测控综合训练调制解调报告

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1、第 1 页一、调制与解调器的设计目的调制与解调器的设计目的调制和解调首先应用于通信（包括广播、电视等）中，在通信中有许多路 信号需要传输，为了使它们能得以互相区别，需要赋以不同的特征。在通信中 经调制的信号传输到接收端，需要对已调信号解调、恢复调制信号，已获得所 传输的声音、图像或其他信息。在测量中不一定需要恢复原信号，而只需要将 它所反映的量值提取出来即可。 在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有 各种噪声（含外界干扰） 。传感器的输出信号一般又很微弱，需要将测量信号从 含有的噪声的信号中分离出来。为了便于区别信号与噪声，一般给测量信号赋 予一定特征，这就是需要调制

2、的目的。在将测量信号调制再经放大，并与噪声 分离等处理后，从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这便是解 调的目的。二、调制与解调器的设计内容二、调制与解调器的设计内容1 1振幅调制振幅调制（1）设计要求：用模拟乘法器 MC1496 设计一振幅调制器，使其能实现 AM 信号 调制； （2）主要指标：载波频率：100kHz、正弦波； 调制信号：1KHz、正弦波。2 2同步检波同步检波（1）设计要求：用模拟乘法器 MC1496 设计一 AM 信号同步检波器； （2）主要指标：输入 AM 信号：载波频率 100kHz、正弦波； 调制信号：1KHz、正弦波； 输出信号：正弦信号且无明显失真。三

3、、调制与解调器的原理三、调制与解调器的原理1 1调制电路调制电路原理原理（1）幅度调制 幅度调制就是载波的振幅受到调制信号的控制周期性变化。变化的周期与 调制信号周期相同，即振幅变化与调制信号振幅成正比，通常称高频信号为载 波信号，低频信号为调制信号，调幅器为产生调幅信号的装置。设载波信号的表达式为(1)，调制信号的表达式为tUtUccmccos)(2)，则调幅信号的表达式为：tUtUmccos)(ttmUtUccmcos)cos1 ()(0第 2 页tmUtmUtUccmccmccm)cos(21)cos(21cos（3） 调制信号波形如图 1 所示：图 1 普通调幅波形图显然 AM 波正负

4、半周对称时：MaUcmUmaxUcm UcmUmin（4）， 调幅度为：Ma=( UmaxUcm )Ucm =( UcmUmin )Ucm（5）。 Ma0 时，未调幅状态 Ma1 时，满调幅状态（100），正常 Ma 值处于 01 之间。 Ma1 时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，会产生失真，称为 过调幅现象。所以，普通调幅要求 Ma 必须不大于 1。图 2 所示为产生失真时的 波形。图 2 Ma1 时的过调制波形第 3 页（2）振幅调制电路的组成模型 从调幅波的表达式（3）可知，在数学上调幅电路的组成模型，可以由一个相乘 器和一个相加器组成。如图 3 所示：图 3 低电平调幅原理图

5、2 2解调电路解调电路原理原理振幅调制信号的解调过程称为检波。有载波振幅调制信号的包络直接反映 调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行检波。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换规律，无法 用包络检波进行解调，所以要采用同步检波方法。 同步检波器主要是用于对DSB和SSB信号进行解调（当然也可以用于AM） 。它 的特点是必须加一个与载波同频同相的恢复载波信号。外加载波信号电压加入 同步检波器的方法有两种。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很简 单的，利用抑制载波的双边带信号Vs（t）,和输入的同步信号（即载波信号） Vc（t） ，经过乘法器相

6、乘，可得输出信号，实现了双边带信号解调。 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，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号（6） ，另ttUtUcsmscoscos)(一输入端输入同步信号（即载波信号），经乘法器相乘，则tUtUccmccos)(可得输出信号 U0（t）为)()()(0tUtUKtUcsEtUKtUKtUUKcsmEcsmEcmsmE)2cos(41)2cos(41cos21（7）条件：为大信号。sycxUUmVUU,26四、调制与解调器的电路设计四、调制与解调器的电路设计第 4 页本次

7、测控系统综合训练采用由 MC1496 模拟乘法器构成的调制与解调电路。1 1MC1496MC1496 芯片介绍芯片介绍MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图 4 所示。其 中 VT1,VT2 与 VT3,VT4 组成双差分放大器，VT5,VT6 组成的单差分放大器用以 激励 VT1VT4。VT7、VT8 及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚 8 与 10 接输入电压 UX，1 与 4 接另一输入电压 Uy，输出电压 U0 从引脚 6 与 12 输出。引脚 2 与 3 外接电阻 RE，对差分放大器 VT5、VT6 产生串联电流负反馈， 以扩展输入电压 Uy 的线性动

8、态范围。引脚 14 为负电源端（双电源供电时）或 接地端（单电源供电使） ，引脚 5 外接电阻 R5。用来调节偏置电流 I5 及镜像电 流 I0 的值。图4 MC1496的内部电路图及引脚电路2 2振幅调制器电路振幅调制器电路乘法器采用模拟乘法器 MC1496 及外接偏置电路、旁路电路组成。其内部结 构如图 5 所示，载波信号 UC 经高频耦合电容 C2 从 Ux 端输入，C3 为高频旁路 电容，使 8 脚接地。调制信号 U0 经低频耦合电容 C1 从 Uy 端输入，C4 为低频 旁路电容，使 4 脚接地。调幅信号从 12 脚单端输出。器件采用双电供电方式， 所以 5 脚的偏置电阻 R5 接地

