畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于multisim_11的模擬乘法器應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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，適用于初級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作，包含電路原理圖圖形及電路硬件描述語(yǔ)言的輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）相乘作用的電子器件。它具有兩個(gè)輸入

2、端對(duì)和一個(gè)輸出端對(duì)，是三端對(duì)有源器件。</p><p>　　主要內(nèi)容為基于Multisim的模擬乘法器應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真。闡述了雙邊帶調(diào)幅及普通調(diào)幅、同步檢波、混頻、乘積型鑒相電路的原理，并在電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)Multisim11仿真環(huán)境中創(chuàng)建集成模擬乘法器MC1496電路模塊，利用模擬乘法器MC1496完成各項(xiàng)電路的設(shè)計(jì)與仿真，并結(jié)合LabVIEW虛擬儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的普通調(diào)幅及解調(diào)。</p>&l

3、t;p>　　關(guān)鍵詞：Multisim；模擬乘法器 ；MC1496</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Multisim introduced by United States National Instruments(NI) Limited company is a Windows-based simulation tool

4、, suitable for design elementary analog / digital circuit, contains a circuit theory of diagram and the circuit hardware description language input methods, with extensive simulation analysis. </p><p>　　Anal

5、og multiplier is a complete two analog signals (voltage or current) multiplied by the role of electronic devices. It has two inputs and one output on the right, yes three-terminal on the active device. </p><p&

6、gt;　　The main content is that analog multiplier multisim-based application design and simulation. Describe some circuit’s theory, such as Double Side Band amplitude modulation and common amplitude modulation、synchronous

7、detection、mixing、product type phase. Create the integrated circuit analog multiplier MC1496 module in simulation platform Multisim11 simulation environment, make use of the analog multiplier MC1496 module complete circui

8、t design and simulation, combined with labVIEW fictitious instrum</p><p>　　Keywords: Multisim;Analog Multiplier;MC1496</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1<

9、/b></p><p>　　1.1 Multisim簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.2 Multisim發(fā)展1</p><p>　　第2章 總體設(shè)計(jì)思想3</p><p>　　2.1 模擬乘法器MC1496的工作原理3</p><p>　　2.2 幅度調(diào)制5</p><p>　　

10、2.3 同步檢波7</p><p><b>　　2.4 混頻8</b></p><p>　　2.5 乘積型鑒相9</p><p>　　2.6 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制解調(diào)10</p><p>　　2.7 本章小結(jié)11</p><p>　　第3章 電路調(diào)試與仿真12</p><p

11、>　　3.1 模擬乘法器MC1496的創(chuàng)建12</p><p>　　3.2 調(diào)幅設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 同步檢波設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.4 混頻設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.5 乘積型鑒相設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制24</p><

12、p>　　3.7 本章小結(jié)25</p><p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p>

13、;<p>　　1.1 Multisim簡(jiǎn)介</p><p>　　Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡(jiǎn)稱(chēng)IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于初級(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[1]。 工程師們可以使用Multisim交互式地搭建

14、電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)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(guò)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)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程[2]。</p><p>　　NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大

15、的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專(zhuān)業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量[3]。</p><p>

16、;　　1.2 Multisim發(fā)展</p><p>　　Multisim2001是一個(gè)用于電路設(shè)計(jì)和仿真的EDA工具軟件，由于其強(qiáng)大的功能，形象生動(dòng)的仿真效果，友好的界面，豐富的元件庫(kù)和儀表庫(kù)，在我國(guó)各級(jí)各類(lèi)學(xué)校得到廣泛的推廣應(yīng)用，尤其是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)可以將其作為電子電路的教學(xué)示教、仿真實(shí)驗(yàn)、電子電路的設(shè)計(jì)等[4]。</p><p>　　Multisim7是2003年推出的新版本。它將以前推出的

17、EWB5.0和Multisim2001版本功能大大提高，比如EWB5.0版本，在做電路仿真實(shí)驗(yàn)調(diào)用虛擬儀器時(shí)，一個(gè)品種每次只能調(diào)用一臺(tái)，這是一個(gè)很大的缺陷。又如Multisim2001版本，它的與實(shí)際元件相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性仿真元件模型只有6種，而Multisim7版本增加到10種；Multisim2001版本的虛擬儀器只有11種，而Multisim7版本增加到17種；特別像示波器這種最常用的電子儀器，Multisim2001版本只能提供雙蹤

