AM調制課程設計

1、AM調制器的設計目 錄一、引言 1二、方案論證 2（1）設計要求 2（2）方案結構 2（3）方案選擇 3（4）選用的芯片介紹 3三、振幅調制產(chǎn)生原理 4四、模擬乘法器振幅調制原理 5五、調幅電路方案分析 6（1）標準調幅波（AM）產(chǎn)生原理 6（2）普通調幅波標準波形及失真波形 7（3）AM調制器原理圖9（4）實驗電路分析 9六、總結 10七、附錄 1112一、引言調幅電路又稱幅度調制電路，是指能使高頻載波信號的幅度隨調制信號（通常是音頻）的規(guī)律而變化的調制電路。幅度調制電路有多種電路型式，現(xiàn)介紹一種簡易的振幅調制電路，該電路的載波由高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)放大后和調制信號經(jīng)乘法器后，輸出抑制載波

2、的雙邊帶調幅波，輸出的雙邊帶調輻波與放大后的載波再經(jīng)過相加器后，即可產(chǎn)生普通調幅波。本課題其理論意義十分廣泛且重要，涉及方面廣，而且對電路基礎、模擬電子線路、通信電子線路中的一些基礎知識要求較高，對以往學過的知識是一次全面的復習，同時也將理論知識應用到實踐中。用待傳輸出的基帶信號去改變高頻載波信號的振幅，稱為調幅。在有關的非線性電子線路中，普通調幅波電路大多采用高電平調幅形式調幅電路，而抑制載波的雙邊帶調幅電路采用低電平調幅的形式，兩種形式的電路是分裂開來進行分析。即在許多文獻中，只對調幅系數(shù)Ma1 時的各項參數(shù)進行分析，而對于普通調幅波當調幅系數(shù)Ma1 時，認為調制波形產(chǎn)生嚴重失真。這是由于

3、采用了高電平調幅電路，在這類電路中，為了提高效率，往往采用工作在乙類或丙類狀態(tài)的基極或集電極調幅電路，此時調制器只是在載波信號和調制信號均為正值時能完成乘法運算。而采用四象限模擬相乘器低電平調幅電路，能夠實現(xiàn)為任意值的調幅，結論證明，調幅系數(shù)為任意值的已調信號在發(fā)送端是可以實現(xiàn)，在接收端是可以解調的。在通信系統(tǒng)中，從消息變換過來的信號是頻率很低的電信號，其頻譜特點是包括(或不包括)直流分量的低通頻譜，如電話信號的頻率范圍在 300到3000Hz，稱為基帶信號，這種基帶信號在很多信道中不能直接傳播。為了使基帶信號適宜在信道中傳輸，就需要采用調制解調技術。調制通?？梢苑譃槟M調制和數(shù)字調制兩種方式

4、。在本系統(tǒng)中，基帶信號和載波信號都為連續(xù)的正弦波，采用集成模擬乘法器MC1496實現(xiàn)AM模擬調制。本文將通過集成模擬乘法器芯片MC1496的原理、作用和功能出發(fā)，闡述整個設計過程。二、方案論證2.1 設計要求運用相乘器MC1495設計一個AM調制器，實現(xiàn)低頻調制信號對載波的調制。電路采用正負電源供電，要求芯片板上的信號輸入端安裝接線端子。調試時，低頻調制信號和載波由信號發(fā)生器產(chǎn)生。低頻調制信號選用頻率為1kHz、峰峰值為0.5v的正弦波，載波信號選用頻率為100kHz、峰峰值為0.1v的正弦波。調制輸出為常規(guī)雙邊帶波形。2.2 方案結構常規(guī)雙邊帶調制（AM）就是指用調制信號去控制載波的振幅，使

5、載波的幅度按調制信號的變化規(guī)律而變化。常規(guī)雙邊帶調制信號的時域表達式為： 根據(jù)時域表達式可以畫出其調制電路的設計框圖，如圖2.1所示。 圖2.1 設計理論框圖為基帶信號， 為疊加的直流分量。為載波信號，圖中的相乘器一般都是采用集成模擬乘法器來實現(xiàn)，集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1595、MC1496、MC1495、LM1595、LM1596等。 其中MC1496比較常見，性能穩(wěn)定。使用MC1496制成的調幅器輸出的調幅信號還需通過一個射隨電路后濾波輸出。2.3 方案選擇集成模擬乘法器性能好，外圍電路結構簡單，可實現(xiàn)振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻等過程，

