高频电子线路课程设计调幅解调电路的综合设计.doc

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1、前言课程设计是电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练，该训练通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成。学生通过动脑、动手解决若干个实际问题，巩固和运用在高频电子线路课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。 随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着上，提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。高频电子线路是一门应用很广泛的科学技术，发展极其迅速。要想学好这

2、门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以能培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。在无线通信中，发射与接收的信号应当适合于空间传输。所以，被通信设备处理和传输的信号是调制处理过的信号，这种信号具有窄带性。而且，通过长距离的通信传输，信号受到衰减和干扰，到达接收设备的信号是非常弱的高频窄带信号，在做进一步之前，应当经过放大和限制干扰的处理。本文设计了包括选频网络的设计、超外差技术的应用和三点式振荡器在内的基础设计以及振幅调制与解调。选频网络应用非常广泛，可以用作放大器的负

3、载，具有阻抗变换和频率选择的功能；超外差技术是指利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路，主要指混频；三点式振荡器用于产生稳定的高频振荡波，在通信领域应用广泛；振幅调制解调都属于频谱的线性搬移电路，是通信系统及其他电子线路的重要部件。在设计过程中作者查阅了大量相关资料，获得了老师和同学的无私帮助，通过独立思考，完成了对题目的设计。由于知识水平有限、经验不足等原因，论文中肯定存在不少问题，恳请老师给与指正。目录摘要4关键字 4设计要求4设计内容5基础设计6一、选频网络设计6二、超外差技术的应用9三、三点式振荡器的设计11综合设计 17一、调幅电路的设计17二、

4、解调电路的设计 22.结束语 .26参考文献 26心得体会27高频电子线路课程设计摘要本次课程设计主要完成选频网络、超外差技术的应用、三点式振荡器这三个基础设计设计和调幅解调电路的综合设计。其中采用LC并联谐振回路实现谐振频率为14.2MHz的选频网络；对超外差技术原理进行了分析并针对其主要应用收音机进行说明；对三点式振荡器的构造原则和主要类型进行简明扼要地介绍，采用电容串联改进型电容三点式振荡电路完成振荡频率为8MHz振荡器的设计；对调幅解调的原理进行详细说明，并设计幅度调制和解调电路。应用的主要软件为Word、Multisim10等。关键字：选频、超外差、三点式、振荡器、调幅、解调设计要求

5、：1.明确系统的设计任务要求，合理选择设计方案及参数计算；2.利用Multisim10进行仿真设计；3.画出电路图、波形图、频率特性图。设计内容：一、基础设计：1、设计一个选频网络(谐振频率3MHz+N*0.4MHz,其中N为学号。通频带600KHz)；2、超外差技术的应用；3、设计一个三点式振荡器（100KHz ）。二、综合设计：调幅解调电路的设计。基础设计一、 选频网络设计1、 要求：谐振频率f0 =3 MHz + 28 * 0.4 MHz = 14.2 MHz（学号为28）。通频带 BW =2f0 = 600 KHz；2、 方案选择：选频依靠选频电路实现。高频中常遥选频电路有：LC谐振回

6、路、晶体振荡器、陶瓷滤波器和表面波滤波器。本设计采用LC串联谐振回路作为选频网络。1) LC串联谐振回路简单的LC串联谐振回路，是将电感和电容串联作为选频网络。适用于电源内阻为低电阻(如恒压源)的情况或低阻抗的电路(如微波电路)。当频率不是非常高时，并联谐振回路应用最广。2）LC并联谐振回路A)、参数计算：品质因数：；谐振频率： 或 ；假定电容C100pF由已知参数得，品质因数QL14.2MHz 600KHz = 23.7；电感 L = 1.24uH；损耗电阻r = 4.67谐振电阻 R = 2.62k 设计要求谐振频率为14.2MHz，根据（1）中阐述理由，应用LC并联谐振回路设计比较合理。

7、其具体Multisim10电路如图1.1（a）所示,图1.1（b）为仿真图输出波形， 图1.1（c）为输出波的频谱：图1.1（a） 并联谐振电路图图1.1（b）由于谐振电阻R = 2.62k, 与Rg差不多大，电源为200V，经分压后大约为100V。由上图可看到，选频网络两端电压大于100 V。图1.1（c） 从上图看到频谱分析仪显示的频率为14.202MHz, 与中心频率几乎一样。B)、回路的频率响应回路的阻抗频率特性如图1.2所示，在谐振频率f0处，电路为纯阻性；在ff0处，电路呈电感性；在ff0处，电路呈电容性。Q 越大，谐振时Z0越大，振幅特性曲线越尖锐， 在f=f0附近相频特性变化越

