課程設(shè)計--幅度調(diào)制電路的設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　2014年 2月 28日</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程 高頻電子線路</p><p>　　題目 幅度調(diào)制電路的設(shè)計</p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等&l

2、t;/p><p><b>　　1、主要內(nèi)容</b></p><p>　　本題目為集成模擬乘法器應(yīng)用設(shè)計之一，即設(shè)計幅度調(diào)制電路。通過本次電路設(shè)計，掌握集成模擬乘法器的基本原理及其所構(gòu)成的幅度調(diào)制電路的設(shè)計方法、電路調(diào)整及測試技術(shù)。加深對高頻電子線路課程理論知識的理解，提高電路設(shè)計及電子實踐能力。</p><p><b>　　2、基本要求&

3、lt;/b></p><p>　　(1) 采用集成模擬乘法器設(shè)計幅度調(diào)制； </p><p>　　(2) 調(diào)整平衡調(diào)節(jié)電路分別實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅和有載波的普通調(diào)幅； </p><p>　　(3) 另外再設(shè)計一種利用模擬乘法器實現(xiàn)的其它高頻功能電路，并分析工作原理。</p><p><b>　　3、主要參考資料</b

4、></p><p>　　[1] 陽昌漢. 高頻電子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 吳運昌. 模擬集成電路原理與應(yīng)用. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設(shè)計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.</p><p>　

5、　[4] 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　完成期限 2月24日-2月28 日 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負責(zé)人 </p><p>　　2014 年 2 月 21 日<

6、/p><p><b>　　一、電路基本原理</b></p><p><b>　　1、基本原理</b></p><p>　　幅度調(diào)制就是載波的振幅（包絡(luò)）隨調(diào)制信號的參數(shù)變化而變化。本實驗中載波是由實驗箱的高頻信號源產(chǎn)生的10MHz高頻信號，利用DDS信號發(fā)生器輸出1KHz的低頻信號為調(diào)制信號。振幅調(diào)制器即為產(chǎn)生調(diào)幅信號的裝置。

7、</p><p>　　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。高頻電子線路中的振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)過程，均可視為兩個信號相乘的過程。</p><p>　　MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器，電路如圖1所示。引腳⑧與⑩接輸入電壓Ux，①與④接另一輸入電壓Uy，輸出電壓Uo從引腳⑥與⑿輸出。引腳②與③外接電阻R8為電流負反饋電阻，可調(diào)節(jié)乘

8、法器的信號增益，并擴展輸入電壓Uy的線性動態(tài)范圍。引腳⒁為負電源（雙電源供電時）或接地端（單電源供電時）。</p><p><b>　　圖1 模擬乘法器</b></p><p>　　模擬乘法器是一種完成兩路互不相關(guān)的模擬信號 （連續(xù)變化的兩個電壓或電流）相乘作用的電子器件。它是利用晶體管特性的非線性巧妙的進行結(jié)合實現(xiàn)調(diào)幅的電路。使輸出中僅保留晶體管非線性所產(chǎn)生的兩路輸

9、入信號的乘</p><p>　　這一項，從而獲得良好的乘法特性。</p><p>　　MC1496內(nèi)部電路圖中，晶體管T1～T4組成雙平衡差分放大器T5～T6組成 單差分放大器，晶體管T7、T8及其偏置電阻作為T5～T6的恒流源。</p><p>　　它是一個四象限模擬乘法器的基本電路，電路采用了兩組差動對由V1－V4組成，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源

10、又組成一對差分電路，即V5與V6，因此恒流源的控制電壓可正可負，以此實現(xiàn)了四象限工作進行調(diào)幅時，載波信號加在V1－V4的輸入端，即引腳的⑧、⑩之間；調(diào)制信號加在差動放大器V5、V6的輸入端，即引腳的①、④之間，②、③腳外接1KΩ電位器，以擴大調(diào)制信號動態(tài)范圍，已調(diào)制信號取自雙差動放大器的兩集電極（即引出腳⑹、⑿之間）輸出。</p><p>　　為了擴展乘法器的輸入線性動態(tài)范圍，在引腳“2”和“3”之間接了一個電阻

11、R7（1KΩ）,它的作用為晶體管T5、T6形成串聯(lián)電流負反饋。因此擴大了Vx的輸入線性動態(tài)范圍，其目的輸入線性化。</p><p><b>　　2、設(shè)計框圖</b></p><p>　　(1)對傳輸信號進行調(diào)制的原因</p><p>　　根據(jù)電磁波理論，天線尺寸大于信號波長的十分之一，信號才能有效發(fā)射。如聲音信號的頻率范圍為 0.1 ~ 6 k

