武漢理工高頻全載波振幅調(diào)制實驗

.z.實驗課程名稱：_高頻電子線路模擬乘法器的綜合應(yīng)用設(shè)計實驗成績實驗者*建朋專業(yè)班級電信1002班組別八同組者無實驗日期2021年6月1日實驗?zāi)康摹⒁饬x1．了解模擬乘法器〔MC1496〕的電路組成構(gòu)造與工作原理。2．掌握利用乘法器實現(xiàn)振幅調(diào)制、同步檢波、倍頻與混頻等幾種頻率變換電路的原理及設(shè)計方法。3．學(xué)會綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字電與高頻電子線路技術(shù)的知識，掌握對振幅調(diào)制、同步檢波、混頻和倍頻電路的制作與仿真技術(shù)，提高獨立設(shè)計高頻單元電路和解決問題的能力。二．設(shè)計任務(wù)與要求(1)設(shè)計任務(wù):用模擬乘法器實現(xiàn)振幅調(diào)制(含AM與DSB)、同步檢波、混頻、倍頻等頻率變換電路的設(shè)計，：模擬乘法器為1496，采用雙電源供電，Vcc=12VVee=-8V.〔2〕設(shè)計要求：①全載波振幅調(diào)制與抑制載波振幅調(diào)制電路的設(shè)計與仿真：根本條件：高頻載波：500KHZ/100mV，調(diào)制信號：1KHz/300mV，模擬乘法器采用LM1496。并按信號流程記錄各級信號波形。分析AM與DSB信號m＞100%時，過零點的特性。②同步檢波器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對DSB信號的解調(diào)。根本條件；載波信號U*：f=500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，并按信號流程記錄各級信號波形。③混頻器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對信號的混頻。根本條件：AM信號條件：〔載波信號U*：f=565KHZ/50mV，調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，M=30%〕中頻信號：465KHZ，本地載波：按接收機制式自定。記錄各級信號波形。④倍頻器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對信號的倍頻。根本條件：U*=Uy〔載波信號U*：f=500KHZ/50mV，〕并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關(guān)系。三．主要儀器設(shè)備及耗材1．雙蹤示波器2．計算機與仿真軟件四、實驗內(nèi)容設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)振幅調(diào)制〔AM/DSB〕電路，觀察輸出點波形。設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)混頻器電路，觀察輸出點波形，并測量輸出頻率。設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)同步檢波電路，觀察輸入/輸出點波形。設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)倍頻電路，觀察并記錄輸入/輸出點波形,。設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)鑒頻電路，觀察輸出點波形〔擴展實驗工程〕。五．實驗原理與電路設(shè)計仿真1、集成模擬乘法器1496的內(nèi)部構(gòu)造集成模擬乘法器是完成兩個模擬量〔電壓或電流〕相乘的電子器件。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、播送電視等方面應(yīng)用較多。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介紹MC1496集成模擬乘法器?！?〕MC1496的內(nèi)部構(gòu)造MC1496是目前常用的平衡調(diào)制/解調(diào)器。它的典型應(yīng)用包括乘、除、平方、開方、倍頻、調(diào)制、混頻、檢波、鑒相、鑒頻、動態(tài)增益控制等。MC1496的和內(nèi)部電路與外部引腳圖如圖1(a)(b)所示。(a)1496內(nèi)部電路(b)1496引腳圖圖1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖它內(nèi)部電路含有8個有源晶體管，引腳8與10接輸入電壓V*、1與4接另一輸入電壓VY，6與12接輸出電壓VO。一個理想乘法器的輸出為VO=KV*VY，而實際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關(guān)系為：VO=K〔V*+V*OS〕〔VY+VYOS〕+VZO*。為了得到好的精度，必須消除V*OS、VYOS與VZO*三項失調(diào)電壓。引腳2與3之間需外接電阻，對差分放大器T5與T6產(chǎn)生交流負反應(yīng)，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓的線性動態(tài)范圍?！?