1、線性調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與仿真一、目的 通過線性調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，掌握模擬乘法器（MC1496）的基本工作原理及其構(gòu)成線性振幅調(diào)制與解調(diào)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與動態(tài)工作狀態(tài)的調(diào)整方法；進(jìn)一步加深理解全載波振幅調(diào)制（AM）、抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制（DSB）及其二極管包絡(luò)檢波、同步檢波的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法；學(xué)會選用與設(shè)計低通、帶通濾波器電路；檢驗(yàn)靈活應(yīng)用綜合理論與電路調(diào)測的實(shí)際動手能力，為今后從事本專業(yè)工作奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。二、設(shè)計要求 本次設(shè)計與制作的“線性調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)”電路組成框圖要求如圖1-1所示。 圖1-1 線性調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)”電路組成框圖 信號源用1MHz晶體產(chǎn)生主載波，經(jīng)

2、二分頻得到高頻載波fo=500KHz；經(jīng)10分頻得到調(diào)制信號f=1KHz，并要求將分頻后的500KHZ與1KHZ方波轉(zhuǎn)換成正弦波，分別作為高頻載波與調(diào)制信號，且要求正弦波的幅度可調(diào)。 線性振幅調(diào)制器采用模擬乘法器MC1496實(shí)現(xiàn)。 帶通濾波器用于濾除已調(diào)波（AM或DSB）的帶外信號，要求通過500KHZ信號。 同步檢波器采用MC1496模擬乘法器實(shí)現(xiàn)，為簡化實(shí)驗(yàn)電路，同步載波直接引用調(diào)制端高頻載波。 低通濾波器要求3dB帶寬，截止頻率=3400HZ。 所有涉及電路，要求用EWB或MULTISIM軟件實(shí)現(xiàn)仿真。 撰寫設(shè)計實(shí)驗(yàn)報告。三、設(shè)計思路提示1、模擬乘法器1496的構(gòu)成、基本原理說明 集成模

3、擬乘法器1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MC1496集成模擬乘法器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖1-2所示。圖1-2 MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，V5、V6組成的單差分放大器用以激勵V1V4。V7、V8及其偏置電路組成差分放大器V5、V6的恒流源。引腳8與10接輸入電壓，1與4接另一輸入電壓，輸出電壓從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻RE，對差分放大器V5、V6產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以擴(kuò)展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。引腳14為負(fù)電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電時），引腳5外接電阻R5。用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0

4、的值。 集成模擬乘法器1496偏置電壓與電流的確定 靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖4-4-1所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即: 靜態(tài)偏置電流的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖1-2，三對差分放大器的基極電流I8、I10、I1和I4可以忽略不計，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時，引腳14接地，5腳通過一電阻R5接正電源（+UCC的典型值為+12V），由于I0是I5的鏡像電流

5、，所以改變電阻R5可以調(diào)節(jié)I0的大小，即：當(dāng)器件為雙電源工作時，引腳14接負(fù)電源-UEE(一般接-8V)，5腳通過一電阻R5接地，因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小，即：則：當(dāng)VEE=-8V，I5=1mA時，可算得：R5=（8-0.75）/（1X10-3）-500=6.75K 取標(biāo)稱電阻，則R5=6.8K根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流小于4mA，一般取左右。此時,器件的總耗散功率可由下式估算: PD應(yīng)小于器件的最大允許耗散功率（33mW）。 負(fù)載電阻RC的選擇由于共模靜態(tài)輸出電壓為：式中、是6腳與12腳的靜態(tài)電壓。當(dāng)選，時，取標(biāo)稱電阻=3.9K 載波電平Ux與信號電平UY的選擇的選

6、擇因?yàn)檩d波抑制比與載波輸入電平密切相關(guān)，小的載波電平不能完全打開晶體管器件，結(jié)果信號增益低，載波抑制比亦較差。而高于最佳的載波電平將產(chǎn)生不必要的載波泄漏，同時也使載波抑制特性惡化。測試結(jié)果表明，當(dāng)載頻為500KHZ時，用60mV(rms)的正弦載波，可獲得最佳載波抑制比。載頻為10MHZ時，最佳載波電平約為160mV(rms)。頻率較高時，為了使載波泄漏最小，電路的設(shè)計要注意，為了防止載波輸入和輸出之間的電容耦合，必須采取屏蔽措施，實(shí)際應(yīng)用時，還可在1、4腳之間接入載波調(diào)零電位器。載波泄漏與信號電平無關(guān)，因此使用大信號電平工作時，載波抑制可達(dá)最大值。然而，還必須保持信號輸入差分放大器工作在線性

7、狀態(tài)，否則，將產(chǎn)生調(diào)制信號的諧波，并作為被抑制載波的寄生邊帶出現(xiàn)在器件的輸出端。這個條件就規(guī)定了輸入信號的上限，即要求：UyI5Ry 式中 I5為5腳的電流，當(dāng)選I5=1mA，Uy=1V(峰值)時，由上式可確定：RyUy/I5=1/1X10-3=1K 基本工作原理設(shè)輸入信號， ，則MC1496乘法器的輸出U0與反饋電阻RE 及輸入信號、的幅值有關(guān)。 不接負(fù)反饋電阻（腳2和3短接）、和皆為小信號時，由于三對差分放大器（VT1，VT2，VT3，VT4及VT5，VT6）均工作在線性放大狀態(tài)，則輸出電壓U0可近似表示為 式中，乘法器的乘積系數(shù)，與器件外接元件參數(shù)有關(guān)，即： 式中， 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)T

