振幅調(diào)制器的設(shè)計(jì)MC1496

1、 通信電子課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱 振幅調(diào)制器的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2015年7月12日 目錄一、項(xiàng)目概述 1.1引言-31.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介-31.2 任務(wù)及要求-4二、項(xiàng)目實(shí)施過程2.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理-42.2原理設(shè)計(jì)內(nèi)容-62.2.1普通調(diào)幅電路設(shè)計(jì)-6抑制載波的雙邊帶調(diào)幅 -7普通調(diào)幅與載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波的區(qū)別-82.3元件參數(shù)設(shè)計(jì)-8三、結(jié)果分析3.1調(diào)幅電路工作過程-103.2調(diào)幅電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果-12 AM普通調(diào)幅調(diào)制波形輸出-12 DSB載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波形輸出-13 信號(hào)源的輸出-13四、項(xiàng)目總結(jié)-14五、相關(guān)介紹-15六

2、、參考文獻(xiàn)-16七、附錄-16一、 項(xiàng)目概述1.1引言 振幅調(diào)制，是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)線性變化，而保持載波的角頻率不變。而在振幅調(diào)制中，又根據(jù)所取出已調(diào)制信號(hào)的頻譜分量不同，分為普通調(diào)幅（標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅，AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）。他們的主要區(qū)別是產(chǎn)生的方法和頻譜結(jié)構(gòu)。而在高頻電子線路中的振幅調(diào)制，其實(shí)就是視為兩個(gè)信號(hào)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(yīng)用。本文利用Multisim13軟件仿真平臺(tái)，對(duì)MC1496構(gòu)成的調(diào)幅電路進(jìn)行軟件仿真和實(shí)際電路測(cè)試，并分析比較測(cè)試結(jié)果。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查尋資料方

3、案比較，以及設(shè)計(jì)、計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析、解決實(shí)際問題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決高頻電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。1.2課程設(shè)計(jì)要求：1、培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。2、通過實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算元件選取安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。3、掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力。4、了

4、解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。5、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。1.3任務(wù)及要求：振幅調(diào)制器的設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)要求：用模擬乘法器芯片如MC1496設(shè)計(jì)一振幅調(diào)制器，使其能實(shí)現(xiàn)AM和DSB信號(hào)調(diào)制。 (2)主要指標(biāo)： 載波頻率：15MHz 正弦波 調(diào)制信號(hào)：1KHz 正弦波輸出信號(hào)幅度：5V（峰-峰值）無明顯失真二、項(xiàng)目實(shí)施過程：2.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)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

5、性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源V5與V6又組成一對(duì)差分電路，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。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。模擬乘法器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：MC1496中包含了由帶雙電流源的標(biāo)準(zhǔn)差動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)的四個(gè)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(diào)制乘積現(xiàn)象。其中載波輸入(Carrier Input)輸入至4個(gè)三極管組成的雙差分放大器，信號(hào)輸入(Signal Input)輸入至2個(gè)三極管組成的單差分放大器用以激勵(lì)載波。其中Q1、Q2與VQ5、Q6組成兩對(duì)差分放大器，Q3、Q7組成的單差分放大器，用以激勵(lì)Q1、Q2、Q5、Q6及其偏置電路；Q

6、4、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(duì)差分放大器Q3、Q7產(chǎn)生電流負(fù)反饋，以擴(kuò)展輸入電壓的線性動(dòng)態(tài)范圍。采用雙電源供電時(shí)，引腳14接負(fù)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(diào)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(shè)計(jì)內(nèi)容2.2.1普通調(diào)幅電路設(shè)計(jì)：普通調(diào)幅波的實(shí)現(xiàn)框圖：AM調(diào)制模型 如果載波信號(hào)是單頻正弦波,調(diào)制器輸出已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號(hào)為線性關(guān)系,則稱這種調(diào)制為常規(guī)調(diào)幅,或簡(jiǎn)稱調(diào)幅( AM: Amplitude Mod

7、ulation)。在AM調(diào)幅中,輸出已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號(hào)成正比,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： vt=V0(1+macost)cosw0t 式中:ma=KdVV0稱為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之意，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制后的改變程度，一般0ma1的情況稱為過調(diào)制, 下圖所示為不同ma時(shí)的已調(diào)波波形。2.3元件參數(shù)設(shè)計(jì)MC1496線性區(qū)好飽和區(qū)的臨界點(diǎn)在15-20mV左右，僅當(dāng)輸入信號(hào)電壓均小于26mV時(shí)，器件才有良好的相乘作用，否則輸出電壓中會(huì)出現(xiàn)較大的非線性誤差。顯然，輸入線性動(dòng)態(tài)范圍的上限值太小，不適應(yīng)實(shí)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R

8、19=1k，從而擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的輸入線性動(dòng)態(tài)范圍，該反饋電阻同時(shí)也影響調(diào)制器增益。增大反饋電阻，會(huì)使器件增益下降，但能改善調(diào)制信號(hào)輸入的動(dòng)態(tài)范圍。在驅(qū)動(dòng)源1腳和4腳所接對(duì)地電阻R13、R15決定于溫度性能和抑制源Q調(diào)諧振蕩的設(shè)計(jì)要求。若要在較大的溫度變化范圍內(nèi)得到較好的載波抑制效果，R13、R15一般不超過51；當(dāng)工作環(huán)境溫度變化范圍較小時(shí)，可以使用稍大的電阻，例如采用61，從而提高信號(hào)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(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)采用雙電源供電。而5腳電阻R14決定于偏置電流I5的設(shè)計(jì)。I5的最大額定值為10mA，通常取1mA。而MC1496采

