1、塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)2017屆課程設(shè)計(jì)AM同步檢波器的設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名 黃亞鴻 學(xué) 號 5021213133 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 班 級 通信17-1 指導(dǎo)教師 石魯珍 教師職稱 講師 塔里木大學(xué)教務(wù)處制目錄 1、前言12、設(shè)計(jì)任務(wù)22.1課程設(shè)計(jì)的目的22.2課程設(shè)計(jì)的基本要求22.3課程設(shè)計(jì)的題目和該題目的要求23、設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容33.1 模擬乘法器工作原理33.2 AM調(diào)制原理33.3 AM相干解調(diào)原理44、仿真結(jié)果44.1仿真電路44.1.1 AM調(diào)制電路44.1.2 同步檢波電路54.2結(jié)果分析64.2.1 AM調(diào)制電路結(jié)果（圖+仿真分

2、析）64.2.2 同步檢波電路結(jié)果（圖+仿真分析）74.2.3 整體分析75、整體電路圖及元件清單85.1 整體電路圖85.2 元件清單86、結(jié)論9致謝11參考文獻(xiàn)111、前言檢波器，是檢出波動信號中某種有用信息的裝置。用于識別波、振蕩或信號存在變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。檢波器分為包絡(luò)檢波器和同步檢波器。前者的輸出信號與輸入信號包絡(luò)成對應(yīng)關(guān)系，主要用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號的解調(diào)。后者實(shí)際上是一個(gè)模擬相乘器，為了得到解調(diào)作用，需要加入另外一個(gè)與輸入信號的載波完全一致的振蕩信號。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)或者殘留邊帶調(diào)幅信號的解調(diào)。本次課程設(shè)計(jì)主要涉及AM同步檢波器的設(shè)計(jì)與仿

3、真。2、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1課程設(shè)計(jì)的目的本次課程設(shè)計(jì)主要是要讓學(xué)生加強(qiáng)對高頻電子線路課程的理解，學(xué)會查尋資料，方案比較，以及設(shè)計(jì)、計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析、解決實(shí)際問題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動腦動手、獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對基本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。2.2課程設(shè)計(jì)的基本要求培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱資料、手冊、圖表和文獻(xiàn)的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考、深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題的方法。通過實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實(shí)用的電路分

4、析方法和課程設(shè)計(jì)方法。掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會簡單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整體指標(biāo)測試方法，提高動手能力。了解與課程相關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，編寫設(shè)計(jì)說明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生逐步建立正確的設(shè)計(jì)觀念和生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。2.3課程設(shè)計(jì)的題目和該題目的要求課程設(shè)計(jì)的題目：AM信號同步檢波器的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)要求：用模擬乘法器（如MC1496雙平衡四象限模擬乘法器）設(shè)計(jì)一個(gè)AM信號同步檢波器。主要指標(biāo)：輸入AM信號：載波頻率為15MHZ的正弦波，調(diào)制信號：1KHZ的正弦波，幅度大于1V，調(diào)制度

5、為60%輸出信號：無明顯失真，幅度大于5V。3、設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容3.1 模擬乘法器工作原理MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理：MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器，是平衡調(diào)制器的核心器件，是一種具有多種用途的集成模擬乘法器，輸出電壓為輸入信號和載波信號的乘積，可以應(yīng)用于抑制載波、調(diào)幅（振幅調(diào)制）、同步檢測、調(diào)頻檢測和相位檢測等功能，其內(nèi)部電路如下圖MC1496中包含了由帶雙電流源的標(biāo)準(zhǔn)差動放大器的驅(qū)動和四個(gè)高位放大器，輸出集電極交叉耦合，所以產(chǎn)生了兩輸入電壓的全波平衡調(diào)制乘積現(xiàn)象。其中載波輸入輸入至4個(gè)三極管組成的雙差分放大器，信號輸入輸入至2個(gè)三極管組成的單差分放大器用以激勵(lì)載波，其他的引腳分別接入

