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线性调制与解调系统的设计与仿真.doc

线性调制与解调系统的设计与仿真

吖麦
2011-10-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《线性调制与解调系统的设计与仿真doc》,可适用于高等教育领域

线性调制与解调系统的设计与仿真线性调制与解调系统的设计与仿真一、目的通过线性调制与解调系统的设计与仿真掌握模拟乘法器(MC)的基本工作原理及其构成线性振幅调制与解调电路的静态工作点的测量与动态工作状态的调整方法进一步加深理解全载波振幅调制(AM)、抑制载波双边带振幅调制(DSB)及其二极管包络检波、同步检波的基本原理与实现方法学会选用与设计低通、带通滤波器电路检验灵活应用综合理论与电路调测的实际动手能力为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。二、设计要求本次设计与制作的“线性调制与解调系统”电路组成框图要求如图所示。图线性调制与解调系统”电路组成框图①信号源用MHz晶体产生主载波经二分频得到高频载波fo=KHz经分频得到调制信号fΩ=KHz并要求将分频后的KHZ与KHZ方波转换成正弦波分别作为高频载波与调制信号且要求正弦波的幅度可调。②线性振幅调制器采用模拟乘法器MC实现。③带通滤波器用于滤除已调波(AM或DSB)的带外信号要求通过KHZ信号。④同步检波器采用MC模拟乘法器实现为简化实验电路同步载波直接引用调制端高频载波。⑤低通滤波器要求dB带宽截止频率=HZ。⑥所有涉及电路要求用EWB或MULTISIM软件实现仿真。⑦撰写设计实验报告。三、设计思路提示、模拟乘法器的构成、基本原理说明①集成模拟乘法器的内部结构MC集成模拟乘法器的内部电路结构和引脚排列如图所示。图MC的内部电路及引脚图MC是双平衡四象限模拟乘法器。其中V、V与V、V组成双差分放大器V、V组成的单差分放大器用以激励V~V。V、V及其偏置电路组成差分放大器V、V的恒流源。引脚与接输入电压与接另一输入电压输出电压从引脚与输出。引脚与外接电阻RE对差分放大器V、V产生串联电流负反馈以扩展输入电压的线性动态范围。引脚为负电源端(双电源供电时)或接地端(单电源供电时)引脚外接电阻R。用来调节偏置电流I及镜像电流I的值。②集成模拟乘法器偏置电压与电流的确定●静态偏置电压的确定静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态即晶体管的集基极间的电压应大于或等于V小于或等于最大允许工作电压。根据MC的特性参数对于图所示的内部电路应用时静态偏置电压(输入电压为时)应满足下列关系即:●静态偏置电流的确定一般情况下晶体管的基极电流很小对于图三对差分放大器的基极电流I、I、I和I可以忽略不计因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时引脚接地脚通过一电阻R接正电源(UCC的典型值为V)由于I是I的镜像电流所以改变电阻R可以调节I的大小即:当器件为双电源工作时引脚接负电源UEE(一般接V)脚通过一电阻R接地因此改变R也可以调节I的大小即:则:当VEE=VI=mA时可算得:R={()(X)}=KΩ取标称电阻则R=KΩ根据MC的性能参数器件的静态电流小于mA一般取左右。此时,器件的总耗散功率可由下式估算:PD应小于器件的最大允许耗散功率(mW)。●负载电阻RC的选择由于共模静态输出电压为:式中、是脚与脚的静态电压。当选时取标称电阻=KΩ●载波电平Ux与信号电平UY的选择的选择因为载波抑制比与载波输入电平密切相关小的载波电平不能完全打开晶体管器件结果信号增益低载波抑制比亦较差。而高于最佳的载波电平将产生不必要的载波泄漏同时也使载波抑制特性恶化。测试结果表明当载频为KHZ时用mV(rms)的正弦载波可获得最佳载波抑制比。载频为MHZ时最佳载波电平约为mV(rms)。频率较高时为了使载波泄漏最小电路的设计要注意为了防止载波输入和输出之间的电容耦合必须采取屏蔽措施实际应用时还可在、脚之间接入载波调零电位器。载波泄漏与信号电平无关因此使用大信号电平工作时载波抑制可达最大值。然而还必须保持信号输入差分放大器工作在线性状态否则将产生调制信号的谐波并作为被抑制载波的寄生边带出现在器件的输出端。这个条件就规定了输入信号的上限即要求:Uy≤IRy式中I为脚的电流当选I=mAUy=V(峰值)时由上式可确定:Ry≥UyI=X=KΩ③基本工作原理设输入信号则MC乘法器的输出U与反馈电阻RE及输入信号、的幅值有关。●不接负反馈电阻(脚和短接)、和皆为小信号时由于三对差分放大器(VTVTVTVT及VTVT)均工作在线性放大状态则输出电压U可近似表示为式中乘法器的乘积系数与器件外接元件参数有关即:式中温度的电压当量当T=K时输出负载电阻。可见当输入均为小信号时MC可近似为一理想乘法器。输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频分量。当为小信号为大信号(大于mV)时由于双差分放大器(VT、VT和VT、VT)处于开关工作状态其电流波形将是对称的方波乘法器的输出电压可近似表示为(n为奇数)输出信号中。包含,,,······,等频率分量。●接入负反馈电阻由于的接入扩展了的线性动态范围所以器件的工作状态主要由决定分析表明:a、当为小信号时输出电压可表示为式中:接入负反馈电阻后为小信号时MC近似为一理想的乘法器输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频。当为大信号时输出电压可近似表示为:上式表明为大信号时输出电压与输入信号无关。、集成模拟乘法器构成的频率变换电路应用及实验①振幅调制原理与电路振幅调制(),就是用调制信号去控制高频载波信号的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号的规律变化。即已调制信号变化的周期与调制信号的周期相同且幅度的变化与调制信号的振幅成正比调幅信号的表达式为:式中调幅系数载波信号图调幅波波形与频谱图上边带信号下边带信号它们的波形及频谱如图所示。由图可见调幅波中载波分量占有很大比重因此信息传输效率较低称这种调制为有载波调制简记为AM。为提高信息传输效率广泛采用抑制载波的双边带(DSB)或单边带(SSB)振幅调制。双边带调幅波的表达式为:单边带调幅波的表达式为:或双边带调幅波的波形及频谱如图所示。以上分析可见三种振幅调制都有一个调制信号和载波的乘积项所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。图DSB调幅波波形与频谱图由集成模拟乘法器MC构成的振幅调制器参考电路如图所示:图集成模拟乘法器构成的振幅调制参考电路电原理图图中载波信号UC经高频耦合电容C从端输入C为高频旁路电容使脚接地。调制信号经低频耦合电容C从端输入C为低频旁路电容使脚接地。调幅信号从脚单端输出。器件采用双电源供电方式所以脚的偏置电阻R接地。脚与间接入负反馈电阻以扩展调制信号的的线性动态范围增大线性范围增大但乘法器的增益随之减少。电阻R、R、R及RL为器件提供静态偏置电压保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态对于图所示电路参数测量器件的静态()偏置电压为:表UUUUUUUUUVVVVVVVVV电阻R、R、RP、R和R用于将直流负电源电压分压后供给MC的、脚内部的差分对三极管基极偏置电压。通过调节RP可使MC的、端的直流电位差为零即UΩ输入端只有调制信号输入而没有直流分量则调幅电路的输出为抑制载波的双边带(DSB)调幅波若调节RP使MC的、端的直流电位差不为零则电路有载波分量输出为普通(AM)调幅波。、同步检波电路)同步检波的基本原理振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律可以用二极图同步检波解调器电路原理框图管包络检波的方法进行解调。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律所以无法用包络检波进行解调必须采用同步检波方法。同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理实现同步检波为乘积型同步检波其电路构成框图如图所示:其工作原理如下:在乘法器的一个输入端输入抑制载波的双边带信号另一输入端输入同步信号(恢复载波信号)经乘法器相乘可得输出信号U为:(条件:为大信号)上式中第一项是所需要的低频调制信号分量后两项为高频分量可用低通滤波器滤掉从而实现双边带信号的解调。如果输入信号为全载波振幅调制信号同步信号为载波信号,利用乘法器的相乘原理同样也能实现解调。)同步检波电路及说明MC模拟乘法器构成的同步检波解调器电路与振幅调制电路相同差别仅是乘法器的两输入端输入信号有变和输出端需增加一低通虑波器参考电路如图所示。图MC构成的同步检波器参考电路其中ux端输入同步信号或载波信号UC,uy端输入高频已调波信号。输出端接有由R与C、C组成的低通滤波器及隔直电容C所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调。、方波转换正弦波电路系统中要求高频载波和调制信号必须为正弦波在此仅提供用低通滤波器将调制信号的方波转换成正弦波的参考电路如图所示。图KHZ方波转换成正弦波的参考电路此电路应设计为:其截止频率=KHZ它的后级为反相放大器保证KHZ的正弦信号最大幅度=Vpp。图中调节电位器可实现输出正弦波的幅度变化范围为V。

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