高頻幅度調(diào)制器.doc

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 幅度調(diào)制器 系 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 賀 騰 指導(dǎo)教師：張松華 職稱(chēng) 講師 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子0804 完成時(shí)間： 2010-12 課程設(shè)課題任務(wù)書(shū)系：電氣與信息工程系 專(zhuān)業(yè)：電子信息工程 指導(dǎo)教師張松華學(xué)生姓名賀騰課題名稱(chēng)幅度調(diào)制器內(nèi)容跟器材內(nèi)容：主要利用MC1496設(shè)計(jì)幅度調(diào)制器實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備： 高頻信號(hào)發(fā)生器 1臺(tái) 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 1臺(tái) 無(wú)感起子 1把 數(shù)字萬(wàn)用表 1臺(tái) 12V直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)-12V直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)要求和技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)和要求載波頻率：10MHz調(diào)制信號(hào)：1kHz電源電壓：直流12V整機(jī)靜態(tài)工作電流：100mA靈敏度為。能夠成功的仿真出理想的效果。工作頻率，輸出功率，效率摘要在當(dāng)今時(shí)代，電子科技已經(jīng)十分發(fā)達(dá)，而通信和廣播等領(lǐng)域也隨之高速發(fā)展。有時(shí)為了提高通信質(zhì)量和處理信號(hào)方便，需要在將語(yǔ)音、圖象等有用信息經(jīng)過(guò)調(diào)幅后再發(fā)送出去，這就無(wú)疑需要一種振幅調(diào)制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)介紹一種簡(jiǎn)易的振幅調(diào)制電路，該電路的載波由高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)放大后和調(diào)制信號(hào)經(jīng)乘法器后，輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，輸出的雙邊帶調(diào)輻波與放大后的載波再經(jīng)過(guò)相加器后，即可產(chǎn)生普通調(diào)幅波，本電路的設(shè)計(jì)思路十分清晰，原理較為易懂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，使用起來(lái)方便、穩(wěn)定且實(shí)用價(jià)值較高。而本次設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是熟練掌握集成電路模擬乘法器的應(yīng)用，掌握MC1496的及泵原理及其構(gòu)成的振幅調(diào)制等電路的工作特點(diǎn)以及工作狀態(tài)的調(diào)整方法。同時(shí)本次課程設(shè)用到有protel99，以及仿真軟件Multisum，因此課程設(shè)計(jì)的過(guò)程也是對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)了的軟件的實(shí)踐的過(guò)程！課題所涉及的范圍及理論意義。本次設(shè)計(jì)主要涉及模擬電子線路中的放大器工作原理、通信電子線路中高頻功率放大器的工作原理，以及對(duì)振幅的普通調(diào)制和雙邊帶調(diào)制原理。除此之外，本課題還涉及到電子領(lǐng)域中一些比較基礎(chǔ)的概念，例如：乘法器、加法器、選頻網(wǎng)絡(luò)等等。其理論意義十分廣泛且重要，涉及方面廣，而且對(duì)電路基礎(chǔ)、模擬電子線路、通信電子線路中的一些基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)是一次全面的復(fù)習(xí)。同時(shí)也將理論知識(shí)應(yīng)用到設(shè)與計(jì)與實(shí)踐中。關(guān)鍵詞：高頻；載波；幅度調(diào)制；multisim ; protel99 目錄 第一章：緒論41.1 幅度調(diào)制的作用41.2 設(shè)計(jì)目的 4第二章 振幅調(diào)制 5 2.1 基本原理 5 2.2 集成模擬乘法器MC1496 5 2.3 幅度調(diào)制 6第三章：方案以及電路圖73.1 設(shè)計(jì)方案73.2 幅度調(diào)制器原理圖. 9第四章：實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及仿真114.1 仿真軟件Multisum114.2 電路結(jié)果及仿真電路圖11實(shí)驗(yàn)心得14參考文獻(xiàn)15附錄16第一章：緒論1.1 幅度調(diào)制的作用在無(wú)線電技術(shù)中，調(diào)制與解調(diào)占有十分重要的地位。假如沒(méi)有調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，就沒(méi)有無(wú)線電通信，沒(méi)有廣播和電視，也沒(méi)有今天的 BP 尋呼、手持電話(huà)、傳真、電腦通信及 Internet 國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。 