Multisim更新：振幅调制器+解调器（含仿真程序+文档+原理图+PCB）

前言

        继3年前设计的：Multisim：振幅调制器的设计（含仿真程序+文档+原理图+PCB），有读者表示已经不能满足新需求，需要加上新的解调器功能😂😂😂，鸽了很久这里便安排上。

提示：文底有资料获取方式，包含程序，文档，PCB，原理图

高频课程设计报告

题 目	振幅调制及解调器的设计
姓 名	不眠者科技
指导教师	XXX
学科专业	XXX
起止日期	2025/1/3

一、系统性能指标分析

1.、基本要求

(1) 实现基带信号的传输。基带信号定义为2kHz~10kHz的语音信号（实际测试过程可以用单频正弦波替代），要求接收端解调后的模拟信号波形无明显失真；
(2) 载波频率设置规则：
➢ 中心频率：f0=2.79MHz；（可调，详见下文设计）
➢ 载波频率误差：±0.05MHz，频率稳定度不低于10-3；
(3) 发送端调幅指数ma在30％~80％之间。输出负载50Ω，波谷Vpp>0.8V；
(4) 接收端输入阻抗50Ω，接收机灵敏度≤-30dBm(输入波形峰值≤10mVp)，仿真发射端与接收端级联时，可以采取下列电阻分压(信号无失真传输)方式(图中参数为示波器10:1衰减电路，仅供参考)：

图1-1示波器10:1衰减电路

发射端与接收端级联时的信号无失真传输参考电路(分压比10:1)
(5) 接收端通频带≤1MHz，负载电阻16Ω，Vpp>0.8V；
(6) 分块实现功能，要求每块的验证要完整；可部分级联或全部级联。

2、发挥部分

(1)在满足基本要求的前提下，实现收发级联;
(2)在满足基本要求的前提下，接收端的输入信号幅度越小越好;
(3)在满足基本要求的前提下，发送端的基带信号范围扩展到200Hz~20kHz;
(4)·设计一种语音信号接入方式，利用本系统可以传输真实的语音信号，并在接收端可以较好的恢复出该信号。

二、系统方案

2.1、功能框图

图2-1系统功能框图

        系统分为两部分，分别是发射机系统和接收机系统，发射机系统主要负责将信号进行调制、放大，并通过天线发送出去。其主要组成部分如下：
        系统分为两部分，分别是发射机系统和接收机系统，发射机系统主要负责将信号进行调制、放大，并通过天线发送出去。其主要组成部分如下：

1.信号输入

        这是发射机系统的起点，负责接收待发送的原始信号。

2.载波信号发生器

        载波信号是一个高频正弦波，用于携带待发送的信号。载波信号发生器负责生成这个高频正弦波。

3.乘法器

        乘法器将待发送的信号（已调制或未调制）与载波信号相乘，实现信号的调制。这一过程将低频信号（或基带信号）转换为高频信号，以便在无线信道中传输。

4.功率放大

        调制后的信号在传输前需要进行功率放大，以确保信号具有足够的强度，能够覆盖所需的通信距离。功率放大器负责完成这一任务。

5.射极跟随器

        射极跟随器通常用于提高电路的输入阻抗和降低输出阻抗，从而实现信号的缓冲和隔离。在发射机系统中，射极跟随器可能用于功率放大器之后，以提供稳定的输出信号，并减少信号在传输过程中的损失。

        接收机系统主要负责接收、放大和解调从发射机发送过来的信号，以恢复原始信息。其主要组成部分如下：

1.功率放大

        在接收机系统中，功率放大器用于放大接收到的微弱信号，以提高信号的信噪比和后续处理的准确性。

2.检波电路：

        检波电路负责从接收到的已调制信号中提取出原始信号（或称为基带信号）。这一过程是调制的逆过程，通常涉及信号的解调、滤波和放大等操作。

        整个系统通过发射机系统将信号调制、放大并发送出去，然后通过接收机系统接收、放大和解调信号，以恢复原始信息。发射机系统和接收机系统通过无线信道相互连接，共同实现了无线通信的功能。

