通信电路实验4Word文档格式.docx
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姓名:
陈峰
日期:
2014.05.12
一、实验目的
1、理解和掌握双失谐回路斜率鉴频器的电路组成和工作原理。
2、理解和掌握包络检波器的电路组成和设计方法。
3、掌握差分输出转化为单端输出的设计方法。
二、实验准备
1、学习双失谐回路斜率鉴频器的电路组成和工作原理。
2、学习包络检波器的电路组成和设计方法。
3、复习差分放大器的工作原理及设计方法。
4、认真学习附录相关内容,熟悉电路分析软件的基本使用方法。
三、设计要求及主要指标
1、采用二极管完成一个鉴频器的设计。
2、设计FM-AM变换电路。
3、输入调频波,观测鉴频器的输入、输出波形。
4、完成双端输出到单端输出的转换。
5、载波频率WO=2MHz;
载波信号的电压幅度Vm=4V;
调制信号频率Ω=50KHz;
调频指数mf=10;
四、设计步骤
1、原理分析
(1)调频波的数学表达式
设调制信号为VΩ=VΩmcosΩt,载波信号为v(t)=VmcosW0t,则载频波的表达式为:
(2)调频波解调电路(鉴频器)
鉴频器就是使输出信号的电压与输入信号频率相对应的电路。
在本实验中,选择调频—调幅调频变换型,这种类型是先通过线性网络把等幅的调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波然后用振幅检波器进行振幅鉴波。
原理框图如图4-1所示。
对于频率—振幅变换,在本实验中选用双失谐回路斜率鉴频器,此电路可以解决元器件的非线性原因引起的线性范围小的问题,具备电路失真较小,工作频带宽等优点,灵敏度也高于单失谐回路鉴频器。
其基本的仿真原理图如图4-2所示。
双失谐回路斜率鉴频器的鉴频特性曲线除了与两回路的幅度特性有关外,但主要取决于f01和f02的配置,若f01和f02的匹配恰当,两回路幅频特性曲线中的弯曲部分就可相互补偿,合成一条线性范围较大的鉴频特性曲线,否则,配置过大时,合成的鉴频特性曲线就会在f0附近出现弯曲;
过小时,合成的鉴频特性曲线线性范围就不能有效扩展,基本频率特性曲线如图4-3所示。
成对的失谐应该满足f01—f0=f0—f02,且两组调谐曲线形状应该尽量相同以扩大合成曲线的线性区域δf。
对于δf的选取,则应该满足FM信号的最大频偏在鉴频特性曲线的线性区域,即δf≥Δfm。
(3)包络检波器
检波电路是为将调频-调幅波检波,解调出原调制信号的二极管包络检波器,二极管包络检波器是利用二极管的单向导电性和检波器的负载的充放电过程实现检波,所以时间常数的选择很重要,时间常数过大会产生惰性失真;
常数太小,高频分量会滤不干净。
对于非线性器件,可选择常用的二极管D1N4148,而RC元件的的取值原则应满足下面几个条件。
时间常数τ=RC应满足RC>
>
1/W0,即即低通滤波器的时间常数应远远大于载波周期。
时间常数RC<
1/Ωmax,即低通滤波器的时间常数小于调制信号周期。
在工程上,当调幅指数比较小时,一般应用上满足ΩmaxRC≤0.75。
2、PSpice中FM信号源的选取
在本实验中,直接选取元件库中的FM信号源。
在PSpice的Source库中的VSFFM元件为单频调频波信号源。
其主要参数指标如下:
VOFF:
直流基准电压,现在设为0V;
VAMPL:
幅度电压,现在设置为4V;
FC:
载波信号频率,设置为1MHz;
MOD:
调制系数,设置为10;
FM:
被调制信号频率,现在设置为30KHz;
信号源的内阻为R1=20Ω。
3、双失谐回路斜率鉴频器元件参数选取
(1)对于两个谐振回路参数设置