幅度調(diào)制就是使一個(gè)信號(hào)（如光、高頻電磁振蕩等）的振幅按照另一個(gè)欲傳輸?shù)男盘?hào)（如聲音、圖像等）的特點(diǎn)變化的過(guò)程 按照被調(diào)制信號(hào)參數(shù)的不同，調(diào)制的方式也不同。如果被控制的參數(shù)是高頻振蕩的幅度，則稱(chēng)這種調(diào)制方式為幅度調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅調(diào)制在無(wú)線電發(fā)信機(jī)中應(yīng)用最廣.高頻振蕩器負(fù)責(zé)產(chǎn)生載波信號(hào)，把要傳送的信號(hào)與高頻振蕩信號(hào)一起送入調(diào)制器后，高頻振蕩被調(diào)制，經(jīng)放大后由天線以電磁波的形式輻射出去。1.2 設(shè)計(jì)目的u 掌握用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波 調(diào)幅、抑止載波雙邊帶調(diào)幅 的方法。研究已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)以及載波信號(hào)的關(guān)系。u 掌握調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量與計(jì)算方法。u 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比全載波調(diào)幅、抑止載波雙邊帶調(diào)幅波形。u 了解并掌握模擬乘法器（MC1496）的工作原理，掌握調(diào)整與測(cè)量其特性參數(shù)的方法u 熟悉并鞏固protel軟件畫(huà)原理圖，PCB圖以及Multisum仿真軟件進(jìn)行仿真，獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)一定功能的電子電路，以及仿真和調(diào)試等的綜合能力。第二章 振幅調(diào)制 2.1.基本原理：幅度調(diào)制就是載波的振幅（包絡(luò)）隨調(diào)制信號(hào)的參數(shù)變化而變化。本實(shí)驗(yàn)中載波是由實(shí)驗(yàn)箱的高頻信號(hào)源產(chǎn)生的10MHz高頻信號(hào)，利用DDS信號(hào)發(fā)生器輸出1KHz的低頻信號(hào)為調(diào)制信號(hào)。振幅調(diào)制器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)的裝置。2.2集成模擬乘法器MC1496(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及圖形在本設(shè)計(jì)中采用集成模擬乘法器MC1496來(lái)完成調(diào)幅作用，圖1-1為1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個(gè)四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動(dòng)對(duì)由V1V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源又組成一對(duì)差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，載波信號(hào)加在V1V4的輸入端，即引腳的、之間；調(diào)制信號(hào)加在差動(dòng)放大器V5、V6的輸入端，即引腳的、之間，、腳外接1K電位器，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，已調(diào)制信號(hào)取自雙差動(dòng)放大器的兩集電極（即引出腳、之間）輸出。圖1-1 MC1496內(nèi)部電路圖用1496集成電路構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如圖1-1所示，器件采用雙電源供電方式（12V，12V），電阻R29、R30、R31、R32、R52為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部的各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)。調(diào)幅波解調(diào)方法主要有二極管峰值包絡(luò)檢波器，同步檢波器。本實(shí)驗(yàn)板上主要完成二極管包絡(luò)檢波。二極管包絡(luò)檢波器主要用于解調(diào)含有較大載波分量的大信號(hào)，它具有電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)電路如圖4-3所示，主要由二極管D7及RC低通濾波器組成，利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢波.所以RC時(shí)間常數(shù)的選擇很重要，RC時(shí)間常數(shù)過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真又稱(chēng)惰性失真。RC常數(shù)太小，高頻分量會(huì)濾不干凈.綜合考慮要求滿(mǎn)足下式： 其中：m為調(diào)幅系數(shù)， 為調(diào)制信號(hào)最高角頻率。當(dāng)檢波器的直流負(fù)載電阻R與交流音頻負(fù)載電阻R不相等，而且調(diào)幅度 又相當(dāng)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)峰切割失真（又稱(chēng)底邊切割失真），為了保證不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真應(yīng)滿(mǎn) 。