2.2、数学模型

        所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。

设正弦载波为:

2.3、元器件的选择

        乘法器采用MC1496芯片，该MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图(a)(b)所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器，VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1～VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3 外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使） ，引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。

图2-2MC1496内部电路和引脚图

        调制信号是只来来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波，工作原理如图2.1。

图2-3标准调幅波产生原理框图

图2-4标准调幅波示意图

        由图2.3可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。

三、仿真设计

3.1、电路原理

3.1.1、载波发生器

图3-1载波发生器

如图3-1所示，载波发生器采用西勒振荡器，要实现振荡频率频率为

，设置C12=3nF，C15=1nF，C16=22pF，L4=100uH，通过调节电容C20值，改变频率大小，这里设置C20=100pF，设置为10.1%，从而使得频率为2.79MHz。

3.1.2、乘法器电路

图3-2乘法器电路

        乘法器电路采用MC1496典型电路（之前一直有人问怎么画，这次开放在这里），由于仿真软件中没有MC1496所以我们自己画了MC1494的内部电路图，做成一个芯片，如下图所示：

图3-3Multisim仿真MC1496内部电路

3.1.3、高频功放电路

        为了使得发出的信号符合发射的功率要求，采用功率放大电路对信号进行功率放大。

图3-4高频功放电路

3.1.4、仿真发射端与接收端级联电路

图3-5仿真发射端与接收端级联电路

        仿真发射端与接收端级联时，采取电阻分压(信号无失真传输)方式为10:1衰减电路，具体如图3-5所示。

3.1.5、包络检波电路

图3-6包络检波电路

        二极管包络检波电路仅用于对普通调幅波进行解调，其电路如图3-6所示。在二极管包络检波电路中，D为检波元件，C和R构成低通滤波器，当输入的已调波信号较大时，二极管D是断续工作的。当输入信号正半周时，二极管导通，对电容C充电；信号负半周和输入电压较小时，二极管截止，电容C对R放电。在R两端得到的电压包含的频率成分很多，经过电容C滤除高频部分，在输出端就可得到还原的低频信号。
        为实现发送端调幅指数ma在0％~100％调节，通过设计电路，调节滑动变阻器R29，实现发送端调幅指数的调节，具体电路如下图所示。

图3-7调幅指数ma在0％~100％调节

3.2、仿真软件

        Multisim是一款功能强大的电子电路仿真软件，由美国国家仪器（NI）公司开发。它提供了直观的图形界面和丰富的元器件库，使用户能够轻松设计、搭建和测试电路。通过Multisim，用户可以模拟电路的工作状态，进行参数分析、瞬态分析和频率响应分析等，从而优化电路设计。此外，它还支持虚拟仪器，如示波器、万用表等，便于用户实时监测电路性能。Multisim是电子工程师、学生和教师不可或缺的工具，极大地提高了电路设计和教学的效率。

3.3、仿真结果及分析

        静态工作点调测：无输入信号的情况下调节W,，使用万用表测得U1第1、4脚的电压差接近0V。(改变RW,可以使乘法器实现AM调制)

3.3.1、起振器

图3-8起振器输出频率为2.79MHz

输出峰峰值为894mV。

3.3.2、AM波形图

图3-9m=30%时的AM波形

        输出负载50Ω，波谷Vpp=2.057V>0.8V，此时，输出功率为61.7mW。

图3-10m=80%时的AM波形

输出负载50Ω，m=80%时，波谷Vpp=1.545V>0.8V，此时，输出功率为70.3mW。

图3-11m=30%接收机输入输出情况

图3-12m=80%接收机输入输出情况

图3-10和图3-11显示接收机输入输出情况，如图所示，红色波形为AM输出，蓝色波形为输出情况，可以看出通过接收机电路，能够较好的还原波形。
接收端输入阻抗50Ω，接收机灵敏度≤-30dBm(输入波形峰值≤10mVp)。