8、快，选频性能越好，频率的稳定性越好。图1.2 阻抗频率特性曲线 由此得阻抗特性和辐角特性如下：二、超外差技术的应用所谓超外差是指利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路。 超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。1919年利用超外差原理制成超外差接收机。这种接收方式的性能优于高频（直接）放大式接收，所以至今仍广泛用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方

9、面。其主要特点是对接收信号的选择放大作用，主要由频率固定的中频放大器来完成，当信号频率改变时，只要相应地改变本地振荡信号即可。超外差原理如图1.3所示。本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号,通常f1fc。这两个信号在混频器中变频,输出为差频分量,称为中频信号,fi=f1fc为中频频率。图1.4表示输入为调幅信号的频谱和波形图。输出的中频信号除中心频率由fc变换到fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。混频器本地振荡器中频放大与滤波高频放大信号输出至解调器图1.3超外差式接收机的组成框图 图1.4 超外差原理

10、的频谱与波形图超外差原理的典型应用是超外差式接收机（如图1.5所示）。从天线接收的信号经高频放大器放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器变频，得到中频信号，再经中频放大、检波和低频放大，然后送给用户。接收机的工作频率范围往往很宽，在接收不同频率的输入信号时，可以用改变本地振荡频率f1的方法使混频后的中频fi保持为固定的数值。高频放大器本地振荡器音频放大解调器中频放大与滤波混频器天线输出图1.5 超外差接收机原理框图和高频放大式接收机相比，超外差接收机具有一些突出的优点。容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率fi是固定的，所以中频放大器的负载可

11、以采用比较复杂、但性能较好的有源网络，也可以采用固体滤波器，如陶瓷滤波器、声表面滤波器等。容易调整。除了混频器之前的天线回路和高频放大器的调谐回路需要与本地振荡器的谐振回路统一调谐之外，中频放大器的负载回路或滤波器是固定的，在接收不同频率的输入信号时不需再调整。三、三点式振荡器设计1、 要求：f = 8 MHzA)、三点式振荡器构成原则:（射同余异）与发射极相连的电抗元件必须是是同性抗（即同是电容或电感），不与射极相连的是异性抗（即若同性抗为电容，则异性抗为电感；或同性抗为电感，异性抗为电容）。B)、三点式振荡器类型 电容反馈振荡器：与射极相连同为电容，不与射极相连是电感（又称考必兹振荡器）。

12、原理图如图1.6所示：电感反馈振荡器：与射极相连同为电感，不与射极相连是电容（又称哈特莱振荡器）。原理图如图1.7所示：1.7电感反馈电路1.6电容反馈电路+1.61.C)Multisim仿真电路图（图3.1）图3.1 仿真电路图交流通路（图3.2）图3.2 交流通路 由此可求得电路的振荡频率f0为：f0=1/2*3.14*sqrt(LC) （3.1）式中，1/C=1/C +1/C+1/CT 由于晶体管极间存在寄生电容，他们均与谐振回路并联，会使振荡频率发生偏移，而且晶体管极间电容的大小会随晶体管工作状态变化而变化，这将引起振荡频率的不稳定。为了减小晶体管极间电容的影响，可采用改进型电容三点式

13、振荡电路，即在谐振回路电感之路中增加一个电容CT，其取值比较小，要求CTC,CC。则谐振回路的总电容量为： C=1/（1/C +1/C+1/CT）CT (3.2) 式(3.1)中,略去了晶体管极间电容的影响。因此振荡频率f0近似等于： f01/2*3.14*sqrt(LCT) （3.3） 由此可见，C、C对振荡频率的影响显著减小，那么与C、C并接的晶体管极间电容的影响也就很小了，CT越小，振荡频率的稳定度就越高。但谐振回路接入CT后，使晶体管输出端(C、E)与回路的耦合减弱，晶体管的等效负载减小，放大器的放大倍数减小，振荡器输出幅度减小，如果CT过小，振荡器因不满足振幅起振条件而会停止振荡。（

14、4）参数计算 因为f0=8MHZ,所以根据式3.3，令CT=10pF,可求的L=39.6uH.（5）仿真结果 在Multisim软件中组建仿真电路，先断开反馈电容C1连线，调出虚拟万用表并联在集电极电阻R3两端（如图3.3所示），开启仿真开关，双击虚拟万用表，打开它的放大面板，调整电位器RP的百分比，是万用表指示直流电压在2V左右，即电路的静态工作点Icq2mA左右，测试完毕，恢复反馈电容C1连线，并删除虚拟万用表。 图3.3 调出示波器，接到电路的输出端，如图3.4所示。开启仿真开关，双击虚拟示波器的图标，从放大面板上可以看到电路的振荡波形如图3.5所示。 图3.4 图3.5 由图3.5示波

