標(biāo)題: 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) [打印本頁]
作者: 孫仕權(quán) 時間: 2020-12-15 21:40
標(biāo)題: 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)
在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)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。目前在無線電通信、廣播電視等方面得到廣泛應(yīng)用。本文利用Multisim10?軟件仿真平臺，對MC1496?構(gòu)成的調(diào)幅電路進行軟件仿真和實際電路測試，并分析比較測試結(jié)果。利用模擬乘法器芯片MC1496設(shè)計出調(diào)幅與檢波電路，使用MC1496內(nèi)部晶體管電路，用Multisim軟件進行計算機仿真，并作出硬件實驗結(jié)果。
振幅調(diào)制器的開發(fā)
用模擬乘法器MC1496設(shè)計一振幅調(diào)制器，使其能實現(xiàn)信號幅度調(diào)制，主要指標(biāo)：載波頻率：2MHz 0.2Vpp 正弦波 調(diào)制信號：1KHz 1Vpp 正弦波，輸出信號幅度：大于等于5V（峰峰值）無明顯失真。
檢波器的開發(fā)
用模擬乘法器MC1496設(shè)計一調(diào)幅信號同步檢波器，主要指標(biāo)：輸入調(diào)幅信號：載波頻率：2MHz 0.2Vpp 正弦波 調(diào)制信號：1KHz 1Vpp 正弦波，輸出信號：無明顯失真，幅度大于5V。
3、相關(guān)介紹
調(diào)制與解調(diào)電路是現(xiàn)代通信設(shè)備中重要組成部分。為了實現(xiàn)信號的無線傳輸,在通信設(shè)備中必須采用調(diào)制與解調(diào)電路。調(diào)制是把待傳輸信號置入載波的過程,它在發(fā)送設(shè)備中進行。調(diào)制的方法很多,若用調(diào)制信號(信息)控制載波的幅度,則稱為調(diào)幅。解調(diào)是調(diào)制的逆過程,即從己調(diào)信號中還原出原調(diào)制信號(信息),對調(diào)幅波的解調(diào)稱為檢波。本設(shè)計是基于MC1496的幅度調(diào)制與線性檢波電路設(shè)計，首先設(shè)計調(diào)制與檢波電路，再通過Multisim軟件對電路進行仿真分析。
高頻設(shè)計本是高頻電子線路的重要組成部分，其目的在于加深理解檢波的原理，進一步對課本知識加以掌握，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力和分析、解決問題的能力。
另一方面也可使我們可以運用自己所學(xué)到的知識，學(xué)習(xí)設(shè)計小型高頻電子線路的方法，并且獨立完成由原理圖到實物的準(zhǔn)確焊接、調(diào)試過程，增強實際動手能力。提高電路分析和設(shè)計能力，為今后學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。
通過此次設(shè)計，一方面加深我們對理論知識的認識和掌握，另一方面也可以增強我們對問題的全面考慮能力，并且助于我們對理論知識的運用。
本次實驗采取模擬乘法器MC1496進行調(diào)制信號的調(diào)幅并對調(diào)幅波進行同步檢波。模擬乘法器MC1496可用于輸出電壓是輸入電壓（信號）和轉(zhuǎn)換電壓（載波）乘積場合。典型應(yīng)用包括抑制載波調(diào)幅，同步檢波，F(xiàn)M檢波，鑒相器。
1、模擬乘法器的管腳圖：
其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對的恒流源V5與V6又組成一對差分電路，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。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。
模擬乘法器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：
三、基本原理
1、普通調(diào)幅電路設(shè)計
①用模擬乘法器實現(xiàn)單頻調(diào)幅
普通條幅波的實現(xiàn)框圖：
根據(jù)模擬乘法器MC1496的引腳圖，作出如下設(shè)計：兩輸入端8和10腳直流電位均為6V，可作為載波輸入通道；Y通道兩輸入端1和4腳之間有外接調(diào)零電路；輸出端6和12腳外可接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器；2和3腳之間外接Y通道負反饋電阻R8。若實現(xiàn)普通調(diào)幅，可通過調(diào)節(jié)10kΩ電位器RP1使1腳比4腳高，調(diào)制信號與直流電壓疊加后輸入Y通道，調(diào)節(jié)電位器可以改變Vy的大小，即改變指數(shù)Ma；
若實現(xiàn)DSB調(diào)制，10kΩ電位器RP1使1、4腳之間直流等電位，即Y通道輸入信號僅為交流調(diào)制信號。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調(diào)零準(zhǔn)確，可加大兩個750Ω電阻的阻值，比如各增大10Ω。
MC1496線性區(qū)好飽和區(qū)的臨界點在15-20mV左右，僅當(dāng)輸入信號電壓均小于26mV時，器件才有良好的相乘作用，否則輸出電壓中會出現(xiàn)較大的非線性誤差。顯然，輸入線性動態(tài)范圍的上限值太小，不適應(yīng)實際需要。為此，可在發(fā)射極引出端2腳和3腳之間根據(jù)需要接入反饋電阻R8=1kΩ，從而擴大調(diào)制信號的輸入線性動態(tài)范圍，該反饋電阻同時也影響調(diào)制器增益。增大反饋電阻，會使器件增益下降，但能改善調(diào)制信號輸入的動態(tài)范圍。