9、用雙電源（+12V，-8V）供電時(shí)，R14可近似取6.8k。輸出端6和12腳外可接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器或者直接連接示波器檢測(cè)輸出波形；2和3腳之間外接負(fù)反饋電阻R8=1k，本實(shí)驗(yàn)已把該電阻內(nèi)嵌在芯片MC1496內(nèi)部。若實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，可通過調(diào)節(jié)R12的1k電位器使1腳比4腳阻值低，調(diào)制信號(hào)輸入1輸入端腳，調(diào)節(jié)電位器可以使V1增大，即改變指數(shù)調(diào)幅度ma。若實(shí)現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，1k電位器使1、4腳之間直流等電位，即輸入信號(hào)僅為交流調(diào)制信號(hào)，即是使ma=1。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調(diào)零準(zhǔn)確，可以直接調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器到最右端。以下是MC1496數(shù)據(jù)手冊(cè)的官方元件數(shù)值經(jīng)典連線圖：下面是Mult

10、isim實(shí)驗(yàn)電路圖： 三、結(jié)果分析3.1調(diào)幅電路工作過程：在實(shí)現(xiàn)調(diào)幅時(shí)載波信號(hào)加載在Q9，Q11 的輸入端，即IO8、IO10 管腳。調(diào)制信號(hào)加載在差動(dòng)放大器Q14、Q13 即管腳IO1、IO4。IO2、IO3 管腳外接電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，本芯片已經(jīng)內(nèi)接該電阻。已調(diào)制信號(hào)由雙差動(dòng)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(nèi)部Q9Q12 管的基極偏壓；負(fù)電源通過R12，R18，R16 及R17的分壓供給相乘器內(nèi)部Q15、Q16 管基極偏壓，R12 為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)R12 可使電路對(duì)稱以減小載波信號(hào)輸出；R8

11、,R9 為輸出端的負(fù)載電阻，接于IO2、IO3端電阻R19用來擴(kuò)大U 的線性動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)控制乘法器的增益。 載波信號(hào)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(diào)制信號(hào)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(hào)經(jīng)過IO12,IO69輸出。仿真電路測(cè)試數(shù)據(jù)分析乘法器的直流工作點(diǎn)通過仿真得出乘法器的直流工作點(diǎn)（直流工作點(diǎn)是各個(gè)管腳在電路中的工作點(diǎn)并非管腳號(hào)）?？傻?，V（3）=V（2），V（10）=V（9），V（14）=V（15），V(11)=V（12）

12、，且V（15）-V（2）2.6V2V所以MC1496 內(nèi)部的晶體管Q1 處于導(dǎo)通狀態(tài)，同理可得出Q2，Q3，Q4 這三個(gè)晶體管也處于工作狀態(tài)；V（2）-V（9）6V2.7V，所以晶體管Q5 導(dǎo)通，同理可得Q6 也處于工作狀態(tài)；V （11）-V （12）6V2V 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(diào)制信號(hào)；通道B為已調(diào)信號(hào)；通道C為檢波出來的信號(hào)；通道D可接載波信號(hào)。3.2調(diào)幅電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果 AM普通調(diào)幅調(diào)制波形輸出 仿真分析：由于調(diào)幅度ma1，載波頻率較高，所以波形密集。輸出信號(hào)幅度|Vp-p|=5.463v5V（峰-峰值），波形無明顯失真，符合題

13、目標(biāo)準(zhǔn)。 DSB載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波形輸出 仿真分析：由于調(diào)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(biāo)準(zhǔn)。 信號(hào)源的輸出電路參數(shù)：VCC為+12V，VEE為-8V，調(diào)零滑變?yōu)檎虚g50%。輸入調(diào)制信號(hào)V3為250mv Vp-p,1KHz的正弦信號(hào)；載波信號(hào)V1為250mv Vp-p,1MHz的正弦信號(hào)。 四、項(xiàng)目總結(jié)：通過進(jìn)行本次工程訓(xùn)練，我對(duì)普通調(diào)幅AM的相關(guān)知識(shí)有了更深的理解，同時(shí)，我對(duì)調(diào)幅電路的性能及工作原理也有了更深的掌握。并認(rèn)識(shí)到自己并沒有將書本上的知識(shí)很好的領(lǐng)悟并能應(yīng)用到實(shí)際中來。在本次課設(shè)實(shí)驗(yàn)的一開始，并沒有抓緊時(shí)間操作，

14、一直調(diào)不出正確的波形，在重新看通信電子線路后的相關(guān)知識(shí)才對(duì)本次工程訓(xùn)練有了更認(rèn)真的態(tài)度和更深的認(rèn)識(shí)。在實(shí)踐中最容易忽略的就是基本原理，對(duì)MC1496并沒有充分的了解，對(duì)外圍的電路只懂照葫蘆畫瓢，沒有對(duì)每一個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)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(yùn)氣調(diào)出正確的波形，自己也沒有認(rèn)真的改參數(shù)調(diào)波形。 到后來中期時(shí)間，我為了更好了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的框架和實(shí)現(xiàn)的原理，我回去看曾經(jīng)學(xué)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(xué)習(xí)和調(diào)試中終于將調(diào)幅的仿真實(shí)驗(yàn)完成。這次工程訓(xùn)練很好的鍛煉了我的實(shí)踐能力和知識(shí)的運(yùn)用能力，熟

15、悉了操作軟件和基本原理，總結(jié)了很多學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，也為以后的實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。五、軟件介紹：本項(xiàng)目是在Multisim13軟件上模擬乘法器芯片MC1496的調(diào)幅與檢波電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。NIMultisim13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(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NIMultisim13是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以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。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