8、=300K時， 輸出負(fù)載電阻。可見，當(dāng)輸入均為小信號時，MC1496可近似為一理想乘法器。輸出信號中只包含兩個輸入信號的和頻與差頻分量。當(dāng)為小信號，為大信號（大于100mV）時，由于雙差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）處于開關(guān)工作狀態(tài)，其電流波形將是對稱的方波，乘法器的輸出電壓可近似表示為（n為奇數(shù)）輸出信號中。包含,······,等頻率分量。 接入負(fù)反饋電阻由于的接入，擴(kuò)展了的線性動態(tài)范圍，所以器件的工作狀態(tài)主要由決定，分析表明：、當(dāng)為小信號時，輸出電壓可表示為 式中： 接入負(fù)反饋電阻后，為小信號時，MC1496近似為一理

9、想的乘法器，輸出信號中只包含兩個輸入信號的和頻與差頻。當(dāng)為大信號時，輸出電壓可近似表示為：上式表明，為大信號時，輸出電壓與輸入信號無關(guān)。2、集成模擬乘法器構(gòu)成的頻率變換電路應(yīng)用及實(shí)驗(yàn) 振幅調(diào)制原理與電路振幅調(diào)制(),就是用調(diào)制信號去控制高頻載波信號的振幅,使載波信號的振幅按照調(diào)制信號的規(guī)律變化。即已調(diào)制信號變化的周期與調(diào)制信號的周期相同，且幅度的變化與調(diào)制信號的振幅成正比.調(diào)幅信號的表達(dá)式為：式中，調(diào)幅系數(shù)，；載波信號； 圖1-3 調(diào)幅波波形與頻譜圖上邊帶信號；下邊帶信號； 它們的波形及頻譜如圖1-3所示。由圖可見，調(diào)幅波中載波分量占有很大比重，因此信息傳輸效率較低，稱這種調(diào)制為有載波調(diào)制，簡

10、記為AM。為提高信息傳輸效率，廣泛采用抑制載波的雙邊帶（DSB）或單邊帶（SSB）振幅調(diào)制。雙邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為： 單邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為：或 雙邊帶調(diào)幅波的波形及頻譜如圖1-4所示。以上分析可見，三種振幅調(diào)制都有一個調(diào)制信號和載波的乘積項(xiàng)，所以振幅調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)是以乘法器為核心的頻譜線性搬移電路。 圖1-4 DSB調(diào)幅波波形與頻譜圖由集成模擬乘法器MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制器參考電路如圖1-5所示：0圖1-5 集成模擬乘法器1496構(gòu)成的振幅調(diào)制參考電路電原理圖圖中，載波信號UC經(jīng)高頻耦合電容C2從端輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳接地。調(diào)制信號經(jīng)低頻耦合電容C1從端輸入，C4為低頻旁路電

11、容，使4腳接地。調(diào)幅信號從12腳單端輸出。器件采用雙電源供電方式，所以5腳的偏置電阻R5接地。腳2與3間接入負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)制信號的的線性動態(tài)范圍，增大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減少。電阻R6、R7、R8及RL為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部的各個晶體管工作在放大狀態(tài)，對于圖1-5所示電路參數(shù)，測量器件的靜態(tài)（，）偏置電壓為：表4-4-1U8U10U1U4U6U12U2U3U56V6V0V0V8V8V-0.7V-0.7V-6.8V電阻R1、R2、RP、R3和R4用于將直流負(fù)電源電壓分壓后供給MC1496的1、4腳內(nèi)部的差分對三極管基極偏置電壓。通過調(diào)節(jié)RP，可使MC1496的1

12、、4端的直流電位差為零，即U輸入端只有調(diào)制信號輸入而沒有直流分量，則調(diào)幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶（DSB）調(diào)幅波；若調(diào)節(jié)RP，使MC1496的1、4端的直流電位差不為零，則電路有載波分量輸出，為普通（AM）調(diào)幅波。3、 同步檢波電路1） 同步檢波的基本原理振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極 圖1-6同步檢波解調(diào)器電路原理框圖管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，必須采用同步檢波方法。同步檢波又分為疊加

13、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(shí)現(xiàn)同步檢波為乘積型同步檢波，其電路構(gòu)成框圖如圖1-6所示：其工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（恢復(fù)載波信號），經(jīng)乘法器相乘，可得輸出信號U0為:（條件：，為大信號） 上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項(xiàng)為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。 如果輸入信號為全載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號,利用乘法器的相乘原理，同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。2） 同步檢波電路及說明MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電路與振幅調(diào)制電路相同，差別僅是乘法器的兩輸入端輸入信號有變和輸出端需增加一低通慮波器，參考電路如圖1-7所示。圖1-7 MC1496構(gòu)成的同步檢波器參考電路其中ux端輸入同步信號或載波信號UC, uy端輸入高頻已調(diào)波信號。輸出端接有由R11與C6、C7組成的低通濾波器及隔直電容