〕AM與DSB電路的設(shè)計查集成模擬乘法器MC1496應(yīng)用資料〔附錄1〕，得典型應(yīng)用電路如圖4所示。SC1SC1LM496IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO8IO10IO12IO14V180mVrms500kHz0°V2150mVrms2kHz0°V312VV48VC10.1μFC52.2μFC6100μFR41k"C20.1μFR551"R61k"R73.9k"R83.9k"C30.1μFR91k"R101k"R111.5k"R125k"Key=A91%R136.8k"R1451"R1551"圖41496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖圖中載波信號經(jīng)高頻耦合電容C1輸入到Uc⑩端，C3為高頻旁路電容，使⑧交流接地。調(diào)制信號經(jīng)高頻耦合電容C2輸入到UΩ④端，C5為高頻旁路電容，使①交流接地。調(diào)制信號UAM從⑿腳單端輸出。電路采用雙電源供電，所以⑤腳接Rb到地。因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小，即：則：當VEE=-8V，I5=1mA時，可算得：〔MC1496器件的靜態(tài)電流一般取I0＝I5＝1mA左右〕R5={〔8-0.75〕/〔1*10-3〕}-500=6.75KΩ取標稱電阻，則R5=6.8KΩMC1496的②③腳外接電阻RB，對差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負回授，可調(diào)節(jié)乘法器的增益，擴展輸入信號UΩ動態(tài)范圍。因為：UΩ≤I5RB式中I5為5腳的電流，中選I5=1mA，Uy=1V(峰值)時，由上式可確定RB：RB≥UΩ/I5=1/1*10-3=1KΩ負載電阻RC的選擇由于共模靜態(tài)輸出電壓為：U6=U12=VCC-I5RL式中U6、U12是6腳與12腳的靜態(tài)電壓。中選U6=U12=8V，VCC=12V，I5=1mA時，RL=〔VCC-U6〕/I5=(12-8)/(1*10-3)=4KΩ，取標稱電阻RL=3.9KΩ。電阻R1、R2、R3與RC1、RC2提供芯片內(nèi)晶體管的靜態(tài)偏置電壓，保證各管工作在放大狀態(tài)。阻值的選取應(yīng)滿足如下關(guān)系：，，所以取：R1=R2=1KΩR3=51ΩR4=R5=750Ω，R6=R7=1KΩ，WR1=10KΩ電阻R4、R5、WR1、R6和R7用于將直流負電源電壓分壓后供應(yīng)MC1496的1、4腳內(nèi)部的差分對三極管基極偏置電壓。通過調(diào)節(jié)RP，可使MC1496的1、4端的直流電位差為零，即UΩ輸入端只有調(diào)制信號輸入而沒有直流分量，則調(diào)幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波；假設(shè)調(diào)節(jié)RP，使MC1496的1、4端的直流電位差不為零，則電路有載波分量輸出，為普通調(diào)幅波。耦合電容與高頻電容的選擇電容C1與C2應(yīng)選擇得使其電抗在載波頻率上低于5Ω，即：1/ωC1=1/ωC2≤5Ω所以取C1=C3=0.1uf,C2=C5=4.7uf,由此得到實際的模擬乘法器1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路與測量系統(tǒng)電原理圖，如圖5。圖51496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖②AM與DSB電路的仿真1)全載波振幅調(diào)制〔AM〕按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。當電路平衡時，即UΩ=0,Uo=0,模擬乘法器1496的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)如表1。引腳=8\*GB3⑧=10\*GB3⑩=1\*GB3①=4\*GB3④=6\*GB3⑥12=2\*GB3②=3\*GB3③=5\*GB3⑤=7\*GB3⑦14電壓〔V〕5.9955.994-0.118-0.1159.7249.7240.726-0.724-7.093——-8(3)調(diào)R15〔99%〕，使模擬乘法器=1\*GB3①=4\*GB3④腳間電壓為+200mV,即電路不平衡。按設(shè)計要求參加信號，載波信號U*：f=500KHZ/60mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/150mV，此時實現(xiàn)AM調(diào)制。信號時域波形和頻域圖形如圖6所示。此條件時，M=？圖6圖7〔4〕調(diào)R15使AM信號過調(diào)制，即使M＞100%。當M＞100%時，過零點為一條直線。實驗測得信號波形如圖7所示。21)抑制載波振幅調(diào)制〔DSB〕(1)令UΩ=0，調(diào)WR1，使模擬乘法器=1\*GB3①=4\*GB3④腳間電壓為0V,即電路平衡。