振幅調(diào)制器的設(shè)計MC1496

1、中南大呼CENTRALSOUTHUNIVERSITY通信電子課程設(shè)計實驗報告課程名稱通信工程指導教師2015年7月12日目錄一、項目概述引言3項目簡介3任務(wù)及要求4二、項目實施過程MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理4原理設(shè)計內(nèi)容6普通調(diào)幅電路設(shè)計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8元件參數(shù)設(shè)計8三、結(jié)果分析調(diào)幅電路工作過程10調(diào)幅電路實驗結(jié)果12AM普通調(diào)幅調(diào)制波形輸出12DSB載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波形輸出13信號源的輸出13四、項目總結(jié)14五、相關(guān)介紹15六、參考文獻16七、附錄16一、項目概述引言振幅調(diào)制，是用調(diào)制信號去控制載波的振幅，使其隨調(diào)制信號線性變化，而保持載波

2、的角頻率不變。而在振幅調(diào)制中，又根據(jù)所取出已調(diào)制信號的頻譜分量不同，分為普通調(diào)幅（標準調(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(yīng)用。本文利用Multisim13軟件仿真平臺，對MC1496構(gòu)成的調(diào)幅電路進行軟件仿真和實際電路測試，并分析比較測試結(jié)果。通過課程設(shè)計，使學生加強對高頻電子技術(shù)電路的理解，學會查尋資料、方案比較，以及設(shè)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

3、子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。課程設(shè)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(guān)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(shè)計計算、元件選取、安裝調(diào)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(shè)計方法。3、掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調(diào)試和整機指標測試方法，提高動手能力。4、了解與課程有關(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)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能正確繪

4、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。任務(wù)及要求：振幅調(diào)制器的設(shè)計(1)設(shè)計要求：用模擬乘法器芯片如MC1496設(shè)計一振幅調(diào)制器,使其能實現(xiàn)AM和DSB信號調(diào)制。(2)主要指標：載波頻率：15MHz正弦波調(diào)制信號：1KHz正弦波輸出信號幅度：5V(峰-峰值)無明顯失真二、項目實施過程：MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理Sigrtd1呷d1Q孫氏GainAdjust3回KGGainAdjust3121OlpiiSqnal府ul4司N/C酶5T"ToCani目Inpul。叫d_e_引weBInpuCarriePINCONNECTIONSMC

5、1496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(nèi)部結(jié)構(gòu)：*4；108：LH-1010.,.G37N7777?N?P2.-*Q13QU104心101-riR13AAArI05-DniN41484-R1?：5000>51JMC1496中包含了由帶雙電流源的標準差動放大器驅(qū)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(diào)制乘積現(xiàn)象。其中載波輸入(CarrierInput)

6、輸入至4個三極管組成的雙差分放大器，信號輸入(SignalInputs入至2個三極管組成的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5,輸出電壓u。從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻Re,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(diào)節(jié)偏置電流房及鏡像電流I。的值。下面是Multisim畫出的M

7、C1496芯片外圍電路：SCI1496原理設(shè)計內(nèi)容普通調(diào)幅電路設(shè)計：普通調(diào)幅波的實現(xiàn)框圖：m(t)Sm(t)mocosctAM調(diào)制模型如果載波信號是單頻正弦波，調(diào)制器輸出已調(diào)信號的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號為線性關(guān)系，則稱這種調(diào)制為常規(guī)調(diào)幅，或簡稱調(diào)幅(AM:AmplitudeModulation)。在AM調(diào)幅中，輸出已調(diào)信號的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號成正比，其數(shù)學表達式為：(0=Vu(l+inacosill)cosot式中：m.="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,¥0它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號控制后的改變程度，一般0<.<1。(b)有我波調(diào)幅波|vq(0=V

8、ncosflt是簡諧調(diào)制信號，載波信號是、口(。二仁05%瓜。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(diào)制,本系統(tǒng)中采用的是MC1496來實現(xiàn)調(diào)制器的設(shè)計抑制載波的雙邊帶調(diào)幅:從普通調(diào)幅波的關(guān)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(shè)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(diào)幅波(DSBAM),其數(shù)學表達式為Vdsb=-nia(wo-G)t十二1期3。必也wq-=由該公式可以知道，雙邊帶調(diào)幅信號的振幅仍隨調(diào)制信號拜變化,但已不是在V/直基礎(chǔ)上變化，而是在零值上下變化。在調(diào)制信號修。)=0的瞬間，高頻載波