(2)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖1-1所示的內(nèi)部電路，在應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系： V8 = V10 V1 = V4 V6 = V12 15V （V6- V8） 2V （1-1） 15V (V8- V1 ) 2.7V （1-2） 15V （V1- V4） 2.7V （1-3）2.3.幅度調(diào)制 振幅調(diào)制就是使載波信號(hào)的振幅隨信號(hào)的變化規(guī)律而變化的技術(shù)。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為低頻信號(hào)。幅度調(diào)制也是是正弦波或脈沖序列的幅度隨調(diào)制信號(hào)線形變化的過(guò)程。調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為： 第三章：設(shè)計(jì)方案以及電路圖3.1 設(shè)計(jì)方案高頻信號(hào)發(fā)生器高頻功率放大器乘法器低頻信號(hào)發(fā)生器調(diào)幅波1、整體方案分析 本課題的原理框圖（21）如下： 圖2-1 原理圖載波由高頻信號(hào)源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過(guò)高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號(hào)由低頻信號(hào)源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過(guò)乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波，工作原理如圖2-1。圖2-2 雙邊帶調(diào)幅波產(chǎn)生原理框圖若在輸出端添加一個(gè)相加器，將雙邊帶調(diào)幅波和一個(gè)幅度適當(dāng)?shù)妮d波相加，便可得到標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波，如圖3。 圖2-3 普通調(diào)幅波的產(chǎn)生原理框圖2、部分電路方案分析 （1）放大部分方案分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，放大部分需要由丙類(lèi)放大器才能滿(mǎn)足其技術(shù)指標(biāo)，原理框圖如圖4。第一級(jí)由甲類(lèi)放大器進(jìn)行輸入信號(hào)的第一級(jí)放大，第二級(jí)采用丙類(lèi)放大，其最大優(yōu)點(diǎn)是效率比較高。如圖4。圖2-4 功率放大器的原理框圖 （2）調(diào)幅電路的方案分析 方案一：采用模擬集成運(yùn)放構(gòu)成的加法器時(shí)，由于輸入的是頻率高的信號(hào)，因此這要就導(dǎo)致輸出的波形會(huì)嚴(yán)重失真，而且電路極其不穩(wěn)定，故舍棄此方案。方案二：乘法器、加法器部分直接采用集成乘法器和集成的加法器，其優(yōu)點(diǎn)是效率較高而且輸出穩(wěn)定，此方案可行，故選擇此方案 經(jīng)放大后的載波與調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器MC1496后，可觀察到雙邊帶的調(diào)幅波。其表達(dá)式為： （2-6）其中,可變電阻RP是用來(lái)抑制載波信號(hào)的,若要得到雙邊帶調(diào)幅波,在調(diào)制信號(hào)為0的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)RP，使輸出端的載波信號(hào)電壓值為0V，然后再加上調(diào)制信號(hào)，此時(shí)輸出的則是抑制載波的雙邊帶調(diào)幅。而標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的工作原理：調(diào)節(jié)RP，使其不抑制載波信號(hào)，在調(diào)制信號(hào)為0的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)RP，使輸出端有載波信號(hào)電壓輸出，其幅值可根據(jù)需要而自行調(diào)節(jié)，而本電路中，將輸出端的載波信號(hào)幅度調(diào)成為6V。然后再加上調(diào)制信號(hào)，經(jīng)乘法器后，輸出有載波的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波。其表達(dá)式為： （2-7） 式中的 稱(chēng)為調(diào)幅系數(shù)，亦稱(chēng)做調(diào)幅度 。（3）電路的主要器件選擇與參數(shù)計(jì)算設(shè)調(diào)幅度為0.5，載波的幅值為=6V, ，將估算成0.6時(shí)，=5V。低頻調(diào)制信號(hào)取幅值為5V，頻率為3KHz。為了方便的觀察波形，將其衰減系數(shù)設(shè)置為0.1V/V。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波波形如圖2-6。 圖2-8 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波波形圖3.2幅度調(diào)制器原理圖. 1、 由集成模擬模擬乘法器構(gòu)成的幅度調(diào)制器的原理圖如圖29所示： 其中載波信號(hào)VC經(jīng)高頻耦合電容C2從10腳輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳交流接地；調(diào)制信號(hào)V1經(jīng)低頻耦合電容C1從1腳輸入, C4為低頻旁路電容,是4腳交流接地。調(diào)幅信號(hào)V0從12腳單端輸出。采用雙電源供電方式，所以5腳接地。3腳和2腳間接接入反饋電阻RE,以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)V1的線性動(dòng)態(tài)范圍，RE增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。 