Multisim:振幅调制器的设计(含仿真程序+文档+原理图+PCB)
提示:文底有资料获取方式,包含程序,文档,PCB,原理图
高频课程设计报告
题 目 | 振幅调制器的设计 |
---|---|
姓 名 | 不眠者科技 |
指导教师 | XXX |
学科专业 | XXX |
起止日期 | 2021/10/30 |
目录
- 高频课程设计报告
- 一、 设计要求
- 1. 总体设计要求
- 2. 参考指标
- 二、 设计方案的选择
- 1. 振幅调制产生原理
- 2. 方案选择
- 三、 电路设计
- 1. MC1496原理及MULTISIM设计
- 1.1 原理
- 1.2 MULTISIM设计
- 2. 电路图
- 3. 电路工作原理
- 3.1 标准调幅波(AM)产生原理
- 3.2 双边带调幅(DSB)产生原理
- 4. 元器件列表
- 四、 电路性能测试
- 1.静态工作点调测:
- 1. 放大器的倍数测试
- 2. DSB波形图
- 3. AM波形图
- 4. 输出最大峰峰值
- 五、 总结
- 六、 收获与体会
- 参考文献
- 附录
- 1、原理图
- 2、PCB
一、 设计要求
振幅调制器设计
1. 总体设计要求
设计一个振幅调制器,使其能实现AM和DSB信号调制,输出波形无明显失真。
2. 参考指标
载波频率:465KHz正弦波调制信号:1KHz正弦波
输出信号幅度(峰-峰值)≥2V
二、 设计方案的选择
1. 振幅调制产生原理
所谓调制,就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上,再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具,也叫载波。振幅调制,就是由调制信号去控制高频载波的振幅,直至随调制信号做线性变化。在线性调制系列中,最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅,简称为调幅(AM)。为了提高传输的效率,还有载波受到抑制的双边带调幅波(DSB)和单边带调幅波(SSB)。在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移;在时域中,已调波包络与调制信号波形呈线性关系。
设正弦载波为
式中,A为载波幅度; ωc为载波角频率; ϕ0为载波初始相位(通常假设ϕ0 =0).
调制信号(基带信号)为m(t) 。根据调制的定义,振幅调制信号(已调信号)一般可以表示为设调制信号m(t) 的频谱为M(ω) ,则已调信号sm (t) 的频谱Sm (ω) :
2. 方案选择
这两种信号都有一个调制信号和载波的乘积项,所以振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。
调制分为:
低电平调制:先调制后功放,主要用于DSB、SSB以及FM信号。
高电平调制:功放和调制同时进行,主要用于AM信号。
高电平调制分为:1.集电极调幅电路;2.基极条幅电路;
因为要实现两种AM和DSB的振幅调制,所以我们选择低电平调制电路。低电平调幅电路通常
分为:1.二极管调幅电路;2.集成模拟乘法器调幅电路。
在这里我们选择第二种方法,集成模拟乘法器调幅电路;我们选择的集成模拟乘法器是MC1496。
三、 电路设计
1. MC1496原理及MULTISIM设计
1.1 原理
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如下图(a)(b)所示。其中VT1,VT2与VT3,VT4组成双差分放大器,VT5,VT6组成的单差分放大器用以激励VT1~VT4。VT7、VT8及其偏置电路组成差分放大器、的恒流源。引脚8与10接输入电压UX,1与4接另一输入电压Uy,输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3 外接电阻RE,对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈,以扩展输入电压Uy的线性动态范围。引脚14为负电源端(双电源供电时)或接地端(单电源供电使) ,引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
图3.1 MC1496内部电路和引脚图
1.2 MULTISIM设计
由于仿真软件中没有MC1496所以我们自己画了MC1494的内部电路图,做成一个芯片,如下图所示:
图3.2 Multisim仿真MC1496内部电路
2. 电路图
由于参数主要是MC内部电路的参数,经过查元件手册都能够得到,我们在这里就不再赘述了。由于最后需要达到2V以上的峰峰值我们需要在最后输出端加一级放大级。
图3.3 MC1496电路
放大器则是
图3.4 放大器
其放大器的倍数为
