基于MC的幅度调制与线性检波电路设计课程设计.docx

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基于MC的幅度调制与线性检波电路设计课程设计

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指导教师签名：

《测控电路及装置》

课程设计报告

论文题目:

基于MC1496的幅度调制与线性检波电路设计

学院（系）：

电子信息与自动化学院

班级：

110070302

学生姓名：

学号

指导教师：

时间：

从2012年7月2日到2012年7月13日

1、摘要

调制与解调电路是现代通信设备中重要组成部分。

为了实现信号的无线传输,在通信设备中必须采用调制与解调电路。

调制是把待传输信号置入载波的过程,它在发送设备中进行。

调制的方法很多,若用调布蟾号（信息）控制载波的幅度,则称为调幅。

解调是调制的逆过程,即从己调信号中还原出原调制信号（信息）,对调幅波的解调称为检波。

本设计是基于MC1496的幅度调制与线性检波电路设计，首先设计调制与检波电路，再通过Multisim软件对电路进行仿真分析，最后通过实际电路调试得出满足要求的电路。

关键字：

调制解调检波MC1496Multisim仿真

2、实验内容及原理

1、乘法器工作原理：

由于此课程设计要用到模拟乘法器MC1496,而multisim中，又没有MC1496，所以要定义一个模拟乘法器1496。

内部电路如下：

图-1

其中Q1、Q2与Q3、Q4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Q5与Q6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。

Q7、Q8为差分放大器Q5与Q6的恒流源。

进行调幅时，载波信号加在Q1和Q4的输入端，即引脚⑧、⑩之间；调制信号加在差动式放大器Q5、Q6的输入端，即引脚①、④之间；②、③脚外接1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围；已调制信号由双差动放大器的两集电极（即引脚⑹、⑿之间）输出。

图-2

此图为MC1496引脚图。

在菜单栏Place→Newsubcircut→输入“MC1496”，在弹出的新空白页中将MC1496内部电路图即可。

1.1静态工作点的设定

1.1.1、静态偏置电压的设置

静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。

根据MC1496的特性参数，对于图10-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即

ν8=ν10,ν1=ν4,ν6=ν12

12V≥ν6　（ν12）－ν8　（ν10）>2V

12V≥ν8　（ν10）－ν1　（ν4）>2.7V

12V≥ν1　（ν4）－ν5>2.7V

1.1.2、静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。

当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即

当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即

根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取。

在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替。

2、MC1496调幅电路的设计及仿真

2.1、调幅电路实现框图及原理：

图-3

图三为调幅电路实现框图。

振幅调制，也可简称为调幅，AM（AmplitudeModulation），通过改变输出信号的振幅，来实现传送信息的目的。

调幅波的数学表式

（3-0）

设：

调制信号（3-1）

载波信号（3-2）

其中:

——载波电压振幅，——调制度——载波角频率，——载波频率，将（3-1）带入（3-0）中，化简得：

其中，为双边带调制。

2.2、电路设计参数的设定：

根据MC1496的内部电路，做出如下设计：

两输入端8和10脚直流电位均为6V，可作为载波输入通道；Y通道两输入端1和4脚之间有外接调零电路；输出端6和12脚外可接调谐于载频的带通滤波器；2和3脚之间外接Y通道负反馈电阻R8。

若实现普通调幅，可通过调节10kΩ电位器RP1使1脚比4脚高，调制信号与直流电压叠加后输入Y通道，调节电位器可以改变Vy的大小，即改变指数Ma；若实现DSB调制，10kΩ电位器RP1使1、4脚之间直流等电位，即Y通道输入信号仅为交流调制信号。

为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可加大两个750Ω电阻的阻值，比如各增大10Ω。

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，可在发射极引出端2脚和3脚之间根据需要接入反馈电阻R8=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。

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。

1脚和4脚所接对地电阻R5、R6决定于温度性能的设计要求。

若要在较大的温度变化范围内得到较好的载波抑制效果，R5、R6一般不超过51Ω；当工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的电阻。

5脚电阻R7决定于偏置电流I5的设计。

I5的最大额定值为10mA，通常取1mA。

由图可看出，当取I5=1mA，双电源（+12V，-8V）供电时，R7可近似取6.8kΩ。

输出负载为R15，亦可用L2与C7组成的并联谐振回路作负载，其谐振频率等于载频，用于抑制由于非线性失真所产生的无用频率分量。

VT1所组成的射随器用于减少负载变化和测量带来的影响。

下面是调幅实验电路图：

图-4

加载信号：

载波信号：

f=2MHz，Vp-p=12mv；调制信号：

f=10KHz，Vp-p=20mv。

仿真波形如下图：

图-5

调幅波形图，分别为;载波信号、调制信号、输出信号。

3、检波电路的设计及仿真

3.1、MC1496检波电路实现框图及原理：

这种方法是将外加载波信号电压接收信号在检波器重相乘，再经过低通滤波器，最后检出原调制信号。

图-6

设输入普通调幅信号uAM（t）=（Ucm+kUΩmcosΩt）cosωct

=Ucm（1+MacosΩt）cosωct

乘法器另一输入同步信号为:

ur（t）=Urmcosωct

则乘法器输出为:

其中k2是乘法器增益。



可见,输出信号中含有直流,Ω,2ωc,2ωc±Ω几个频率分量。

用低通滤波器取出直流和Ω分量,再去掉直流分量,就可恢复原调制信号。

如果同步信号与发射端载波同频不同相,有一相位差θ,即ur=Urmcos（ωct+θ）,则乘法器输出中的Ω分量为k2UcmUrmMacosθcosΩt。

若θ是一常数,即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定,则解调出来的Ω分量仍与原调制信号成正比,只不过振幅有所减小。

当然θ≠90，否则cosθ=0,Ω分量也就为零了。

若θ是随时间变化的,即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定,则解调出来的Ω分量就不能正确反映调制信号了

设载波为uc（t）=Ucmcosωct,单频调制信号为uΩ（t）=UωmcosΩt（Ω《ωc）,则双边带调幅信号为:

uDSB（t）=kuΩ（t）uc（t）=kUΩmUcmcosΩtcosωct

=［cos（ωc+Ω）t+cos（ωc-Ω）t］

其中k为比例系数。

可见双边带调幅信号中仅包含两个边频,无载频分量,其频带宽度仍为调制信号带宽的两倍。

由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号,所以包络检波法不适用,而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。

与普通调幅信号同步检波不同之处在于,乘法器输出频率分量有所减少。

设双边带调幅信号如式（6.2.10）所示,同步信号为ur（t）=Urmcosωct,则乘法器输出为:

uo（t）

其中k2是乘法器增益。

用低通滤波器取出低频分量Ω,即可实现解调。

将式（6.2.10）所示双边带信号取平方,则可以得到频率为2ωc的分量,然后经二分频电路,就可以得到ωc分量。

这是从双边带调幅信号中提取同步信号的一种方法。

MC1496构成的同步检波器电路图MC1496/MC1496B/MC1496Ppdfdatasheet振幅调制信号的解调过程称为检波。

常用方法有包络检波和同步检波两种。

由于有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。

而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。

同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。

检波电路设计电路图如下：

图-7

其中，BFO加入载波信号：

f=2MHz，Vp-p=12mv的正弦信号，DSB为调幅后的信号。

检波输出波形图如下：

图-8

4、整体电路的仿真

调幅、检波整体仿真框架图如下：

图-9

调幅、检波整体波形图如下：

图-10

三、电路调试及分析

在电路仿真设计部分，调幅电路最开始有明显的失真情况，包络形状与调制信号的变化规律不相同，即不能反映调制信号的变化规律。

经过对电路的自习检查，发现我们讲电路中的电位器调的很低，照成了调制度m过大，从而产生了幅度失真。

最终，我们将电位器调大，解决了此问题。

在检波电路的仿真设计中，解调出来的波形太粗，说明仍然有高频信号在干扰。

我们重新设计一个低通滤波器。

降低电容容值，是高频信号更多的滤除，从而是检波信号看起清晰。

同时，我们发现，在给定载波信号和调幅信号是，有一点需要注意，即频率不能超出滤波器的截止频率，否则无论怎么弄，检波出来的都是一条直线。

实物电路连接好后，进行调试。

步骤：

首先，检查电路是否有短路、虚焊等认为失误后将信号发生器与示波器相连接，调节好输入的载波信号、调制信号的频率和幅值。

其次，将电路板与信号发生器、示波器相连接并讲电源和电线接好。

最后，观察示波器显示的波形是否正确。

调试时，应该分步调试。

先调试调幅电路，再将检波电路接入调试。

调试调幅电路是的波形输出如下：

图-11

由图-11看出，调幅电路调试成功，并无问题。

接入检波电路，观察示波器。

发现调幅波形正常，但解调波形很粗，并且呈一条直线，频率很高。

由此，我们首先怀疑MC1496坏了，所以造成解调输出频率与载波频率几乎相同。

于是我们直接讲载波信号与调制信号接入检波电路的两个输入端，观察输出波形是否问双边带波形。

结果证明，输出为双边带波形。

即MC1496是完好的。

我们认为，既然芯片是好的，但是又输出高频信号，那可能是低通滤波器出现了问题，之前万用表测试时，并无短路。

所以我决定在原来的基础上再外加一个低通滤波器。

这次我们观察到解调输出并不是一条直线，是波形正确但很粗的波形。

说明检波电路的低通滤波器部分有问题。

最后我们，测试计算外加一个低通滤波器后，解调输出终于终于正确。

最终波形如下图：

图-12

我们改变输入信号的频率，输出波形：

图-13

四、结束语

这次设计的调幅与检波电路中，如果当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。

通过查阅资料我们知道，人在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。

实验证明，当频率偏移值为20Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200Hz时，语言可懂度就会下降。

在进行图像通信时，频率和相位偏移都会影响图像的质量。

所以我认为可以在这类题目中加上矫正频率和相位偏移的电路设计。

经过一个多星期的设计，过程曲折