6、目前在無線通信、廣播電視等領域應用較多。常見的產(chǎn)品型號有MC1495/1496、LM1595/1596等。運算放大器是模擬電路中的特殊放大器，只要適當選取外部元件，就能構成各種運算電路，如放大、加法、減法、微分和積分等，并因此而得名。自20世紀60年代集成運放問世以來，運放各個系列產(chǎn)品層出不窮，以價格低廉、性能優(yōu)越得到廣泛應用，現(xiàn)已持續(xù)不斷地滲透到模擬和混合模擬數(shù)字電子學的各個領域。集成運放應用范圍十分廣泛。本AM調制電路核心器件采用MC1496乘法器，這是由于市場上器件MC1496比MC1596常見，且MC1496性能更優(yōu)越。電壓跟隨電路采用LM124運放電路，低通濾波器采用RC和運算放大器

7、電路構成。2.4 選用的芯片 介紹MC1496的介紹:MC 1496集成模擬乘法器，圖2.2為MC1496引腳圖，圖2.3為MC1496芯片內(nèi)部電路圖，它是一個四象限模擬乘法器的基本電路。電路采用了兩組差動對由V1V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源又V5與V6組成一級差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作。D、V7、V8為差動放大器V5、V6的恒流源。進行調幅時，載波信號加在V1與V4的輸入端，即引腳的、之間；調制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳、之間；、腳外接1K電阻，以擴大調制信號動態(tài)范圍；已調制信號由雙差動放大器的兩集電極(即引出腳、之

8、間)輸出。圖2.3 內(nèi)部電路圖圖2.2 引腳圖三、振幅調制產(chǎn)生原理所謂調制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調制，就是由調制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調制信號做線性變化。在線性調制系列中，最先應用的一種幅度調制是全調幅或常規(guī)調幅，簡稱為調幅（AM）。為了提高傳輸?shù)男?，還有載波受到抑制的雙邊帶調幅波（DSB）和單邊帶調幅波（SSB）。在頻域中，已調波頻譜是基帶調制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調波包絡與調制信號波形呈線性關系。標準振幅調制（Amplitude Modulation, AM）是一種

9、相對便宜的，質量不高的調制形式，主要用于聲頻和視頻的商業(yè)廣播。我們討論單頻信號的調制情況。如果設單頻調制信號u(t)=Umcost，載波uc(t)=Ucmcosct，那么調幅信號（已調波）可表示為： uAM(t)=UAM(t)cosct (2-1)式中，UAMt為已調波的瞬時振幅值（也稱為調幅波的包絡函數(shù)）。由于調幅信號的瞬時振幅與調制信號成線性關系，即有：UAMt=Ucm+kaUmcost=Ucm1+kaUmUcmcost =Ucm(1+Macost) (2-2)式中，ka為比例常數(shù)，一般由調制電路的參數(shù)決定；Ma=kaUmUcm為調制系數(shù)，Ma反映了調幅波振幅的該變量，常用百分數(shù)表示。把(

10、2-2)式帶入(2-1)，可得單頻信號調幅波的表達式為： uAM(t)=Ucm(1+Macost)cosct (2-3)或 uAM(t)=Ucmcosct+UcmMacostcosct (2-4)可見，要完成AM調制，其核心部分在于實現(xiàn)調制信號與載波相乘。四、模擬乘法器振幅調制原理參考圖1-1 MC1496芯片引腳圖和圖2-5 AM調制原理圖，分析如下：X通道兩輸入端8和10腳直流電位均為6V，可作為載波輸入通道；Y通道兩輸入端1和4腳之間有外接調零電路；輸出端6和12腳外可接調諧于載頻的帶通濾波器；2和3腳之間外接Y通道負反饋電阻。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調零準確，可加大兩個750電阻

11、的阻值，比如各增大10。MC1496線性區(qū)好飽和區(qū)的臨界點在15-20mV左右，僅當輸入信號電壓均小于26mV時，器件才有良好的相乘作用，否則輸出電壓中會出現(xiàn)較大的非線性誤差。顯然，輸入線性動態(tài)范圍的上限值太小，不適應實際需要。為此，可在發(fā)射極引出端2腳和3腳之間根據(jù)需要接入1k反饋電阻，從而擴大調制信號的輸入線性動態(tài)范圍，該反饋電阻同時也影響調制器增益。增大反饋電阻，會使器件增益下降，但能改善調制信號輸入的動態(tài)范圍。MC1496可采用單電源，也可采用雙電源供電，其直流偏置由外接元器件來實現(xiàn)。五、調幅電路方案分析1、標準調幅波（AM）產(chǎn)生原理 調制信號是只來來自信源的消息信號（基帶信號），這些