18、示波器，而Multisim7版本卻能提供4蹤示波器，這給諸如試做數(shù)字電路仿真實(shí)驗(yàn)等需要同時(shí)觀察多路波形提供了極大的方便。又比如Multisim2001版本只能提供“亮”與“滅”兩種狀態(tài)黑白指示燈，而Multisim7版本卻能提供藍(lán)、綠、紅、黃、白5種顏色的指示燈，使用起來(lái)更加方便和直觀?？傊?，Multisim7版本電子仿真軟件是比較先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的仿真軟件，是仿真軟件的佼佼者。</p><p>　　Multis

19、im8在保留了EWB以往版本形象直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測(cè)試和分析功能，同時(shí)還大大擴(kuò)充了元件庫(kù)中仿真元件的數(shù)量，特別是增加了若干個(gè)與實(shí)際元件相對(duì)應(yīng)的建模精確的真實(shí)仿真元件模型，使得仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果更精確、更可靠。</p><p>　　Multisim9提供了全面集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計(jì)輸入、電路仿真分析到電路功能測(cè)試等工作。當(dāng)改變電路連接或改變?cè)?shù)，對(duì)電路進(jìn)行仿真時(shí)，可以清楚地觀

20、察到各種變化對(duì)電路性能的影響[5] 。</p><p>　　Multisim10是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，是能夠替代電子實(shí)驗(yàn)室中的多種傳統(tǒng)儀器的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，具有靈活、成本低、高效率等特點(diǎn)[6]。</p><p>　　2010年1月，NI推出分別針對(duì)動(dòng)手學(xué)習(xí)以及專(zhuān)業(yè)電路設(shè)計(jì)的教育版和專(zhuān)業(yè)版電路仿真軟件Multisim11。這一簡(jiǎn)單易用的Multisim軟件以圖形化的方式消除

21、了傳統(tǒng)電路仿真的復(fù)雜性，幫助教育工作者、學(xué)生和工程師使用先進(jìn)電路分析技術(shù)。</p><p>　　Multisim11教育版專(zhuān)注于教學(xué)，內(nèi)有電路教程和課件。這一系統(tǒng)幫助教育工作者吸引學(xué)生，用互動(dòng)、動(dòng)手操作的方式研究電路行為，深化電路理論。由于Multisim的交互式組件、模擬驅(qū)動(dòng)儀器、實(shí)際的模擬和數(shù)字測(cè)量的整合，使Multisim在學(xué)術(shù)界、專(zhuān)科技術(shù)院校和大學(xué)獲得了廣泛應(yīng)用。Multisim11專(zhuān)業(yè)版幫助工程師優(yōu)化電

22、路設(shè)計(jì)，減少錯(cuò)誤和原型重復(fù)。Multisim可以與新的NI Ultiboard11軟件結(jié)合，為工程師提供高性?xún)r(jià)比、端對(duì)端原型平臺(tái)。Multisim也可以與NI LabVIEW測(cè)量軟件結(jié)合，幫助工程師明確自定義分析，改進(jìn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。</p><p>　　第2章 總體設(shè)計(jì)思想</p><p>　　2.1 模擬乘法器MC1496的工作原理</p><p>　　模擬乘法器是對(duì)

23、兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的有源非線(xiàn)性器件，主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)的相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。它有兩個(gè)輸入端口，即X 和Y 輸入端口。</p><p>　　在高頻電子線(xiàn)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(guò)程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過(guò)程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管和三極管要簡(jiǎn)單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無(wú)級(jí)通信、

24、廣播電視等方面應(yīng)用較多。集成模擬乘法器的常見(jiàn)產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等[7]。</p><p>　　根據(jù)雙差分對(duì)模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器[8]。其內(nèi)部電路如圖2-1所示，其中、、、、、和等組成多路電流源電路，、、為電流源的基準(zhǔn)電路，、分別供給、管恒值電流，為外接電阻，可用以調(diào)節(jié)的大小。由、兩管的發(fā)