電阻R6 ，R7 ，R8 及R10，R11提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的晶體管工作在放大狀態(tài)。 圖2-9 MC1496構(gòu)成的幅度調(diào)制電路原理圖第四章：實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及仿真4.1仿真軟件Multisum Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及仿真電路圖1 輸入載波信號(hào)為10MHZ圖3-1輸入載波信號(hào)為10MHZ2 輸入載波信號(hào)為1KHZ3 進(jìn)行Multisum仿真電路圖3-3進(jìn)行Multisum仿真電路4 測(cè)調(diào)制器電路靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)應(yīng)使本振信號(hào)V0=0.先測(cè)MC1496五角的電壓Vs，調(diào)整R5的值，是V5R5=I0；然后測(cè)量各點(diǎn)靜態(tài)工作電壓，其值應(yīng)與設(shè)計(jì)值大致相同。加本 振電壓v0=100mV，使調(diào)制電壓v=0，調(diào)節(jié)RP3使mc1496輸出信號(hào)為最小值，再使v=100mV，這時(shí)測(cè)得的輸出波形應(yīng)為載波被抑制的雙邊帶信號(hào)波形，在調(diào)節(jié)RP3使輸出波形為ma=50%的調(diào)幅波，如圖所示： 圖3-4調(diào)幅波 實(shí)驗(yàn)心得 通課程設(shè)計(jì)，深深的體會(huì)出將平時(shí)所學(xué)的本領(lǐng)知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)際中是一件十分困難的事情，但經(jīng)過(guò)努力拼搏和勤奮思考后，成功的喜悅更是令人興奮得難以忘懷。在以往的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中，大部分電路都是已給定的，而本次課題是通過(guò)自己所學(xué)，自行設(shè)計(jì)一個(gè)電路，給我的感觸頗深。而通信電子線路與模擬電子線路有著很大的差異與區(qū)別，在設(shè)計(jì)之初，通過(guò)計(jì)算得到的參數(shù)與最終確定的參數(shù)相差很大，而起決定性因素的并不是計(jì)算，而是通過(guò)定性分析，估算后，對(duì)電路的調(diào)整，這也讓我深深的明白了通電子電路的這個(gè)特點(diǎn)，這同時(shí)也是通信電子線路與模擬電子線路之間所存在最大的差異與區(qū)別。這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)，不僅僅是一次考驗(yàn)，也是一次挑戰(zhàn)，同時(shí)還是對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)一次全面的回顧與總結(jié)。使我全面復(fù)習(xí)了本學(xué)期所學(xué)的有關(guān)通信電子線路的知識(shí)的同時(shí)，還鍛煉了我的意志品質(zhì)，當(dāng)調(diào)整電路無(wú)數(shù)次失敗時(shí)，并沒(méi)有使我灰心，讓我放棄，而是通過(guò)自己不懈的努力，弄懂了這部分知識(shí)。使我更熟練的掌握Protel 99制板的過(guò)程和某些技巧，也在動(dòng)手技能方面有了很大進(jìn)步，更認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)的重要性，本次設(shè)計(jì)還用到了仿真軟件Proteus和EWB 以及PS畫(huà)圖工具。在畫(huà)PCB的時(shí)候，布線是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，如果你布線整齊、布局合理美觀就給別人留下了好的第一感覺(jué)。在這一點(diǎn)上本作品本人自己覺(jué)得還可以，但肯定還有需要學(xué)習(xí)的地方，望老師和同學(xué)提出指正。我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因?yàn)闆](méi)有動(dòng)手實(shí)踐過(guò)吧！認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故一個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們的作用是如此之大?？偠灾ㄟ^(guò)這次的實(shí)際操作讓我學(xué)到了很多是從書(shū)本上所學(xué)不到的，這將對(duì)我終身有益！我和組員一起團(tuán)結(jié),互相學(xué)習(xí),互相幫助,分工合作,有秩序且高效的按時(shí)按量的完成了老師交給我們的任務(wù),這是我們?cè)诖髮W(xué)的第二次課題設(shè)計(jì),汲取了第一次的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，雖依然存在很多不足，但比上次進(jìn)步了許多，特別是有老師的精心制導(dǎo)，我才能夠比較好的完成了這次課題設(shè)計(jì)，謝謝！同時(shí)我也感謝我的組員由于你們的努力和辛勤的付出我們的設(shè)計(jì)才能提前完成 參考文獻(xiàn)1.謝沅清,鄧鋼.通信電子線路. M北京:電子工業(yè)出版社,2007年。2.李秀人.電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo). M北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006年