课程设计任务书
目 录
1 引言............................................................................................................................ 4
2 总体方案设计............................................................................................................ 4
3各部分电路设计设计................................................................................................. 5
3.1 U15信号产生单元........................................................................................... 5
3.2函数信号发生器............................................................................................... 5
3.3 U5调幅单元与解调单元................................................................................. 6
3.4 U11精密全波整流单元 ................................................................................... 9
3.5 U10开关电容滤波器单元............................................................................. 11
3.6同向比例放大器............................................................................................. 16 4 系统整流及检波整体设计...................................................................................... 18
4.1 信号产生单元的输出.................................................................................... 18
4.2函数信号发生器的输出................................................................................. 18
4.3 U5调幅单元的输出....................................................................................... 19
4.4 U11精密全波整流单元 ................................................................................. 19
4.5 U10开关电容滤波器单元 .................................................................................. 19
4.6同向比例放大器的输出................................................................................. 21
5系统调试及总结....................................................................................................... 22
参考文献...................................................................................................................... 22
1引言
此次设计用测控电路实验箱，设计一个简易的开关式相敏检波电路，本方案以开关式全波检波电路，与低通滤波器、放大电路等构成开关式相敏检波电路，利用了信号发生器的信号产生，调幅调制单元的调幅，开关式全波整流电路的整流、开关电容低通滤波器的滤波、放大电路放大、示波器观察等。
它的功能实现波形的幅度调制，全波整流，滤波，放大，解调等。
2 总体方案设计
图2-1 总体电路设计框图
总体程序设计图为如图2-1所示。
U15信号发生器：调节电位器1,2可以产生一个需要频率和幅值的正弦信号作为调制波。
函数信号发生器：用于输出一个频率和幅值可调的正弦波或矩形波或三角波波作为载波。
U5调幅单元电路：对调制信号进行调制。
U22开关式全波相敏检波电路：对Us双边带调幅波的整流后的信号波形进行开关相乘调制。
U18移相电桥：对输入信号进行移相。
U10开关电容低通滤波器：对信号进行二阶低通，高通，带通，带阻，全通滤波。
放大电路：把信号放大，使结果容易被处理及显示观察。
示波器：对输出信号进行显示和观察。
3 各部分电路设计
3.1 U15信号产生单元
1．打开实验箱上±5V、±12V直流电源。
2．把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）如图3-1 调制信号波形图。
图3-1 调制信号波形图
3.2函数信号发生器
调节实验箱上的函数信号发生器，使之输出频率为20KHz左右、幅值为4.0VP-P的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）图3-2 载波信号波形图
图3-2 载波信号波形图
3.3 U5调幅单元与解调单元
图3-3 调幅单元与解调单元
实验电路图如图3-3所示。 调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的幅度，使高频载波信号的振幅按调制信号变化。而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，单边带调制（SSB）信号。此实验主要涉及普通调幅（AM）及检波原理。