25、射極引出接線(xiàn)端2和3，外接電阻，利用的負(fù)反饋?zhàn)饔?，以擴(kuò)大輸入電壓的動(dòng)態(tài)范圍。為外接負(fù)載電阻。</p><p>　　根據(jù)差分電路的基本工作原理，可以得到</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　(2-3)&l

26、t;/b></p><p>　　式中、、、、 、分別是三極管、、、、、的集電集電流。為溫度的電壓當(dāng)量，在常溫T=300K時(shí)，。由圖2-1可知，相乘器的輸出差值電流</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　將(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4)，可得</p><p><b

27、>　　(2-5)</b></p><p>　　由于、兩管發(fā)射極之間跨接負(fù)反饋電阻，當(dāng)遠(yuǎn)大于、管的發(fā)射結(jié)電阻時(shí)</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　將式(2-6)代入(2-5)可得</p><p><b>　　(2-7)</b></p>

28、<p>　　可見(jiàn)，輸出電流中包含兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積。</p><p>　　MC1496的管腳排列如圖2-2所示，其符號(hào)如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-１ MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-2 MC1496的管腳排列</p><p>　　圖2-3 MC1496符號(hào)</p><p>&

29、lt;b>　　2.2 幅度調(diào)制</b></p><p>　　集成模擬乘法器是完成兩個(gè)模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。在高頻電子線(xiàn)路中，振幅調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過(guò)程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管和三極管要簡(jiǎn)單得多，而且性能優(yōu)越。目前無(wú)線(xiàn)通信、廣播電視等方面應(yīng)用較多[9]。 </p><p>　　在幅度調(diào)制過(guò)程中，根據(jù)

30、所取出已調(diào)信號(hào)的頻譜分量不同，分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）等。它們的主要區(qū)別如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 普通調(diào)幅與雙邊帶調(diào)幅的區(qū)別</p><p>　　如果把已調(diào)調(diào)幅波加到負(fù)載電阻R上，則載波和邊頻都將給電阻傳送功率，它們的功率分別表示為： </p><p><b>　　載波功率：</b></p

31、><p><b>　　(2-8) </b></p><p>　　每個(gè)邊頻功率（上邊頻或下邊頻）： </p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　上、下邊頻總功率：</b></p><p><b>　　(2-10)&l

32、t;/b></p><p>　　稱(chēng)為調(diào)幅指數(shù)即調(diào)幅度，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，它表示載波電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制后改變的程度，一般。 </p><p>　　普通調(diào)幅電路的原理框圖如圖2-4（a）所示，雙邊帶調(diào)幅電路的原理框圖如圖2-4（b）所示</p><p>　　圖2-4（a）普通調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖</p><p>　　圖2-4（b）雙邊帶

33、調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖</p><p><b>　　2.3 同步檢波</b></p><p>　　振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過(guò)程稱(chēng)為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，所以無(wú)法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，必須采用同步檢波方法[10]。</p><p>　　同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積

34、型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，實(shí)現(xiàn)同步檢波是很方便的，其系統(tǒng)框圖如下：</p><p>　　圖2-5同步檢波系統(tǒng)框圖</p><p>　　其工作原理如下：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號(hào)如抑制波的雙邊帶信號(hào),另一輸入端輸入同步信號(hào)（即載波信號(hào)）,經(jīng)乘法器相乘，由此可得輸出信號(hào)為</p><p><b>　　(2-11)</b><

35、;/p><p>　　上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，后兩項(xiàng)為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號(hào)的解調(diào)。</p><p>　　若輸入信號(hào)為單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)，即,則乘法器的輸出為</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，第二項(xiàng)為高頻

36、分量，也可以被低通濾波器濾掉。</p><p>　　如果輸入信號(hào)為有載波振幅調(diào)制信號(hào)，同步信號(hào)為載波信號(hào)，利用乘法器的相乘原理，同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。</p><p>　　設(shè) , ,則輸出電壓為</p><p><b>　　（2-13）</b></p><p>　　上式中，第一項(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，

37、后面三項(xiàng)為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。</p><p><b>　　2.4 混頻</b></p><p>　　混頻電路的作用是在本地振蕩電壓, 作用下將載頻為（高頻）的已調(diào)信號(hào)不失真地變換為載頻為（中頻）的己調(diào)信號(hào)，頻率關(guān)系為：