6、輸入電壓和外接電阻以及輸出電壓。3.2 AM調(diào)制原理如果載波信號是單頻正弦波，調(diào)制器輸出已調(diào)信號的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號為線性關(guān)系，則稱這種調(diào)制為常規(guī)調(diào)幅，或簡稱調(diào)幅。在AM調(diào)幅中，輸出已調(diào)信號的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號成正比，其時(shí)域表達(dá)式為：式中：為外加的直流分量，為基帶調(diào)制信號，為載波信號的角頻率。根據(jù)已調(diào)信號的時(shí)域表達(dá)式，可以得出AM調(diào)制的一般模型如圖： 該模型中的核心器件是模擬乘法器，它實(shí)現(xiàn)了對基帶信號的調(diào)制，本系統(tǒng)中采用的是MC14964來實(shí)現(xiàn)調(diào)制器的設(shè)計(jì)。3.3 AM相干解調(diào)原理相干解調(diào)也叫做同步檢波。解調(diào)是調(diào)制的反過程，把載頻位置的已調(diào)信號的頻譜搬回到原始基帶位置，因此可以用相乘器與載波相

7、乘來實(shí)現(xiàn)。AM系統(tǒng)相干解調(diào)的一般模型如圖：設(shè)輸入的已調(diào)波為AM信號為，經(jīng)過模擬乘法器疊加以后獲得，之后用低通濾波器濾除附近的頻率分量后，得到頻率為低頻信號和直流分量。再去掉直流分量，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號。本系統(tǒng)中采用的是MC1496來實(shí)現(xiàn)解調(diào)器的設(shè)計(jì)。4、仿真結(jié)果4.1仿真電路4.1.1 AM調(diào)制電路在Multisim集成仿真環(huán)境中繪制下圖，電路參數(shù)為：VCC=+12V，VEE=-8V，調(diào)零滑變?yōu)檎虚g50%。輸入基帶信號為50mV、VPP 1KHZ的正弦信號，外加50mV的直流電壓；載波為100mV VPP 500KHZ的正弦信號。 AM調(diào)制電路仿真圖4.1.2 同步檢波電路在Multisi

8、m集成仿真環(huán)境中繪制下圖：此圖為在調(diào)制的基礎(chǔ)上，用于把前面的已調(diào)信號再做解調(diào)的仿真電路。 AM信號解調(diào)電路仿真圖4.2結(jié)果分析4.2.1 AM調(diào)制電路結(jié)果（圖+仿真分析）仿真結(jié)果如下圖：仿真分析：由于載波頻率較高，所以波形密集，顯然仿真出的波形與理論波形相符。也就是說本次設(shè)計(jì)的AM調(diào)制結(jié)果是成功的，MC14964的應(yīng)用也是正確的。4.2.2 同步檢波電路結(jié)果（圖+仿真分析）仿真結(jié)果如下圖：仿真分析：經(jīng)過AM調(diào)制后的已調(diào)信號再通過相干解調(diào)后其波形與初始的基帶信號在相位上有一定的偏移，與理想情況有所差異，經(jīng)過詢問老師得知，這是由于經(jīng)過解調(diào)后解調(diào)波在產(chǎn)生的時(shí)間上會略慢于原基帶信號。4.2.3 整體分

9、析經(jīng)過多次的調(diào)試和改良，仿真結(jié)果接近理論，但是在解調(diào)信號的波形上與原基帶信號相比還是存在一定的相位偏移。在解調(diào)信號處再外加一個(gè)頻譜分析儀的話，能看到解調(diào)之后再OKHZ附近一直會存在直流分量，分析其原因，應(yīng)該是電路參數(shù)不準(zhǔn)確或者電路圖中濾波效果不太好。5、整體電路圖及元件清單5.1 整體電路圖該圖AM調(diào)制電路與AM解調(diào)電路的連接圖，即同步檢波電路仿真圖。5.2 元件清單元件名稱個(gè)數(shù)/個(gè)51電阻4500電阻6760電阻2820電阻11K電阻81.3K電阻13K電阻23.3K電阻26.8K電阻11K滑動變阻器120K電阻1100nF電容85nF電容3晶體管2N2222166、結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)收貨很大