12、信號可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調制的高頻振蕩信號可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過高頻功率放大器進行放大，作為調幅波的載波，調制信號由低頻信號源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調幅波，工作原理如圖。設載波信號的表達式為uct=Ucmcost,調制信號的表達式為uct=Umcosct，則調幅信號的表達式為 U0t=Ucm1+Macostcosct =Ucmcosct+12MaUcmcos(c+)t+12MaUcmcos(c-)t （2-5）式中，Ma調幅系數(shù)，Ma= umucm,um載波信號12MaUcmco

13、s(c+)t上邊帶信號乘法器加法器標準調幅波基帶調制信號高頻載波12MaUcmcos(c-)t下邊帶信號普通調幅波的頻譜圖如圖所示：Ucm幅度上邊帶下邊帶c-c+0 普通調幅波的頻譜圖2、普通調幅波標準波形及失真波形普通調幅波示意圖如圖所示：標準調幅波示意圖由圖可見，調幅波中載波分量占有很大比重，因此信息傳輸效率較低，稱這種調制為有載波調制。顯然，AM波正負半周對稱時：MaUcm=Umax-Ucm=Ucm-Umin調幅度為：Ma=(Umax-Ucm)Ucm=(Ucm-Umin)UcmMa0時，未調幅狀態(tài)；Ma1時，滿調幅狀態(tài)（100）；正常Ma值在01之間；Ma>1時，普通調幅波的包絡變

14、化與調制信號不再相同，會產(chǎn)生失真，稱為過調幅現(xiàn)象。所以，普通調幅要求Ma必須不大于1。由波形可以估算出Ma=(Umax-Ucm)Ucm=(Ucm-Umin)Ucm ，其調幅度大約為50%。圖所示為產(chǎn)生失真時的波形：Ma>1時的過調制波形3、AM調制器原理圖圖2-5 AM調制器原理圖4、實驗電路分析1、4引腳調制信號的輸入端，外接有調零電路； 8、10引腳作為載波信號的輸入端；輸出端6、12引腳外接調諧于載波的帶通濾波器；2、3引腳外接負反饋電阻?？赏ㄟ^調節(jié)50k電位器使1腳電位比4腳高Uy, 調制信號u(t)與直流電壓Uy迭加后輸入Y通道，調節(jié)電位器可改變Uy的大小，即改變調制指數(shù)Ma。

15、六、總結在這一周的時間里我在做“AM調制器的設計”。在這一過程中，真切感覺到自己知識能力的匱乏，好多東西都只是知道一些皮毛，真正搞懂會應用的東西很少。或許一個人的進步需要一個緩慢的過程，在過程中需要不斷地借鑒，學習，汲取別人的東西。同別人的成果中攫取知識和營養(yǎng)，然后把它變成自己的東西。收獲之一是不做系統(tǒng)或者東西，許多細小的環(huán)節(jié)是注意不到的。而這諸多環(huán)節(jié)往往影響你整個系統(tǒng)的正常運轉。這可真應驗了那句話“細節(jié)決定一切”。通過對此作品整個過程的設計、繪制、制作、調試等方面來看,由MC1496模擬乘法器構成的AM調制器具有穩(wěn)定性好、功率小、制作簡單等優(yōu)點。由于本課程設計主要在于驗證，所選用的模擬乘法器

16、為較為廉價的MC1496G，電路性能基本符合要求。所設計的調幅器實際輸出幅度較小，且幅度變化較大，無法直接進行發(fā)射。若要進行無線發(fā)射，則需要在后級接入AGC（自動增益控制），功率放大等電路。在設計的過程中，出現(xiàn)了一下幾種問題：首先，焊接電路的時候出現(xiàn)了虛焊，漏焊等問題，導致了電路的不連通，從而顯示不出波形；其次，在連接電路的具體操作過程中沒有做好充分的工作來提高電路的抗干擾能力，從而導致信號失真；第三，在硬件檢測中，忽略了如示波器檢測，信號發(fā)生器檢測等重要儀器的檢測，想當然的以為儀器都是準確的。總之，在這次課程設計的制作的過程中學到了很多東西，能力也有相應的提升。附錄參考文獻1 沈偉慈.通信電路M. (第二版) .西安:西安電子科技大學出版社,20072 張肅文.高頻電子線路M.北京:高等教育出版社,1993 3 于洪珍.通信電子電路M.北京:電子工業(yè)出版社,2002 4 梁恩主.電路設計仿真應用M.北京:清華大學出版社,20005 博戰(zhàn)捷，董輝.AM信號到DSB信號的連續(xù)過渡與同步檢波J.吉林大學學報,20056 胡宴如.高頻電子線路M.北京:高等教育出版社,20027 杜永泰.調幅系數(shù)為任意值的調幅波的研究J.電子