38、 （2-14） 或 （2-15） （2-16）</p><p>　　其中，為上混頻， 或?yàn)橄禄祛l。（調(diào)幅廣播接收機(jī)一般采用下混頻，）。</p><p>　　由于乘法器可以產(chǎn)生只包含兩個(gè)輸入信號(hào)之和頻

39、及差頻分量的輸出信號(hào)，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實(shí)現(xiàn)混頻功能。其原理如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 混頻器的原理框圖</p><p><b>　　由圖2-6可知：</b></p><p>　　若 （2-17）</p>

40、<p><b>　　（2-18）</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　當(dāng)乘法器為非理想線(xiàn)性相乘狀態(tài)時(shí)（即中含有、分量及其它非線(xiàn)性雜散分量。）需經(jīng)帶通濾波器以獲得所需混頻信號(hào)。若采用下邊頻，則帶通濾波器的中心頻率為。</p><p>　　混頻器存在著它特有的（非線(xiàn)性）干擾現(xiàn)

41、象——組合頻率干擾。它是由實(shí)現(xiàn)混頻所用各種器件特性的非線(xiàn)性所引起的。</p><p>　　組合頻率干擾之一是當(dāng)本振信號(hào)與信號(hào)電壓作用于混頻器，如果滿(mǎn)足條件：時(shí)將會(huì)產(chǎn)生哨聲，這種干擾稱(chēng)為干擾哨聲。式中：——中頻頻率 ——音頻頻率 、——任意正整數(shù) 另一種干擾是假如混頻器輸入端作用著一種干擾信號(hào)，它的頻率是，當(dāng)滿(mǎn)足條件時(shí)，混頻器對(duì)于擾信號(hào)將直通，通常稱(chēng)這種干擾為寄生通道干擾。<

42、/p><p><b>　　2.5 乘積型鑒相</b></p><p>　　調(diào)相信號(hào)的解調(diào)叫做相位檢波，簡(jiǎn)稱(chēng)鑒相。它是將調(diào)相信號(hào)的相位與載波的相位相減，取出它們的相位差，從而實(shí)現(xiàn)相位檢波</p><p>　　，即完成相位——電壓的變換作用[11]。</p><p>　　乘積型鑒相器原理圖如圖2-7所示</p>&

43、lt;p>　　圖2-7 乘積型鑒相器</p><p>　　輸入調(diào)相信號(hào)；另一路信號(hào)為的同頻正交載波。則鑒相器的輸出為</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中為乘法器的成績(jī)因子。</p><p>　　該信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后濾除高頻信號(hào)，則輸出電壓為</p><p

44、><b>　?。?-21）</b></p><p>　　由此可見(jiàn)，乘積型鑒相器具有正弦形鑒相特性。當(dāng)滿(mǎn)足時(shí)，上式可近似為</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p>　　由此可見(jiàn)，鑒相器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位偏移成正比，可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性鑒相</p><p>　　2.6 語(yǔ)音信

45、號(hào)調(diào)制解調(diào)</p><p>　　由于電路簡(jiǎn)單，性能好，所以二極管峰值包絡(luò)檢波獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　由于輸入信號(hào)的，使二極管工作在近似理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。一開(kāi)始電容兩端電壓為零，當(dāng)時(shí)，導(dǎo)通，對(duì)電容充電，由于二極管正向?qū)娮栊。?可以很快地被充到接近輸入信號(hào)峰值。電容上電壓建立起來(lái)以后，通過(guò)信號(hào)源作用于兩端，形成反向電壓。這時(shí)電容上電壓(即輸出平均電壓)全部反作用于二極管上的效應(yīng)稱(chēng)

