1、調(diào)幅與檢波電路的Multisim仿真分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?） 在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)利用multisim等仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真，熟練掌握仿真的設(shè)計(jì)過(guò)程與方法。（2） 通過(guò)仿真以及仿真得到的結(jié)果能夠進(jìn)一步理解調(diào)幅、檢波電路的結(jié)構(gòu)與原理。（3） 通過(guò)觀察仿真輸出波形，分析仿真結(jié)果，得出并驗(yàn)證相關(guān)結(jié)論。2、 實(shí)驗(yàn)原理2.1 AM信號(hào)AM信號(hào)是載波信號(hào)振幅在上下按輸入調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的一種調(diào)幅信號(hào)，表達(dá)式如下： （1）由表達(dá)式（1）可知，在數(shù)學(xué)上，調(diào)幅電路的組成模型可由一個(gè)相加器和一個(gè)相乘器組成。設(shè)調(diào)制信號(hào)為：=cos載波電壓為：cos上兩式相乘為普通振幅調(diào)制信號(hào)：cos）=+= 式中,稱

2、為調(diào)幅系數(shù)(或調(diào)制指數(shù)) ，其中01。而當(dāng)1時(shí)，在附近，變?yōu)樨?fù)值，它的包絡(luò)已不能反映調(diào)制信號(hào)的變化而造成失真，通常將這種失真成為過(guò)調(diào)幅失真，此種現(xiàn)象是要盡量避免的。2.2 DSB信號(hào)抑制掉調(diào)幅信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)中無(wú)用的載頻分量，僅傳輸兩個(gè)邊頻的調(diào)制方式成為抑制載波的雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱雙邊帶調(diào)制，并表示為：顯然，它與調(diào)幅信號(hào)的區(qū)別就在于其載波電壓振幅不是在上下按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。這樣，當(dāng)調(diào)制信號(hào)進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，就變?yōu)樨?fù)值。表明載波電壓產(chǎn)生相移。因而當(dāng)自正值或負(fù)值通過(guò)零值變化時(shí)，雙邊帶調(diào)制信號(hào)波形均將出現(xiàn)的相移突變。雙邊帶調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)已不再反映的變化，但它仍保持頻譜搬移的特性，因而仍是振幅調(diào)制波的一種，并

3、可用相乘器作為雙邊帶調(diào)制電路的組成模型，如下圖9所示，圖中。圖9 雙邊帶調(diào)制信號(hào)組成模型2.3 二極管包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波是指檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律的一種檢波方式。即，解調(diào)器輸出電壓輸入已調(diào)波的包絡(luò)。由于AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成正比。包絡(luò)檢波只適用于AM波的解調(diào)。（確切地說(shuō)：只能解調(diào)Ma<=1的普通調(diào)幅波）特點(diǎn)：包絡(luò)檢波電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，檢波效率高，幾乎所有AM調(diào)幅式接收機(jī)均采用這種電路。注意：若AM波，當(dāng)Ma>1，無(wú)法用此方法檢波，可用同步檢波法。 解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，二極管總是在輸入信號(hào)的每個(gè)周期的峰值附近到導(dǎo)通，因此輸出電壓與輸入信號(hào)包絡(luò)相同。由于參數(shù)的選擇，

4、檢波器容易惰性失真。在二極管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時(shí)常數(shù)。如果電容放電速度很慢，使得輸出電壓不能跟隨輸入信號(hào)包絡(luò)下降的速度，那么檢波輸出將與輸入信號(hào)包絡(luò)不一樣，產(chǎn)生失真。把由于RC時(shí)間常數(shù)過(guò)大而引起的這種失真稱為惰性失真或者對(duì)角線切割失真。同時(shí)還有一種失真，底部切割失真。產(chǎn)生這種失真是因?yàn)榻恢绷髫?fù)載不同引起的。要避免底邊切割失真，一定要設(shè)法增大交流阻抗和直流阻抗的比值。2.4同步檢波同步檢波主要應(yīng)用于雙邊帶調(diào)幅波（DSB）和單邊帶調(diào)幅波（SSB）的檢波。因?yàn)殡p邊帶調(diào)幅波和單邊帶調(diào)幅波的頻譜中缺少載波頻率分量。因此不能用包絡(luò)檢波器解調(diào)，必須用 “同步檢波器”實(shí)現(xiàn)解調(diào)。圖6