10、，無論是從拿到課題開始著手設(shè)計(jì)，還是到最后能將自己所設(shè)計(jì)的電路圖通過仿真軟件調(diào)試出來，自己的感受和收貨都很大的。我在本次課程設(shè)計(jì)中的任務(wù)是“檢波器的設(shè)計(jì)與仿真”，當(dāng)時(shí)拿到這個(gè)題目以后，我就通過網(wǎng)絡(luò)去查詢了一下關(guān)于檢波器的相關(guān)信息和有什么類型的檢波器，通過了解以后，又經(jīng)過和另外小組的商討，我決定由我來設(shè)計(jì)同步檢波器，另外一個(gè)小組來設(shè)計(jì)二極管檢波器。有了決定以后當(dāng)然得開始著手設(shè)計(jì)電路，雖然我的本次設(shè)計(jì)是同步檢波器，但是，為了方便更好的去理解解調(diào)調(diào)制原理，我在其中又加入了AM調(diào)制部分。開始設(shè)計(jì)時(shí)，我先去了解了同步檢波器電路需要的器件和原理，通過了解，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)同步檢波器電路少不了一個(gè)大器件（模擬乘法

11、器）。模擬乘法器：用來對兩個(gè)模擬信號（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號相乘，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。同時(shí)也去了解了不同型號的模擬乘法器，集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有：BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1495、LM1496等。經(jīng)過了解，我決定用MC1496模擬乘法器來進(jìn)行本次設(shè)計(jì)。剛開始我并沒有對MC1496進(jìn)行研究，而是直接跳過了該模擬器的研究去進(jìn)行電路的連接和仿真，真正進(jìn)行仿真時(shí)，才發(fā)現(xiàn)軟件中并沒有提供MC1496模擬乘法器，于是我從網(wǎng)上找來了MC1496的內(nèi)部單元的結(jié)構(gòu)圖，研究起了MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

12、以及每一根外接的線所對應(yīng)的管腳。然而在連接好之后，仿真圖并沒有出現(xiàn)預(yù)期的效果，在進(jìn)行諸多對比，改正電路后，終于在調(diào)制部分得出了想要的結(jié)果，此時(shí)的上下偏壓一個(gè)是12V，另一個(gè)是-12V。后來，我在調(diào)制電路以后，開始著手設(shè)計(jì)同步檢波電路，發(fā)現(xiàn)將兩個(gè)部分連接起來后，原來上下兩部分對稱的調(diào)制后信號變成了不對稱的信號，這個(gè)現(xiàn)象讓我十分困惑，我自己進(jìn)行了無數(shù)次的調(diào)試，結(jié)果仍然沒有任何變化，于是我開始翻閱資料，卻也沒有得到一點(diǎn)點(diǎn)的幫助，又或者說我沒有理解到這個(gè)情況出現(xiàn)的原由，從而查閱書刊沒有任何效果，之后我便去咨詢同學(xué)，畢竟我秉承著同輩人之間更好交流的原則，先去向班里面學(xué)習(xí)相對更好一些的同學(xué)咨詢，可結(jié)果都是

