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

ID:860824 · 发表于 2020-12-15 21:40

在高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。目前在无线电通信、广播电视等方面得到广泛应用。本文利用Multisim10?软件仿真平台，对MC1496?构成的调幅电路进行软件仿真和实际电路测试，并分析比较测试结果。利用模拟乘法器芯片MC1496设计出调幅与检波电路，使用MC1496内部晶体管电路，用Multisim软件进行计算机仿真，并作出硬件实验结果。

振幅调制器的开发
用模拟乘法器MC1496设计一振幅调制器，使其能实现信号幅度调制，主要指标：载波频率：2MHz 0.2Vpp 正弦波调制信号：1KHz 1Vpp 正弦波，输出信号幅度：大于等于5V（峰峰值）无明显失真。

检波器的开发

用模拟乘法器MC1496设计一调幅信号同步检波器，主要指标：输入调幅信号：载波频率：2MHz 0.2Vpp 正弦波调制信号：1KHz 1Vpp 正弦波，输出信号：无明显失真，幅度大于5V。

3、相关介绍

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,若用调制信号(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。

高频设计本是高频电子线路的重要组成部分，其目的在于加深理解检波的原理，进一步对课本知识加以掌握，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力和分析、解决问题的能力。

另一方面也可使我们可以运用自己所学到的知识，学习设计小型高频电子线路的方法，并且独立完成由原理图到实物的准确焊接、调试过程，增强实际动手能力。提高电路分析和设计能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。

通过此次设计，一方面加深我们对理论知识的认识和掌握，另一方面也可以增强我们对问题的全面考虑能力，并且助于我们对理论知识的运用。

芯片介绍

本次实验采取模拟乘法器MC1496进行调制信号的调幅并对调幅波进行同步检波。模拟乘法器MC1496可用于输出电压是输入电压（信号）和转换电压（载波）乘积场合。典型应用包括抑制载波调幅，同步检波，FM检波，鉴相器。

1、模拟乘法器的管脚图：

其中V1、V2与V3、V4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V5与V6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。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。

模拟乘法器的内部结构：

三、基本原理

1、普通调幅电路设计

①用模拟乘法器实现单频调幅

普通条幅波的实现框图：

根据模拟乘法器MC1496的引脚图，作出如下设计：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。

由于实验要求中输出信号为5V以上，即为大信号，如果用原来的电路会造成波形失真，所以需要设计带通滤波器。带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。

2、检波电路的设计

同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：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

，另一输入端输入同步信号（即载波信号），

，经乘法器相乘，由上式可得输出信号Uo（t）为

下面是同步检波器的框图：

检波的物理过程如下：在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流iD很大，使电容器上的电压υc很快就接近高频电压的峰值。

理想情况下，峰值包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。但实际上二者之间总会有一些差距，亦即检波器输波形有某些失真。本实验可以观察到该检波器的两种特有失真：即惰性失真和负峰切割失真。

惰性失真是由于负载电阻R与负载电容C选得不合适，使放电时间常数RC过大引起的。惰性失真又称对切割失真，通常使检波器音频输出电压的负峰被切割的失真称为负峰切割失真或底部切割失真。

四、电路图

1、调制电路图

在实现调幅时载波信号加载在Q1,Q4的输入端，即IO8、IO10管脚。调制信号加载在差动放大器Q5、Q6即管脚IO1、IO4。IO2、IO3管脚外接电阻，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输出。接于正电源电路的电阻R6，R4用来分压，以便提供相乘器内部Q1~Q4管的基极偏压；负电源通过RP,R12,R13及R9,R10的分压供给相乘器内部Q5、Q6管基极偏压，RP为载波调零电位器，调节RP可使电路对称以减小载波信号输出；R8、R14为输出端的负载电阻，接于IO2、IO3端电阻R7用来扩大U的线性动态范围，同时控制乘法器的增益。