基于multisism的M1496振幅调制实验

1、湖南大学工程训练 HUNAN UNIVERSITY工程训练报告 题 目：基于模拟乘法器芯片MC1496的调幅与检波电路设计与实现 学生姓名：征察 学生学号：20110803501 专业班级：通信工程5班 指导老师(签名): 2014 年9 月13 日第 22 页湖南大学工程训练 目录1. 摘要32. 正文 32.1 Multisim 简介32.1.1 Multisim的发展历史32.1.2 Multisim应用方向32.2 项目介绍42.2.1 项目简介42.1.2 项目任务及要求42.1.3项目环境 52.3 项目设计与实现52.2.1项目背景52.2.2项目组成52.2.3项目原理及设计6

2、2.4 实验过程和结果 122.4.1抑制载波振幅调制实验 122.4.2.包含载波的振幅调制162.4.3.在振幅调制电路中加入放大电路和带通滤波器173. 实验总结 224. 参考文献 225. 导师指导意见 22一摘要 信号相乘与我们的生活息息相关，从电话手机通信，到广播电视的传播，无一不和信号相乘有着紧密的联系。信号相乘是各种的调制方式的核心，也是相干检波的核心。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。信号相乘是使用模拟乘法器来实现的，本项目利用Multisim10 软件仿真平台，对模拟乘法器MC1496 构

3、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。关键词：MC1496 信号相乘 调幅 解调 检波2 正文2.1 Multisim 简介 2.1.1 Multisim的发展历史Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0，网上最为普遍的是Multisim10.0，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NI Multisimv10作为其中一个组成部分包含于其

4、中。2.1.2 Multisim应用方向 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏

5、电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。仿真的内容包括:a.器件建模及仿真；b.电路的构建及仿真；c.系统的组成及仿真；d.仪表仪器原理及制造仿真。本次仿真实验主要是利用Multisim的软件仿真功能画出电路图并分析波形是否正确，熟悉元器件的各种操作，为以后的毕业设计奠定基础。 （ 本实验所用的Multisim 10）2.2项目介绍2.2.1项目简介 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

6、计算机仿真，并作出硬件实验结果。2.2.2 项目任务及要求 任务一：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：15MHz 正弦波 调制信号：1KHz 正弦波，输出信号幅度：大于等于5V（峰峰值）无明显失真。任务二：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15MHz 正弦波，调制信号：1KHz 正弦波，幅度大于1V，调制度为60%。输出信号：无明显失真，幅度大于5V。2.2.3 项目环境 采用Multisim软件进行计算机仿真。2.3 项目设计与实现2.3.1 项目背景 在高频电子

7、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。相乘的过程在电路中有时可用模拟乘法器芯片MC1496来进行实现。本项目通过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。 （MC1496实体图）2.3.2项目组成 1.模拟乘法器芯片MC1496 2.含有模拟乘法器MC1496的振幅调制电路 3.含有模拟乘法器MC1496的相干解调电路2.3.3 项目原理及设计1. 模拟乘法器MC1496的工作原理：（1）引脚图：（2）模拟乘

8、法器芯片mc1496内部结构：（3）工作原理： 模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的有源非线性器件，主要功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。它有两个输入端口，即X 和Y 输入端口。MC1496 是根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的四象限的乘法器芯片，是调幅电路中的核心器件。 Q1、Q2、Q3、Q4 组成双差分放大器，Q5、Q6 组成单差分放大器用于激励Q1Q4。Q7、Q8 及其偏置电路构成恒流源电路。引脚IO8 与IO10 接输入电压，引脚1 与4 接另一个输入电压，输出电压从其中引脚IO6 与IO12 输出。引脚IO2 与IO3 外接电阻，

9、对差分放大器Q5，Q6 产生电流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。引脚IO14 为负电源端或接地端，引脚IO5 外接电阻R5，用来偏置电流以及镜像电流。 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Q1Q4 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

