调幅信号源说明书-

1、通信电子线路课程设计说明书 调幅信号源 学 院： 学生姓名： 指导教师： 专 业： 班 级： 学 号： 完成时间： 摘 要在电子科技发达的今天，利用无线电技术进行信息传输成为人们生活、工作当中不可或缺的组成部分。为了提高通信质量和处理信号方便，需要在将语音、图像等有用信息经过调幅后再发送出去，这就无疑需要一种振幅调制电路来实现。调幅就是载波的振幅（包络）受调制信号的控制作周期性的变化。变化的周期与调制信号的周期相同，即振幅变化与调制信号的振幅成正比。该课题设计一种简易的振幅调制电路，电路的载波频率为15MHz，由MC145152、MC12022、MC1648组成锁相环发生，调制信号外加，其频率

2、为100kHz，经MC1496和调制信号相乘法器后，输出调幅波。设计首先确定电路及其参数，使用Multisim对电路进行仿真，仿真正确后再使用Altium Designer画出振幅调制模块原理图，导入PCB，然后制板，做出振幅调制模块的实物。使用函数信号发生器分别产生15MHz的载波，100KHz的调制信号，接入电路，调节调制信号的幅度，分别产生Ma<1、Ma=1、Ma>1的普通调幅波，并通过调节平衡电阻，获得DSB信号，符号设计要求。 关键词：振幅调制；包络；锁相环；MC1496I目 录1 绪论11.1 振幅调制的意义11.2 设计任务及要求12 设计方法的论证22.1 总体电路

3、的设计22.2 载波产生方法的比较22.3 振幅调制电路的比较32.4 设计方法的选择43 电路的设计53.1 锁相频率合成器的设计53.2 振幅调制电路的设计64 电路的仿真104.1 MC1496的模拟相乘器调幅电路仿真图104.2 电路仿真过程及结果105 电路板的制作、调试与测量135.1 电路板的制作135.2 振幅调制电路板实物135.3 实物调试与测量135.4 结束语16参考文献17致 谢18附录19 附录A 振幅调制器元器件清单19 附录B 振幅调制电路原理图20 附录C 振幅调制电路PCB图21 附录D 振幅调制电路实物图221 绪论1.1 振幅调制的意义传输信息是人类生活

4、的重要内容之一，其中利用无线电技术进行信息传输占有极重要的地位。无线电通信、广播、电视、导航、雷达、遥控遥测等等，都是利用无线电技术传播各种不同信息的方式。广播、电视利用无线电信号传输语音、音乐或其他信号；导航利用无线电信号指引飞机或船舶安全航行，以保证他们能平安到达目的地；雷达利用无线电信号的反射来测定某些目标（如飞机、船舶等）的方位；遥测遥控则利用无线电技术来测量远处或运动体上的某些物理量，控制远处机件的运行。在这些信息传递的过程中，都要用到振幅调制，所以选择调制作为课程设计的题目具有很大的实际意义。1.2 设计任务及要求采用锁相等技术设计并制作一个调幅信号源。 设计指标：调制信号外加，其

5、频率为100kHz，载波频率为15MHz，载波频率准确度为1*10-5，载波频率稳定度为1*10-5，已调波输出电压调制系数。要求振幅调制模块制成实物，使用函数发生器产生载波和调制信号，输出调幅波无明显失真。设计要求：要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。实验仪器设备： 函数发生器 1台 数字存储示波器 1台 调试笔 1支 数字万用表 1台 -9V、12V直流稳压电源 1台262 设计方法的论证2.1 总体电路的设计调幅信号源分为载波发生电路和振幅调制电路两部分。载波发生电路产生15MHZ的载波。振幅调制电路把小信号加载到载波上，输出包络为小信号，频率为载波的调幅波。调幅信号源总电路图如图1