46、為平均電壓負(fù)反饋效應(yīng)。這是二極管峰值檢波的重要特點(diǎn)，至于二極管導(dǎo)通與否，由二極管兩端瞬時(shí)電壓大小決定，即輸入信號(hào)電壓與電容兩端電壓共同決定的，。若>0，導(dǎo)通，向充電，充電時(shí)間常數(shù)為；若，充電停止，這時(shí)通過(guò)負(fù)載放電，放電時(shí)間為。因?yàn)?。則充電速度比放電速度快，即導(dǎo)通時(shí)，向充上電荷總是比截止時(shí)由放掉的電荷多，說(shuō)明每放電一次(一周期)，那么電容上就存貯部分電荷，通過(guò)若干周期后，兩端存貯電荷逐漸積累，到某一時(shí)刻后，使充電的電荷等于放電的電荷

47、時(shí)，充放電達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這使輸出電壓在平均值上下按角頻率此作鋸齒的等幅波動(dòng)。就是檢波器所需輸出的檢波電壓，而上下鋸齒狀波動(dòng)則是因低通濾波器濾波特性非理想而導(dǎo)致。在其上產(chǎn)生殘余的高頻電壓，輸出平均電壓重現(xiàn)了輸入已調(diào)波包絡(luò)的形狀，所以稱(chēng)為包絡(luò)檢波。適當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)，使和條件，可提高輸出音</p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹

48、了調(diào)幅、同步檢波、混頻、乘積型鑒相、包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì)思想，為各電路的設(shè)計(jì)打下了充分的理論基礎(chǔ)，對(duì)可能出現(xiàn)的失真情況進(jìn)行了理論上的預(yù)測(cè)，在設(shè)計(jì)中可以防患于未然。</p><p>　　第3章 電路調(diào)試與仿真</p><p>　　3.1 模擬乘法器MC1496的創(chuàng)建</p><p>　　啟動(dòng)multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

49、，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，全部選中。被選擇的電路部分由周?chē)姆娇驑?biāo)示，表示完成子電路的選擇。為了能對(duì)子電路進(jìn)行外部連接，需要對(duì)子電路添加輸入/輸出。單擊Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號(hào)，將其與子電路的輸入/輸出信號(hào)端進(jìn)行連接。帶有輸入/輸出符號(hào)的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Replace by Subcircuit命令

50、，屏幕上出現(xiàn)Subcircuit Name對(duì)話(huà)框，在對(duì)話(huà)框中輸入MC1496，單擊OK，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復(fù)制到用戶(hù)器件庫(kù)，同時(shí)給出子電路圖標(biāo)。雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中單擊Edit Subcircuit 命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路圖。MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)multisim電路圖如圖3-1所示。電路模塊如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 MC1496電路圖</p&

51、gt;<p>　　圖3-2 MC1496子電路替代模塊</p><p>　　MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點(diǎn)由外接元件確定。</p><p>　　靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集電極與基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時(shí)）

52、應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系。即</p><p>　　， ， （3-1）</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　一般情況下，晶體管的基極電流很小，三對(duì)差分放大器的基極電流、、和可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時(shí)，引腳14接地，5腳通過(guò)一電阻接正電

53、源（的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻可以調(diào)節(jié)的大小，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　當(dāng)器件為雙電源工作時(shí)，引腳14接負(fù)電源（一般接-8V），5腳通過(guò)電阻接地，因此，改變也可以調(diào)節(jié)的大小，即</p><p><b>　?。?-4）</b></p>&l

54、t;p>　　根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流小于4mA，一般取左右。器件的總耗散功率可由下式估算</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　應(yīng)小于器件的最大允許耗散功率（33mW）。</p><p>　　設(shè)輸入信號(hào), ,則MC1496乘法器的輸出與反饋電阻及輸入信號(hào)、的幅值有關(guān)。</p>

55、<p>　　3.1.1 不接負(fù)反饋電阻（腳2和3短接）</p><p>　　當(dāng)和皆為小信號(hào)（<26mV）時(shí)，由于三對(duì)差分放大器（、、、及、）均工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)，則輸出電壓可近似表示為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　輸出信號(hào)中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差額分量。</p><

56、;p>　　當(dāng)為小信號(hào)，為大信號(hào)（>100mV）時(shí)，由于雙差分放大器（、和、）處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，其電流波形將是對(duì)稱(chēng)的方波，乘法器的輸出電壓可近似表示為</p><p>　?。╪為奇數(shù)）（3-7）</p><p>　　輸出信號(hào)中。包含······，等頻率分量。</p><p>　　3.1.2 接入負(fù)