图3.5 DSB调制总电路图
图3.6 AM调制总电路图
3. 电路工作原理
3.1 标准调幅波(AM)产生原理
调制信号是只来来自信源的消息信号(基带信号),这些信号可以是模拟的,亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波,它可以是正弦波,亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可,然后经过高频功率放大器进行放大,作为调幅波的载波,调制信号由低频信号源直接产生,二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波,工作原理如图2.1。
图3.7 标准调幅波产生原理框图
图3.8 标准调幅波示意图
由图2.3可见,调幅波中载波分量占有很大比重,因此信息传输效率较低,称这种调制为有载波调制。为提高信息传输效率,广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。
3.2 双边带调幅(DSB)产生原理
在AM信号中,载波分量并不携带信息,信息完全由便在传送。如果在AM调制模型中将直流分量去掉,即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波的双边带调幅波
双边带调幅波的表达式为
图3.9 双边带调幅波框图
工作原理如下图(图2.4)
图3.10 MC1496模拟相乘器调幅电路图
其中,可变电阻RP是用来抑制载波信号的,若要得到双边带调幅波,在调制信号为0的基础上,调节RP,使输出端的载波信号电压值为0V,然后再加上调制信号,此时输出的则是抑制载波的双边带调幅。
而标准调幅波的工作原理:调节RP,使其不抑制载波信号,在调制信号为0的基础上,调节RP,使输出端有载波信号电压输出,其幅值可根据需要而自行调节,而本电路中,将输出端的载波信号幅度调成为6V。然后再加上调制信号,经乘法器后,输出有载波的标准调幅波。
图3.11 双边带调幅波示意图
4. 元器件列表
名称 | 数量 | 名称 | 数量 |
---|---|---|---|
10uF | 1 | 电阻1K | 4 |
100nF | 3 | 电阻10K | 3 |
2P接口 | 3 | 电阻51 | 3 |
3P接口 | 1 | 电阻6.8K | 1 |
MC1496BDR2G | 1 | 电阻3.9K | 2 |
TL082CDR | 1 | 滑动电阻50K | 1 |
电源开关 | 1 | 滑动电阻20K | 1 |
四、 电路性能测试
1.静态工作点调测:
无输入信号的情况下调节W,,使用万用表测得U1第1、4脚的电压差接近0V。(改变W,可以使乘法器实现AM,DSB调制。)
1. 放大器的倍数测试
图4.1 放大器的倍数测试
从图中可以看出,输入为200mV的峰峰值,输出为2.152V,放大倍数接近11倍,与上文中的计算结果一致。
2. DSB波形图
图4.2 m=30%时的DSB调制波形
图4.3 m=60%时的DSB调制波形
图4.4 m=100%时的DSB调制波形
图4.5 m=200%时的DSB调制波形
3. AM波形图
图4.6 m=30%时的AM波形
图4.7 m=60%时的AM波形
图4.8 m=100%时的AM波形
图4.9 m=200%时的AM调制波形
4. 输出最大峰峰值
图4.10 输出最大峰峰值
输出最大峰峰值为7.158V,远远大于本设计的要求。
五、 总结
(实际测试结果与理论计算结果的比较,并进行误差分析;调试中出现了哪些故障,诊断与排除的方法·)
可以看出最后的结果符合题目要求。通过调节Rw我们可以调制出DSB振幅调制信号和AM振幅调制信号。最后通过最后放大级峰峰值也能够达到要求
六、 收获与体会
这次制作相对前面而言还是较为顺利的。主要是不需要太多的参数计算和调制。从书上摘录了MC1494的内部电路图我们就可以直接画出电路图。但是在得到最后结果之前我们还是经历了一定的困难。一开始总是不能很好地调制出DSB调制信号。还有就是峰峰值不能够达到要求。没有接最后一级放大之前峰峰值只有467mA左右远远小于最后的结果。
本次设计由于基本都是固定参数,所以计算量比较少,我们主要精力用在仿真部分。一开始我不知道自己搭建的乘法器可以制作成一个芯片,于是整个电路图看起来很庞大且复杂,最终我们采用了查找了相关的资料,把电路弄成子电路模式。在最初的仿真中我们并没有加放大部分,发现峰峰值达不到要求时,我们才决定加运放放大。总体来看,此次设计还是比较顺利的。
参考文献
[1] 王卫东 《高频电子线路》电子工业出版社
[2] 谢自美 《电子线路设计 实验 测试》华中科技大学出版社
[3] 铃木宪次《高频电路设计与制作》科学出版社
附录
1、原理图
2、PCB
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