15、器屏幕下方“Channel_A”列读的振荡波形的振幅为15.0V左右，同时可以从”T2-T1”行看到数据为121.212ns，即振荡波形的周期约为0.12us左右，所以可以得出振荡频率f=1/T=8.2MHZ；而理论值所得到的振荡频率f0=8MHZ，由此可以看出实际产生的振荡频率与理论计算出的频率有一定的误差，是由于忽略了极间电容影响导致的。图3.6综合设计 ：调幅解调电路的设计 所谓调制，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。解调则是调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。一、调幅电路的设计：调制原理：调幅是由调制信号去控制载波的振幅，使之按调制信号的规律变化，严格地

16、说，是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其他参数（频率、相位）不变。调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。 当输入的调制信号有直流分量时，称为AM调制；没有直流分量时，称为双边带调制（DSB调制）。1、AM调制AM调幅指的是用需要传送的信息（低频调制信号）去控制高频载波的振幅，使其随调制信号线性变化。其原理如图2.1所示，+ *常数uc图2.1 AM信号产生原理图若设载波为uC (t)=UC cosCt，调制信

17、号为单频信号，即u(t)=Ucost,，则普通调幅信号为：uAM(t) = Uc(1+m cos t)cosct，其中m=kaU/Uc为调幅指数（调幅度），ka为比例系数。普通调幅波的波形和频谱图如图2.2所示：图2.2 AM调幅波形与频谱 因为载波不包含信息，为了减小不必要的功率浪费，可以只发射上下边频，而不发射载波，称为抑制载波的双边带调幅信号，用DSB表示。 2、双边带调制设载波为uC(t)=Ucosct，单频调制信号为u(t)=Ucost (c)，则双边带调幅信号为:uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kUcostcosct = cos (c+)t+cos (c-)t， 其中k为比例

18、系数。可见双边带调幅信号中仅包含两个边频, 无载频分量, 其频带宽度仍为调制信号带宽的两倍。图2.3显示了单频调制双边带调幅信号的有关波形与频谱图。图2.3 DSB调幅波形与频谱 需要注意的是, 双边带调幅信号不仅其包络已不再反映调制信号波形的变化, 而且在调制信号波形过零点处的高频相位有180的突变。可以看出, 在调制信号正半周, cost为正值, 双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周, cost为负值, uDSB(t)与uc(t)反相。 所以, 在正负半周交界处, uDSB(t)有180相位突变。另外，双边带调幅波和普通调幅波所占有的频谱宽度是相同的，为2

19、Fmax。因为双边带信号不包含载波，所以发送的全部功率都载有信息，功率有效利用率高。综上所述，在此设计中选择DSB调幅。2.电路设计 本设计采用集成模拟乘法器来实现，在Multisim中有Multipier元件，可以用来设计电路，其图形如图2.4： 其中，X和Y是其两个输入端，Z（K*XY）是其输出端口。仿真电路如图2.5：图2.4 模拟乘法器图2.6 仿真波形图图2.5 仿真电路图中X端输入调制信号，频率为1KHZ，Y端输入载波信号，频率为20KHZ。在X、Y、Z三点接四端示波器可以看出波形如图2.6， 最上面的波形为调制后的波形，中间的为调制信号波形，最下面的是高频载波。二、解调电路的设计

20、、解调原理调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从已调高频信号中恢复调制信号，通常将这种调制称为检波。完成这种解调的电路称为振幅检波器。检波电路有包络检波和同步检波。本设计采用同步检波方式，。双边带调幅波中不含载波分量，用相乘器进行检波时，需要在接收端产生一个载波。其原理如图2.7所示，低通滤波器XusurUo图2.7 同步检波器原理图设输入为单频调制的双边带信号uDSB(t)= Uscostcosct (c)并假设本机载波信号与原载波信号同频不同相，即有相差，则ur(t)= Urcos(ct+)，相乘器的输出信号uo(t)=KmUsUrcostcosctcos(ct+) =0.5KmUsU