5、.4.3 檢波電路的頻譜搬移過(guò)程同步檢波又可分為乘積型 圖（a）和 疊加型 圖（b）（乘積型用的比較普遍，疊加型使用的較少）.（a）本地載波( b)說(shuō)明：（i）同步檢波法適用于AM, DSB，SSB的解調(diào)。由于同步檢波比包絡(luò)檢波器復(fù)雜，所以很少用于AM解調(diào)，通常只用于解調(diào)DSB和SSB信號(hào)和Ma>1的AM解調(diào)。（ii）為了不失真的恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，本地載波必須與調(diào)制端的載波電壓完全同步。這是同步檢波名稱的來(lái)由。三、multisim仿真設(shè)計(jì)3.1模擬乘法器MC1496分立元件的搭建與原理分析單片集成模擬乘法器MC1496的內(nèi)部Multisim電路結(jié)構(gòu)如下圖2所示。圖中Q9Q12組成雙差分放大

6、器，Q13、Q14組成單差分放大器，用以激勵(lì)Q9Q12；Q15、Q16、D2及相應(yīng)的電阻等組成多路電源電路，Q15、Q16分別給Q13、Q14提供恒流電流。 圖3 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖那么如何在Multisim仿真環(huán)境中創(chuàng)建集成模擬乘法器電路模塊呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，首先啟動(dòng)Multisim程序，Crtrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上。為了能對(duì)子電路進(jìn)行外部連接，需要對(duì)子電路添加輸入輸出。單擊Place/HB/SB Connector命令或使用Ctrl+I快捷操作，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號(hào)，將其與子電路的輸入/輸出信號(hào)端進(jìn)行連接。按住鼠標(biāo)左鍵

7、拖動(dòng)，全部選中，單擊Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出現(xiàn)Subcircuit Name對(duì)話框，在對(duì)話框中輸入MC1496，單擊OK，即可完成MC1496子電路模塊的創(chuàng)建。具體過(guò)程如下圖所示：圖4 MC1496子電路替代模塊3.2 AM調(diào)幅波的multisim仿真分析3.2.1仿真電路的搭建及說(shuō)明啟動(dòng)Multisim程序，Crtrl+N新建電路圖文件，Crtrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，搭建調(diào)幅電路，其Multisim電路圖如下圖所示。 MC1496調(diào)幅電路當(dāng)實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，可通過(guò)調(diào)節(jié)50K電位器Rp1使腳與腳之間形成電位

8、差即產(chǎn)生直流分量Uab，調(diào)制信號(hào)ut與直流電壓Uab疊加后輸入Y通道，調(diào)節(jié)電位器可改變Uab的大小，即改變調(diào)制指數(shù)Ma；若實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制，通過(guò)調(diào)節(jié)50K電位器Rp1（=50%）使、腳之間直流等電位，即Y通道輸入信號(hào)僅為交流調(diào)制信號(hào)。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調(diào)零準(zhǔn)確，可加大兩個(gè)750電阻的阻值，比如各增大10K。R1、R2、R3、R7及Rp1為調(diào)零電路。在實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制時(shí)，R1及R2接入，以使載漏減小；在實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅時(shí)，將R1及R2短路（關(guān)閉開(kāi)關(guān)S1、S2）,以獲得足夠大的直流補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)范圍，由于直流補(bǔ)償電壓與調(diào)制信號(hào)相加后作用到乘法器上，故輸出端產(chǎn)生的將是普通調(diào)幅波，并且可以利用Rp1