9、的相位出現(xiàn)180°的突變，呈現(xiàn)M型。與普通調(diào)幅波相比，雙邊帶調(diào)幅的頻譜圖中抑制掉了載波分量。(a)抑制載波調(diào)幅波普通調(diào)幅與載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波的區(qū)別ma表明載波振幅受調(diào)制控制的程度，一般要求0葡aWl以便調(diào)幅波的包絡(luò)能正確地表現(xiàn)出調(diào)制信號的變化。ma>1的情況稱為過調(diào)制，下圖所示為不同ma時的已調(diào)波波形。元件參數(shù)設(shè)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(yīng)實際需要。為此，可在Q】3和Qu的發(fā)射極引出端之間根據(jù)需要接入反饋電阻

10、Ri9=1kQ,從而擴大調(diào)制信號的輸入線性動態(tài)范圍，該反饋電阻同時也影響調(diào)制器增益。增大反饋電阻，會使器件增益下降，但能改善調(diào)制信號輸入的動態(tài)范圍。在驅(qū)動源1腳和4腳所接對地電阻Ri3、R15決定于溫度性能和抑制源Q調(diào)諧振蕩的設(shè)計要求。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，Ri3、Ri5一般不超過51Q;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61Q,從而提高信號輸入的穩(wěn)定性。Si,*Inpul(Tins1and4)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(shè)計。I5的最大

11、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Q。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輸出波形；2和3腳之間外接負反饋電阻R=1kQ,本實驗已把該電阻內(nèi)嵌在芯片MC1496內(nèi)部。若實現(xiàn)普通調(diào)幅，可通過調(diào)節(jié)R12的1kQ電位器使1腳比4腳阻值低，調(diào)制信號輸入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。若實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，1kQ電位器使1、4腳之間直流等電位，即輸入信號僅為交流調(diào)制信號，即是使血產(chǎn)1。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調(diào)零準確，可以直接調(diào)節(jié)滑動變阻器到最右端。以下是MC1496數(shù)據(jù)

12、手冊的官方元件數(shù)值經(jīng)典連線圖：kOkwvwv51Carrier岫懂*MuduIdlingSig面750?750帕pd50kCar詢AdjustFigure27.AMModulatorCiremitMcimF面是Multisim實驗電路圖:三、結(jié)果分析調(diào)幅電路工作過程：在實現(xiàn)調(diào)幅時載波信號加載在Q9,Q11的輸入端，即IO8、IO10管腳。調(diào)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(diào)制信號動態(tài)范圍，本芯片已經(jīng)內(nèi)接該電阻。已調(diào)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,R6R5!來分壓，以便提供相

13、乘器內(nèi)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(nèi)部Q15、Q16管基極偏壓，R12為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)R12可使電路對稱以減小載波信號輸出；R8,R9為輸出端的負載電阻，接于IO2、IO瑞電阻R19用來擴大U的線性動態(tài)范圍，同時控制乘法器的增益。 載波信號由XFG1提控uC(t)=VcmcoswCt通過電容C2以及R劭口到相乘器的輸入端IO8,IO10管腳。 調(diào)制信號由XFG2提供uQ(t)=VQcosQt,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

14、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)弋2V所以MC1496內(nèi)部的晶體管Q1處于導通狀態(tài)，同理可得出Q2,Q3,Q4這三個晶體管也處于工作狀態(tài)；V(2)-V(9)=6V>,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(diào)制信號；通道B為已調(diào)信號;通道C為檢波出來的信號；通道D可接載波信號。調(diào)幅電路實驗結(jié)果AM

15、普通調(diào)幅調(diào)制波形輸出OscilIoscopeXSC!仿真分析：由于調(diào)幅度n<1,載波頻率較高，所以波形密集。輸出信號幅度|Vp-P|=>5V(峰-峰值)，波形無明顯失真，符合題目標準DSB載波被抑制雙邊帶調(diào)幅波形輸出OscilIoscope-XSC1仿真分析：由于調(diào)幅度口1產(chǎn)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。信號源的輸出電路參數(shù)：VCC為+12V,VEE為-8V,調(diào)零滑變?yōu)檎虚g50%。輸入調(diào)制信號V3為250mvVp-p,1KHz勺正弦信號；載波信號V1為250mvVp-p,1MHz的正弦信號。250mVpk1

16、MHz四、項目總結(jié):通過進行本次工程訓練，我對普通調(diào)幅AM的相關(guān)知識有了更深的理解，同時，我對調(diào)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(lǐng)悟并能應(yīng)用到實際中來。在本次課設(shè)實驗的一開始，并沒有抓緊時間操作，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(shè)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(diào)出正確的波形，自己也沒有認真的改參數(shù)調(diào)波形。到后來中期時間，我為了更好了

17、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(diào)試中終于將調(diào)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，總結(jié)了很多學習經(jīng)驗，也為以后的實驗打下了基礎(chǔ)。五、軟件介紹:本項目是在Multisim13軟件上模擬乘法器芯片MC1496的調(diào)幅與檢波電路設(shè)計與實現(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，實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。NIMultisim13是一個原理電路設(shè)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(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)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SPIC昉真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPIC豉術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB