集成模拟乘法器与调幅波信号解调电路设计与测试.doc

集成模拟乘法器与调幅波信号解调电路设计与测试第16卷 第3期长 春 大 学 学 报Vo.l 16 No. 3 2006年6月JOURNALOF CHANGCHUN UNIVERSITY June 2006 文章编号: 1009 -3907(2006)03 -0035 -04集成模拟乘法器与调幅波信号解调电路设计与测试赵淑范1,陈昊宇2(11长春大学电子信息工程学院,吉林长春 130022; 21吉林工程技术师范学院工商管理学院,吉林长春 130052)摘 要:系统地提出了用集成模拟乘法器MC1496(双列直插式)组件实现选定的电路,总体方案设计由单元电路MC1496实现振幅调制器和利用包络二极管检波器、低通滤波器实现调幅信号的解调两大部分组成。其中第一部分电路完成不同调制系数M值的全载波调幅;第二部分是把前者输出的全载波调幅信号解调出来。从而进行各单元设计,总体调试。关键词:集成模拟乘法器;检波器;滤波器中图分类号:TN76111;TN76311 文献标识码:B收稿日期:2005-04-05作者简介:赵淑范(1955 -),女,吉林省榆树市人,长春大学电子信息工程学院高级实验师,主要从事电子技术基础实验教学的研究。0 引 言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、同步检波等调制、解调的过程,均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。模拟乘法器是一个多用途器件,它与放大器相结合可以完成许多数学运算,如乘法、除法、乘方、开方等。除此之外模拟乘法器还能用来进行各种频率变换,如平衡调制、同步检波、鉴相等。本设计实验制作主要是用MC1496的乘法器工作原理,用来实现全载波调幅、测量调幅系数,实现调幅波形的变换,学会分析实验现象。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。了解二极管包络检波器、滤波器的主要指标,对检波频率及波形进行分析。所以目前在无线电通信、广播电视等方面应用较多。图1 MC1496的内部电路图及引脚图1 乘法器的工作原理MC1496是双平衡四象限的集成模拟乘法器,内部电路图及引脚图如图1所示,由图1可知,该乘法器是属于并联交叉耦合可变互导型,由T1和T2两个晶体管组成一对差分放大器,T5是它的恒流源;又由T3和T4两个晶体管组成第二对差分放大器,T6是它的恒流源。T1和T3集电极连在一起,T2和T4集电极联在一起, T2的基极与T3的基极相连,T1和T4的基极相连。从这种联接方式可以看出,第一对差分放大器的极性(对uX(t)来说)恰好与第二对差分放大器的输入信号的极性相反,当uY(t)=0时, i5=i6。即$i1= -$i2,$i3= -$i4。根据分析表明,在u0(t)中只存在us(t)和uy(t)的乘积项,而无直通分量。T7、T8、T9等组成具有负反馈电阻的恒流源,R7、R8、R9为负反馈电阻,它们的作用是展宽动态范围。引脚和外接电阻RF对差分放大器T5、T6产生电流负反馈。可调节乘法器的信号增益,扩展输入电压Uy的线性动态范围。引却外接电阻RS用来调节偏置电流IS和镜像电流IO的值。MC1496只适用于频率较低的场合,它的工作频率在1MHz以下。2 静态工作点设置211 静态偏置电压设置根据MC1496的特性参数和它的内部电路,在应用时,静态偏置电压应满足下列关系:V8=V10,V1=V4,V6=V12,12V(V6-V8)2V,12V(V8-V1)217V,12V(V1-V5)217V。212 静态偏置电流的确定静态偏置电流主要由恒流源IO的值来确定,当器件为单电源供电时,引脚ly接地,脚通过一个电阻RS接正电源VCC,由于IO是IS的镜像电流,所以改变电阻RS可以调节IO的大小,即:IOUIS=VCC-017VRS+500。当器件双电源工作时,引脚ly接负电源,脚通过电阻RS接地,因此改变RS也可以调节IO的大小,即IOUIS=-VEE-017RS+500,根据MC1496的性能参数,器件的静态电流小于4mA,一般取IOUIS=1mA左右。器件的总耗散功率可得:PD=2IS(V6-V14)+IS(V5-V14),PD应小于器件的最大允许耗散功率(33mW)。3 设计要求(1)掌握MC1496乘法器实现振幅调制器及包络二极管检波器的设计组装与调试方法。(2)熟悉MC1496集成电路及检波二极管、低通滤波器的使用。4 设计内容(1)利用MC1496集成乘法器实现振幅调制电路。(2)利用检波二极管、滤波器实现调幅信号的解调。5 设计方案图2 振幅调制器及调幅波解调器框图调制器及解调器的框图如图2所示。它由MC1496集成乘法器芯片、三极管、检波二极管、滤波器等元器件组成。6 单元电路设计、原理及器件选择611 振幅调制器采用MC1496实现振幅调制,调制器如图3所示。幅度调制就是载波的振幅调制信号控制周期的变化,由MC1496构成调幅器,它将高频正弦波信号为载波信号输入到IN1,并加在两组差动放大器T1、T4对地的输入端脚和脚之间;另将低频正弦波信号作为调制信号加在差动放大器T5、T6输入端脚和脚之间。将这两种信号输入后,二者相乘为输出信号的全载波信号。在脚和脚外接RE=1k8电阻,以扩大调制信号的动态范围。已调信号取自双差动放大器的两个集电极(和lw脚之间)输出。RP2用来调节脚和脚之间的平衡,RP1调节脚和脚之间的平衡。三极管T提高调幅器带负功能力。36长 春 大 学 学 报 第16卷图3 振幅调制器(1)用直流调制特性调节RP2。(2)实现全载波调幅,加入us(t)=200sinXt高频输入;加入uc(t)=60sinXt低频信号,分别将高频、低频信号输入IN1和IN2端。612 调幅波信号解调器调幅波解调器,采用非线性元件二极管2AP12及RC元器件低通滤波器构成,实际的调幅波解调器如图5所示。调幅波的解调,就是要求从调幅波中不失真地还原出调制信号,它是调制的逆过程。振幅解调框图如图6所示。613 调试调试所需仪器有双踪示波;高频信号发生器;低频信号发生器;直流稳压电源与设计自制实验模板进行调试。本次设计在进行实验调试过程中,采用了分级调试方法,对各部电路遵循调试一部分,安装焊接一部分的原则,取得了较好的效果。具体调试步骤及方法:61311 直流调制特性测量按图3接通+12V、-8V直流电压,在IN2端输入低频正弦波信号频率f=1kHz,US=20mV峰-峰值为调制信号;在IN1端输入高频正弦信号,频率f=100kHz,UC=200mV峰-峰值为载波输入信号。调节RP2使UAB取值为0至0145V,测量值如表1所示。表1 测量值UAB-0145V -013V -012V -011V 0 011V 012V 013V 0145VUP-P-214V -1175V -1V -0164V 0 0164V 1V 1175V 214V图6 全载波输出波形61312 实现全载波调幅调节RP2使UAB=011V,调频率f=1 kHz,UC=200mV峰)峰值,即us(t)=200mV sinXt信号加入调制器的IN1端,调频率f=1 000Hz,US=60mV峰)峰值,即uc(t)=60mV sinXt信号加入IN2端。用示波器观察OUT0波形,它的波形为全载波输出波形(见图7)。此时M=USU/C=60/200=30%,图7 解调波形根据U0=KUABUC(t),计算系数K=U0U/ABUC值与输入信号的大小有关,调制系数M不同,在实际应用中取M值应合理。因而在调制器输出端得到较好的全载波信号。如图7所示。61313 调幅波信号的解调将图7全载波输出信号加入到图5解调电路的输入端。用示波器观测输出信号为解调波形,如图8所示。37第3期 赵淑范,等:集成模拟乘法器与调幅波信号解调电路设计与测试在调试过程中发现脚和脚接电阻RE是扩大调制信号的动态范围,通常RE取1k8,调试取Re为1k8合适;引脚外接电阻RS用来调节偏置电流IS及镜象电流IO值,通常RS取值1k8,调试取RS为618k8合适。614 误差分析系统出现一些误差,其原因是焊接布置导线过长、虚焊、短路,解决办法是通电前进行仪表检查排除后调试。电压平衡调解器选择20k8太大,解决办法取10k8合适;解调时出现输出信号失真,如出现双向失真现象,解决办法是降低IN1输入端高频信号幅度。如出现波形及其它失真现象,调整低通滤波器的RC值及检波器的二极管。615 元器件选择(1)集成模拟乘法器MC1496一块;(2)三极管9018一个;(3)电位器10k8二个;(4)电阻电容若干;(5)二极管2AP12;(6)实验板100mm150mm。绘制出整机原理图。综上所述,该系统的设计、安装调试工作全部完成,电路的调幅波解调采用的是由二极管包络检波器、低通滤波器组成的解调器,这种解调电路是解调大信号的。根据不同的大、小信号可以设计出多种解调电路,也可采用MC1496组成解调器解调信号。参考文献:1 沈传兹1高频电路M 1西安:西安电子科技大学出版社, 2000: 113 -13212 谢嘉奎1电子线路(非线性) M 14版.北京:高等教育出版社, 2000: 216 -22913 集成电路手册编委会1中外集成电路简明速查手册M 1北京:电子工业出版社, 199714 赵淑范1数字电子钟设计J1长春大学学报, 2004, 14(4): 36 -3915 沈芹1非线性电子线路M 1北京:高等教育出版社, 20041责任编辑:钟 声Design and test for integrated smi ulationmultiplierand demodulator circuit ofmodulated wave signalZHAO Shu-fan1,CHENHao-yu2(11Electronic Information and Engineering Institute,ChangchunUniversity,Changchun 130022,China;21BusinessManagement Institute, Jilin Engineering and TechnolongicalNormalCollege, Jilin 130052,China)Abstract:Realizing the designated electric circuithas been systematically proposed with themodule of the integrated simulationmulti-plierMC1496(a double-connection straight inserting type).The overallplan design is composed by two parts thatamplitudemodulationof oscillation amplitudemodulator is achieved by the unitelectric circuitMC1496 and demodulation of the amplititude-modulated signalis realized by the envelope diode detector and the low-pass filter. First part of electric circuit completes the entire-carrier amplitudemodulation of the different coefficientofmodul