1．调幅波的观察
（1）把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的调制波输入端。
图3-4 调制波
（2）调节实验箱低的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz、幅值为4.0Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的载波输入端。在示波器上观测到图3-4所示的载波。
图3-4 载波
（3）“U5调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到图3-5所示的普通调幅（AM）波。
图3-5 普通调幅（AM）波
2．解调波的观察
（1） 在保持调幅波的基础上，将“U5调幅单元”的输出端接入“U6解调单元”的调幅波输 入端，把输入“U5调幅单元”的载波信号接入“U6解调单元”载波输入端。 （2）“U6解调单元”的输出端接入示波器的CH2，调节“U6解调单元”的电位器W1，观测到图3-6所示的普通解调波。
图3-6 普通解调波
3.4 U18移相器单元
实验电路图如图7-1所示。令Ui输入端的正弦信号为Um∠θ，则Uo=Um（∠θ—2arctgRwC），其中ω为信号的角频率，RW为电位器W的有效电阻值。因此当 改变电位器的阻值时，Uo将相对于Ui可以移相0~180度，移相过程中，幅值Um不变。
图3-7 移相电桥实验电路图
1打开直流稳压电源±12V电源开关
1． 调节信号发生器，使之输出fi=40KHz，4.0VP-P左右的正弦信号，接入“U18移相电桥单元”的输入端Ui。 2．
3-8移相电桥单元的输出
本单元的输入端Ui和输出端Uo分别接入示波器的CH1和CH2，调节电位器W，观测“Uo”端波形的移相情况。如图图3-9移相图形1， 图3-10移相图形2， 图3-11移相图形3
图3-9移相图形1
图3-10移相图形2
图3-11移相图形3
3.4 U22开关式全波相敏检波单元
图3-7 U22开关式全波相敏检波单元
1. 实验电路框图如图3-7 所示。Ui为高频载波信号输入端，R1，R2，N1构成过零比较器，对高频载波信号整形，N1输出开关控制信号（方波），控制开关场效应管的通断。NS为双边带调幅波输入端，R3，R4、R5，N2构成放大倍数受开关管Q控制的放大器，当UC为高电平时，放大器的放大倍数为-1；当UC为低电平时，放大器的放大倍数为+1。其对Us双边带调幅波的整流后的信号波形如图13-7所示。
2. 实验电路工作原理
将一个载波信号Vpp=3.34V频率为20.5KHZ的正弦波加入到“开关式全波相敏检波单元”的Ui端观察Ui和Uc
端的波形图为。
图3-10 开关全波相敏检波单元Ui和Uc端波形
1）将实验中双边带调幅波整流后的信号送入Us端观察Uc和Uo端的波形图如图
图3-10 开关全波相敏检波单元Us和Uc端波形
2）用示波器观察Us端和Uo端的波形，如图
3.5 U10开关电容滤波器单元
1. 集成滤波器MF10芯片简介
图3-11 开关电容滤波器实验电路图
集成滤波器MF10芯片内部框图及其引脚图如图3-11所示。 开关电容集成滤波器MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，依外部接法不同，可实现低通、高通、带通、带阻和全通等滤波特性。开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻和电容，其滤波频率仅由输入时钟频率fclk决定，通常时钟频率频率fclk应高于信号频率的50倍或100倍。其内部集成了两组MF5，两个MF5既可分别构成两个独立的二阶开关电容滤波器，又可级联成四阶开关电容滤波器。其内部框图及引脚图如图10-1所示，第4（17）脚为内部运放反相输入端INVA(INVB)；第5（16）脚为求和输入端SIA(SIB)；第1（20）脚为低通输出端LPA(LPB)；第2（19）脚为带通输出端BPA(BPB)；第3（18）脚为带阻/全通/高通输出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）脚为时钟输入端CLKA(CLKB)；第12脚用于设定时钟频率fBclk 与滤波器的频率f0的比值；当第12脚接高电平时 ，则 fclk/ f0=50 ；接地时,fclk/ f0=100，只要在时钟输入端CLKA(CLKB)控制输入的时钟频率，就可以改变滤波频率，这 样可以实现滤波频率的数字控制。滤波器的Q值通过外接电阻设定。
2. 实验测试步骤
（1）打开直流稳压电源±5V电源开关。
（2）时钟信号的观察 把“U10 开关电容滤波器”单元的“时钟信号”端接入示波器，观察时钟信号的波形如图3-12时钟信号波形图所示。
图3-12 时钟信号波形图
（3）调节信号发生器，使之输出频率为1KHZ，幅值Vp-p=4KHZ的正弦信号，接入输入端，输出端接示波器，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-13 低通滤波器输出波形图，图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图，图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图，图3-16 1KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图所示。
图3-13 1KHZ低通滤波器输出波形图
图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图
图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图
图3-16 1KHZ带阻滤波器输出波形图
图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图