10、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。（4）静态工作点的设置 静态偏置电压的设置 静态偏置电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，对于图10-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即8=10, 1=4, 6=1212V6(12)8(10)>2V12V8(10)1(4)>2.7V12V1(4)5>2.7V静态偏置电流的确定

11、 静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即 当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取。在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替。2.普通调幅电路的设计及仿真（1）用模拟乘法器实现单频调幅 普通条幅波的实现框图： 根据上面的引脚图，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

12、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10k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，10k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750电阻的阻值，比如各增大10。 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，

13、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=1k，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51；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（+1

14、2V，-8V）供电时，R7可近似取6.8k。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。（2） 实验电路图本实验采用的调幅电路图载波信号由XFG1 提控C（t）=VcmcosCt 通过电容C1，C2 以及R5 加到相乘器的输入端IO8，IO10 管脚。调制信号由XFG2 提供（t）=Vcost，通过电容C4 及电阻R12,R9 加到乘法器的输入端IO1，IO4 管脚。输出信号经过C3 输出。3.检波电路的设计与仿真（1）相干检波原理 调幅波的解调即是从调幅信号中

15、取出调制信号的过程，通常称之为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器，同步检波器。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c很快就接近高频电压的峰值。充电电流的方向如左图所示。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。 （2） 实验用检波电路4.实验完整电路图2.4 实验过程及结果2.4.1抑制载波振幅调制实验 （1）使用要求的调制频率信号：载波信号（XFG1）：f=5MHz，V

16、p-p=40mv；调制信号（XFG2）：f=1KHz，Vp-p=200mv。结论：由图可看出，由于调制信号的频率过小，从图像上观察结果十分缓慢，要知道正确与否需要很长时间。（2）使用频率较大的调制信号进行调制：载波信号（XFG1）：f=5MHz，Vp-p=40mv；调制信号（XFG2）：f=100KHz，Vp-p=200mv。 仿真波形如下图：观察示波器，适当调节R15，当R15为30%时，可以看到已调信号和解调信号：载波信号（XFG1）：f=5MHz，Vp-p=40mv；调制信号（XFG2）：f=300KHz，Vp-p=300mv。适当调节R 的值，出现如下结果： 结论：由图可以看出，电路拥

17、有调幅和解调功能。设置参数和要求值不一样，原因是当调制频率过小时，输出结果过慢，不易看出结论。所以将调制信号频率提高到100Hz。当输入调制信号为几百毫伏时，出现抑制载波调幅信号，从图中可以看出波形在零点相位有180 度的变化。 2.4.2.包含载波的振幅调制载波信号（XFG1）：f=5MHz，Vp-p=40mv；调制信号（XFG2）：f=100KHz，Vp-p=60mv。结论：从图中可以看出该波形中，高频载波信号的振幅和调制信号有着一样的变化规律，也就是载波振幅随着信号的规律变化。这是有载波振幅调制的波形。这里的，调幅系数为Ma= *100%<1当调幅系数大于1时，会出现如下情况：结论

18、：若Ma1，在t= 附近，V0（t）变为负值。就出现上图波形。从图中可以看出，已调波的包络形状与调幅信号不一样，产生了严重的包络失真，在实际应用中应尽量避免，保证调幅系数在0 与1 之间。 2.4.3.在振幅调制电路中加入放大电路和带通滤波器 在振幅调制电路中加入放大电路和带通滤波器后实验电路图如下，其余电路和条件不变增加的电路内容，对已调信号进行放大和滤波。增加后的调制电路：实验结果如下：结论：由图可以看出，当增加了放大器和带通滤波器后，实验结果显示已调信号变大。幅度可以达到2v。但是解调出的结果依然和调制信号一样。当调制信号增大到一定程度时，调制信号会失真。结果如下实验结果如下：矫正方法：对A进行调整，波形变化为如下：已调信号正常，没有失真。3. 实验总结 通过本次实验，我对调幅电路有了更进一步的认识和了解，对乘法器知识有了更深的认识。以前都是对乘法器的印象就是一个黑箱，但通过这次实验，自己做出了乘法器的内部结构，使我对乘法器的原理和使用有了进一步的了解。除