9、來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)的大小。Ma<1的調(diào)幅波形3.2.2改變Rp1(Uab)實(shí)現(xiàn)調(diào)制度的控制，分別實(shí)現(xiàn)調(diào)制度ma<1; ma=1; ma>1。調(diào)節(jié)Rp1=10%時(shí)，Uab=0.784V（即管腳電壓差），當(dāng)載波信號(hào)VC(t)=200sin2×105t (mV),調(diào)制信號(hào)= 50VSsin2×103t (mV)時(shí)，記錄波形如下所示:由示波器可以測(cè)出V(P-P)=1.326V,V(L-L)=1.022V,此時(shí)Ma=12.95%調(diào)節(jié)Rp1=42%時(shí)，Uab=63.5mV，當(dāng)載波信號(hào)VC(t)=200sin2×105t (mV),調(diào)制信號(hào)= 50VSsin2&#

10、215;103t (mV)時(shí)，記錄波形如下所示:由示波器可以測(cè)出V(P-P)=219.444mV,V(L-L)=0.688mV,此時(shí)Ma=99.375%。調(diào)節(jié)Rp1=48%時(shí)，Uab=17mV，當(dāng)載波信號(hào)VC(t)=200sin2×105t (mV),調(diào)制信號(hào)= 50VSsin2×103t (mV)時(shí)，記錄波形如下所示:由示波器可以測(cè)出V(P-P)=134.348mV,V(L-L)= 86.596mV,此時(shí)Ma>100%。3.2.3產(chǎn)生DSB信號(hào)首先需要打開(kāi)開(kāi)關(guān)S1和S2，然后調(diào)節(jié)Rp1（=50%）使調(diào)制端平衡，產(chǎn)生的DSB信號(hào)波形如下：3.2.4調(diào)節(jié)RP2觀察音漏現(xiàn)

11、象RP1=30%,RP2=50%時(shí)的調(diào)幅波:RP1=30%,RP2=95%時(shí)的調(diào)幅波:通過(guò)對(duì)比以上兩幅調(diào)幅波形可以發(fā)現(xiàn)第二幅波形的上下明顯不再對(duì)稱，這是因?yàn)檎{(diào)節(jié)了RP2使載波端不再平衡即產(chǎn)生了音漏現(xiàn)象。3.3 二極管包絡(luò)檢波電路 3.3.1 multisim仿真電路圖未使用分立元件的仿真電路圖使用分立元件的仿真電路圖 3.3.2 multisim仿真分析二極管包絡(luò)檢波輸出輸入的已調(diào)波形如下：二極管包絡(luò)檢波的輸出：紅色為調(diào)制信號(hào)，藍(lán)色為檢波輸出。可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)Ma<100%,二極管檢波電路可以很好的解調(diào)AM信號(hào) 當(dāng)Ma>100%時(shí)，二極管檢波電路已經(jīng)無(wú)法解調(diào)出調(diào)制信號(hào)了。研究惰性失真現(xiàn)

12、象為了提高檢波的效率和濾波效果，希望選取較大的RC值，使電容器在載波周期內(nèi)放電很慢，C上電壓的平均值能夠不失真地跟隨輸入電壓包絡(luò)的變化。但是當(dāng)RC選得過(guò)大的情況下，也就是C通過(guò)R的放電速度過(guò)慢時(shí)，電容器上的端電壓不能緊跟輸入調(diào)幅波的幅度下降而及時(shí)放電，這樣，輸出電壓將跟不上調(diào)幅波的包絡(luò)變化而產(chǎn)生失真，這種非線性失真是由于C的惰性太大引起的，稱為惰性失真。為避免惰性失真，應(yīng)滿足：可知Ma越大，調(diào)制頻率越高，則包絡(luò)下降的速度就越快，越易產(chǎn)生惰性失真。增大電容C1的值為100nf，同時(shí)增大調(diào)制度Ma（通過(guò)減小RP1疊加的直流電平的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)）。可以看到圖4-21所示的惰性失真現(xiàn)象：研究負(fù)峰切割失真現(xiàn)

