振幅调制器的设计

专业通信工程

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2015年7月12日目录

一、项目概述

引言-------------------------------------------------------3

项目简介---------------------------------------------------3

任务及要求-------------------------------------------------4

二、项目实施过程

MC1496内部结构及原理---------------------------------------4

原理设计内容------------------------------------------------6

普通调幅电路设计---------------------------------------6

抑制载波的双边带调幅----------------------------------7

普通调幅与载波被抑制双边带调幅波的区别-----------------8元件参数设计-------------------------------------------------8

三、结果分析

调幅电路工作过程--------------------------------------------10

调幅电路实验结果--------------------------------------------12

AM普通调幅调制波形输出-------------------------------12

DSB载波被抑制双边带调幅波形输出----------------------13

信号源的输出------------------------------------------13

四、项目总结-------------------------------------------------------14

五、相关介绍-------------------------------------------------------15

六、参考文献-------------------------------------------------------16

七、附录-----------------------------------------------------------16一、项目概述

引言

振幅调制，是用调制信号去控制载波的振幅，使其随调制信号线性变化，而保持载波的角频率不变。而在振幅调制中，又根据所取出已调制信号的频谱分量不同，分为普通调幅（标准调幅，AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）。他们的主要区别是产生的方法和频谱结构。而在高频电子线路中的振幅调制，其实就是视为两个信号相乘或包含相乘的过程。目前在无线电通信、广播电视等方面得到广泛应用。本文利用Multisim13软件仿真平台，对MC1496构成的调幅电路进行软件仿真和实际电路测试，并分析比较测试结果。

通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计、计算等环节。进一步提高分析、解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

课程设计要求：1、培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

2、通过实际电路方案的分析比较，设计计算﹑元件选取﹑安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

3、掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。

4、了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。

5、培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济观点和全局观点。

任务及要求：

振幅调制器的设计

(1)设计要求：用模拟乘法器芯片如MC1496设计一振幅调制器，使其能实现AM和DSB信号调制。

(2)主要指标：载波频率：15MHz 正弦波

调制信号：1KHz 正弦波

输出信号幅度：≥5V（峰-峰值）无明显失真

二、项目实施过程：

MC1496内部结构及原理

MC1496模拟乘法器的管脚图：

其中V1、V2与V3、V4组成双差分

放大器，以反极性方式相连接，而

且两组差分对的恒流源V5与V6又

组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。

模拟乘法器的内部结构：

MC1496中包含了由带双电流源的标准差动放大器驱动的四个高位放大器，输出集电极交叉耦合，故产生了两输入电压的全波平衡调制乘积现象。其中载波输入(Carrier Input)输入至4个三极管组成的双差分放大器，信号输入(Signal Input)输入至2个三极管组成的单差分放大器用以激励载波。其中Q1、Q2与VQ5、Q6组成两对差分放大器，Q3、Q7组成的单差分放大器，用以激励Q1、Q2、Q5、Q6及其偏置电路；Q4、Q8组成差分放大器的恒流源。引脚8与10接输入电

压c u ,1与4接另一输入电压1u ，输出电压o u 从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻E R ，对差分放大器Q3、Q7产生电流负反馈，以扩展输入电压的线性动态范围。采用双电源供电时，引脚14接负电源,正电源由6脚和12脚引集电极电阻接入。引脚5外接电阻5R ，用来调节偏置电流5I 及镜像电流0I 的值。

下面是Multisim 画出的MC1496芯片外围电路：

原理设计内容

普通调幅电路设计：

普通调幅波的实现框图：

t

cos m

)(c 0)(ω↑↑−−→

−⊗−→−⊕−−→−t s t m m

AM 调制模型 如果载波信号是单频正弦波,调制器输出已调信号的包络与输入调制信号为线性关系,则称这种调制为常规调幅,或简称调幅( AM:

Amplitude Modulation)。在AM调幅中,输出已调信号的包络与输入调制信号成正比,其数学表达式为：

式中:称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之意，它表示载波电压振幅受调制信号控制后的改变程度，一般0<<1。

是简谐调制信

号，载波信号是

。

该模型中的核心器件是模拟乘法器,它实现了对基带信号的调制，本系统中采用的是MC1496来实现调制器的设计。

抑制载波的双边带调幅：

从普通调幅波的关系知道，由于2/3的载波功率不含信息，实际上这部分功率白白浪费了。为了克服这个缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号，这就是抑制载波的双边带调幅波（DSB AM）, 其数学表达式为

=

由该公式可以知道，双边带调幅信号的振幅仍随调制信号拜变化，但已不是在值基础上变化，而是在零值上下变化。在调制信号=0的瞬间，高频载波的相位出现180°的突变，呈现M型。与普通调幅波相比，双边带调幅的频谱图中抑制掉了载波分量。

普通调幅与载波被抑制双边带调幅波的区别

m a表明载波振幅受调制控制的程度，一般要求0≤m a≤1，以便调幅波的包络能正确地表现出调制信号的变化。m a>1的情况称为过调制, 下图所示为不同m a时的已调波波形。

元件参数设计

MC1496线性区好饱和区的临界点在15-20mV左右，仅当输入信号电压均小于26mV时，器件才有良好的相乘作用，否则输出电压中会出现较大的非线性误差。显然，输入线性动态范围的上限值太小，不适应实际需要。为此，可在和的发射极引出端之间根据需要接入反馈电阻R19=1kΩ，从而扩大调制信号的输入线性动态范围，该反馈电阻同时也影响调制器增益。增大反馈电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态范围。

在驱动源1脚和4脚所接对地电阻R13、R15决定于温度性能和抑制源Q调谐振荡的设计要求。若要在较大的温度变化范围内得到较好的载波抑制效果，R13、R15一般不超过51Ω；当工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的电阻，例如采用61Ω，从而提高信号输入的稳定性。

MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器件来实现。本实验采用双电源供电。而5脚电阻R14决定于偏置电流I5的设计。I5的最大额定值为10mA，通常取1mA。而MC1496采用双电源（+12V，-8V）供电时，R14可近似取Ω。

输出端6和12脚外可接调谐于载频的带通滤波器或者直接连接示波器检测输出波形；2和3脚之间外接负反馈电阻R8=1kΩ，本实验已把该电阻内嵌在芯片MC1496内部。

若实现普通调幅，可通过调节R12的1kΩ电位器使1脚比4脚阻值低，调制信号输入1输入端脚，调节电位器可以使V1增大，即改变指数调幅度m a。

若实现抑制载波的双边带调幅，1kΩ电位器使1、4脚之间直流等电位，即输入信号仅为交流调制信号，即是使=1。为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可以直接调节滑动变阻器到最右端。

以下是MC1496数据手册的官方元件数值经典连线图：

下面是Multisim实验电路图：三、结果分析

调幅电路工作过程：

在实现调幅时载波信号加载在Q9，Q11 的输入端，即IO8、IO10 管脚。调制信号加载在差动放大器Q14、Q13 即管脚IO1、IO4。IO2、IO3 管脚外接电阻，以扩大调制信号动态范围，本芯片已经内接该电阻。已调制信号由双差动放大器的两集电极输出（Q9和Q10,Q11和Q12）。接于正电源电路的电阻R7, R6，R5用来分压，以便提供相乘器内部Q9~Q12 管的基极偏压；负电源通过R12，R18，R16 及R17的分压供给相乘器内部Q15、Q16 管基极偏压，R12 为载波调零电位器，调节R12 可使电路对称以减小载波信号输出；R8,R9 为输出端的负载电阻，接于IO2、IO3端电阻R19用来扩大U 的线性动态范围，同时控制乘法器的增益。

①载波信号由XFG1 提控υC（t）=VcmcosωCt 通过电容C2 以

及R6加到相乘器的输入端IO8，IO10 管脚。

②调制信号由XFG2 提供υΩ（t）=VΩcosΩt，通过电容C4 及

电阻R10,R13 加到乘法器的输入端IO1，IO4 管脚。

③输出信号经过IO12,IO6 9输出。

仿真电路测试数据分析乘法器的直流工作点通过仿真得出乘法器的直流工作点（直流工作点是各个管脚在电路中的工作点并非管脚号）。可得，V（3）=V（2），V（10）=V（9），V（14）=V（15），V(11)=V （12），且V（15）-V（2）≈>2V所以MC1496 内部的晶体管Q1 处于导通状态，同理可得出Q2，Q3，Q4 这三个晶体管也处于工作状态；V（2）-V（9）≈6V>，所以晶体管Q5 导通，同理可得Q6 也处于工作状态；V （11）-V （12）≈6V>2V 所以Q7 处于工作状态，同理可得Q8 也处于工作状态。

由总电路可得示波器的通道A为调制信号；通道B为已调信号；通道C为检波出来的信号；通道D可接载波信号。

调幅电路实验结果

AM普通调幅调制波形输出

仿真分析：由于调幅度<1，载波频率较高，所以波形密集。

输出信号幅度=≥5V（峰-峰值），波形无明显失真，符合题

目标准。

DSB载波被抑制双边带调幅波形输出

仿真分析：由于调幅度=1，载波频率被抑制，所以波形的相位出现180°的突变，呈现M型。波形无明显失真，符合题目标准。

信号源的输出

电路参数：VCC为+12V，VEE为-8V，调零滑变为正中间50%。输入调制信号V3为250mv Vp-p,1KHz的正弦信号；载波信号V1为250mv Vp-p,1MHz的正弦信号。

四、项目总结：

通过进行本次工程训练，我对普通调幅AM的相关知识有了更深的理解，同时，我对调幅电路的性能及工作原理也有了更深的掌握。并认识到自己并没有将书本上的知识很好的领悟并能应用到实际中来。

在本次课设实验的一开始，并没有抓紧时间操作，一直调不出正确的波形，在重新看《通信电子线路》后的相关知识才对本次工程训练有了更认真的态度和更深的认识。在实践中最容易忽略的就是基本原理，对MC1496并没有充分的了解，对外围的电路只懂照葫芦画瓢，没有对每一个参数的设计以及原理深入理解。很大一部分原因是一味的上网研究电路图，然后希望运气调出正确的波形，自己也没有认真的改参数调波形。

到后来中期时间，我为了更好了解整个实验的框架和实现的原理，我回去看曾经学过的课本弄清楚原理，并且使用上了datasheet 的经典接线图而不是一味参考网上的现成电路图。在几天的学习和调试中终于将调幅的仿真实验完成。

这次工程训练很好的锻炼了我的实践能力和知识的运用能力，熟悉了操作软件和基本原理，总结了很多学习经验，也为以后的实验打下了基础。

五、软件介绍：

本项目是在Multisim13软件上模拟乘法器芯片MC1496的调幅与检波电路设计与实现。

NI Multisim 13用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 13是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真

再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

六、参考文献：

1、杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计(修订版)[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2005.

2、严国萍,龙占超.通信电子线路[M].北京:科学出版社,2006

3、市川裕一（日）.高频电路设计与制作[M]. 北京:科学出版社,2007.

4、于红珍.通信电子电路[M].北京:科学出版社,2007

七、附录：

元件清单

芯片MC14961块

电阻612个

电阻511个

电阻7602个

电阻1k2个

电阻2个

电阻1个

电容100nF2个下载本文