6、所示。 图1 调幅信号源总电路2.2 载波产生方法的比较2.2.1 设计方法一：石英晶体振荡石英晶体振荡器（并联型晶体振荡器），电路如图2所示，石英晶体与外部电容C1、C2、C3构成并联谐振回路，它在回路中起电感作用，构成改进型电容三点式LC振荡器。晶体不振荡时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C等效，C的值很小，一般只有0.00020.1pF。 晶片振荡时因摩擦而造成的损耗用R等效，它的数值约为100。由于晶片的等效电感很大，

7、而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达100010000。因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。 图2 石英晶体振荡电路2.2.2 设计方法二：锁相环频率合成锁相环PLL基本组成如图3所示，他是由鉴相器PD、环路滤波器LF、压控振荡器VCO组成的闭合环路。鉴相器是相位比较部件，他能够检测出两个输入信号之间的相位误差，输出反应相位误差的电压。环路低通滤波器用来消除误差信号中的高频分量及噪声，提高系统稳定性。压控振荡器受控于环路滤波器输出电压，即其振荡频率受控制。图3 锁相环路的基本组框图在锁相环基本锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁相频率合成器，简单锁相频率合成

8、器框图如图4所示。 图4 简单锁相频率合成器框图2.3 振幅调制电路的比较2.3.1 设计方法一：高电平调幅电路高电平调幅电路分为基极调幅和集电极调幅，主要用于产生普通调幅波，这种调制通常在丙类谐振功率放大器中进行，它可以直接产生满足发射机功率要求的已调波。在基极调幅电路中，为了减小调制失真，被调放大器在调制信号变化范围内应始终工作在欠压状态，所以基极调幅电路效率比较低。在集电极调幅电路中，由于工作在过压状态，所以能量转换效率比较高，适用于较大功率的调幅发射机。2.3.2 设计方法二：低电平调幅电路低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的

9、要求。它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器MC1496调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。2.4 设计方法的选择2.4.1 载波产生方法的选择锁相环频率合成器系统结构简单，输出频率成分的频谱纯度高，稳定性高，可以达到设计要求：载波频率为15MHz，载波频率准确度为1*10-5，载波频率稳定度为1*10-5。所以该课题采用锁相环频率合成产生15MHz载波。2.4.2 振幅调制电路的选择高电平调幅电路主要产生高功率的调幅波，该设计中不需要发射调幅波，所以不需要使

10、用高电平调幅电路。而双差分模拟相乘器调幅电路效率较高且输出稳定，调整方便，所以该设计中，采用模拟乘法器MC1496构成的双差分模拟相乘器调幅电路。3 电路的设计3.1 锁相频率合成器的设计该课程设计利用MC14552、MC1648、MC12022、UA741系列集成电路芯片组成数字锁相环频率合成器，通过开关控制分频数。锁相频率合成器框图如图5所示。图5 锁相频率合成器框图3.2 振幅调制电路的设计3.2.1 AM调幅电路组成模型如图6所示，为普通调幅电路组成模型，它由相加器和相乘器组成，图中为一直流电压。可见，调制信号与直流电压叠加后与载波相乘，因此可得到普通调幅信号。 （1）X AMXYY

11、图6 AM调幅电路组成模型 3.2.2 振幅调制模块原理框图振幅调制原理框图如图7所示。 图7 振幅调制原理框图振幅调制器主要是将输入的高频载波信号和低频调制信号变换为高频已调信号，即用带传输的低频调制信号去控制高频载波的幅度，设载波信号为 （2）式中，为载波角频率，为载波频率。令调制信号为，调幅波表达式为 （3）式中是由调制电路决定的比例常数。当调制信号为单一频率的余弦波时，即 （4）式中,为调制信号角频率，F为调制频率。可得 （5） （6）称为调幅度，它表示载波振幅受调制信号控制的程度。称为调幅波的包络。调幅波的最大振幅等于，最小振幅的于，当时，最小振幅值等于零，若，将会导致调幅波在一段时

12、间内振幅为零，使得调幅将产生严重的失真。为避免失真，要求。单频调制时AM调幅波频谱为 （7）3.2.3 集成模拟乘法器MC1496及参数选择该课程设计主要采用集成芯片MC1496来实现幅度调制器的设计。图8为MC1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5和V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V8、V9为差动放大器V5和V6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1V4的输入端，即引脚8、10之间，调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚1、4之间，

13、2、3脚外接的电位器，以扩大调制信的动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极，即引脚6、12之间输出。 图8 MC1496内部电路及外部连接MC1496用D、R1、V7、R2、V8、R3和引脚外接的电阻R5组成多路电流源MC1496用V7、R1、V8、R2、V9、R3和引脚外接的电阻R5组成多路电流源电路，R5、V7、R1为电流源的基准电路，V8、V9分别供给V5、V6管恒流/2，R5为外接电阻，可用以调节/2的大小。另外，由V5、V6两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻，利用的负反馈作用可以扩大输入调制信号的动态范围。为外接负载。调制信号的动态范围与外接电阻的关系为 （8）静态偏置电

14、压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对图(7)所示的内部电路，静态偏置电压应满足下列关系： （9） （10） （11） （12） 电流源基准电路 （13）取 ,VEE接-8V电源,可以算出为温度电压当量，在常温T=300K时,，设输入调制信号时，得出,为使输入调制信号的动态范围稍大些，我们取.输出电压为 （14）又因为 ， 设 （15） 则得出 （16）我们取 . （17） 当，且时 ，其他管脚的直流电位分别为 （18） （19） （20） （21） （22）3.2.4 振幅调制具体电路设计M

15、C1496模拟乘法器调幅电路如图9所示，其中载波信号经高频耦合电容从10脚输入，为高频旁路电容，使8脚交流接地。调制信号经低频耦合电容从1脚输入。调幅信号从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脚之间接入反馈电阻R8，以扩展调制信号的动态范围，Ry增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。电阻R1、R2、R13、及R3、R10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区。 图9 MC1496模拟乘法器调幅电路4 电路的仿真4.1 MC1496的模拟相乘器调幅电路仿真图MC1496的模拟相乘器调幅电路仿真图如图9所示。4.2 电路仿真过程及结果图9中，Rp1为

16、50K滑动变阻器，Rp1滑动在中间为抑制载波调制，Rp1滑动在两端为全载波调制。图10为断开调制信号，只输入15MHz载波，Rp1滑动在中间抑制载波时输出的信号。图10 抑制载漏的波形图11为在图10上加上调制信号的输出信号，即为抑制载波双边带调幅DSB信号。 图11 输出的DSB波形图12为断开调制信号，只输入15MHz载波，Rp1滑动在两端全载波时输出的信号，输出信号有点失真。图12 载波波形图13、图14、图15为在图12上加上调制信号的输出信号，即为抑制载波双边带调幅DSB信号。当载波为300mV，调制信号为100mV时，Ma<1，输出信号如图13所示。图13 Ma<1的A

17、M波形当载波为300mV，调制信号为380mV时，Ma=1，输出信号如图14所示。图14 Ma=1的AM波形当载波为300mV，调制信号为500mV时，Ma>1，输出信号如图15所示。图15 Ma>1的AM波形5 电路板的制作、调试与测量5.1 电路板的制作第1步：在画出正确可行的电路原理图并在 Multisim 软件仿真成功之后，开始在AD上画原理图，再导出PCB图，对其进行合理布线。第2步：利用一个能生成图像的软件生成一些图像文件。第3步：将PCB图打印到热转印纸上（热转印纸就是不干胶纸的底衬）。第4步：将打印好PCB的转印纸平铺在覆铜板上，准备转印。第5步：用电熨斗加温（要很