57、反饋電阻</p><p>　　由于的接入，擴(kuò)展了的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍，所以器件的工作狀態(tài)主要由決定，分析表明：</p><p>　　當(dāng)為小信號(hào)（<26mV）時(shí)，輸出電壓可表示為</p><p><b>　　（3-8） </b></p><p>　　式中： </p>

58、<p>　　式（3-8）表明，接入負(fù)反饋電阻后，為小信號(hào)時(shí)，MC1496近似為一理想的乘法器，輸出信號(hào)中只包含兩輸入信號(hào)的和頻與差頻。</p><p>　　當(dāng)為大信號(hào)（>100mv）時(shí)，輸出電壓可近似表示為</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　上式表明，為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。<

59、;/p><p><b>　　3.2 調(diào)幅設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 乘法器調(diào)幅AM </p><p>　　啟動(dòng)multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，搭建調(diào)幅電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)

60、框中選擇所需的元器件，本實(shí)驗(yàn)常用元器件庫(kù)有2個(gè)：信號(hào)源庫(kù)、基本元件庫(kù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇雙蹤示波器，用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，雙擊示波器可觀察波形。其multisim電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 MC149

61、6普通調(diào)幅電路</p><p>　　觀察示波器，適當(dāng)調(diào)節(jié)，當(dāng)為100%時(shí)，使示波器出現(xiàn)AM波。</p><p>　　圖3-4 MC1496普通調(diào)幅波</p><p>　　3.2.2 乘法器調(diào)幅DSB </p><p>　　啟動(dòng)multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺(tái)

62、的電路窗口上，搭建調(diào)幅電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)框中選擇所需的元器件，本實(shí)驗(yàn)常用元器件庫(kù)有2個(gè)：信號(hào)源庫(kù)、基本元件庫(kù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇雙蹤示波器，用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，雙擊示波器可觀察波形。其

63、Multisim電路圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 MC1496雙邊帶調(diào)幅電路</p><p>　　觀察示波器，適當(dāng)調(diào)節(jié)，當(dāng)為50%時(shí)，使示波器出現(xiàn)如圖3-6所示的波形，即產(chǎn)生DSB波。 </p><p>　　圖3-6 MC1496雙邊帶調(diào)幅波</p><p>　　3.3 同步檢波設(shè)計(jì)</p><p&

64、gt;　　啟動(dòng)Multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，搭建同步檢波電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)框中選擇所需的元器件，本實(shí)驗(yàn)常用元器件庫(kù)有2個(gè)：信號(hào)源庫(kù)、基本元件庫(kù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯

65、元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇雙蹤示波器，用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，雙擊示波器可觀察波形。其Multisim電路圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 MC1496同步檢波電路圖</p><p>　　圖中同步信號(hào)，加到相乘器的8、10腳，其值一般比較大，使相乘器工作在雙向開(kāi)關(guān)狀態(tài)。為高頻調(diào)幅信號(hào)，即單邊帶或雙邊帶信號(hào)，加到相乘器的1、4

66、腳，其幅度可以很小，即使在幾毫伏以下，也能獲得不失真的解調(diào)。解調(diào)信號(hào)由12腳單端輸出，為輸出耦合隔直電容，用以耦合低頻、隔除直流。MC1496采用單電源供電，5腳通過(guò)過(guò)接到正電源，以便為器件內(nèi)部管子提供合適的靜態(tài)偏置電流。</p><p>　　設(shè)輸入信號(hào)為雙邊帶信號(hào)</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　同步信號(hào)

67、與載波信號(hào)同頻同相關(guān)信號(hào)，當(dāng)大信號(hào)時(shí)用付利葉級(jí)數(shù)展開(kāi)成</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　則輸出信號(hào)為</b></p><p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　由上式可見(jiàn)，只要用低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低

68、頻信號(hào)輸出。若輸入信號(hào)為單邊帶信號(hào)，同理也獲得低頻信號(hào)輸出。</p><p>　　波形如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 同步檢波波形圖</p><p><b>　　3.4 混頻設(shè)計(jì)</b></p><p>　　啟動(dòng)Multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，

