基于模拟乘法器芯片MC1496的调幅与检波电路设计与实现

HUNANUNIVERSITY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：秦雨晨学生学号：305专业班级：通信工程1103指导老师(签名):二〇一四年九月十五日目录1项目概述---------------------------------------------------------2引言---------------------------------------------------------2项目简介----------------------------------------------------2任务及要求--------------------------------------------------2项目运行环境------------------------------------------------32相关介绍--------------------------------------------------------33项目实施过程----------------------------------------------------5项目原理---------------------------------------------------5项目设计内容------------------------------------------------9调幅电路仿真--------------------------------------------9检波电路仿真-------------------------------------------124结果分析-------------------------------------------------------14调幅电路---------------------------------------------------14检波电路---------------------------------------------------185项目总结-------------------------------------------------------216参考文献-------------------------------------------------------227附录--------------------------------------------------------231、项目概述引言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。目前在无线电通信、广播电视等方面得到广泛应用。本文利用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。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或PSPICE软件进行计算机仿真，并作出硬件实验结果。项目简介：本项目介绍了在Multisim10仿真平台中构成集成电路模块的方法，并基于Multisim10仿真软件，对模拟乘法器MC1496构成的调幅与检波电路进行仿真。调制与解调电路是现代通信设备中重要组成部分。为了实现信号的无线传输,在通信设备中必须采用调制与解调电路。调制是把待传输信号置入载波的过程,它在发送设备中进行。调制的方法很多,若用调制信号(信息)控制载波的幅度,则称为调幅。解调是调制的逆过程,即从己调信号中还原出原调制信号(信息),对调幅波的解调称为检波。本设计是基于MC1496的幅度调制与线性检波电路设计，首先设计调制与检波电路，再通过Multisim软件对电路进行仿真分析。任务及要求：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。项目环境：本项目是在Multisim10软件上模拟乘法器芯片MC1496的调幅与检波电路设计与实现。NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NIMultisim10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。2、相关介绍高频课程设计本是高频电子线路课程的重要组成部分，其目的在于加深理解检波的原理，进一步对课本知识加以掌握，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力和分析、解决问题的能力。另一方面也可使我们可以运用自己所学到的知识，学习设计小型高频电子线路的方法，并且独立完成由原理图到实物的准确焊接、调试过程，增强实际动手能力。提高电路分析和设计能力，为今后学习和工作打下坚实的基础。通过此次设计，一方面加深我们对理论知识的认识和掌握，另一方面也可以增强我们对问题的全面考虑能力，并且助于我们对理论知识的运用。Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/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。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。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。NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。3、项目实施过程：项目原理1、模拟乘法器MC1496的工作原理：模拟乘法器的管脚图：其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。模拟乘法器的内部结构：静态工作点的设定(1)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ν8=ν10,ν1=ν4,ν6=ν1212V≥ν6(ν12)－ν8(ν10)2V12V≥ν8(ν10)－ν1(ν4)12V≥ν1(ν4)－ν5(2)静态偏置电流的确定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5007.050RCCVVVII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5007.050ReeVVVII根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取mAII150。在本实验电路中VR用的电阻R15代替。（3）设输入信号tUUxxmxcos，tUUyymycos，则MC1496乘法器的输出U0与反馈电阻RE及输入信号xU、yU的幅值有关。1)不接负反馈电阻（脚2和3短接）a、xU和yU皆为小信号26mV时，由于三对差分放大器（VT1，VT2，VT3，VT4及VT5，VT6）均工作在线性放大状态，则输出电压U0可近似表示为yxyxTLUUKUUURIU02002])cos()[cos(210twwtwwUUKyxyxymxm（）式中，0K——乘法器的乘积系数，与器件外接元件参数有关，即2002TLURIK（）式中，TU——温度的电压当量，当T=300K时，mVqKTUT26LR——输出负载电阻。式（）表明，输入均为小信号时，MC1496可近似为一理想乘法器。输出信号0U中只包含两个输入信号的和频与差频分量。b、yU为小信号，xU为大信号（大于100mV）时，由于双差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压0U可近似表示为yxUUKU0010])cos()[cos(nyxyxngmtwnwtwnwAUK（n为奇数）（）输出信号0U中包含yxww、yxww3、yxww5………yxwwn)12(等频率分量。2)接入负反馈电阻由于ER的接入，扩展了yU的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由xU决定，分析表明：ａ、当xU为小信号26mV时，输出电压0U可表示为])cos()[cos(210twwtwwUUKUUURRUyxyxymxmEyxTEL（）式中：TELEURRK（）式（）表明，接入负反馈电阻ER后，xU为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号0U中只包含两个输入信号的和频与差频。ｂ、当xU为大信号100mV时，输出电压0U可近似表示为yELURRU20上式表明，xU为大信号时，输出电压0U与输入信号xU无关。MC1496构成的振幅调制器电路如图3所示。其中载波信号经高频耦合电容C1从10脚输入，C3为高频旁路电容，使8脚接地。调制信号经低频耦合电容C2，从1脚输入。调幅信号从12脚单端输出。R12可以调节ma的值，也可以是电路对称，减小载波信号输出。器件采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地。项目设计内容普通调幅电路设计：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10kΩ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，10kΩ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750Ω电阻的阻值，比如各增大10Ω。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，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=1kΩ，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