18、热）将转印纸上黑色塑料粉压在覆铜板上形成高精度的抗腐层。第6步：准备好三氯化铁溶液进行腐蚀。第7步：注意不要腐蚀过度，腐蚀结束，最后焊接。5.2 振幅调制电路板实物实物如附录D所示。5.3 实物调试与测量5.3.1 静态工作点的测量电路板使用双电源供电，先接上直流稳压电源对应的电源和地，则MC1496各引脚偏置电压原始值接近下列理论参考值，并将实测值记录于表1中。表1MC1496各引脚偏置电压测量值引脚电压(V)V8V10V1V4V6V12V2V3V5理论值5.625.620010.3810.38-0.76-0.76-7.16实测值6.036.03-0.43011.5911.59-1.11-0

19、.73-7.81观察表1中理论值，可以发现，V8、V10为载波信号输入引脚，其电位相等；V1、V4为调制信号输入引脚，其电位相等；V6、V12为输出信号引脚，电位相等。这是因为MC1496内部结构是由8个三极管组成的双差分对模拟相乘器，所以成对的输入、输出引脚电位相等，这是产生DSB信号的基本要求。在实测值中，V1、V4引脚，其电位相差0.43V，这是因为实测值是测AM波时的引脚电位。测AM波时，不需要抑制载波，所以V1、V4引脚电位不能相同。V2、V3引脚接电阻Ry，是利用Ry的负反馈作用扩大输入信号电压的动态范围，而V2、V3引脚电位理论值与实测值不同，也是测AM波时不需要抑制载波。所以表

20、1符合设计要求。5.3.2 全载波振幅调制再使用高频信号发生器产生电压400mV，频率15MHz的载波。把载波接上电路板，数字存储示波器接输出，调节Rp1，使输出输出波形幅度最大。再使用信号发生器产生电压低于400mV ，频率100KHz的调制信号接入电路板。调节调制信号的幅度，根据调制系数公式（23） ： （23）算出调制系数，使调制系数，此时调制信号幅度为293mV，及达到了设计的要求，输出信号如图16。图16 时的AM波形增大调幅信号的幅度，使Ma=1，这里测试点的调制信号幅度为900mV，输出信号如图17。 图17 时的AM波形继续增大调幅信号的幅度，使Ma>1，这里测试点的调制

21、信号幅度为1.4V，输出信号如图18。图18 时的AM波形将实验数据记录于表2。表2 AM调制实测数据及波形m<1m=1m>1调制信号幅度（mv）2399001400频率（KHz）100100100载波信号幅度（mv）400400400频率（MHz）151515AM信号Ummax（mv）567898Ummin (mv)29.678-20调幅度0.30811.5波形见图16见图17见图18从表2中可以看出，实物调出了符合的调幅波，并且可以明显的调出、三中情况的调幅波，所以该课题设计成功。5.4 结束语5.4.1 设计误差分析（1）设计器件，实验材料自身误差，不是十分精确。（2）焊接时

22、间过长，可能烫坏元件。（3）焊接点出现虚焊，影响电路运行。（4）参数设计不合理，使得功能不能更好的体现。 （5）实验用的元器件，如芯片易受温度的影响，实验时间过长，即会产生误差。 （6）测量仪器有误差，无法精确的检验结果。 （7）信号发生器的输出信号不够稳定，使得输出信号也发生波动，判断时受到影响，无法精确的确定参数是否合格。5.4.2 设计体会经过近一个月的努力，调幅信号源的设计制作已基本完成。经过搭建实际的电路得到的结果与虚拟软件得到的结果基本一致得出了比较理想的结果。通过这次对调幅信号源的设计制作使自己学到了不少的知识，其中也遇到过不少困难，Altium Designer软件不常用，忘了一部分造成了很大的困扰，通过Altium Designer的学习视频和询问他人，重新学会了对Altium Designer的使用。其次，在PCB板已经打好孔时才发现电路出现一点错误。通过这次对调幅信号源的设计制作使最深刻的体会是掌握一门知识不仅是从理论上弄懂更重要的是联系实际亲自动手实践才能真正的掌