正交鑒頻電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　《高頻電子線路》</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　題 目： 正交鑒頻電路的設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級： 11

2、電信一班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　電氣工程系</b></p><p>　　2013年12月12日&

3、lt;/p><p>　　《高頻電子線路》任務(wù)書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　鑒頻器使輸出電壓和輸入信號頻率相對應(yīng)的電路。按用途可分為兩類。第一類用于調(diào)頻信號的解調(diào)。常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產(chǎn)生

4、誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴(yán)，對非線性失真和噪聲門限則要求不高。本設(shè)計使用LA1596為核心，設(shè)計正交鑒頻器。</p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對

5、電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。</p><p>　　關(guān)鍵字：正交鑒頻器；LM1596；解調(diào)；Multisim10</p>

6、;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章緒論5</b></p><p>　　第二章Multisim軟件6</p><p>　　2.1 Multisim發(fā)展簡介6</p><p>　　2.2 Multisim 組成7</p><

7、;p>　　2.3 仿真的內(nèi)容7</p><p>　　2.4 Multisim新特點7</p><p>　　2.5 電路的構(gòu)建及仿真8</p><p>　　第三章正交鑒頻電路的設(shè)計9</p><p>　　3.1鑒頻器原理9</p><p>　　3.2 正交鑒頻器原理10</p><

8、;p>　　3.3 鑒頻特性11</p><p>　　3.4正交鑒頻器的工作原理圖12</p><p>　　3.5 設(shè)計原理數(shù)據(jù)分析12</p><p>　　第四章仿真與調(diào)試16</p><p>　　4.1仿真原理圖16</p><p><b>　　第五章 總結(jié)19</b><

9、;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn) 20</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　實現(xiàn)調(diào)頻信號解調(diào)的鑒頻電路可分為三類，第一類是調(diào)頻 -- 調(diào)幅調(diào)頻變換型。這種類型是先通過線性網(wǎng)絡(luò)把等幅調(diào)頻波變換成振幅與調(diào)頻波瞬時頻率成正比的調(diào)幅調(diào)頻 波，然后用振幅檢波器進(jìn)行振幅檢波。第二類

10、是相移乘法鑒頻型。這種類型是將調(diào)頻波經(jīng)過移相電路變成調(diào)相調(diào)頻波，其相位的變化正好與調(diào)頻波瞬時頻率的變化成線性關(guān)系，然后將調(diào)相調(diào)頻波與原調(diào)頻波進(jìn)行相位比較，通過低通濾波器取出解調(diào)信號。因為相位比較器通常用乘法器組成，所以稱為相移乘法鑒頻。第三類是脈沖均值型。這種類型是把調(diào)頻信號通過過零比較器變換成重復(fù)頻率與調(diào)頻信號瞬時頻率相同的單極性等幅脈沖序列，然后通過低通濾波器取出脈沖序列的平均值，這就恢復(fù)出與瞬時頻率變化成正比的信號。</p&

11、gt;<p>　　鑒頻器是一種具有移相鑒頻特性的的陶瓷濾波元件，主要用在電視機(jī)或錄像機(jī)的伴音中頻放大或解調(diào)電路中以及FM調(diào)頻收音機(jī)的鑒頻器電路中。它分為平衡型和微分型兩種類型，前者用于同步鑒相器作平衡式鑒頻解調(diào)，后者用于差分峰值鑒頻器作差動 微分式鑒頻解調(diào)。德鍵調(diào)頻音頻窄帶型JTCV10.7M系列貼片鑒頻器，搭配多種IC應(yīng)用于FM程序檢驗，轉(zhuǎn)換頻率為有用的音頻信號。    

12、; 調(diào)頻波的特點是振幅保持不變，而瞬時頻率隨調(diào)制信號的大小線形變化，調(diào)制信號代表所要傳送的信息，在分析或?qū)嶒灂r，常以低頻正弦波為代表。鑒頻的目的就是從調(diào)頻波中檢出低頻調(diào)制信號，即完成頻率—電壓的變換作用。能完成這種作用的電路被稱為鑒頻器。     調(diào)相波的解調(diào)電路，是從調(diào)相波中取出原調(diào)制信號  ，即輸出電壓與輸入信號的瞬時相位偏移成正比又稱為鑒相器。對于調(diào)頻波的解調(diào)電路來

13、說，是從調(diào)頻波中取出原調(diào)制信號，即輸出電壓與輸入信號的瞬時頻率偏移成正比，又稱為鑒頻器。     鑒相電路通常分為模擬電路型和數(shù)字電路型兩大類。而在集成電路系統(tǒng)中常用的電路有乘積型鑒相和門電路鑒相。鑒相器除了用于解調(diào)調(diào)相波外，還可構(gòu)成移相鑒頻電路。特別是在鎖</p><p>　　第二章 Multisim軟件</p><p>　　Multisim是