13、象負(fù)峰切割失真又稱底部切割失真。產(chǎn)生這種失真后, 輸出電壓的波形如下圖所示。圖6.4.11負(fù)峰切割失真產(chǎn)生負(fù)峰切割失真原因分析：檢波輸出中有音頻和平均直流電平，因?yàn)镃c較大,在音頻一周內(nèi),加在Cc其兩端的平均直流電平基本不變，可以把它看作一直流電源，在電阻R和RL上產(chǎn)生分壓。在電阻R上的壓降為: 該電壓反向的加在檢波二極管上。檢波器的輸入其中的平均直流電平即大小約為載波振幅值要避免負(fù)峰切割失真：輸入調(diào)幅波包絡(luò)的最小值必須大于二極管上的反向電壓式中為檢波器交流負(fù)載 由上式可知，當(dāng)一定時(shí)，檢波器的交流負(fù)載越接近檢波器的直流負(fù)載R,負(fù)峰切割失真就越不易產(chǎn)生，因此可以通過(guò)添加射級(jí)跟隨器來(lái)滿足交流負(fù)載直

14、流負(fù)載R。減小交流負(fù)載電阻，將仿真電路中的R18調(diào)到5%時(shí)，同時(shí)適當(dāng)增大調(diào)制度Ma，就可以看到明顯的負(fù)峰切割失真現(xiàn)象。如下圖所示，輸出電壓在包絡(luò)檢波的過(guò)程中出現(xiàn)明顯的負(fù)峰切割失真現(xiàn)象：3.4 同步檢波電路3.4.1 multisim仿真電路圖這個(gè)電路圖用了兩個(gè)分立元件分別是AM調(diào)幅模塊和MC1496模塊，因此電路的復(fù)雜度大大降低，也更加直觀清晰。當(dāng)然也可以進(jìn)一步把同步檢波電路也做成一個(gè)分立元件，這樣電路就更加簡(jiǎn)單明了了。如下圖：3.4.2multisim仿真分析當(dāng)本地載波與原載波同頻同相時(shí)：設(shè)置載波幅度為80mV，頻率為100kHz。調(diào)制信號(hào)幅度設(shè)置為40 mV，頻率為1kHz。調(diào)制度Ma&l

15、t;100%時(shí)：藍(lán)色為檢波輸出信號(hào)調(diào)制度Ma=100%時(shí)：藍(lán)色為檢波輸出信號(hào)調(diào)制度Ma>100%時(shí)：藍(lán)色為檢波輸出信號(hào)輸入DSB信號(hào)時(shí)的同步檢波輸出：通過(guò)以上三種情況的仿真分析我們可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論是Ma>100%的調(diào)幅信號(hào)還是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅DSB信號(hào)利用同步檢波成功解調(diào)出來(lái)，但是因?yàn)橥綑z波電路構(gòu)成比較復(fù)雜因此只在Ma>100%或者DSB信號(hào)中使用。當(dāng)本地載波與原載波同頻不同相時(shí)：設(shè)置原載波幅度為80mV，頻率為100kHz，相位為0。本地載波幅度為80mV，頻率為100kHz，相位為90。調(diào)制信號(hào)幅度設(shè)置為40 mV，頻率為1kHz。可以發(fā)現(xiàn)輸出波形與調(diào)制信號(hào)同頻同相但是

16、幅度有衰減。當(dāng)本地載波與原載波不同頻同相時(shí)：設(shè)置原載波幅度為80mV，頻率為100kHz，相位為0。本地載波幅度為80mV，頻率為200kHz，相位為0。調(diào)制信號(hào)幅度設(shè)置為40 mV，頻率為1kHz。當(dāng)本地載波與原載波不同頻時(shí)，原調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的波形如圖4-28所示，可以看到解調(diào)輸出波形已失真，無(wú)法還原出原調(diào)制信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)首先是看到一幅幅仿真電路圖很有成就感，雖然遇到了很多問(wèn)題但是最終結(jié)果還是很好的，這讓我十分開(kāi)心。當(dāng)然在開(kāi)心的背后我遇到了好多問(wèn)題，比如在用Multisim構(gòu)建MC1496時(shí)，由于對(duì)創(chuàng)建分立元件以及他的使用不是很了解，因此剛開(kāi)始時(shí)我始終不會(huì)正確創(chuàng)建并應(yīng)用。最后我通過(guò)查閱資料，找到了在Mu