69、將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，搭建混頻電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)框中選擇所需的元器件，本實(shí)驗(yàn)常用元器件庫(kù)有2個(gè)：信號(hào)源庫(kù)、基本元件庫(kù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇雙蹤示波器，用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，

70、雙擊示波器可觀察波形。其Multisim電路圖如圖3-9所示。</p><p>　　用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，就是在端和端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，相差一中頻，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器取出中頻信號(hào)。 </p><p>　??； （3-13）</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　

71、經(jīng)帶通濾波器后，取差頻</p><p><b>　　（3-15）</b></p><p>　　為所需要的中頻頻率。</p><p>　　圖3-9 MC1496混頻電路</p><p>　　圖3-9中，正弦波由10端（X輸入端）注入，高頻信號(hào)源輸出的正弦波由1端（Y輸入端）輸入，混頻后的中頻電壓由6端經(jīng)帶通濾波器輸出，其

72、中﹑﹑﹑構(gòu)成一選頻濾波回路，調(diào)節(jié)可變電阻能使1﹑4腳直流電位差為零，可以減小輸出信號(hào)的波形失真，使電路平衡。在2﹑3腳之間加接電阻，可擴(kuò)展輸入信號(hào)的線(xiàn)性范圍。</p><p>　　輸入正弦波信號(hào)30mV，70MHz，調(diào)幅信號(hào)載波振幅為10V，載波頻率為60 MHz，調(diào)制指數(shù)為0.6，輸出波形雜亂且有毛刺，調(diào)節(jié)無(wú)效。</p><p>　　降低調(diào)幅信號(hào)的載波振幅值，波形漸漸清晰，直至載波振幅為

73、0.5V。出現(xiàn)波形如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 MC1496混頻波形圖</p><p>　　3.5 乘積型鑒相設(shè)計(jì)</p><p>　　啟動(dòng)Multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調(diào)用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺(tái)的電路窗口上，搭建乘積型鑒相電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。

74、在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)框中選擇所需的元器件，本實(shí)驗(yàn)常用元器件庫(kù)有2個(gè)：信號(hào)源庫(kù)、基本元件庫(kù)。鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇雙蹤示波器，用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，雙擊示波器可觀察波形。其Multisim電路圖如圖3-11所示。</p><p>

75、　　圖3-11 MC1496乘積型鑒相電路圖</p><p>　　若和均為小信號(hào)，當(dāng)、時(shí)，可得輸出電流為</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　式中，，為乘法器的相乘增益因子。通過(guò)低通濾波器后，上式中第二項(xiàng)被濾除，于是可得輸出電壓為 </p><p><b>　　（3-17）&

76、lt;/b></p><p><b>　　鑒相器靈敏度為</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　若為小信號(hào)，為大信號(hào)，當(dāng)、時(shí)，可得輸出電流為</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>

77、　　通過(guò)低通濾波器后，上式中第二項(xiàng)被濾除，于是可得輸出電壓為 </p><p><b>　　（3-20）</b></p><p><b>　　鑒相器靈敏度為</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　若和均為大信號(hào)，當(dāng)，時(shí)，由式(6―43)可

78、得輸出電流為</p><p><b>　　（3-22）</b></p><p>　　在π/2＜Δφ＜3π/2內(nèi)，通過(guò)低通濾波器后，可求得輸出電壓為</p><p><b>　　（3-23）</b></p><p><b>　　鑒相器靈敏度為</b></p><

79、;p><b>　　（3-24）</b></p><p>　　輸入信號(hào)為1V，500kHz，調(diào)幅信號(hào)為26mV，500kHz，兩信號(hào)相位相差90度。屬于為小信號(hào)，為大信號(hào)類(lèi)型，調(diào)節(jié)，當(dāng)為70%時(shí)，乘積型鑒相波形如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 MC1496乘積型鑒相波形圖</p><p>　　3.6 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制<

80、/p><p>　　啟動(dòng)Multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，搭建普通調(diào)幅及解調(diào)電路，在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話(huà)框中選擇所需的元器件，鼠標(biāo)點(diǎn)擊元器件，可選中該元器件。選中元器件，單擊鼠標(biāo)右鍵，可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整元器件位置，雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對(duì)話(huà)框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。在界面右側(cè)選擇四蹤示波器，及l(fā)abVIEW虛擬儀器中的麥

