振幅調制器的設計(共16頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 通信電子課程設計實驗報告 課程名稱 振幅調制器的設計 專 業(yè) 通信工程 班 級 學 號 姓 名 指導教師 2015年7月12日 目錄一、項目概述 1.1引言-31.1 項目簡介-31.2 任務及要求-4二、項目實施過程2.1 MC1496內部結構及原理-42.2原理設計內容-62.2.1普通調幅電路設計-62.2.2抑制載波的雙邊帶調幅 -72.2.3普通調幅與載波被抑制雙邊帶調幅波的區(qū)別-82.3元件參數(shù)設計-8三、結果分析3.1調幅電路工作過程-103.2調幅電路實驗結果-12 3.2.1 AM普通調幅調制波形輸出-123.2.2 DSB載波被抑制雙邊帶調幅波形

2、輸出-133.2.3 信號源的輸出-13四、項目總結-14五、相關介紹-15六、參考文獻-16七、附錄-16一、 項目概述1.1引言 振幅調制，是用調制信號去控制載波的振幅，使其隨調制信號線性變化，而保持載波的角頻率不變。而在振幅調制中，又根據(jù)所取出已調制信號的頻譜分量不同，分為普通調幅（標準調幅，AM）、抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）。他們的主要區(qū)別是產(chǎn)生的方法和頻譜結構。而在高頻電子線路中的振幅調制，其實就是視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。目前在無線電通信、廣播電視等方面得到廣泛應用。本文利用Multisim13軟件仿真平臺，對MC1496構成的調幅電路進行軟件仿真和實際電路測試，并分析

3、比較測試結果。通過課程設計，使學生加強對高頻電子技術電路的理解，學會查尋資料方案比較，以及設計、計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析、解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。1.2課程設計要求：1、培養(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。2、通過實際電路方案的分析比較，設計計算元件選取安裝調試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。3、掌握常用儀表

4、的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法，提高動手能力。4、了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖。5、培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和科學態(tài)度，使學生逐步建立正確的生產(chǎn)觀點，經(jīng)濟觀點和全局觀點。1.3任務及要求：振幅調制器的設計 (1)設計要求：用模擬乘法器芯片如MC1496設計一振幅調制器，使其能實現(xiàn)AM和DSB信號調制。 (2)主要指標： 載波頻率：15MHz 正弦波  調制信號：1KHz 正弦波  輸出信號幅度：5V（峰-峰值）無明顯失真 

5、; 二、項目實施過程：2.1 MC1496內部結構及原理 MC1496模擬乘法器的管腳圖：其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，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。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。模擬乘法器的內部結構：MC1496中包含了由帶雙電流源的標準差動放大器驅動的四個高位放大器，輸出集電極交叉耦合，故產(chǎn)生了兩輸入電壓的全波平衡調制乘積現(xiàn)象。其中載波輸入(Carrier Input)輸入至4個三極管組成的雙差分放大器，信號輸入(Signal Input)輸入至2個三極管組成的

6、單差分放大器用以激勵載波。其中Q1、Q2與VQ5、Q6組成兩對差分放大器，Q3、Q7組成的單差分放大器，用以激勵Q1、Q2、Q5、Q6及其偏置電路；Q4、Q8組成差分放大器的恒流源。引腳8與10接輸入電壓,1與4接另一輸入電壓，輸出電壓從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻，對差分放大器Q3、Q7產(chǎn)生電流負反饋，以擴展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。采用雙電源供電時，引腳14接負電源,正電源由6腳和12腳引集電極電阻接入。引腳5外接電阻，用來調節(jié)偏置電流及鏡像電流的值。下面是Multisim畫出的MC1496芯片外圍電路：2.2原理設計內容2.2.1普通調幅電路設計：普通調幅波的實現(xiàn)框圖：AM調制模型