（4） 改变输入信号的频率当频率为2KHZ时，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图，图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图，图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图，图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图所示。
图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图
图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图
图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图
图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图
图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图
4 系统整流及检波整体设计
4.1 信号产生单元的输出
频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，用示波器观察其波形输出如图4-1调制波信号波形图，接入“U5幅度调制单元”的调制波输入端。
图4-1 调制波信号波形图
4.2 函数信号发生器的输出
频率为20KHz左右（由于精密全波整流电路在高频时严重失真，且载波信号频率必须至少大于调制波频率的10倍，因此，综合考虑下，选择载波信号频率为20KHz）幅值为4.0VP-P的正弦波信号如图4-2所示的载波信号波形图，接入“U5调幅单元”的载波输入端。
图4-2 载波信号波形图
4.3 U5调幅单元的输出
U5调幅单元的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图图4-3调幅波输出波形图所示的普通调幅（AM）波。
图4-3 调幅波输出波形图
4.4 移相器单元
把载波信号(正弦波)通过移相器的Ui端，观察移相器输出波形
图4-4 移相器单元输出波形图
4.5 U22开关式全波相敏检波单元
连接“U18移相器单元”的U0端与“U22开关式全波相敏检波单元”（通过短路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，将“U5幅度调制单元”的“调幅波输出”端接入“U22开关式全波相敏检波单元”的Us端（即把双边带调幅（DSB）波导入到开关式全波相敏检波单元）。用虚拟示波器观测U22U22开关式全波相敏检波单元的输出信号
图4-5 U22开关式全波相敏检波单元的输出波形
4.6 U10开关电容滤波器单元
连接“U22开关式全波相敏检波单元”的U0端与“U10开关电容滤波器单元”（通过短 路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，用虚拟示波器同时观测“U5幅度调制单元”的“调制信号输入”端的调制波及“U10开关电容滤波器单元”的“输出”端的解调信号。
图4-6 开关电容滤波器单元输出与调制信号波形
5 系统调试及总结
这次课程设计老师给我们安排了两个星期的时间，可以说是比较充裕的。虽然如此，我还是很用心的做设计程序，刚拿到题目，感觉太简单了，这些知识以前都接触过，很容易，结果做实验时单个模块很容易做，到综合实验时却怎么也做不出来，调试真的很难得出和要求的一样的结果，特别是精密全波整流电路。最后单个试验这一模块，找到其规律，才终于成功了，很不容易。
参考文献：
[1] 张国雄，李醒飞．测控电路[M] .北京：机械工业出版社，2011.
[2] THZTL-1测控电路综合试验箱实验指导书.
课程设计任务书
目 录
1 引言............................................................................................................................ 4
2 总体方案设计............................................................................................................ 4
3各部分电路设计设计................................................................................................. 5
3.1 U15信号产生单元........................................................................................... 5
3.2函数信号发生器............................................................................................... 5
3.3 U5调幅单元与解调单元................................................................................. 6
3.4 U11精密全波整流单元 ................................................................................... 9
3.5 U10开关电容滤波器单元............................................................................. 11
3.6同向比例放大器............................................................................................. 16 4 系统整流及检波整体设计...................................................................................... 18
4.1 信号产生单元的输出.................................................................................... 18