9、，可计算器件的静态偏置电流 I5 或 I0 ，即（8） 。芯片 2、 3 管脚之间接入 1k 负反馈电阻，mARVUIIEE s15007 . 050以扩展调制信号的线性动态范围，其阻值越大，线性范围增大，但乘法器的增 益随之减小。第 5 页电阻 R9、R10 提供静态偏置电压，保证乘法器内部的各个晶体管的工作在 放大状态。电阻 R1、R2 及滑动变阻器 RP组成平衡调节电路，改变滑动变阻器 的值可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制。调节此滑动 变阻器可以改善波形的对称型，为了得到抑制载波双边带信号可将滑动变阻器 调制 50%。图 5 MC1496 构成的振幅调制电路（a）抑制

10、载波的双边带调幅 （b）有载波调幅波图6 乘法器输出的调幅波3 3同步检波器的电路同步检波器的电路要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘，实现同步解调。经过低通滤波器滤除2附近的频率分量后，得到频率为的低频信1第 6 页号：（9） 。tUUuCocoscos211同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘，其电路图如图7所示。端输入同步信号或载波信号，端输入已调波信号，输出xvcvyvsv端接有电阻R11、C6组成的低通滤波器和1uF的隔直电容，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，但要合理的选择低通滤波器的截 止频率。图 7 同步检

11、波电路调节平衡电位器 RP,使输出,即为平衡状态.再从端输入有载波的调00u yu制信号。调制度，这时乘法器的输出经低通滤波器后的输出sU100%m 0Ut，经隔直电容后的输出的波形分别如图 8（a）所示。调节电位 0Ut8C Ut器 RP 可使输出波形的幅度增大，波形失真减小。若为抑制载波的调制 0UtsU信号，经 MC1496 同步检波后的输出波形如图 8（b）所示。 nUt第 7 页(a)有载波信号调制 （b）抑制载波调制信号 图8 同步检波输出波形五、五、Multisim10Multisim10 的电路仿真的电路仿真在高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调 制与

12、解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。目前在无线电通 信、广播电视等方面得到广泛应用。本次测控系统综合训练利用Multisim10软 件仿真平台，对MC1496构成的调幅电路进行软件仿真分析比较测试结果。1 1在在MultisimMultisim仿真环境中创建集成模拟乘法器仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496MC1496电路模块电路模块模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的有源非线性 器件，主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘 积成正比。它有两个输入端口，即X 和Y 输入端口。MC1496是根据双差分对模 拟相乘器基本原理制成的四象限的

13、乘法器芯片，是调幅电路中的核心器件，但 在仿真元件数据库中没有这个元器件。因此，在Multisim10软件仿真平台中直 接用MC1496的内部结构图代替MC1496元器件。2 2MC1496MC1496 构成的模拟调制解调电路的仿真实现构成的模拟调制解调电路的仿真实现MC1496 构成的模拟调制解调电路的原理图如图9所示。第 8 页图9 MC1496 构成的模拟调制解调电路的原理图设定载波信号频率为100KHz，峰值为100mV的正弦波，调制信号频率为 1KHz，峰值为100mV的正弦波，其调制与解调器的电路仿真结果如下图所示：图10 调制电路仿真结果图11 解调电路仿真结果第 9 页六、电路

14、的调试与结果六、电路的调试与结果1 1调试步骤调试步骤（1）在调制信号输入端接入峰值为 100mV，频率为 1KHz 的正弦信号，调节电位器使输出端信号最小；2pR（2）调节，使，载波为 （mV）加入载波1pRVVAB1 . 0ttVc5102sin100)(信号输入端，用数字示波器观测输出信号；（2）调幅系数（10） ，测示波器调节载波信号及minmaxminmaxooooaVVVVm调制信号的幅值使调幅系数30%，观测同步检波电路输出波形。am2 2结果与分析结果与分析通过硬件电路所得到的结果满足预期所设定的结果，下面分别测试载波和 调制信号在不同频率及峰值的情况下，电路的输出特性：图 1

15、2 调制电路输出端波形图 载波信号频率为 100KHz 峰值 100mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 100mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 12 所示。第 10 页图 13 调制电路输出端波形图 载波信号频率为 100KHz 峰值 100mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 70mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 13 所示。图 14 调制电路输出端波形图 载波信号频率为 150KHz 峰值 100mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 70mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 14 所示。图 15 调制电路输出端波形图第

16、11 页载波信号频率为 100KHz 峰值 100mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 200mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 15 所示。图 16 调制电路输出端波形图 载波信号频率为 200KHz 峰值 100mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 70mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 16 所示。图 17 调制电路输出端波形图 载波信号频率为 200KHz 峰值 200mV 的正弦信号，调制信号频率为 1KHz 峰 值为 50mV 的正弦信号，电路输出的调幅波形如图 17 所示。 由上述可知，在载波与调制信号频率均不变的条件下，载波信号峰值与调 制信号的峰值之比，其比值越大，调制电路的输出波形性能越好；在载波与调 制信号峰值均不变的条