12、Hz。設(shè) f = 1 kHz，λ=C/?=3×108/103=3×105（m），顯然，低頻信號直接發(fā)射是不現(xiàn)實的。</p><p><b>　　(2)調(diào)制</b></p><p>　　調(diào)制(Modulation)— 將低頻信號裝載于高頻信號。</p><p><b>　　(3)調(diào)制的方式</b><

13、/p><p>　　調(diào)幅 AM (檢波) 、調(diào)頻 FM (鑒頻) 、調(diào)相 PM (鑒相)</p><p><b>　　(4)信息傳輸系統(tǒng)</b></p><p><b>　　圖2程序框圖</b></p><p><b>　　二、設(shè)計方案</b></p><p&

14、gt;<b>　　1、總體設(shè)計電路</b></p><p>　　用低頻信號去改變高頻信號的幅度，稱為調(diào)幅。經(jīng)調(diào)幅后的高頻信號稱調(diào)幅信號，把沒有調(diào)幅的等幅高頻信號稱為載波信號，它是運載低頻信號的工具。</p><p>　　采用模擬乘法器構(gòu)成的調(diào)幅電路如下所示。調(diào)幅系數(shù)表示載波受低頻信號控制的程度，為了不產(chǎn)生調(diào)幅失真，要求UYQ≧UΩm。</p><p

15、><b>　　圖3電路原理圖</b></p><p><b>　　2、元件參數(shù)的確定</b></p><p>　　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)。</p><p>　　1腳和4腳所接對地電阻R5、R6決定于溫度性能的設(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

16、（如全溫度范圍-55至+125），R5、R6一般不超過51Ω；當(dāng)工作環(huán)境溫度變化范圍較小時，可以使用稍大的電阻。</p><p>　　R1-R4及RP1為調(diào)零電路。在實現(xiàn)雙邊帶調(diào)制時，R1和R2接入，以使載漏減??；在實現(xiàn)普通調(diào)幅時，將R1及R2短路（關(guān)閉開關(guān)S1、S2），以獲得足夠大的直流補償電壓調(diào)節(jié)范圍，由于直流補償電壓與調(diào)制信號相加后作用到乘法器上，故輸出端產(chǎn)生的將是普通調(diào)幅波，并且可以利用RP1來調(diào)節(jié)調(diào)制系

17、數(shù)的大小。</p><p>　　5腳電阻R7決定于偏置電流I5的設(shè)計。I5的最大額定值為10mA，通常取1mA。由圖可看出，當(dāng)取I5=1mA，雙電源（+12V，-8V）供電時，R5可近似取6.8kΩ。</p><p>　　輸出負載為R15，亦可用L2與C7組成的并聯(lián)諧振回路作負載，其諧振頻率等于載頻，用于抑制由于非線性失真所產(chǎn)生的無用頻率分量。VT1所組成的射隨器用于減少負載變化和測量帶來

18、的影響。</p><p>　　三、電路調(diào)試與仿真分析</p><p><b>　　1、電路調(diào)整及測試</b></p><p>　　(1)載波輸入端平衡調(diào)節(jié)</p><p>　　在調(diào)制信號輸入端IN2輸入調(diào)制信號UΩ（t），UΩ（t）為f=1KHz幅度為100mV（VP-P）的正弦信號。將示波器接至OUT處，調(diào)節(jié)電位器RP

19、2，使示波器上輸出的波形幅度最小。（然后去掉輸入信號UΩ）。</p><p>　　(2)抑制載波調(diào)幅（在載波輸入端平衡的狀態(tài)下進行）</p><p>　　輸入端IN1輸入載波信號UC（t），UC（t）為f=465KHz，幅度UC（p-p）=30mv的正弦信號，將示波器接至OUT處。調(diào)節(jié)RP1，使輸出電壓Vo最小。</p><p>　　輸入端IN2輸入調(diào)制信號UΩ（t

20、），其頻率為1KHz，幅度由零逐漸增大，當(dāng)UΩ（p—p）為幾百毫伏時，將出現(xiàn)如圖2所示的抑制載波的調(diào)幅信號。由于器件內(nèi)部參數(shù)不可能完全對稱，致使輸出波形出現(xiàn)漏載信號?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)電位器RP2來改善波形的對稱性。</p><p><b>　　圖4抑制載波調(diào)幅波</b></p><p><b>　　2、實驗調(diào)試結(jié)果</b></p><

21、;p><b>　　(1)輸入失調(diào)調(diào)零</b></p><p>　　將高頻輸入信號Uc加至高頻輸入端。其頻率為500KHz, 幅度為Uc≤0.1v左右（參考值）。讓低頻信號輸入端接地,調(diào)節(jié)電位器Rt1使輸出的波形幅度較小且不失真（用示波器觀察）,然后撤除高頻信號。</p><p>　　將低頻信號加入低頻信號的輸入端，其頻率為1KHz,幅度為uc≤0.3v左右（參考