7、 如果載波信號是單頻正弦波,調制器輸出已調信號的包絡與輸入調制信號為線性關系,則稱這種調制為常規(guī)調幅,或簡稱調幅( AM: Amplitude Modulation)。在AM調幅中,輸出已調信號的包絡與輸入調制信號成正比,其數(shù)學表達式為： vt=V0(1+macost)cosw0t 式中:ma=KdVV0稱為調幅指數(shù)即調幅度，是調幅波的主要參數(shù)之意，它表示載波電壓振幅受調制信號控制后的改變程度，一般0<ma<1。vt=Vcost是簡諧調制信號，載波信號是v0t=V0cosw0t。該模型中的核心器件是模擬乘法器,它實現(xiàn)了對基帶信號的調制，本系統(tǒng)中采用的是MC1496來實現(xiàn)調制器的設計

8、。2.2.2抑制載波的雙邊帶調幅：從普通調幅波的關系知道，由于2/3的載波功率不含信息，實際上這部分功率白白浪費了。為了克服這個缺點，提高設備的功率利用率，可以不發(fā)送載波，而只發(fā)送邊帶信號，這就是抑制載波的雙邊帶調幅波（DSB AM）,其數(shù)學表達式為VDSBt=12maV0cosw0+t+12maV0cos(w0-)t =maV0costcosw0t由該公式可以知道，雙邊帶調幅信號的振幅仍隨調制信號拜變化，但已不是在V0值基礎上變化，而是在零值上下變化。在調制信號V(t)=0的瞬間，高頻載波的相位出現(xiàn)180°的突變，呈現(xiàn)M型。與普通調幅波相比，雙邊帶調幅的頻譜圖中抑制掉了載波分量。2

9、.2.3普通調幅與載波被抑制雙邊帶調幅波的區(qū)別 ma表明載波振幅受調制控制的程度，一般要求0ma1，以便調幅波的包絡能正確地表現(xiàn)出調制信號的變化。ma>1的情況稱為過調制, 下圖所示為不同ma時的已調波波形。2.3元件參數(shù)設計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Q13和Q14的發(fā)射極引出端之間根據(jù)需要接入反饋電阻R19=1k，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

10、件增益下降，但能改善調制信號輸入的動態(tài)范圍。在驅動源1腳和4腳所接對地電阻R13、R15決定于溫度性能和抑制源Q調諧振蕩的設計要求。若要在較大的溫度變化范圍內得到較好的載波抑制效果，R13、R15一般不超過51；當工作環(huán)境溫度變化范圍較小時，可以使用稍大的電阻，例如采用61，從而提高信號輸入的穩(wěn)定性。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)。本實驗采用雙電源供電。而5腳電阻R14決定于偏置電流I5的設計。I5的最大額定值為10mA，通常取1mA。而MC1496采用雙電源（+12V，-8V）供電時，R14可近似取6.8k。輸出端6和12腳外可接調諧于載頻的帶通濾

11、波器或者直接連接示波器檢測輸出波形；2和3腳之間外接負反饋電阻R8=1k，本實驗已把該電阻內嵌在芯片MC1496內部。若實現(xiàn)普通調幅，可通過調節(jié)R12的1k電位器使1腳比4腳阻值低，調制信號輸入1輸入端腳，調節(jié)電位器可以使V1增大，即改變指數(shù)調幅度ma。若實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調幅，1k電位器使1、4腳之間直流等電位，即輸入信號僅為交流調制信號，即是使ma=1。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調零準確，可以直接調節(jié)滑動變阻器到最右端。以下是MC1496數(shù)據(jù)手冊的官方元件數(shù)值經(jīng)典連線圖：下面是Multisim實驗電路圖： 三、結果分析3.1調幅電路工作過程：在實現(xiàn)調幅時載波信號加載在Q9，Q11 的

12、輸入端，即IO8、IO10 管腳。調制信號加載在差動放大器Q14、Q13 即管腳IO1、IO4。IO2、IO3 管腳外接電阻，以擴大調制信號動態(tài)范圍，本芯片已經(jīng)內接該電阻。已調制信號由雙差動放大器的兩集電極輸出（Q9和Q10,Q11和Q12）。接于正電源電路的電阻R7, R6，R5用來分壓，以便提供相乘器內部Q9Q12 管的基極偏壓；負電源通過R12，R18，R16 及R17的分壓供給相乘器內部Q15、Q16 管基極偏壓，R12 為載波調零電位器，調節(jié)R12 可使電路對稱以減小載波信號輸出；R8,R9 為輸出端的負載電阻，接于IO2、IO3端電阻R19用來擴大U 的線性動態(tài)范圍，同時控制乘法器