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)。
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，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。
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，R7可近似取6.8kΩ。
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的影響。
由于實驗要求中輸出信號為5V以上，即為大信號，如果用原來的電路會造成波形失真，所以需要設(shè)計帶通濾波器。帶通濾波器（band-pass filter）是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備。比如RLC振蕩回路就是一個模擬帶通濾波器。
2、檢波電路的設(shè)計
同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制載波的雙邊帶信號
，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），
，經(jīng)乘法器相乘，由上式可得輸出信號Uo（t）為
下面是同步檢波器的框圖：
檢波的物理過程如下：在高頻信號電壓的正半周時，二極管正向?qū)ú﹄娙萜鰿充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄。猿潆婋娏鱥D很大，使電容器上的電壓υc很快就接近高頻電壓的峰值。
理想情況下，峰值包絡(luò)檢波器的輸出波形應(yīng)與調(diào)幅波包絡(luò)線的形狀完全相同。但實際上二者之間總會有一些差距，亦即檢波器輸波形有某些失真。本實驗可以觀察到該檢波器的兩種特有失真：即惰性失真和負峰切割失真。
惰性失真是由于負載電阻R與負載電容C選得不合適，使放電時間常數(shù)RC過大引起的。惰性失真又稱對切割失真，通常使檢波器音頻輸出電壓的負峰被切割的失真稱為負峰切割失真或底部切割失真。
四、電路圖
1、調(diào)制電路圖
在實現(xiàn)調(diào)幅時載波信號加載在Q1,Q4的輸入端，即IO8、IO10管腳。調(diào)制信號加載在差動放大器Q5、Q6即管腳IO1、IO4。IO2、IO3管腳外接電阻，以擴大調(diào)制信號動態(tài)范圍。已調(diào)制信號由雙差動放大器的兩集電極輸出。接于正電源電路的電阻R6，R4用來分壓，以便提供相乘器內(nèi)部Q1~Q4管的基極偏壓；負電源通過RP,R12,R13及R9,R10的分壓供給相乘器內(nèi)部Q5、Q6管基極偏壓，RP為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)RP可使電路對稱以減小載波信號輸出；R8、R14為輸出端的負載電阻，接于IO2、IO3端電阻R7用來擴大U的線性動態(tài)范圍，同時控制乘法器的增益。
- 載波信號由XFG1 提控υC（t）=VcmcosωCt 通過電容C1，C2 以及R5 加到相乘器的輸入端IO8，IO10 管腳。
- 調(diào)制信號由XFG2 提供υΩ（t）=VΩcosΩt，通過電容C4 及電阻R12,R9 加到乘法器的輸入端IO1，IO4 管腳。③輸出信號經(jīng)過C3 輸出。
由總電路可得示波器的通道A為調(diào)制信號；通道B為已調(diào)信號；通道C為檢波出來的信號；通道D可接載波信號。
2、解調(diào)電路圖
根據(jù)公式可知，要實現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2ω1?附近的頻率分量后，得到頻率為Ω的低頻信號：
同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如下圖所示：
五、仿真調(diào)試過程
在正式焊接前首先利用仿真軟件Multisim進行電路仿真，將調(diào)幅電路和同步檢波電路進行仿真模擬，觀察對比調(diào)幅波波形和調(diào)制信號波形，以及同步檢波波形和調(diào)制信號波形。
下圖是調(diào)幅仿真電路圖：
下圖是檢波仿真電路圖
：
下圖是調(diào)幅波波形和原信號波形的比較：
下圖是檢波波形和調(diào)幅波形的比較：
由于調(diào)制信號的
較大，此時檢波波形出現(xiàn)了少許的底部失真，一般將設(shè)置為30%即可消除失真。
六、實物調(diào)試過程
將調(diào)幅電路+12V電極，GND極，載波輸入與檢波電路+12V，GND極，載波輸入連接，將調(diào)幅電路的調(diào)幅波輸出極與檢波的輸入相連組成總電路圖
下頁圖左為調(diào)幅電路，右為檢波電路圖
下圖為總實物電路圖
：
下圖為檢波波形和調(diào)幅波型的比較：
下圖為檢波波形和原信號波形的波形比較：
由于模擬乘法器MC1496其6腳與12腳均為輸出端，12腳為負輸出，因此輸出的檢波波形與輸入的調(diào)制信號存在半個相位差。
此圖為調(diào)試成功后的總體 連接圖，以及調(diào)制參數(shù)。
此圖為小組共同調(diào)試過程。
七、心得體會
通過這次的設(shè)計，我對調(diào)幅和檢波有了更深一層的認識，對檢波電路的性能和工作原理也有了超越課本的了解，紙上得來終覺淺，這次的設(shè)計很大程度上幫助我加深了解調(diào)制過程。
同時這次的設(shè)計也鍛煉了我焊接電路的手工能力，對于電子信息專業(yè)的人來說，手工焊接是一個非常重要的實訓(xùn)技能，在這次的設(shè)計中，焊接電路環(huán)節(jié)很好的鍛煉了我的這項能力。
同時我也學(xué)會了使用Multisim這個仿真軟件，有助于以后在設(shè)計其他電路，在以后設(shè)計其他電路之前，可以先在Multisim軟件上進行仿真，這樣就知道自己設(shè)計的電路是否成功，是否滿足自己想要的條件，不僅省時而且便利，極大地提高了我的工作效率。
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