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

ID:860824 · 發表于 2020-12-15 21:40

在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用。本文利用Multisim10?軟件仿真平臺，對MC1496?構成的調幅電路進行軟件仿真和實際電路測試，并分析比較測試結果。利用模擬乘法器芯片MC1496設計出調幅與檢波電路，使用MC1496內部晶體管電路，用Multisim軟件進行計算機仿真，并作出硬件實驗結果。

振幅調制器的開發
用模擬乘法器MC1496設計一振幅調制器，使其能實現信號幅度調制，主要指標：載波頻率：2MHz 0.2Vpp 正弦波調制信號：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

用模擬乘法器MC1496設計一調幅信號同步檢波器，主要指標：輸入調幅信號：載波頻率：2MHz 0.2Vpp 正弦波調制信號：1KHz 1Vpp 正弦波，輸出信號：無明顯失真，幅度大于5V。

3、相關介紹

調制與解調電路是現代通信設備中重要組成部分。為了實現信號的無線傳輸,在通信設備中必須采用調制與解調電路。調制是把待傳輸信號置入載波的過程,它在發送設備中進行。調制的方法很多,若用調制信號(信息)控制載波的幅度,則稱為調幅。解調是調制的逆過程,即從己調信號中還原出原調制信號(信息),對調幅波的解調稱為檢波。本設計是基于MC1496的幅度調制與線性檢波電路設計，首先設計調制與檢波電路，再通過Multisim軟件對電路進行仿真分析。

高頻設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，基本掌握數字系統設計和調試方法，增加集成電路應用知識，培養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到的知識，學習設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確焊接、調試過程，增強實際動手能力。提高電路分析和設計能力，為今后學習和工作打下堅實的基礎。

通過此次設計，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。

芯片介紹

本次實驗采取模擬乘法器MC1496進行調制信號的調幅并對調幅波進行同步檢波。模擬乘法器MC1496可用于輸出電壓是輸入電壓（信號）和轉換電壓（載波）乘積場合。典型應用包括抑制載波調幅，同步檢波，FM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。

模擬乘法器的內部結構：

三、基本原理

1、普通調幅電路設計

①用模擬乘法器實現單頻調幅

普通條幅波的實現框圖：

根據模擬乘法器MC1496的引腳圖，作出如下設計：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腳之間有外接調零電路；輸出端6和12腳外可接調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。若實現普通調幅，可通過調節10kΩ電位器RP1使1腳比4腳高，調制信號與直流電壓疊加后輸入Y通道，調節電位器可以改變Vy的大小，即改變指數Ma；

若實現DSB調制，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制信號。為了減小流經電位器的電流，便于調零準確，可加大兩個750Ω電阻的阻值，比如各增大10Ω。
MC1496線性區好飽和區的臨界點在15-20mV左右，僅當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較大的非線性誤差。顯然，輸入線性動態范圍的上限值太小，不適應實際需要。為此，可在發射極引出端2腳和3腳之間根據需要接入反饋電阻R8=1kΩ，從而擴大調制信號的輸入線性動態范圍，該反饋電阻同時也影響調制器增益。增大反饋電阻，會使器件增益下降，但能改善調制信號輸入的動態范圍。

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。

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，R5、R6一般不超過51Ω；當工作環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，R7可近似取6.8kΩ。
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，二極管正向導通并對電容器C充電，由于二極管的正向導通電阻很小，所以充電電流iD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，峰值包絡檢波器的輸出波形應與調幅波包絡線的形狀完全相同。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、調制電路圖

在實現調幅時載波信號加載在Q1,Q4的輸入端，即IO8、IO10管腳。調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，以擴大調制信號動態范圍。已調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部Q5、Q6管基極偏壓，RP為載波調零電位器，調節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的線性動態范圍，同時控制乘法器的增益。