图3-13m=30%接收机输入情况

黄色为发射机输出波形，红色为接收机接收初始波形。当m=30%时，收机接收的波形峰值≤10mV。

图3-14m=80%接收机输入情况

黄色为发射机输出波形，红色为接收机接收初始波形。当m=80%时，收机接收的波形峰值≤10mV。
接收端通频带≤1MHz，负载电阻16Ω，Vpp>0.8V；

图3-15m=30%接收机输出情况

可以发现当输出趋近稳定时，负载电阻16Ω，m=30%接收机输出Vpp=1.717V>0.8V，满足系统要求。

图3-16m=80%接收机输出情况

可以发现当输出趋近稳定时，负载电阻16Ω，m=80%接收机输出Vpp=3.967V>0.8V，满足系统要求。

3.4、基带测试信号

图3-17设置基带测试信号

图3-18m=80%时的AM波形

输出负载50Ω，波谷Vpp=2.198V>0.8V，此时，输出功率为62.3mW。

图3-19m=80%接收机输入输出情况

通道B蓝色为接收机输入，通道A红色为接收机输出信号。可以发现当输出趋近稳定时，负载电阻16Ω，m=80%接收机输出Vpp=1.716V>0.8V，满足系统要求。

四、原理图及PCB设计

        原理图设计要求严格，它不仅是电路设计的初步构想，也是后续PCB布局和布线的核心参考。设计需保持清晰度和简洁性，使用标准符号和线条，避免复杂布局和过多交叉线，以提高可读性。同时，应采用模块化设计，将电路划分为特定功能模块，以提高设计的可维护性。标准电气和电子符号的使用，以及电源和地线管理的明确标识，对于确保设计的准确性和可读性至关重要。信号流向需通过箭头或其他标志明确表示，元件引脚和数值也需详细标注。此外，版本控制、注释和说明的添加，以及电磁兼容性的考虑，都是高质量原理图设计不可或缺的部分。设计完成后，应进行仔细的检查和审查，确保符合相关标准和规范。同时，使用适当的线宽、颜色以及保持原理图的整洁和有序，也是确保设计质量的重要要求。这些要素共同构成了高质量原理图设计的基础，为后续PCB设计的顺利进行和产品的可靠性提供有力保障。
        根据仿真结果，符合系统参数要求。通过对载波发生器、乘法器电路、高频功放电路、仿真发射端与接收端级联电路、包络检波电路等进行合并设计，如下图所示。

图3-20原理图设计

        PCB设计的核心在于综合考虑布局设计的合理性，确保组件按电路原理图和信号流向合理放置，高频信号路径短而直以减少损失和干扰，同时满足制造精度和散热需求；布线设计需使用宽短导线提高信号质量，避免环路以减少电磁干扰，并采用适当接地策略减少噪声；电源和接地设计需稳定且合理，以提高电路稳定性和可靠性；热设计需考虑散热需求，采用散热措施以提高电路可靠性和寿命；最后，根据设计文件制造原型板，并进行功能测试和性能测试，根据测试结果调整优化，以满足具体应用场景的高效、稳定和可靠运行要求。

图3-21PCB设计

五、结论

本系统成功实现了基带信号的传输与接收，且解调后的模拟信号波形无明显失真。载波频率稳定，调幅指数符合要求，输出负载与接收端输入阻抗均达到预定标准。通过仿真测试，验证了发射机与接收机的性能，包括起振器输出频率与波形、AM调制波形以及接收机输入输出情况。在接收端，系统能够较好地还原波形，且接收机灵敏度、通频带及负载电阻均满足设计要求。总体而言，本系统性能稳定，符合设计要求，能够在实际应用中实现可靠的无线通信。

六、参考文献

[1] 王卫东 《高频电子线路》电子工业出版社
[2] 谢自美 《电子线路设计 实验 测试》华中科技大学出版社
[3] 铃木宪次《高频电路设计与制作》科学出版社

七、获取压缩包资源

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