測控電路課程設計--開關型振幅調(diào)制與解調(diào)電路的設計與調(diào)試

1、<p>　　測控電路課程設計說明書</p><p><b>　　設計題目：</b></p><p>　　開關型振幅調(diào)制與解調(diào)電路的設計與調(diào)試</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一：實驗任務、要求及內(nèi)容...............................

2、...................（3）</p><p>　　二：實驗過程及原理.................................................................(3)</p><p>　　三：分析誤差原因...................................................................

3、.(11)</p><p>　　四：分析電路中產(chǎn)生的故障.................................................（13）</p><p>　　五：實驗總結(jié).........................................................................（13）</p><p>

4、　　一：實驗任務、要求及內(nèi)容</p><p>　　1任務：利用場效應管的開關特性，實現(xiàn)低頻信號的幅值調(diào)制與解調(diào)，以抑制噪聲干擾，提高信噪比。</p><p>　　2要求：參考指定的資料，設計出相應的各部分電路，組裝與調(diào)試該電路，試驗其抗干擾性能。</p><p>　　3內(nèi)容：（1）.分析各部分電路工作原理，選擇相應的參數(shù)。</p><p>　

5、　（2）.畫出完整的電路圖。</p><p>　?。?）.分析電路實驗中產(chǎn)生的故障。</p><p>　?。?）.分析誤差原因。</p><p>　　4電路參數(shù)：調(diào)制信號：正弦波 頻率<500HZ 幅值<0.1v 。 </p><p>　　載波：方波 頻率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空 比

6、：50%。</p><p>　　調(diào)制后信號幅值>5v。</p><p>　　5時間安排建議：全部時間一周。其中：設計1-2天，調(diào)試2-3天，總結(jié)1天安排1天。</p><p><b>　　二：實驗過程及原理</b></p><p>　?。ㄒ唬┰骷目煽啃詸z驗：</p><p>　　1.運放

7、的可靠性檢驗：先用運放搭成跟隨器，輸入正弦信號，用示波器檢驗器是否跟隨；之后用運放搭成反向放大器，輸入正弦信號看輸出幅值與相位；</p><p>　　2.穩(wěn)壓管的匹配：將穩(wěn)壓二極管串聯(lián)電阻構(gòu)成穩(wěn)壓電路，接入電源，測其性能參數(shù)，選擇穩(wěn)壓值相近的兩個穩(wěn)壓管。</p><p>　　3導線的可靠性檢驗：把將要用到的導線全部用萬用表檢測其通斷；</p><p><b&g

8、t;　?。ǘ┰矸娇驁D：</b></p><p>　?。ㄈ┓讲òl(fā)生電路： </p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　方波發(fā)生電路中，積分電路的電壓電流關系: </p><p>　　其中是t=0時電容器已存儲的電荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到：</p>&

9、lt;p>　　常量根據(jù)初始條件確定，即t=0時，（0）==Q0/C.</p><p>　　當輸入為常量時，輸出為：</p><p>　　可見輸入為方波時輸出為三角波。</p><p>　　上圖為遲滯比較電路，該電路用的是同向遲滯比較電路。R1=0時，ui接地，UR接輸入，Uo接輸出，門限電壓由求得： 。由穩(wěn)壓管確定.由此我們選定電阻R1=10KΩ，R2=10K

10、Ω，R3=30KΩ，R4=2.2KΩ，電容C=0.01μF，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5V。</p><p>　　綜上所述，該電路前一部分是積分電路，后一部分為滯回比較器。作用：（a）積分電路：利用RC回路的充放電來產(chǎn)生三角波。（b）滯回電路：產(chǎn)生方波，方波的頻率為f=R3/4*R1*R2*C。計算可以得到：方波的頻率f=7500Hz，方波的占空比為50%。該電路中調(diào)節(jié)R1，R2，R3的阻值和C的容值，可以改變振蕩頻率；調(diào)

11、節(jié)R1，R2的阻值可以改變方波的幅值。</p><p>　　知該方波發(fā)生電路為調(diào)制電路和解調(diào)提供開關信號Ua和Ub，進而控制三極管的導通和截止，并且Ua和Ub是一對相位相反的方波信號，則可知該電路后應該接一個反向器用來產(chǎn)生相位相反的信號Ub。</p><p>　　方波發(fā)生電路的仿真電路如圖所示：</p><p>　　方波發(fā)生電路產(chǎn)生的方波如下圖所示：</p&g

12、t;<p>　?。ㄋ模┟}沖平衡調(diào)制電路：</p><p>　　脈沖平衡調(diào)制電路如下圖所示，它由兩個電子開關，一個運算放大器和兩個脈沖信號Ua和Ub組成。電路中電阻均為5.1KΩ，接方波處的電阻為2.2KΩ，放大器處的反饋電阻為10.2KΩ。</p><p>　　根據(jù)調(diào)制電路的中的香農(nóng)定理，至少要求載波信號的頻率大于10倍的調(diào)制信號的頻率，解調(diào)時才可以較好的將調(diào)制信號與載波信號

13、分開，檢出調(diào)制信號，并且由乃奎斯特采樣定理：為了保留一個頻率分量的全部信息，一個周期的間隔至少抽樣兩次，即必須保證Ws>=2*Wm或者Fs>=2*Fm。</p><p>　　該電路中輸入的正弦波的頻率f=400Hz，此時方波的脈寬為0.125ms時，則有頻率f=4000Hz，滿足香農(nóng)定理的要求，可以防止頻率混疊的現(xiàn)象。</p><p>　　電路中的電子開關用兩個晶體管構(gòu)成。兩個

14、輸入脈沖信號Ua與 Ub的幅值和頻率相等，相位相反。Ua，Ub如下圖所示：</p><p>　　當Ua為高電平時，Q1導通，Q2截止，a點接地，運算放大器則處于同向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為： </p><p><b>　　2R</b></p><p>　　GI1= — ————— = —1</p><

15、p><b>　?。≧+R）</b></p><p>　　當Ub為高電平時，Q2導通，Q1截止，b點接地，運算放大器則處于反向放大狀態(tài)。其閉環(huán)增益為：</p><p>　　R 2R</p><p>　　GI2 = —————(1 + —— ) = +1</p><p>　?。? R+R） R&l

16、t;/p><p>　　由此可見，當增益為GI1時，輸出信號為 –Ui, 而當?shù)诙N狀態(tài)時，輸出 信號為+Ui 。這樣，由于兩個晶體管受到兩個相位相反的脈沖控制，使輸入信號Ui的極性不斷地“變換”，所以在輸出端就得到與輸入信號相反的脈沖平衡調(diào)制波</p><p>　　調(diào)制電路仿真圖如下所示：</p><p>　　仿真電路（調(diào)制電路）產(chǎn)生的波形如圖所示：&l

17、t;/p><p><b>　　（五）放大器：</b></p><p>　　由于調(diào)制信號的幅值較小不便于后續(xù)的測量，要經(jīng)過放大電路的放大后再送入解調(diào)電路。要求的調(diào)制信號的參數(shù)：調(diào)制信號：正弦波.頻率<500HZ ，幅值<0.1v?？芍糯?倍，幅值為0.5V，作為解調(diào)電路的輸入信號。</p><p>　?。┟}沖平衡式解調(diào)電路：<

18、/p><p>　　下圖為雙極性振幅調(diào)制電路的電路圖，在這里研究該電路的解調(diào)。圖為現(xiàn)行較好的脈沖平衡式雙開關解調(diào)電路，由兩個運算放大器和兩個電子開關組成。其中，A2為反向放大器，A1位反向加法器。晶體管Q1和Q2是兩個電子開關，C為交流耦合電容，起隔直流作用。</p><p>　　反向器A2使A點電壓與輸入信號反相，B點電壓與輸入信號相同。由于所有元件全是對稱匹配的，所以Ua與 Ub也是反相對稱

19、的。</p><p>　　Ua與Ub是兩個極性相反的脈沖序列，其頻率和幅值是相同的。由這兩個脈沖信號交替控制電子開關。當 Ua為正電平，Ub為負電平，即電子開關Q4導通，Q3截止時，O點對地短路，B點電壓不能輸給A2，P點電壓可輸給A2,其輸出為：</p><p><b>　　R6 </b></p><p>　　Uo(t) = --———

20、 Ua(t)</p><p><b>　　R3+R5</b></p><p>　　假設ui (t)為正電平，當t從0～t1時，輸入信號ui (t)由包線路1決定，即由正的載波決定。在Q3截止Q4導通的條件下，ui (t)首先被A1反相，即A點電壓uA（t）= ui (t)，將這個關系帶入Uo（t）得到：</p><p><b>　　R

21、6</b></p><p>　　Uo（t）= ———— Ui (t)</p><p><b>　　R3+R5</b></p><p>　　可見，輸出ui (t)也是正值，與ui (t)同相位。在A點電壓為Ua（t）＝－Ui (t)，Ub（t）＝Ui (t)。與此同時，控制方波脈沖 Ua與Ub也反向，即Ua為負電平Ub為正電平，電子開

22、關Q3導通，Q4截止。因此P點對地短路，A點電壓不能傳輸給A2，而Q點對地“斷路”,B點電壓可以傳輸給A2。所以A2地輸出為：</p><p><b>　　R6</b></p><p>　　Uo（t）= － --------------- Ui (t)</p><p><b>　?。≧3+R5）</b></p>

23、<p>　　由方程uo（t）顯然可以知道，增益仍然為R6/(R3+R5),與線段1的增益相同。</p><p>　　在電路中，如果取值R6=R3+R5,，則輸出曲線與輸入信號曲線的包絡線相同。而且，由于這是用運算放大器構(gòu)成的解調(diào)電路，所以對小信號也可以得到良好得線性度。</p><p>　　電路中輸出所存在的紋波，可以進行適當?shù)臑V波。如果輸入信號Ui需要阻抗變換以增加其帶負載

24、的能力，可以在A1的前面另外一個緩沖放大器，即為（五）中的放大器。</p><p>　　解調(diào)電路的仿真圖如下：</p><p>　　仿真電路（解調(diào)電路）產(chǎn)生的波形如圖：</p><p><b>　　(七)低通濾波器：</b></p><p>　　低通濾波器的參數(shù)：R1=5.1KΩ，C1=200pF，解調(diào)信號中的低頻信號可

25、以通過。濾除解調(diào)信號中的的干擾信號，進而更好的還原出來原來的波形。</p><p><b>　　三：分析誤差原因</b></p><p>　　（1）經(jīng)計算后搭建的電路兩路方波幅值相等，相位相反，占空比為50%，與預期效果基本相同，但仍存在一定問題。</p><p>　　1.三角波的頂端有時會有部分失真</p><p>　

26、　產(chǎn)生原因：通過匹配R、C使理論輸出幅值大于運放的線性放大輸出范圍，而使輸出出現(xiàn)非線性失真，如果門限電壓選擇較高可能會導致無輸出或輸出錯誤；</p><p>　　解決辦法：選擇合適的運放，計算好RC環(huán)節(jié)，選取合適的電阻與電容，適當減小門限電壓。</p><p>　　2.輸出方波近似為梯形波</p><p>　　產(chǎn)生原因：由于運算放大器在比較輸出時會經(jīng)過一個線性區(qū)，由

27、高向低（后有低向高）的過渡而產(chǎn)生；</p><p>　　解決辦法：通過匹配R2與R3可以減小線性區(qū)但不能消除。</p><p>　　（2）在設計時臨時把場效應管換成9013三極管，由于場效應管有負夾斷電壓，而三極管只能在PN結(jié)呈正電壓時才開啟，所以要把原來的原理圖進行改變，把用于反向?qū)ǖ亩O管換成限制基極電流的限流電阻。</p><p>　　1.輸出的調(diào)制后波形出

28、現(xiàn)相鄰波峰幅值不等現(xiàn)象</p><p>　　產(chǎn)生原因：輸入含有直流分量，在經(jīng)調(diào)制后與直流分量符號同向的正弦波形幅值變高，與直流分量符號相反的正弦波形幅值變小。而且會有輸入越小復制相差越大，的現(xiàn)象。</p><p>　　解決辦法：匹配電容濾去部分直流分量，小輸入可以先做放大處理，濾波后接入調(diào)制電路。</p><p>　?。?）1.在方波信號接入該電路時出現(xiàn)帶負載能力不

29、足現(xiàn)象</p><p>　　解決辦法：由UA、UB接跟隨器以提高其帶負載能力。</p><p><b>　　輸出信號有毛刺。</b></p><p>　　產(chǎn)生原因：因輸入脈沖信號不是標準的方波而是近似梯形波，在線性區(qū)會由Q3與Q4同時開的時刻，此時輸出會有短暫的低電平毛刺現(xiàn)象</p><p>　　解決辦法：輸出信號接入低

30、通濾波器根據(jù)輸出頻率算出匹配電阻與電容即可，有源無源濾波器皆可，現(xiàn)象都很好。</p><p>　　四：分析電路實驗中產(chǎn)生的故障</p><p>　　信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號作為載波信號輸入下一級時，發(fā)現(xiàn)幅值出現(xiàn)衰減，分析電路原因，是方波信號的帶負載能力差，所以在方波信號后面加了一個跟隨器，同時，跟隨器還有隔離電路的作用。</p><p>　　調(diào)制后波形有因方波邊沿不

31、平滑引起的毛刺現(xiàn)象，最后可以在電路后面加一低通濾波電路可以減小毛刺現(xiàn)象。</p><p>　　因輸入信號含有直流分量而使調(diào)制后波形同一周期的兩幅值不等。</p><p><b>　　五：實驗小結(jié)：</b></p><p>　　本次課程設計讓我學到了很多東西，尤其是電路的設計與調(diào)試。在課程設計過程中遇到了許多課本上不會出現(xiàn)的問題，比如：波形不是很