13、的增益。 載波信號由XFG1 提控C（t）=VcmcosCt 通過電容C2 以及R6加到相乘器的輸入端IO8，IO10 管腳。 調制信號由XFG2 提供（t）=Vcost，通過電容C4 及電阻R10,R13 加到乘法器的輸入端IO1，IO4 管腳。 輸出信號經(jīng)過IO12,IO69輸出。仿真電路測試數(shù)據(jù)分析乘法器的直流工作點通過仿真得出乘法器的直流工作點（直流工作點是各個管腳在電路中的工作點并非管腳號）?？傻?，V（3）=V（2），V（10）=V（9），V（14）=V（15），V(11)=V（12），且V（15）-V（2）2.6V>2V所以MC1496 內部的晶體管Q1 處于導通狀態(tài)，同理可

14、得出Q2，Q3，Q4 這三個晶體管也處于工作狀態(tài)；V（2）-V（9）6V>2.7V，所以晶體管Q5 導通，同理可得Q6 也處于工作狀態(tài)；V （11）-V （12）6V>2V 所以Q7 處于工作狀態(tài)，同理可得Q8 也處于工作狀態(tài)。由總電路可得示波器的通道A為調制信號；通道B為已調信號；通道C為檢波出來的信號；通道D可接載波信號。3.2調幅電路實驗結果 3.2.1 AM普通調幅調制波形輸出 仿真分析：由于調幅度ma<1，載波頻率較高，所以波形密集。輸出信號幅度|Vp-p|=5.463v5V（峰-峰值），波形無明顯失真，符合題目標準。3.2.2 DSB載波被抑制雙邊帶調幅波形輸出

15、仿真分析：由于調幅度ma=1，載波頻率被抑制，所以波形的相位出現(xiàn)180°的突變，呈現(xiàn)M型。波形無明顯失真，符合題目標準。3.2.3 信號源的輸出電路參數(shù)：VCC為+12V，VEE為-8V，調零滑變?yōu)檎虚g50%。輸入調制信號V3為250mv Vp-p,1KHz的正弦信號；載波信號V1為250mv Vp-p,1MHz的正弦信號。 四、項目總結：通過進行本次工程訓練，我對普通調幅AM的相關知識有了更深的理解，同時，我對調幅電路的性能及工作原理也有了更深的掌握。并認識到自己并沒有將書本上的知識很好的領悟并能應用到實際中來。在本次課設實驗的一開始，并沒有抓緊時間操作，一直調不出正確的波形，在

16、重新看通信電子線路后的相關知識才對本次工程訓練有了更認真的態(tài)度和更深的認識。在實踐中最容易忽略的就是基本原理，對MC1496并沒有充分的了解，對外圍的電路只懂照葫蘆畫瓢，沒有對每一個參數(shù)的設計以及原理深入理解。很大一部分原因是一味的上網(wǎng)研究電路圖，然后希望運氣調出正確的波形，自己也沒有認真的改參數(shù)調波形。 到后來中期時間，我為了更好了解整個實驗的框架和實現(xiàn)的原理，我回去看曾經(jīng)學過的課本弄清楚原理，并且使用上了datasheet的經(jīng)典接線圖而不是一味參考網(wǎng)上的現(xiàn)成電路圖。在幾天的學習和調試中終于將調幅的仿真實驗完成。這次工程訓練很好的鍛煉了我的實踐能力和知識的運用能力，熟悉了操作軟件和基本原理，

17、總結了很多學習經(jīng)驗，也為以后的實驗打下了基礎。五、軟件介紹：本項目是在Multisim13軟件上模擬乘法器芯片MC1496的調幅與檢波電路設計與實現(xiàn)。NI Multisim 13用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NI Multisim 13是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和，PCB設計工程師和電子學教育工作者可