高频课程设计.docx
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高频课程设计
东北石油大学
课程设计
课程高频电子线路
题目幅度调制电路的设计
院系电子科学学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2013年3月1日
东北石油大学课程设计任务书
课程高频电子线路
题目幅度调制电路的设计
专业姓名学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
1、主要内容
本题目为集成模拟乘法器应用设计之一，即设计幅度调制电路。
通过本次电路设计，掌握集成模拟乘法器的基本原理及其所构成的幅度调制电路的设计方法、电路调整及测试技术。
加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。
2、基本要求
（1）采用集成模拟乘法器设计幅度调制；
（2）调整平衡调节电路分别实现抑制载波的双边带调幅和有载波的普通调幅；
（3）另外再设计一种利用模拟乘法器实现的其它高频功能电路，并分析工作原理。
3、主要参考资料
[1]阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：
高等教育出版社，2006.
[2]吴运昌.模拟集成电路原理与应用.广州：
华南理工大学出版社，2000.
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试.武汉：
华中科技大学出版社，2000.
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2002.
完成期限2月25日-3月1日
指导教师
专业负责人
2013年2月22日
一、电路基本原理
1.原理及用途
（1）幅度调制电路
幅度调制电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。
幅度调制电路分为二极管调幅电路和晶体管基极调幅、发射极调幅及集电极调幅电路等。
模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。
主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。
它有两个输入端口，即X和Y输入端口。
乘法器两个输入信号的极性不同，其输出信号的极性也不同。
如果用XY坐标平面表示，则乘法器有四个可能的工作区，即四个工作象限。
若信号均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。
集成模拟乘法器也是一种性能理想的电路。
随着半导体集成工艺的发展和技术性能的提高，模拟乘法器芯片如MC1496/1596、BG314加外围元件所构成的完整线性频谱搬移电路已经得到了广泛的应用。
集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。
高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调过程，均可视为两个信号相乘的过程。
图1MC1496
在本设计中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，引脚8与10接输入电压Ux，1与4接另一输入电压Uy，输出电压Uo从引脚6与12输出。
引脚2与3外接电阻Re，对差分放大器VT5、VT6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy的线性动态范围。
引脚14在双电源供电时为负电流端；在单电源供电时为接地端，引脚5为外接电阻R5，用来调节偏置电流I5及镜像电流Io的值。
设输入信号
，
，则MC1496乘法器的输出Uo与反馈电阻Re及输入信号Ux，Uy的幅值有关。
由于Re的接入，扩展了Uy的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由Ux决定：
①当Ux为小信号（Ux《26mV）时，输出电压Uo可表示为：
（1-1）
式中：
，接入负反馈电阻Re后，Ux为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号Uo中只包含两个输入信号的和频与差额。
②当Ux为大信号（Ux>100mV）时，输出电压Uo可近似表示为：
（1-2）
上式表明，Ux为大信号时，输出电压Uo与输入信号Ux无关。
（2）同步检波电路
同步检波：
同步检波是用一个与载波同频同相的本振信号与已调信号相乘来实现信号解调的过程。
同步检波就指是在收听中波、短波时，将邻近相互打架的两个或多个电台，通过同步检波滤出一个较强的电台，并清晰的收听到这个电台。
同步检波针对中短波而言，不适用于调频，在使用二次变频的情况下，可以不打开同步检波开关，但在打开同步检波开关时，一定使用了二次变频。
在乘法器的一个输入端输入振幅，调制信号如抑制载波的双边带信号：
（1-3）
另一输入端输入同步信号（即载波信号）：
（1-4）
经乘法器相乘，由式可得输出信号Uo（t）为：
（1-5）
如果输入信号Us（t）为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号Uc（t），利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。
2.主要技术指标
载波频率：
10MHz
调制信号：
1kHz
电源电压：
直流12V
整机静态工作电流：
100mA
输入阻抗：
200千欧姆
共模输入电压范围：
8V
共模抑制比：
-85dB
二、设计方案
1.电路原理图
（1）幅度调制电路
图2幅度调制电路原理图