4.2函数信号发生器的输出................................................................................. 18
4.3 U5调幅单元的输出....................................................................................... 19
4.4 U11精密全波整流单元 ................................................................................. 19
4.5 U10开关电容滤波器单元 .................................................................................. 19
4.6同向比例放大器的输出................................................................................. 21
5系统调试及总结....................................................................................................... 22
参考文献...................................................................................................................... 22
1引言
此次设计用测控电路实验箱，设计一个简易的开关式相敏检波电路，本方案以开关式全波检波电路，与低通滤波器、放大电路等构成开关式相敏检波电路，利用了信号发生器的信号产生，调幅调制单元的调幅，开关式全波整流电路的整流、开关电容低通滤波器的滤波、放大电路放大、示波器观察等。
它的功能实现波形的幅度调制，全波整流，滤波，放大，解调等。
2 总体方案设计
图2-1 总体电路设计框图
总体程序设计图为如图2-1所示。
U15信号发生器：调节电位器1,2可以产生一个需要频率和幅值的正弦信号作为调制波。
函数信号发生器：用于输出一个频率和幅值可调的正弦波或矩形波或三角波波作为载波。
U5调幅单元电路：对调制信号进行调制。
U22开关式全波相敏检波电路：对Us双边带调幅波的整流后的信号波形进行开关相乘调制。
U18移相电桥：对输入信号进行移相。
U10开关电容低通滤波器：对信号进行二阶低通，高通，带通，带阻，全通滤波。
放大电路：把信号放大，使结果容易被处理及显示观察。
示波器：对输出信号进行显示和观察。
3 各部分电路设计
3.1 U15信号产生单元
1．打开实验箱上±5V、±12V直流电源。
2．把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）如图3-1 调制信号波形图。
图3-1 调制信号波形图
3.2函数信号发生器
调节实验箱上的函数信号发生器，使之输出频率为20KHz左右、幅值为4.0VP-P的正弦波信号（用示波器观察其波形输出）图3-2 载波信号波形图
图3-2 载波信号波形图
3.3 U5调幅单元与解调单元
图3-3 调幅单元与解调单元
实验电路图如图3-3所示。 调幅就是用低频调制信号去控制高频载波信号的幅度，使高频载波信号的振幅按调制信号变化。而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，单边带调制（SSB）信号。此实验主要涉及普通调幅（AM）及检波原理。
1．调幅波的观察
（1）把“U15信号产生单元”短路帽JP1,JP2拨到“VCC”方向，调节此单元的电位器（电位器RP2调节信号幅度，电位器RP1调节信号频率），使之输出频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的调制波输入端。
图3-4 调制波
（2）调节实验箱低的函数信号发生器，使之输出频率为100KHz、幅值为4.0Vp-p的正弦波信号，接入“U5调幅单元”的载波输入端。在示波器上观测到图3-4所示的载波。
图3-4 载波
（3）“U5调幅单元”的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到图3-5所示的普通调幅（AM）波。
图3-5 普通调幅（AM）波
2．解调波的观察
（1） 在保持调幅波的基础上，将“U5调幅单元”的输出端接入“U6解调单元”的调幅波输 入端，把输入“U5调幅单元”的载波信号接入“U6解调单元”载波输入端。 （2）“U6解调单元”的输出端接入示波器的CH2，调节“U6解调单元”的电位器W1，观测到图3-6所示的普通解调波。
图3-6 普通解调波
3.4 U18移相器单元
实验电路图如图7-1所示。令Ui输入端的正弦信号为Um∠θ，则Uo=Um（∠θ—2arctgRwC），其中ω为信号的角频率，RW为电位器W的有效电阻值。因此当 改变电位器的阻值时，Uo将相对于Ui可以移相0~180度，移相过程中，幅值Um不变。
图3-7 移相电桥实验电路图
1打开直流稳压电源±12V电源开关
1． 调节信号发生器，使之输出fi=40KHz，4.0VP-P左右的正弦信号，接入“U18移相电桥单元”的输入端Ui。 2．
3-8移相电桥单元的输出
本单元的输入端Ui和输出端Uo分别接入示波器的CH1和CH2，调节电位器W，观测“Uo”端波形的移相情况。如图图3-9移相图形1， 图3-10移相图形2， 图3-11移相图形3
图3-9移相图形1
图3-10移相图形2
图3-11移相图形3
3.4 U22开关式全波相敏检波单元
图3-7 U22开关式全波相敏检波单元
1. 实验电路框图如图3-7 所示。Ui为高频载波信号输入端，R1，R2，N1构成过零比较器，对高频载波信号整形，N1输出开关控制信号（方波），控制开关场效应管的通断。NS为双边带调幅波输入端，R3，R4、R5，N2构成放大倍数受开关管Q控制的放大器，当UC为高电平时，放大器的放大倍数为-1；当UC为低电平时，放大器的放大倍数为+1。其对Us双边带调幅波的整流后的信号波形如图13-7所示。
2. 实验电路工作原理
将一个载波信号Vpp=3.34V频率为20.5KHZ的正弦波加入到“开关式全波相敏检波单元”的Ui端观察Ui和Uc
端的波形图为。