13、幾乎一樣：不知道，或者說不了解。一下子我陷入了更大的困惑當(dāng)中，后面在無可奈何之下，我只能去詢問老師，經(jīng)過老師的講解，后來才明白是檢波電路對調(diào)制電路帶來了一定的偏壓，造成了影響，改變調(diào)制電路偏壓，便解決了這個(gè)問題。在電路連接完并且修改調(diào)試完之后，我得到了理想中的波形，可是在高興之余卻發(fā)現(xiàn)解調(diào)后的波形和調(diào)至波形有一個(gè)0.8V的偏差，也就是說，解調(diào)后的波形有一個(gè)直流分量存在，在查閱資料和請教老師后，我進(jìn)行了諸多改進(jìn)和嘗試。首先，我試圖明確直流分量的產(chǎn)生原因，采取的方法是在各個(gè)節(jié)點(diǎn)處外加頻譜分析儀，發(fā)現(xiàn)在解調(diào)電路的信號輸出端的電容兩端，直流分量的差值較大，也就是說電容起到了一定的隔直作用，但并沒有把直

14、流分量完全濾除。由此，我想到了改變電容大小以達(dá)到隔除全部直流分量，但是在經(jīng)過理論計(jì)算和仿真實(shí)驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)有的電容大小是最理想狀態(tài)，理論上應(yīng)該是已經(jīng)達(dá)到濾除直流分量的目的了，于是我再一次陷入了困惑。再次向老師請教后，得到了一個(gè)不得已而為之的辦法加帶通濾波器。查閱課本后，我在其他同學(xué)的幫助下連接上了壓控電壓源帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：參數(shù)設(shè)計(jì)公式為：其傳輸函數(shù)為：中心角頻率為：通帶帶寬為：中心頻率處電壓的放大倍數(shù)為：其中，經(jīng)過計(jì)算，我們所得到的參數(shù)為：R1=R=159歐R2=315歐（這個(gè)電阻主要控制幅度，通過測試得到）R3=2R=318歐C=0.0001F之后，不幸又隨之伴隨而來，加了帶通濾

15、波器后，直流分量得到濾除，但是得到的解調(diào)信號，卻是一個(gè)每周期都放大3倍的幅度遞增信號，查閱資料和檢查電路以后，我還是沒能找到解決辦法，于是關(guān)于直流分量的問題，最終沒能得到解決，這是此次課設(shè)中最大的遺憾。通過本次課程設(shè)計(jì)，給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路必須要有足夠多的耐心和足夠堅(jiān)定的毅力，在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上。在設(shè)計(jì)過程中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個(gè)電路能夠穩(wěn)定的工作。通過本次設(shè)計(jì)，一方面加深了我對理論知識的認(rèn)識和掌握，同時(shí)，也增強(qiáng)了我對問題的全面考慮能力，并且提高了我對理論知識的應(yīng)用；另

16、一方面，本次設(shè)計(jì)提高了我動手能力以及我對事情的耐心程度。其次，電路設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用要求我們有較強(qiáng)的靈活性和變通能力，要熟練的掌握課本上的知識，這樣才能對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的還是它：“要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有堅(jiān)韌的毅力”。設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能特別的繁瑣，有時(shí)候自己花費(fèi)大量時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還沒辦法仿真，需要重新去設(shè)計(jì)，那時(shí)難免有些灰心，有時(shí)還會有想要放棄的感覺，但是我知道，這個(gè)時(shí)候更加需要靜下心來，因?yàn)樾募背圆涣藷岫垢@種情況，我需要的是靜下心來，仔細(xì)查找原因。分析出現(xiàn)問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方。在此期間是考驗(yàn)我們學(xué)習(xí)能力的最關(guān)鍵的時(shí)刻，同時(shí)也是獲取經(jīng)驗(yàn)的最好途徑。這會為今后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也是本次課程設(shè)計(jì)的獲益最多的一環(huán)。致謝在本次課程設(shè)計(jì)的仿真和撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的重要原因，更重要的是老師給我了很大的技術(shù)上的支持，幫我解決了許多技術(shù)上的問題，能讓我把本次設(shè)計(jì)完成。最后，要再次感謝石魯珍老師和張樹艷老師的精心指導(dǎo)，雖然我相信自己沒有你們的指導(dǎo)也能完成我的課程設(shè)計(jì)，但是