81、克風(fēng)。用鼠標(biāo)連線(xiàn)將所有器件連接。其Multisim電路圖如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)</p><p>　　雙擊麥克風(fēng)，進(jìn)行錄音，保存，點(diǎn)擊界面上方正中綠色三角按鈕，雙擊示波器可觀察波形。圖3-14為四雙蹤示波器xsc1的輸出波形，A通道為麥克風(fēng)輸入信號(hào)，B通道為調(diào)幅電路，C通道為解調(diào)信號(hào)。</p><p>　　圖3-14

82、四蹤示波器xsc1的輸出波形</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章完成了調(diào)幅、同步檢波、混頻、乘積型鑒相、語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、調(diào)相電路的電路設(shè)計(jì)、調(diào)制與仿真。驗(yàn)證了各個(gè)電路的原理，是對(duì)原理的深入剖析與升華。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><

83、;p>　　在電路設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)Multisim11仿真環(huán)境中創(chuàng)建集成模擬乘法器MC1496電路模塊，利用模擬乘法器MC1496完成雙邊帶調(diào)幅及普通調(diào)幅、同步檢波、混頻、乘積型鑒相電路的實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合LabVIEW虛擬儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)電路。闡述了以上個(gè)電路的設(shè)計(jì)思路并進(jìn)行了仿真，并簡(jiǎn)述了原理圖的繪制，元器件的編輯與管理，及Multisim的虛擬儀表的使用。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題做了分析和改正。 </p><

84、;p>　　Multisim又稱(chēng)“萬(wàn)能仿真”，在電路硬件連接前使用Multisim11進(jìn)行仿真，可以預(yù)防電路設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，并模擬預(yù)期效果，大大提高了實(shí)體連接的成功性。除上述電路外，Multisim11在高頻電子線(xiàn)路中還有極其廣泛的應(yīng)用，例如：小信號(hào)的放大、功率放大器實(shí)驗(yàn)、晶體振蕩器實(shí)驗(yàn)等。此外Multisim11還可用于模擬電路的分析、數(shù)字電路的分析等。其強(qiáng)大的仿真功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本文所述，有待進(jìn)一步研究。</p><

85、;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 聶典，丁偉． Multisim 10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社，2009：12-72．</p><p>　　[2] 林章．模擬相乘器MC1496的應(yīng)用分析．閩江學(xué)院學(xué)報(bào)．2005年4月第25卷第2期：44-49．</p><p>　　[3] 黃智偉

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89、d Circuits and Signal Processing．1991，1(2):6-25．</p><p>　　[9] 宋樹(shù)祥，周冬梅．高頻電子線(xiàn)路[M]．北京大學(xué)出版社，2007：15-26． </p><p>　　[10] 吳慎山．高頻電子線(xiàn)路．[M]電子工業(yè)出版社，2007：33-62． </p><p>　　[11] S.S. Shlyakhov，G.

90、.S. Chirkov，A.P. Makarov．Overvoltages in High-Frequency Stopper Circuits．Power Technology and Engineering (formerly Hydrotechnical Construction)．2003，37（5）：42-51．</p><p><b>　　致 謝</b></p>&

91、lt;p>　　畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我的大學(xué)生活既將結(jié)束?；厥准韧?，自己一生最寶貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在眾多學(xué)富五車(chē)、才華橫溢的老師們的熏陶下度過(guò)，實(shí)是榮幸之極。在這四年的時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開(kāi)的。</p><p>　　老師的諄諄誘導(dǎo)、同學(xué)的相互討論及家長(zhǎng)的支持鼓勵(lì)，是我堅(jiān)持完成論文的強(qiáng)大動(dòng)力。在此，我要特別感謝

92、我的導(dǎo)師老師。從論文的選題、文獻(xiàn)的采集、框架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)盡心血。沒(méi)有于波老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒(méi)有我論文的順利完成。</p><p>　　感謝各位同學(xué)，與他們的交流使我受益頗多。感謝大家對(duì)我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄?，我才有了追求進(jìn)步的勇氣和信心。</p><p>