两个谐振回路分别谐振于f01、f02,调频波(FM)的最大频偏可以求得为:
Δfm=Ω×
mf=50×
10=500KHz
因为要求δf≥Δfm,则有δf≥300KHz,为了计算方便,我们选δf=500KHz从而可得:
f01=f0+σf=2.7MHz
f01=f0_σf=1.3MHz
在本实验中,选取L1的值为10uH,L2=L3=0.5L1=5uH,则根据ωL=1/(ωC)计算可得:
C1=0.6949nF
C2=2.9977nF
2)检波电路参数设置
因为载频为f0=2MHz,Ω=50KHz。
我们首先选取R=1KΩ,对于电容值的选取应满足上述条件。
由ΩmaxRC≤0.75计算可得C≤15nF,当选取C=10nF时,计算可得到满足关系式1/ω0<
<
RC<
1/Ωmax(τ=RC=2×
10^-5s)
所以选取
R=1KΩC=10nF
4、FM解调部分电路图
图4-4FM解调部分电路图
图中FM信号通过两个线圈L1\L4分别耦合到右边上下两个失谐回中,同时也将各自电阻R4\R5耦合过去,由于为扩大双失谐回路合成鉴频曲线的线性范围,要求双失谐回路形状尽可能相似,即有载品质因子应尽可能相同,根据并联谐振回路有载品质因子计算公式:
由于两个回路中电感量一样,因此要求上下两个回路的电阻阻值应满足:
且若谐振回路的Q值过大,这合成鉴频曲线的线性范围较小,最后经过反复调整确定如图中所示阻值。
仿真可得到信号源V1的波形如图4-5所示。
图4-5调频波波形图
通过两个失谐的谐振回路后,将会转化为AM-FM信号,仿真结果如图4-6所示。
图4-6AM-FM信号波形
对于AM-FM信号,通过二极管包络检波后,将后输出与AM-FM信号包络一致的波形,即进行了解调。
仿真可得到最终输出信号的波形图如图4-7所示:
图4-7解调输出波形图
由图4-7可得到,解调输出基本为周期为30KHz的正弦波。
为了得到更为平滑的正弦波,在解调输出再加入一个低通滤波器,因为解调出来的调制信号频率为30KHz,所以在输出端加入一个截止频率为50KHz的RC低通滤波器即可。
因为RC的低通滤波器的截止频率为2πfc=1/RC,fc=70KHz,我们选取R=1KΩ,则计算可得的电容值为:
C=2.2736nF
最终形成到仿真原理图如图4-8所示:
图4-8加入选频网络后的FM解调部分电路图
通过仿真可得到输出的波形图如图4-9所示。
图4-9经过低通滤波器后的解调波形
5、差分输出转化为单端输出
由于以上分析的电路图的输出均为两端口的差分输出,在具体的应用中有一定的限制。
因此,通常会将差分输出转化为单端输出,对于差分与单端结构的转换可以利用线圈,也可以利用差分运算放大电路实现。
在本设计中,采用运算放大器进行转换。
设计中选取常用的线性运算放大器TL084(在PSpice的OPAMP元件库中),来设计差动放大器(注意:
TL084为双电压供电)。
关于差动放大器,主要是将反相、正相放大器结合起来,即可实现两个输入的差动放大电路,基本原理图如图4-10所示:
将变换网络加入到设计电路中,可以得到最终的仿真电路原理图如图4-11所示。
图4-11系统整体电路图
通过PSpice仿真,可得到输出的电压波形如图4-12所示。
五、实验总结
通过本次实验我理解和掌握FM鉴频器电路组成和工作原理以及FM鉴频器的各种性能指标并且进一步熟悉电路分析软件。
使我对通信电路的认识更深了一步。
当然在整个实验中也不是一番风顺的,不过在自己对题意的充分理解和同学的指导下总体来说这个实验还不是特别的困难,基本上能够自主完成!
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- 关 键 词:
- 通信 电路 实验