課程設計--幅度調制電路的設計

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　2014年 2月 28日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課程 高頻電子線路</p><p>　　題目 幅度調制電路的設計</p><p>　　主要內容、基本要求、主要參考資料等&l

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

3、lt;/b></p><p>　　(1) 采用集成模擬乘法器設計幅度調制； </p><p>　　(2) 調整平衡調節(jié)電路分別實現抑制載波的雙邊帶調幅和有載波的普通調幅； </p><p>　　(3) 另外再設計一種利用模擬乘法器實現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用. 廣州：華南理工大學出版社，2000.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學出版社，2000.</p><p>　

5、　[4] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計. 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>　　指導教師 </p><p>　　專業(yè)負責人 </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>　　幅度調制就是載波的振幅（包絡）隨調制信號的參數變化而變化。本實驗中載波是由實驗箱的高頻信號源產生的10MHz高頻信號，利用DDS信號發(fā)生器輸出1KHz的低頻信號為調制信號。振幅調制器即為產生調幅信號的裝置。

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制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調過程，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合實現調幅的電路。使輸出中僅保留晶體管非線性所產生的兩路輸

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，以此實現了四象限工作進行調幅時，載波信號加在V1－V4的輸入端，即引腳的⑧、⑩之間；調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，以擴大調制信號動態(tài)范圍，已調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、設計框圖</b></p><p>　　(1)對傳輸信號進行調制的原因</p><p>　　根據電磁波理論，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 f = 1 kHz，λ=C/?=3×108/103=3×105（m），顯然，低頻信號直接發(fā)射是不現實的。</p><p><b>　　(2)調制</b></p><p>　　調制(Modulation)— 將低頻信號裝載于高頻信號。</p><p><b>　　(3)調制的方式</b><

13、/p><p>　　調幅 AM (檢波) 、調頻 FM (鑒頻) 、調相 PM (鑒相)</p><p><b>　　(4)信息傳輸系統</b></p><p><b>　　圖2程序框圖</b></p><p><b>　　二、設計方案</b></p><p&

14、gt;<b>　　1、總體設計電路</b></p><p>　　用低頻信號去改變高頻信號的幅度，稱為調幅。經調幅后的高頻信號稱調幅信號，把沒有調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>　　采用模擬乘法器構成的調幅電路如下所示。調幅系數表示載波受低頻信號控制的程度，為了不產生調幅失真，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。</p><p>　　1腳和4腳所接對地電阻R5、R6決定于溫度性能的設計要求。若要在較大的溫度變化范圍內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為調零電路。在實現雙邊帶調制時，R1和R2接入，以使載漏減?。辉趯崿F普通調幅時，將R1及R2短路（關閉開關S1、S2），以獲得足夠大的直流補償電壓調節(jié)范圍，由于直流補償電壓與調制信號相加后作用到乘法器上，故輸出端產生的將是普通調幅波，并且可以利用RP1來調節(jié)調制系

17、數的大小。</p><p>　　5腳電阻R7決定于偏置電流I5的設計。I5的最大額定值為10mA，通常取1mA。由圖可看出，當取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、電路調試與仿真分析</p><p><b>　　1、電路調整及測試</b></p><p>　　(1)載波輸入端平衡調節(jié)</p><p>　　在調制信號輸入端IN2輸入調制信號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。調節(jié)RP1，使輸出電壓Vo最小。</p><p>　　輸入端IN2輸入調制信號UΩ（t

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

21、;p><b>　　(1)輸入失調調零</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>　　重復上述（1）、（2）調試過程，使輸出波形最小,至此即完成集成塊輸入失調調零。</p><p><b>　?。?）、雙邊帶調幅</b></p><p>　　由于載波本身不包含信息，為了提高設備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個邊帶

23、信號，這種調制方式稱為抑制載波雙邊帶調幅，簡稱雙邊調幅，用DSB表示。</p><p>　　調節(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，調節(jié)電位器Rt2當反時針旋轉到底、順時針旋轉到底。</p><p>　?。?）、普通調幅（全載波調幅）</p><p>　　調節(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UΩ（P-P）增大到一定程度時，將出現如圖4所示的普通調幅信號波形。</p><p><b>　　公式（1）</b></p><p><b>　　圖5普通調幅波</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制信號頻率時，要實現普通調幅波調幅或雙邊帶調幅波調幅，必須通過調幅電路產生新的頻率分量。從本圖可以分析出，此電路達到了調幅的要求。</p><p><b>　　四、總結及體會</b></p><

27、;p>　　通過這次課程設計,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)現原來一切都是紙上談兵。通過一周的高頻設計，我發(fā)現了很多問題是從課本上學不到的，所以剛開始拿到設計課題是時候有些不知所措，不知道該干什么,不過經過和同組人的共同探討和學習，我逐漸把握住了思路，并開始了設計。 </p><p>　　通過本課題的設計，增強了我的高頻設計

28、能力，鞏固所學的理論知識，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幅器與檢波器的設計原理用來實現抑制載波的雙邊帶調幅和有載波的普通調幅。掌握這些后對調幅波信號進行解調，采用設計的二極管包絡檢波器、低道濾波器電路來實現。在此次高頻電子線路課程設計中，我綜合運用了所學知識，構成了新的知識框架，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，本次課程設計對于我來說有很大的意義。通過本次課程設計，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，即使在設計中并沒有用到所有新的知識，但我學會了，就是我的財富，今后我一定會好好加以利用。同時，我在以后的學習生活當中一定會牢牢記住這次課程設計給我的經驗和教訓，在學習工作中更加努力和細心，學有所用才是硬道。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用. 廣州：華南理工大學出版社，2000.</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設計·實驗·測試. 武漢：華中科技大學