图3-10 开关全波相敏检波单元Ui和Uc端波形
1）将实验中双边带调幅波整流后的信号送入Us端观察Uc和Uo端的波形图如图
图3-10 开关全波相敏检波单元Us和Uc端波形
2）用示波器观察Us端和Uo端的波形，如图
3.5 U10开关电容滤波器单元
1. 集成滤波器MF10芯片简介
图3-11 开关电容滤波器实验电路图
集成滤波器MF10芯片内部框图及其引脚图如图3-11所示。 开关电容集成滤波器MF10是一种通用型开关电容滤波器集成电路，依外部接法不同，可实现低通、高通、带通、带阻和全通等滤波特性。开关电容集成滤波器无需外接决定滤波频率的电阻和电容，其滤波频率仅由输入时钟频率fclk决定，通常时钟频率频率fclk应高于信号频率的50倍或100倍。其内部集成了两组MF5，两个MF5既可分别构成两个独立的二阶开关电容滤波器，又可级联成四阶开关电容滤波器。其内部框图及引脚图如图10-1所示，第4（17）脚为内部运放反相输入端INVA(INVB)；第5（16）脚为求和输入端SIA(SIB)；第1（20）脚为低通输出端LPA(LPB)；第2（19）脚为带通输出端BPA(BPB)；第3（18）脚为带阻/全通/高通输出端N/AP/ HPA(N/AP/HPB)，第10（11）脚为时钟输入端CLKA(CLKB)；第12脚用于设定时钟频率fBclk 与滤波器的频率f0的比值；当第12脚接高电平时 ，则 fclk/ f0=50 ；接地时,fclk/ f0=100，只要在时钟输入端CLKA(CLKB)控制输入的时钟频率，就可以改变滤波频率，这 样可以实现滤波频率的数字控制。滤波器的Q值通过外接电阻设定。
2. 实验测试步骤
（1）打开直流稳压电源±5V电源开关。
（2）时钟信号的观察 把“U10 开关电容滤波器”单元的“时钟信号”端接入示波器，观察时钟信号的波形如图3-12时钟信号波形图所示。
图3-12 时钟信号波形图
（3）调节信号发生器，使之输出频率为1KHZ，幅值Vp-p=4KHZ的正弦信号，接入输入端，输出端接示波器，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-13 低通滤波器输出波形图，图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图，图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图，图3-16 1KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图所示。
图3-13 1KHZ低通滤波器输出波形图
图3-14 1KHZ高通滤波器输出波形图
图3-15 1KHZ带通滤波器输出波形图
图3-16 1KHZ带阻滤波器输出波形图
图3-17 1KHZ 全通滤波器输出波形图
（4） 改变输入信号的频率当频率为2KHZ时，通过切换短路帽分别接成二阶低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，用示波器同时观察输入信号与输出信号波形分别如图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图，图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图，图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图，图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图及图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图所示。
图3-18 2KHZ低通滤波器输出波形图
图3-19 2KHZ高通滤波器输出波形图
图3-20 2KHZ带通滤波器输出波形图
图3-21 2KHZ 带阻滤波器输出波形图
图3-22 2KHZ 全通滤波器输出波形图
4 系统整流及检波整体设计
4.1 信号产生单元的输出
频率为1.3KHz、幅值为1Vp-p的正弦波信号，用示波器观察其波形输出如图4-1调制波信号波形图，接入“U5幅度调制单元”的调制波输入端。
图4-1 调制波信号波形图
4.2 函数信号发生器的输出
频率为20KHz左右（由于精密全波整流电路在高频时严重失真，且载波信号频率必须至少大于调制波频率的10倍，因此，综合考虑下，选择载波信号频率为20KHz）幅值为4.0VP-P的正弦波信号如图4-2所示的载波信号波形图，接入“U5调幅单元”的载波输入端。
图4-2 载波信号波形图
4.3 U5调幅单元的输出
U5调幅单元的输出端接入示波器CH1，调节“U5调幅单元”的电位器W，在示波器上观测到如图图4-3调幅波输出波形图所示的普通调幅（AM）波。
图4-3 调幅波输出波形图
4.4 移相器单元
把载波信号(正弦波)通过移相器的Ui端，观察移相器输出波形
图4-4 移相器单元输出波形图
4.5 U22开关式全波相敏检波单元
连接“U18移相器单元”的U0端与“U22开关式全波相敏检波单元”（通过短路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，将“U5幅度调制单元”的“调幅波输出”端接入“U22开关式全波相敏检波单元”的Us端（即把双边带调幅（DSB）波导入到开关式全波相敏检波单元）。用虚拟示波器观测U22U22开关式全波相敏检波单元的输出信号
图4-5 U22开关式全波相敏检波单元的输出波形
4.6 U10开关电容滤波器单元
连接“U22开关式全波相敏检波单元”的U0端与“U10开关电容滤波器单元”（通过短 路帽切换成低通滤波器）的“输入”端，用虚拟示波器同时观测“U5幅度调制单元”的“调制信号输入”端的调制波及“U10开关电容滤波器单元”的“输出”端的解调信号。
图4-6 开关电容滤波器单元输出与调制信号波形
5 系统调试及总结
这次课程设计老师给我们安排了两个星期的时间，可以说是比较充裕的。虽然如此，我还是很用心的做设计程序，刚拿到题目，感觉太简单了，这些知识以前都接触过，很容易，结果做实验时单个模块很容易做，到综合实验时却怎么也做不出来，调试真的很难得出和要求的一样的结果，特别是精密全波整流电路。最后单个试验这一模块，找到其规律，才终于成功了，很不容易。
参考文献：
[1] 张国雄，李醒飞．测控电路[M] .北京：机械工业出版社，2011.
[2] THZTL-1测控电路综合试验箱实验指导书.