14、美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛

15、擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。</p><p>　　2.1 Multisim發(fā)展簡介</p><p>　　加拿大EWB （Electrical Workbench）EWB4.0 </p><p><b>　　EWB5.0 </b></p>

16、<p><b>　　EWB6.0 </b></p><p>　　Multisim2001 </p><p>　　Multisim 7 </p><p>　　Multisim 8 </p><p>　　美國國家儀器（NI）有限公司</p><p>　　Multisim 9 </p&

17、gt;<p>　　Multisim 10 </p><p>　　Multisim 11</p><p>　　目前在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim10.0，網(wǎng)上最為普遍的是Multisim 10.0，NI于2007年08月26日發(fā)行NI系列電子電路設(shè)計軟件，NI Multisim v 10作為其中一個組成部分包含于其中。</p><p>　　2.2

18、 Multisim 組成</p><p>　　1． ――― 構(gòu)建仿真電路 </p><p>　　2． ――― 仿真電路環(huán)境 </p><p>　　3． multi mcu——單片機(jī)仿真</p><p>　　4． ―― FPGA、PLD，CPLD等仿真</p><p>　　5． ―― FPGA、PLD，CPLD等仿真 &

19、lt;/p><p>　　6． ―― 通信系統(tǒng)分析與設(shè)計的模塊 </p><p>　　7． ―― PCB設(shè)計模塊：直觀、層板32層、快速自動布線、強(qiáng)制向量和密度直方圖 </p><p>　　8． ——（自動布線模塊）</p><p><b>　　2.3 仿真的內(nèi)容</b></p><p>　　1． 器件

20、建模及仿真； </p><p>　　2． 電路的構(gòu)建及仿真； </p><p>　　3． 系統(tǒng)的組成及仿真； </p><p>　　4． 儀表儀器原理及制造仿真。 </p><p>　　5.　器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： </p><p>　　模擬器件（二極管，三極管，功率管等）； </p>&

21、lt;p>　　數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）； </p><p><b>　　FPGA器件。</b></p><p>　　2.4 Multisim新特點　1．可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬于自己的儀器； </p><p>　　2．所有的虛擬信號都可以通過計算機(jī)輸出到實際的硬件電路上; </p>&l

22、t;p>　　3．所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。</p><p>　　2.5 電路的構(gòu)建及仿真單元電路、功能電路、單片機(jī)硬件電路的構(gòu)建及相應(yīng)軟件調(diào)試的仿真。 </p><p><b>　　系統(tǒng)的組成及仿真：</b></p><p>　　Commsim 是一個理想的通信系統(tǒng)的教學(xué)軟件。它很適用于如‘信號與系統(tǒng)’、‘

23、通信’、‘網(wǎng)絡(luò)’等課程，難度適合從一般介紹到高級。使學(xué)生學(xué)的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多個通用通信和數(shù)學(xué)模塊，包含工業(yè)中的大部分編碼器，調(diào)制器，濾波器，信號源，信道等，Commsim 中的模塊和通常通信技術(shù)中的很一致，這可以確保你的學(xué)生學(xué)會當(dāng)今所有最重要的通信技術(shù)。要觀察仿真的結(jié)果，你可以有多種選擇：時域，頻域，XY圖，對數(shù)坐標(biāo)，比特誤碼率，眼圖和功率譜。 </p><p>　　儀表儀器的原理及

24、制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、儀表，并在計算機(jī)仿真環(huán)境和實際環(huán)境中進(jìn)行使用。 </p><p>　　PCB的設(shè)計及制作：產(chǎn)品級版圖的設(shè)計及制作。</p><p>　　第三章 正交鑒頻電路的設(shè)計</p><p><b>　　3.1鑒頻器原理</b></p><p>　　角調(diào)波的解調(diào)就是從角調(diào)波中恢復(fù)出原調(diào)制信

25、號的過程。其中調(diào)頻波的解調(diào)電路稱為頻率檢波器或鑒頻器（FD）。與調(diào)幅接收機(jī)一樣，調(diào)頻接收機(jī)的組成也大多是采用超外差式的。</p><p>　　在超外差式的調(diào)頻接收機(jī)中，鑒頻通常在中頻頻率（如調(diào)頻廣播接收機(jī)的中頻頻率10.7MHZ）上進(jìn)行。就鑒頻器的功能而言，它是一個將輸入調(diào)頻波的瞬時頻率(或頻偏)變換為相應(yīng)的解調(diào)輸出電壓的變換器，通常將此變換器的變換特性稱為鑒頻特性，用曲線表示為輸出電壓與瞬時頻率或頻偏之間的關(guān)系

