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AM调制与解调设计报告高频课程设计

简单信号发送接收机信号的调制与解调课程设计报告

摘要

信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。而要还原出被调制的信号就需要解调电路。调制与解调在高频通信领域有着广泛的应用，同时也是信号处理应用的重要问题之一，系统的仿真和分析是设计过程中的重要步骤和必要的保证。论文利用Multisim提供的示波器模块，分别对信号的调幅和解调进行了波形分析。

DSB调制优点在于系统结构简单，价格低廉，所以至今仍广泛应用于无线但广播。与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB调制效率是100%。我们注意到DSB信号两个边带中任意一个都包含了M(w)的所有频谱成分，所以利用SSB调幅可以提高信道的利用率，所以选择SSB调制与解调作为课程设计的题目具有很大的实际意义。

论文主要是综述现代通信系统中AM调制解调的基本技术，并分别在时域讨论振幅调制与解调的基本原理, 以及介绍分析有关电路组成。此课程设计的目的在于进一步巩固高频、通信原理等相关专业课上所学关于频率调制与解调等相关内容。同时加强了团队合作意识，培养分析问题、解决问题的综合能力。

关键词：Multisim；模拟乘法器；MC1496

第1章概述 (3)

1.1 Multisim简介 (3)

1.2 Multisim发展 (3)

第2章总体设计思想 (5)

2.1 系统框图 (5)

2.2 基本理论 (6)

2.3 模拟乘法器MC1496的工作原理 (6)

2.4 普通调幅（DSB）信号的调制 (8)

2.5 普通调幅（DSB）信号的解调 (10)

第3章电路调试与仿真 (12)

3.1 模拟乘法器MC1496的创建 (12)

3.2 DSB调幅设计 (13)

3.3 同步检波设计 (14)

3.4 总电路图 (15)

3.5 元件清单 (17)

问题与讨论 (18)

心得体会 (23)

参考文献 (24)

第1章概述

1.1 Multisim简介

Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT 公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力[1]。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程[2]。

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量[3]。

1.2 Multisim发展

Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，由于其强大的功能，形象生动的仿真效果，友好的界面，丰富的元件库和仪表库，在我国各级各类学校得到广泛的推广应用，尤其是电类专业可以将其作为电子电路的教学示教、仿真实验、电子电路的设计等[4]。

Multisim7是2003年推出的新版本。它将以前推出的EWB5.0和Multisim2001版本功能大大提高，比如EWB5.0版本，在做电路仿真实验调用虚拟仪器时，一个品种每次只能调用一台，这是一个很大的缺陷。又如Multisim2001版本，它的与实际元件相对应的现实性仿真元件模型只有6种，而Multisim7版本增加到10种；Multisim2001版本的虚拟仪器只有11种，而Multisim7版本增加到17种；特别像示波器这种最常用的电子仪器，Multisim2001版本只能提供双踪示波器，而Multisim7版本却能提供4踪示波器，这给诸如试做数字电路仿真实验等需要

同时观察多路波形提供了极大的方便。又比如Multisim2001版本只能提供“亮”与“灭”两种状态黑白指示灯，而Multisim7版本却能提供蓝、绿、红、黄、白5种颜色的指示灯，使用起来更加方便和直观。总之，Multisim7版本电子仿真软件是比较先进、功能最强大的仿真软件，是仿真软件的佼佼者。

Multisim8在保留了EWB以往版本形象直观等诸多优点的基础之上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，同时还大大扩充了元件库中仿真元件的数量，特别是增加了若干个与实际元件相对应的建模精确的真实仿真元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠。

Multisim9提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响[5]。

Multisim10是一个优秀的电子技术训练工具，是能够替代电子实验室中的多种传统仪器的虚拟电子实验室，具有灵活、成本低、高效率等特点[6]。

2010年1月，NI推出分别针对动手学习以及专业电路设计的教育版和专业版电路仿真软件Multisim11。这一简单易用的Multisim软件以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性，帮助教育工作者、学生和工程师使用先进电路分析技术。

Multisim11教育版专注于教学，内有电路教程和课件。这一系统帮助教育工作者吸引学生，用互动、动手操作的方式研究电路行为，深化电路理论。由于Multisim的交互式组件、模拟驱动仪器、实际的模拟和数字测量的整合，使Multisim在学术界、专科技术院校和大学获得了广泛应用。Multisim11专业版帮助工程师优化电路设计，减少错误和原型重复。Multisim可以与新的NI Ultiboard11软件结合，为工程师提供高性价比、端对端原型平台。Multisim也可以与NI LabVIEW测量软件结合，帮助工程师明确自定义分析，改进设计验证。

第2章总体设计思想

2.1 系统框图

2.1.1调制

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

)(t v

(0t v )

(t v DSB

2.1.2解调

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。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。

乘法器低通滤波器)(t u o )(t u c )

(t u s 输出

2.2基本理论

由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。

所谓调制就是利用原始信号控制高频载波信号的某一参数，使这个参数随调制信号的变化而变化，最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的调幅(AM)、调频(FM)、调相 (PM)三种。解调是与调制相反的过程，即从接收到的已调波信号中恢复原调制信息的过程。与调幅、调频、调相相对应，有检波、鉴频和鉴相

[1]。

振幅调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送载体的高频振荡波（称为载波）的幅度，是已调波的幅度随调制信号的大小线性变化，而保持载波的角频率不变。在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM ）、抑制载波的双边带调幅（DSB ）、抑制载波的单边带调幅（SSB ）等。AM 的载波振幅随调制信号大小线性变化。DSB 是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带。SSB 是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。它们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。

2.3 模拟乘法器MC1496的工作原理

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的相乘，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。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无级通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等[7]

。根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器[8]

。其内部电路如图2-1所示，其中7V 、1R 、8V 、2R 、9V 、3R 和5R 等组成多路电流源电路，7V 、5R 、1R 为电流源的基准电路，8V 、9V 分别供给5V 、

6V 管恒值电流2/0I ，5R 为外接电阻，可用以调节2/0I 的大小。由5V 、6V 两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻Y R ，利用Y R 的负反馈作用，以扩大输入电压2U 的动态范围。C R 为外接负载电阻。

根据差分电路的基本工作原理，可以得到

c c c U u th i i i 21521=- (2-1) T

c c c U u th i i i 21634=- (2-2) T c c U u th

I i i 22065=- (2-3) 式中1c i 、2c i 、3c i 、4c i 、 5c i 、6c i 分别是三极管1V 、2V 、3V 、4V 、5V 、6V 的集电集电流。T E 为温度的电压当量，在常温T=300K 时，26m V U T ≈。由图2-1可知，相乘器的输出差值电流

)()()()(432142312413c c c c c c c c i i i i i i i i i i i ---=--+=-= (2-4)

将(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4)，可得

c T T c c U u th i U u th I U u th i i i 222)(2610165=-= (2-5) 由于5V 、6V 两管发射极之间跨接负反馈电阻Y R ，当Y R 远大于5V 、6V 管的发射结电阻时

E E c c R u i i i i 265652=-≈- (2-6) 将式(2-6)代入(2-5)可得

Y U u th R u i 2212= (2-7) 可见，输出电流中包含两个输入信号的乘积。