22、值）讓高頻信號輸入端接地,調(diào)節(jié)電位器Rt2使輸出的波形幅度較小且不失真（用示波器觀察）。</p><p>　　重復(fù)上述（1）、（2）調(diào)試過程，使輸出波形最小,至此即完成集成塊輸入失調(diào)調(diào)零。</p><p><b>　?。?）、雙邊帶調(diào)幅</b></p><p>　　由于載波本身不包含信息，為了提高設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶

23、信號，這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)幅，簡稱雙邊調(diào)幅，用DSB表示。</p><p>　　調(diào)節(jié)電位器Rt1，用萬用表測試Tp1和Tp2間的電壓U12＝0時，加入高頻信號頻率100kHz～1240kHz，Vcp－p＝50mv（或40mv）。此時不加低頻信號。</p><p>　　高頻頻率、幅度不變。加入低頻信號頻率為1kHz、Vp－p＝200mv。</p><p>

24、　　高頻信號、低頻信號的頻率、幅度均不變，調(diào)節(jié)電位器Rt2當(dāng)反時針旋轉(zhuǎn)到底、順時針旋轉(zhuǎn)到底。</p><p>　　（3）、普通調(diào)幅（全載波調(diào)幅）</p><p>　　調(diào)節(jié)RP1使UAB=0.1V（萬用表直流電壓測得）。輸入端IN1輸入載波信號UC（t），為f=465KHz，幅度UC（P-P）=100mV的正弦信號；輸入端IN2輸入低頻調(diào)制信號UΩ（t），其頻率為1KHz，幅度UΩ（P-P）

25、由零逐漸增大。示波器接至輸出端OUT處，此時可觀察到輸出信號Uo（t）的幅度發(fā)生變化。當(dāng)UΩ（P-P）增大到一定程度時，將出現(xiàn)如圖4所示的普通調(diào)幅信號波形。</p><p><b>　　公式（1）</b></p><p><b>　　圖5普通調(diào)幅波</b></p><p><b>　　3、仿真分析</b&g

26、t;</p><p><b>　　圖6仿真圖</b></p><p>　　通過仿真圖可以看出，在輸入載波頻率和調(diào)制信號頻率時，要實現(xiàn)普通調(diào)幅波調(diào)幅或雙邊帶調(diào)幅波調(diào)幅，必須通過調(diào)幅電路產(chǎn)生新的頻率分量。從本圖可以分析出，此電路達到了調(diào)幅的要求。</p><p><b>　　四、總結(jié)及體會</b></p><

27、;p>　　通過這次課程設(shè)計,我明白了一個道理,紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。不親自實踐一下,總覺得自己什么都會了,但是到真要用到的時候,才發(fā)現(xiàn)原來一切都是紙上談兵。通過一周的高頻設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了很多問題是從課本上學(xué)不到的，所以剛開始拿到設(shè)計課題是時候有些不知所措，不知道該干什么,不過經(jīng)過和同組人的共同探討和學(xué)習(xí)，我逐漸把握住了思路，并開始了設(shè)計。 </p><p>　　通過本課題的設(shè)計，增強了我的高頻設(shè)計

28、能力，鞏固所學(xué)的理論知識，進一步深入了解集成模擬乘法器MC1496的工作原理，在一定程度上掌握了調(diào)幅器與檢波器的設(shè)計原理用來實現(xiàn)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅和有載波的普通調(diào)幅。掌握這些后對調(diào)幅波信號進行解調(diào)，采用設(shè)計的二極管包絡(luò)檢波器、低道濾波器電路來實現(xiàn)。在此次高頻電子線路課程設(shè)計中，我綜合運用了所學(xué)知識，構(gòu)成了新的知識框架，提高了對知識的理解與實際運用能力，進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則，提高了知識運用的綜合能力。&

29、lt;/p><p>　　總的來講，本次課程設(shè)計對于我來說有很大的意義。通過本次課程設(shè)計，我有一種溫故知新感覺。不僅對原有知識進行了鞏固，還增加了不少新的知識，即使在設(shè)計中并沒有用到所有新的知識，但我學(xué)會了，就是我的財富，今后我一定會好好加以利用。同時，我在以后的學(xué)習(xí)生活當(dāng)中一定會牢牢記住這次課程設(shè)計給我的經(jīng)驗和教訓(xùn)，在學(xué)習(xí)工作中更加努力和細心，學(xué)有所用才是硬道。唯有加以實踐,才能掌握的更加牢固。</p>

30、<p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 陽昌漢. 高頻電子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 吳運昌. 模擬集成電路原理與應(yīng)用. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設(shè)計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學(xué)