其中载波信号Uc经高频耦合电容C2从Ux端输入，C3为高频旁路电容，使8脚接地，调制信号Uo经低频耦合电容C1从Uy端输入，C4为低频旁路电容，使4脚接地，调幅信号Uo从12脚单端输出。
器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地，由下式：
（1-6）
可计算出器件的偏置电流I5或Io，脚2与3间接入负反馈电阻Re，以扩展调制信号的Uo的线性动态范围，Re增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。
（2）同步检波电路
图3同步检波电路原理图
2.元件参数
（1）幅度调制电路
电阻R6，R7，Rs，及RL为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足测量器件的静态（Uc=0，Uo=0）偏置电压为：
表1器件的静态偏置电压
U8
U10
U1
U4
U6
U12
U2
U3
U5
6V
6V
0V
0V
8.6V
8.6V
-0.7V
-0.7V
-6.8V
R1，R2与电位器RP组成平衡调节电路，改变RP可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制，操作如下：
1制载波振幅调制
Ux端输入载波信号Uc（t），其频率Fc=20.945MHz，峰-峰值Uopp=40mv。
Uy端输入调制信号Uo（t），其频率Fo=1KHz，先使峰-峰值Uopp=0.调节RP，是输出Uo=0（此时U4=U1），在逐渐增加Uopp，则输出信号Uo（t）的幅度逐渐增大，则出现抑制载波调幅波。
②有载波振幅调制
Ux端输入载波信号Uc（t），Fc=20.945MHz，Uopp=40mv，调节平衡电位器RP，使输出信号Uo（t）中有载波输出，再从Uy端输入调制信号，其Fo=1KHz，当Uopp由零逐渐增大时，则输出信号Uo（t）的幅度发生变化，最后出现有载波调幅信号的波形，调幅系数m公式为：
（1-7）
同步检波：
首先测量电路的静态工作点C应与电路的静态工作点基本相同，再从Ux端输入载波信号Uc，其Fc=20.945MHZ，Ucp-p=100mv。
先令Uy=0，调节平衡电位RP使输出Uo=0，即为平衡状态，再从Uy端输入有载波的调制信号Us，Fc=20.945MHZ，Fn=1KHZ，Usp-p=200mv，调制度m=100%，这时乘法器的输出Uo（t）经低通滤波器后的输出U'o（t）,经隔直电容Cs后的输出Uo（t）的波形。
调节电位器RP可使输出波形Uo（t）的幅度增大，波形失真减小。
三、电路调试与仿真分析
1.软件仿真结果
图4软件仿真截图
2.仿真分析
其中载波信号Vc经高频耦合电容C2从10脚输入，C3为高频旁路电容，使8脚交流接地；调制信号V1经低频耦合电容C1从1脚输入,C4为低频旁路电容,是4脚交流接地。
调幅信号V0从12脚单端输出。
采用双电源供电方式，所以5脚接地。
3脚和2脚间接接入反馈电阻RE,以扩展调制信号V1的线性动态范围，Re增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。
电阻R6，R7，R8及R10，R11提供静态偏置电压，保证乘法器的内部结构的晶体管工作在放大状态。
应使本振信号V0=0先测MC1496五脚的电压Vs，调整R5的值，是V5∕R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同。
加本振电压V0=100mV，使调制电压VΩ=0，调节RP3使MC1496输出信号为最小值，再使VΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，在调节RP3使输出波形为Ma=50%的调幅波。
四、总结及体会
在这次的高频课程设计中，我巩固了所学的理论知识，进一步深入了解集成模拟乘法器MC1496的工作原理，在一定程度上掌握了调幅器与检波器的设计原理用来实现抑制载波的双边带调幅和有载波的普通调幅。
掌握这些后对调幅波信号进行解调，采用设计的二极管包络检波器、低道滤波器电路来实现。
在设计过程中，我对以前所学习的知识查缺补漏，并结合设计题目，学习了集成模拟乘法器的一些新知识，最后完成了本次课程设计。
通过这次课程设计，培养和锻炼了我综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识，去独立分析和解决实际问题的能力，把理论和实践结合起来，提高了实际动手能力，为将来毕业后走上工作岗位打下一定的基础。
通过这段时间的学习，从无知到认知，到深入了解，渐渐地我喜欢上这个专业，让我深刻的体会到学习的过程是最美的，在整个实习过程中，我每天都有很多的新的体会，新的想法。
但是，在这个过程中，也发现了我身上存在的如部分知识点掌握得不够清晰，专业软件操作不够熟练等的不足，在以后的课程设计过程中我会注重提高和完善。
参考资料
[1]阳昌汉.高频电子线路.哈尔滨：
高等教育出版社，2006.
[2]吴运昌.模拟集成电路原理与应用.广州：
华南理工大学出版社，2000.
[3]潘永雄.电子线路CAD实用教程.西安：
电子科技大学出版社，2007.
[4]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2002.
[5]谢自美.电子线路设计·实验·测试.武汉：
华中科技大学出版社，2000.
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
高频电子线路
题目名称
幅度调制电路的设计
学生姓名
学号
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
2013年3月4日
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