软件实验二-振幅调制与解调电路设计

南昌大学实验报告学生姓名：学号:专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：软件实验二振幅调制与解调电路设计一、实验目的1.掌握用仿真实现全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的方法。2.研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。3.通过软件仿真对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅波形。4.掌握二极管包络检波和模拟乘法器双边带、单边带调幅同步检波的电路与原理。5.进一步熟悉Multisim仿真的功能。二、实验内容1、仿真全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅电路。2、仿真二极管包络检波和模拟乘法器双边带、单边带调幅同步检波电路。3、用示波器观察输出、调制、调幅波、载波信号电压波形和数据。4、通过Fourier显示频域结果。三、实验原理调制和解调是通信系统的重要组成部分，没有调制和解调，就无法实现信号的远距离通信。所谓调制，就是将我们要传输的低频信号“装载”在高频振荡信号上，使之能更有效地进行远距离传输。所要传输的低频信号是指原始电信号，如声音信号、图像信号等，称为调制信号，用uΩ(t)表示；高频振荡信号是用来携带低频信号的,称为载波，用uc(t)表示；载波通常采用高频正弦波，受调后的信号称为已调波，用u(t)表示。调制：振幅调制可分为普通调幅（AM），双边带调幅（DSB），单边带调幅（SSB）。普通调幅信号的波形及表达式，设载波uc(t)的表达式和调制信号uΩ(t)的表达式分别为根据调幅的定义，当载波的振幅值随调制信号的大小作线性变化时，即为调幅信号，则已调波的波形如图1（c）所示，图1（a）、（b）所示分别为调制信号和载波的波形。由图可见，已调幅波振幅变化的包络形状与调制信号的变化规律相同，而其包络内的高频振荡频率仍与载波频率相同，表明已调幅波实际上是一个高频信号。可见，调幅过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，据此，可以写出已调幅波表达式为Ma称为调幅系数，Umax表示调幅波包络的最大值，Umin表示调幅波包络的最小值。Ma表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤Ma≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。Ma1的情况称为过调制,下图所示为不同Ma时的已调波波形。解调：把高频已调信号还原为低频调制信号的过程称为解调，也称为振幅检波，简称检波;把高频已调波还原为低频调制信号的装置称为振幅检波器，简称为检波器。常用的振幅检波电路可分为包络检波电路和同步检波电路两大类。包络检波电路适用于普通调幅波的检波，同步检波电路又称为相干检波电路，主要用于解调双边带和单边带调幅信号，也可以用于普通调幅波的解调。从频谱关系上看，检波电路输人的是高频载波和边频信号，输出的是低频调制信号，因此，检波的过程也是频率的变换过程，也可以用乘法器实现。二极管检波电路由二极管和低通滤波器串联构成。当输入信号为调幅波时，利用电容C的充放电和二极管的开关作用，输出电压就随着调幅波的包络线而变化，从而获得调制信号，完成了检波。所谓同步检波，就是在检波器的输入端必须提供一个与载波信号同频同相（即同步）的本地振荡信号，又称为相干信号。利用相干信号与已调波相乘，就可以产生一个含有原调制信号成分与其他较高频率信号成分组合的信号，再经过低通滤波器除去没有用的较高频率的寄生分量，就可以检出有用的调制信号。四、实验结果1、全载波调幅调制与二极管包络检波图1全载波调幅调制与二极管包络检波电路图图2全载波调幅调制与二极管包络检波波形图上面绿色的波形是检波出来的调制信号，下面的是全载波调幅信号。图3全载波调幅调制与二极管包络检波惰性失真波形图图4全载波调幅调制与二极管包络检波负峰切割失真波形图图5全载波调幅信号频谱图图6调制信号频谱图2、双边带调幅调制与模拟乘法器同步检波图7双边带调幅调制与模拟乘法器双边带调幅同步检波电路图图8双边带调幅调制与模拟乘法器双边带调幅同步检波波形图图9双边带调幅信号频谱图图10调制信号频谱图3、单边带调幅调制与模拟乘法器同步检波图11单边带调幅调制与模拟乘法器单边带调幅同步检波电路图图12单边带调幅调制与模拟乘法器单边带调幅同步检波波形图图13单边带调幅信号频谱图图14调制信号频谱图图15二极管包络检波惰性失真图（R1=10KΩ，RL=5KΩ）图16二极管包络检负峰切割失真图（R1=1KΩ，RL=510Ω）五、实验结果分析仿真检测的调制信号频率与输出的调幅波的包络信号频率基本相同，且与理论分析基本一致，载波信号的振幅按照调制信号的变化规律变化而形成的调幅波，携带调制信号的信息。调幅波的上边频分量频率是载波频率和调制信号频率的和，下边频分量频率是载波频率和调制信号频率的差。调幅过程实际就是一种频率搬移过程。抑止载波双边带调幅（DSB）波形随调制信号变化，但其包络不再反应原调制信号的波形形状。当调制信号进入负半周，波形反向，载波信号将产生180相移，但频带不变。二极管包络检波电路中，二极管与RC并联回路构成一个包络检波电路，由于电容的充放电与二极管的开关作用，使得电容两端的电压值随着包络电压一起变化。调幅波的振幅要比较大，能使二极管正向偏置；同时也要求RCWc，使得电容充放电的速度得当，不会产生波形失真。如果RC回路中，R的电阻值过大，会造成放电速度过慢，电容电压值降低速度跟不上包络下降速度，产生惰性失真。如果交流负载过小，会造成电容放电过快，造成负峰截止失真。实验仿真结果中，实验结果与上述分析一致，当R1过大时，波形产生惰性失真；当RL过小时，波形产生负峰截止失真。乘法器双边带调幅波同步检波实验仿真中，滤波电路滤波效果理想，频谱中无其他频率分量。六、实验总结之前已经做过了硬件实验，本次软件实验从理论仿真入手，对全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的电路以及调幅输出信号的认识更加深刻。学会了使用Multisim的傅里叶分析功能。能够通过观察频谱图判断结果是否正确。本次软件实验还进行了解调仿真，也就是检波。搭建了二极管包络检波电路，从原理上分析了包络检波的过程，对相关电容电阻值进行了计算，分析了他们对检波波形的影响，并仿真验证了结果。结合理论知识与仿真软件，还利用了模拟乘法器进行同步检波，进行了仿真实验，深化了对二极管包络检波的理解，强化了使用仿真软件搭建电路并分析电路的能力。