AM调制课程设计要点.docx

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AM调制课程设计要点

AM调制器的设计

一、引言………………………………………………………………………1

二、方案论证…………………………………………………………………2

（1）设计要求…………………………………………………………………2

（2）方案结构…………………………………………………………………2

（3）方案选择…………………………………………………………………3

（4）选用的芯片介绍…………………………………………………………3

三、振幅调制产生原理………………………………………………………4

四、模拟乘法器振幅调制原理………………………………………………5

五、调幅电路方案分析………………………………………………………6

（1）标准调幅波（AM）产生原理……………………………………………6

（2）普通调幅波标准波形及失真波形………………………………………7

（3）AM调制器原理图…………………………………………………………9

（4）实验电路分析……………………………………………………………9

六、总结………………………………………………………………………10

七、附录………………………………………………………………………11

一、引言

调幅电路又称幅度调制电路，是指能使高频载波信号的幅度随调制信号（通常是音频）的规律而变化的调制电路。

幅度调制电路有多种电路型式，现介绍一种简易的振幅调制电路，该电路的载波由高频信号发生器产生，经放大后和调制信号经乘法器后，输出抑制载波的双边带调幅波，输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后，即可产生普通调幅波。

本课题其理论意义十分广泛且重要，涉及方面广，而且对电路基础、模拟电子线路、通信电子线路中的一些基础知识要求较高，对以往学过的知识是一次全面的复习，同时也将理论知识应用到实践中。

用待传输出的基带信号去改变高频载波信号的振幅，称为调幅。

在有关的非线性电子线路中，普通调幅波电路大多采用高电平调幅形式调幅电路，而抑制载波的双边带调幅电路采用低电平调幅的形式，两种形式的电路是分裂开来进行分析。

即在许多文献中，只对调幅系数

＜1时的各项参数进行分析，而对于普通调幅波当调幅系数

＞1时，认为调制波形产生严重失真。

这是由于采用了高电平调幅电路，在这类电路中，为了提高效率，往往采用工作在乙类或丙类状态的基极或集电极调幅电路，此时调制器只是在载波信号和调制信号均为正值时能完成乘法运算。

而采用四象限模拟相乘器低电平调幅电路，能够实现为任意值的调幅，结论证明，调幅系数为任意值的已调信号在发送端是可以实现，在接收端是可以解调的。

在通信系统中，从消息变换过来的信号是频率很低的电信号，其频谱特点是包括（或不包括）直流分量的低通频谱，如电话信号的频率范围在300到3000Hz，称为基带信号，这种基带信号在很多信道中不能直接传播。

为了使基带信号适宜在信道中传输，就需要采用调制解调技术。

调制通常可以分为模拟调制和数字调制两种方式。

在本系统中，基带信号和载波信号都为连续的正弦波，采用集成模拟乘法器MC1496实现AM模拟调制。

本文将通过集成模拟乘法器芯片MC1496的原理、作用和功能出发，阐述整个设计过程。

二、方案论证

2.1设计要求

运用相乘器MC1495设计一个AM调制器，实现低频调制信号对载波的调制。

电路采用正负电源供电，要求芯片板上的信号输入端安装接线端子。

调试时，低频调制信号和载波由信号发生器产生。

低频调制信号选用频率为1kHz、峰峰值为0.5v的正弦波，载波信号选用频率为100kHz、峰峰值为0.1v的正弦波。

调制输出为常规双边带波形。

2.2方案结构

常规双边带调制（AM）就是指用调制信号去控制载波的振幅，使载波的幅度按调制信号的变化规律而变化。

常规双边带调制信号的时域表达式为：

根据时域表达式可以画出其调制电路的设计框图，如图2.1所示。

图2.1设计理论框图

为基带信号，

为叠加的直流分量。

为载波信号，图中的相乘器一般都是采用集成模拟乘法器来实现，集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1595、MC1496、MC1495、LM1595、LM1596等。

其中MC1496比较常见，性能稳定。

使用MC1496制成的调幅器输出的调幅信号还需通过一个射随电路后滤波输出。

2.3方案选择

集成模拟乘法器性能好，外围电路结构简单，可实现振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等过程，目前在无线通信、广播电视等领域应用较多。

常见的产品型号有MC1495/1496、LM1595/1596等。

运算放大器是模拟电路中的特殊放大器，只要适当选取外部元件，就能构成各种运算电路，如放大、加法、减法、微分和积分等，并因此而得名。

自20世纪60年代集成运放问世以来，运放各个系列产品层出不穷，以价格低廉、性能优越得到广泛应用，现已持续不断地渗透到模拟和混合模拟——数字电子学的各个领域。

集成运放应用范围十分广泛。

本AM调制电路核心器件采用MC1496乘法器，这是由于市场上器件MC1496比MC1596常见，且MC1496性能更优越。

电压跟随电路采用LM124运放电路，低通滤波器采用RC和运算放大器电路构成。

2.4选用的芯片介绍

MC1496的介绍:

MC1496集成模拟乘法器，图2.2为MC1496引脚图，图2.3为MC1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路。

电路采用了两组差动对由V1—V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又V5与V6组成一级差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。

D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。

进行调幅时，载波信号加在V1与V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6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（即引出脚⑹、⑿之间）输出。

图2.3内部电路图

图2.2引脚图

三、振幅调制产生原理

所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。

这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。

振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。

在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM）。

为了提高传输的效率，还有载波受到抑制的双边带调幅波（DSB）和单边带调幅波（SSB）。

在频域中，已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。

标准振幅调制（AmplitudeModulation,AM）是一种相对便宜的，质量不高的调制形式，主要用于声频和视频的商业广播。

我们讨论单频信号的调制情况。

如果设单频调制信号

，载波

，那么调幅信号（已调波）可表示为：

（2-1）

式中，

为已调波的瞬时振幅值（也称为调幅波的包络函数）。

由于调幅信号的瞬时振幅与调制信号成线性关系，即有：

（2-2）

式中，

为比例常数，一般由调制电路的参数决定；

为调制系数，

反映了调幅波振幅的该变量，常用百分数表示。

把（2-2）式带入（2-1），可得单频信号调幅波的表达式为：

（2-3）

或

（2-4）

可见，要完成AM调制，其核心部分在于实现调制信号与载波相乘。

四、模拟乘法器振幅调制原理

参考图1-1MC1496芯片引脚图和图2-5AM调制原理图，分析如下：

X通道两输入端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。

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1kΩ反馈电阻，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。

五、调幅电路方案分析

1、标准调幅波（AM）产生原理

调制信号是只来来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。

为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波（如周期性脉冲序列）。

载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波，工作原理如图。

设载波信号的表达式为

调制信号的表达式为

，则调幅信号的表达式为

（2-5）

式中，

——调幅系数，

=

——载波信号

——上边带信号

——下边带信号

普通调幅波的频谱图如图所示：

幅度

上边带

下边带

ω

0

普通调幅波的频谱图

2、普通调幅波标准波形及失真波形

普通调幅波示意图如图所示：

标准调幅波示意图

由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。

显然，AM波正负半周对称时：

调幅度为：

＝0时，未调幅状态；

＝1时，满调幅状态（100％）；

正常

值在0～1之间；

>1时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，会产生失真，称为过调幅现象。

所以，普通调幅要求

必须不大于1。

由波形可以估算出

，其调幅度大约为50%。

图所示为产生失真时的波形：

Ma>1时的过调制波形

3、AM调制器原理图

图2-5AM调制器原理图

4、实验电路分析

1、4引脚调制信号的输入端，外接有调零电路；8、10引脚作为载波信号的输入端；输出端6、12引脚外接调谐于载波的带通滤波器；2、3引脚外接负反馈电阻。

可通过调节50kΩ电位器使1脚电位比4脚高

调制信号

与直流电压

迭加后输入Y通道，调节电位器可改变

的大小，即改变调制指数

。

六、总结

在这一周的时间里我在做“AM调制器的设计”。

在这一过程中，真切感觉到自己知识能力的匮乏，好多东西都只是知道一些皮毛，真正搞懂会应用的东西很少。

或许一个人的进步需要一个缓慢的过程，在过程中需要不断地借鉴，学习，汲取别人的东西。

同别人的成果中攫取知识和营养，然后把它变成自己的东西。

收获之一是不做系统或者东西，许多细小的环节是注意不到的。

而这诸多环节往往影响你整个系统的正常运转。

这可真应验了那句话“细节决定一切”。

通过对此作品整个过程的设计、绘制、制作、调试等方面来看,由MC1496模拟乘法器构成的AM调制器具有稳定性好、功率小、制作简单等优点。

由于本课程设计主要在于验证，所选用的模拟乘法器为较为廉价的MC1496G，电路性能基本符合要求。

所设计的调幅器实际输出幅度较小，且幅度变化较大，无法直接进行发射。

若要进行无线发射，则需要在后级接入AGC（自动增益控制），功率放大等电路。

在设计的过程中，出现了一下几种问题：

首先，焊接电路的时候出现了虚焊，漏焊等问题，导致了电路的不连通，从而显示不出波形；

其次，在连接电路的具体操作过程中没有做好充分的工作来提高电路的抗干扰能力，从而导致信号失真；

第三，在硬件检测中，忽略了如示波器检测，信号发生器检测等重要仪器的检测，想当然的以为仪器都是准确的。

总之，在这次课程设计的制作的过程中学到了很多东西，能力也有相应的提升。

附录

参考文献

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西安电子科技大学出版社,2007

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电子工业出版社,2002

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清华大学出版社,2000

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电子工业出版社,2007

[12]王卫东.模拟电子电路基础[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2003

AM调制元件清单

电阻

1.0K

3个

电阻

51Ω

3个

电阻

3.9K

2个

电阻

750Ω

2个

电阻

6.8K

1个

电容

0.1uF

2个

电位器

50K

1个

乘法器芯片

MC1496

1个