26、曲線，稱為鑒頻特性曲線。在線性</p><p>　　解調(diào)的理想情況下，此曲線為一直線，但實際往往有彎曲，呈“S”曲線。通常用峰值帶寬來近似衡量鑒頻特性線性區(qū)的寬度，它指的是鑒頻特性曲線左右兩個最大值（±）間對應(yīng)的頻率間隔。鑒頻器特性曲線一般是左右對稱的，若峰值點的頻偏為,則=。對于鑒頻器來講，要求線性范圍寬（＞），線性度好。但在實際上，鑒頻特性在兩峰之間都存在一定的非線性，通常只有在=0附近才有較好的線

27、性。對鑒頻器的另外一個要求，就是鑒頻跨導(dǎo)要大。所謂鑒頻跨導(dǎo)，就是鑒頻特性在載頻處的頻率，它表示的是單位頻偏所能產(chǎn)生的解調(diào)輸出電壓。</p><p>　　鑒頻跨導(dǎo)有叫鑒頻靈敏度，用公式表示為： </p><p>　　鑒頻跨導(dǎo)也可以理解為鑒頻器將輸入頻率轉(zhuǎn)換為輸出電壓的能力或效率，鑒頻跨導(dǎo)又稱為鑒頻效率。調(diào)頻制具有良好的抗噪聲能力，是以鑒頻器輸入為高信噪比為條件的，一旦鑒頻器輸入信噪比低于規(guī)定

28、的門限值，鑒頻器的輸出信噪比將急劇下降，甚至無法接收。</p><p>　　調(diào)頻致具有良好的抗噪聲能力，是以鑒頻器輸入為高信噪比為條件。一旦鑒頻器輸入信噪比低于規(guī)定的門限值，鑒頻器的輸出信噪比將急劇下降，甚至無法接受。這種現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)。實際上，各種鑒頻器都存在門限效應(yīng)，只是門限電壓的大小不同而已。</p><p>　　鑒頻特性：鑒調(diào)頻電路輸出低頻解調(diào)電壓與輸入低頻信號瞬時頻偏的關(guān)系。理

29、想鑒調(diào)頻特性應(yīng)該是線形的，實際為“ S ”曲線</p><p>　　線形范圍：由于輸入調(diào)頻信號的瞬時頻率是在載頻附近變化，故鑒頻特性曲線位于載頻附近，其中線形部分稱為鑒頻線形范圍。正負(fù)峰間距 </p><p>　　鑒頻靈敏度 ：在鑒頻線形范圍內(nèi)，單位頻偏產(chǎn)生的解調(diào)信號電壓的大小。 . 處的斜率。單位頻偏產(chǎn)生的輸出電壓的大小。 </p><p>　　圖3-1 鑒頻器及

30、鑒頻特性</p><p>　　3.2 正交鑒頻器原理</p><p>　　正交鑒頻器實際上是一種乘積型相位鑒頻器，它由移相網(wǎng)絡(luò)、乘法器和低通濾波器三部分組成。調(diào)頻信號一路直接加至乘法器，另一路經(jīng)相移網(wǎng)絡(luò)移相后(參考信號)加至乘法器。由于調(diào)頻信號和參考信號同頻正交，因此，稱之為正交鑒頻器。如圖3-2所示。</p><p>　　圖3 -2 正交鑒頻原理圖</p&

31、gt;<p><b>　　3.3 鑒頻特性</b></p><p>　　正交相位鑒頻器的輸出電壓U0與調(diào)頻波瞬時頻率f的關(guān)系稱為鑒頻特性，其特性曲線（或稱S曲線）如圖6-7所示。鑒頻器的主要性能指性是指標(biāo)是鑒頻靈敏度sd和線性鑒頻范圍2△fmax。sd定義為鑒頻器調(diào)頻波單位頻率變化量，通變用鑒頻特性曲線u0-f在中心頻率f0處的斜率來表示，即圖3-3</p>&l

32、t;p>　　sd=U0/△f （6-22）</p><p>　　圖3-3 相應(yīng)鑒頻特性</p><p>　　2△fmax定義鑒頻器不失真解調(diào)調(diào)頻波時所允許的最大頻率線性變化范圍，2△fmax可在鑒頻特性曲線上求出。</p><p>　　3.4正交鑒頻器的工作原理圖</p><p>　　圖3-4

33、正交鑒頻器原理圖</p><p>　　3.5 設(shè)計原理數(shù)據(jù)分析</p><p>　　用頻率特性測試儀調(diào)整、測試鑒頻特性曲線 </p><p>　　調(diào)相乘器兩輸入端直流平衡</p><p>　　轉(zhuǎn)動電位器R2和R5，用萬用表直流電壓檔測量LM1596芯片管腳電壓，使1和4, 8和10,6和12管腳的電壓值分別相等。</p><

