出其截止频率f p

KHZ KHZ f f p 9.537.01637.00=?=≈.

因此，此低通滤波器可滤除高频分量，得到同步的检波输出。

（3）波形及频谱分析：

由上面的分析过程可得经过模拟乘法器解调之后的信号输出表达式：

2V =()()[]Ω+Ω++ΩΩ-2cos t 2cos t cos 241

002m 1m 21ωωV V K K

在经过低通滤波器之后，其波形表达式就会变为：

2V =t cos 2

1

2m 1m 21ΩΩV V K K

滤除掉了20ω附近的高频分量，可得到其波形与频谱。

（4）理论上得到的输入输出信号的波形与频谱分析：

输入低通滤波器中的信号

滤波之后的信号的波形与频谱。

图（23）

（5）仿真之后的结果：

波形：

图（24）

频谱：