按設(shè)計要求參加信號，載波信號U*：f=500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，此時實現(xiàn)DSB調(diào)制。信號的時域和頻域波形如圖8所示。圖8實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。為M曲線。實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。為M曲線。圖9(2)同步檢波器電路設(shè)計與仿真①同步檢波器電路設(shè)計振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于普通調(diào)幅波〔AM〕信號的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進展解調(diào)。而雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡(luò)檢波進展解調(diào)，必須采用同步檢波方法。MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電路原理框圖10所示。其中y端輸入同步載波信號UC，*端輸入已調(diào)波信號US。解調(diào)器輸出信號經(jīng)低通后輸出解調(diào)信號。其1496構(gòu)成的同步檢波電路與外接元件參數(shù)與AM調(diào)制電路無異，僅需接一低通濾波器實際設(shè)計電路如圖11所示；圖10低通濾波器設(shè)計計算SC1LM496SC1LM496IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO8IO10IO12IO14V1150mVrms500kHz0°V2200mVrms2kHz0°V312VV48VC10.1μFC52.2μFC6100μFR41k"C20.1μFR551"R61k"R73.9k"R83.9k"R91k"R101k"R111.5k"R125k"Key=A51%R136.8k"R1451"R1551"*MM1A11V/V0VY**SC1C4100000pFC7100000pFR1610k"②同步檢波器電路仿真1、按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并用EWB完成電路連接。2、調(diào)RW1使電路平衡時，即Uc=UΩ=0,Uo=03、按設(shè)計要求參加信號，〔載波信號U*：f=500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV〕，a．按條件產(chǎn)生DSB信號b.按同步檢波工作原理參加信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖12所示。圖12〔3〕混頻器電路設(shè)計與仿真混頻電路的作用是在本地振蕩電壓的作用下，將載頻為fc的高頻已調(diào)信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調(diào)信號。由于乘法器可以產(chǎn)生只包含兩個輸入信號之和頻及差頻分量的輸出信號，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實現(xiàn)混頻功能。其原理框圖如圖13所示：①混頻器電路設(shè)計由1496模擬乘法器構(gòu)成混頻電路和外接元件參數(shù)與AM調(diào)制電路無異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設(shè)計的電路如圖14所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態(tài)。SC1SC1SC1LM496LM496IO1IO1IO2IO2IO3IO3IO4IO4IO5IO5IO6IO6IO8IO8IO10IO10IO12IO12IO14IO14V1V180mVrms80mVrms500kHz500kHz0°0°V2V2150mVrms150mVrms2kHz2kHz0°0°V3V312V12VV4V48V8VC1C10.1μF0.1μFC5C52.2μF2.2μFC6C6100μF100μFR4R41k"1k"C2C20.1μF0.1μFR5R551"51"R6R61k"1k"R7R73.9k"3.9k"R8R83.9k"3.9k"C3C30.1μF0.1μFR9R91k"1k"R10R101k"1k"R11R111.5k"1.5k"R12R125k"5k"Key=AKey=A91%91%R13R136.8k"6.8k"R14R1451"51"R15R1551"51"*SC1*SC1*SA1*SA1TTININ*MM1*MM1圖14465KHZ諧振回路的設(shè)計與原件參數(shù)計算：〔略〕②混頻器電路仿真1、按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并完成電路連接。2、調(diào)RW1使電路平衡時，即Uc=UΩ=0,Uo=03、按設(shè)計要求參加信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖15所示