34、;p>　　調(diào)移相網(wǎng)絡(luò)移相90°</p><p>　　調(diào)整可變電容L1的值，使諧振網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線在2.455MHz處達(dá)到峰值，即移相網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為中頻頻率。</p><p><b>　　調(diào)整鑒頻特性曲線</b></p><p>　　表3.-1 鑒頻特性曲線1</p><p><b>　　鑒頻

35、靈敏度：</b></p><p><b>　　峰峰值:</b></p><p>　　研究相移網(wǎng)絡(luò)對鑒頻特性曲線的影響以及鑒頻特性曲線對調(diào)頻信號的影響</p><p>　　最大頻偏：51.0kHz</p><p>　　在移相網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)10kΩ電阻后</p><p>　　表3-2 鑒頻特性曲

36、線2</p><p>　　分析:并聯(lián)10kΩ電阻后，移相網(wǎng)絡(luò)的Q值降低，諧振頻率不變，線性范圍增大,鑒頻靈敏度降低。</p><p>　　所以Q值降低后，諧振曲線會變平緩，鑒頻特性曲線也會隨之變平緩，斜率降低，即鑒頻靈敏度降低，同時線性范圍會向兩側(cè)擴(kuò)展。由于諧振頻率不變，所以零點頻率不會改變。并聯(lián)電阻后，諧振回路耗能增加，所以峰峰值會降低。</p><p><

37、b>　　改變相移</b></p><p>　　表3-3 鑒頻特性曲線3</p><p>　　分析：中頻頻率不是90°后，零點頻率也不再是中頻頻率， 右移，上下峰點頻率也隨之右移。由于輸入信號不再在中頻頻率處正交，所以最大頻偏降低，峰峰值降低。</p><p><b>　　聯(lián)調(diào)數(shù)據(jù)：</b></p>&l

38、t;p>　　表3-4 接收機(jī)幅頻特性表</p><p><b>　　3dB帶寬： </b></p><p><b>　　靈敏度：</b></p><p>　　圖3-5 接收機(jī)幅頻特性</p><p><b>　　、</b></p><p><

39、;b>　　第四章 仿真與調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1仿真原理圖</b></p><p>　　仿真原理圖如圖4-1所示</p><p>　　圖4.1 仿真原理圖</p><p>　　4.2 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　正交鑒頻器的輸入調(diào)頻波的波形如下圖4

40、-2，4-3所示。</p><p>　　圖4.-2 輸入調(diào)頻波的波形</p><p>　　模塊一后，調(diào)頻波變換為調(diào)頻、調(diào)幅波，其輸出波形如下圖4-3所示。原調(diào)頻信號為等幅的調(diào)頻波，波形僅有有疏密之別，經(jīng)變換電路變換后，波形振幅不等，形成包絡(luò)。</p><p>　　圖4-3 調(diào)頻、調(diào)幅波的波形圖</p><p>　　再經(jīng)模塊二，即二極管包絡(luò)檢波

41、器檢波之后，輸出所需的原調(diào)制信號，得到的仿真波形圖如下圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 原調(diào)制信號圖</p><p>　　將原輸入的調(diào)頻波與經(jīng)鑒頻器鑒頻之后輸出的原調(diào)制信號進(jìn)行對比，其仿真波形如下圖5-4所示。</p><p>　　圖4-5 輸入調(diào)頻波與輸出信號的比較</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b

42、></p><p>　　這次課程設(shè)計我們做了正交器電路的設(shè)計與仿真，在設(shè)計中遇到了很多困難，但同時也收獲了很多東西，加深了對電子線路的理解與認(rèn)識</p><p>　　通過這次課設(shè)，增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)能力與動手能力，學(xué)會了運用Multisim10軟件，在設(shè)計電路時，失敗過很多次，但老師和同學(xué)的鼓勵給了我很大的勇氣，經(jīng)過老師的指導(dǎo)，和同學(xué)的商量，不斷地調(diào)試頻率，改進(jìn)電路，終于成功的仿真出了

43、電路圖，感覺很開心并且受益匪淺。</p><p>　　通過這次試驗，讓我們對所學(xué)過的知識有了進(jìn)一步的了解，并切鍛煉了我們團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，增加了對實物設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣。</p><p>　　溫故而知新。課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識</p><p>　　學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知

44、識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、陳邦媛.射頻通信電路第二版.科學(xué)出版社.2006 </p><p>　　2、張肅文.高頻電子線路.第

45、二版.北京：高等教育出版社.1984</p><p>　　3、樊昌信 主編《通信原理》國防工業(yè)出版社.1996</p><p>　　4、侯麗華 主編《通信電子線路》清華大學(xué)出版社.2007</p><p>　　5、高吉祥 主編《高頻電子線路》電子工業(yè)出版社.2001</p><p>　　6、樊昌信 編著《通信原理教程》電子工業(yè)出版社.1996