21、costcos+ cos(2ct+)，有用分量为 u1(t)=0.5KmUsULcoscost，无用分量为 u1(t)=0.5KmUsUcost cos(2ct+)=0.5KmUsUcos（2c）t+ 0.5KmUsUcos（2c+）t+，由上式可知，相乘器输出的无用分量的频率为2c，故滤波器对有用频率分量的传输系数应尽可能大，对无用频率分量2c的传输系数应尽可能小。设滤波器对有用品频率分量的传输系数为Kf,则整个检波器输出的有用信号为 uo(t) =KFu1(t)=0.5KfKmUsUcoscost，uo(t)与us(t)的幅度之比，即为检波器传输系数Kd。且由以上公式可得Kd0.5KfKm

22、Ucos 由上式可以看出，为了增大检波器的传输系数，对恢复的载波，也称本机振荡电压的要求是：（1）幅度UL应尽可能大，但不应超过相乘器的最大容许输入电压。（2）本机振荡电压不但应与原载波电压同频，而且应同相。因为0时，cos1，达最大值，相应地Kd也达到最大的可能值。故此种相乘检波又称同步检波或相干检波。低通滤波器的上截至频率应低于2倍高频载波频率，而高于最高调制频率。2、电路设计 解调同样可以用乘法器实现，电路如图2.8图2.8 解调电路图 其中，A1的输出为双边带已调信号，A2的输出是高频和调制信号，经过一个低通滤波器（RC低通滤波器）后，得到调制信号。用一个四端示波器观察波形，如图2.9

23、：图2.9 在上图中，最上面的是调制信号波形，中间的波形为原调制信号波形，最下面的是经解调后的波形，由上图可以看到，原调制信号与解调后的信号几乎一样，只是有相位延迟，说明该电路基本上实现了解调功能。结束语综上所述，完成了基础设计与课程设计的综合设计。参考文献：1.电子线路谢嘉奎编著，北京：高等教育出版社2.高频电子电路张肃文编著，北京：高等教育出版社3.电子通信系统（第四版）美Wayne Tomasi，北京：电子工业出版社4.高频电子线路学习与解题指导阳昌汉编著，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社5.Multisim7电路设计及仿真应用熊伟等编著，北京：清华大学出版社心得体会经过两周的高频电路课程设

24、计的学习让我受益匪浅。在高频电路课程设计即将结束之时，我对在这两周来的学习进行了总结，总结这两周来的收获与不足。取之长、补之短，在今后的学习和工作中有所受用。 在这两周的高频电路课程设计学习中，让我受益颇多。一、我们再一次的加深巩固了对已有的知识的理解能认识；二、高频电路调和设计培养了我的动手能力。“实践就是为了让你动手做，去探索一些你未知的或是你尚不是深刻理解的东西。”刚拿到题目完全什么都不知道，不知道该怎么下手。经过查阅搜集资料，才找到突破口。现在，大学生的动手能力越来越被人们重视，高频课程设计为我们提供了这一平台。 经过这两周，让我的动手能力有了明显的提高。三、提高了自己的自学能力，对有

25、些软件完全是陌生的，经验丰富自学还是熟练掌握了。 四、高频电路课程设计让我在探索中求得真知。那些伟大的科学家之所以伟大就是他们利用实验证明了他们的伟大。实验是检验理论正确与否的试金石。为了要使你的理论被人接受，你必须用事实来证明，让那些怀疑的人哑口无言。虽说我们的高频电路课程设计只是对前人的重复，但是对于一个知识尚浅、探索能力还不够的人来说，这些探索也非一件易事。 对于这些实验，我在探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。通信原理实验让我慢慢开始“摸着石头过河”。学习就是为了能自我学习，这正是实验课的核心，它让我在探索、自我学习中获得知识。五、高频课程设计教会了我处理数据的能力，提高了计算机操

26、作能力。实数据处理的是否得当将直接影响你的实验成功与否，经过这两周，我学会了图像法等处理数据的方法，让我对其它课程的学习也是得心应手。 经过这两周的高频课程设计的学习，让我收获多多。但在这中间，我也发现了我存在的很多不足。我的动手能力还不够强，有很多地方是在同学的帮助下完成的；我的探索方式还有待改善，当面对一些复杂的问题时我还不能很快很好的完成。 总之，高频电路课程设计让我收获颇丰，同时也让我发现了自身的不足。在实践中尝到的东西，我将发挥到其它中去，也将在今后的学习和工作中不断提高、完善；在此间发现的不足，我将努力改善，通过学习、实践等方式不断提高，克服那些不应成为学习、获得知识的障碍。在今后的学习、工作中有更大的收获，在不断地探索中、在无私的学习、奉献中实现自己的人身价值！