高频课程设计报告.doc

《高频电子线路》
课程设计报告

题 目：幅度调制电路的设计
专 业：通信工程
年 级：2011级
学 号：1110618018
学生姓名：凌志刚
联系电话：[phone]
指导老师：王辉

完成日期：2013年 12 月 16 日

摘要

在电子科技发达的今天，通信和广播领域也在电气界中扮演着重要的角色。而通信又成为人们生活、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、图象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。幅度调制就是载波的振幅（包络）受调制信号的控制作周期性的变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的10MHZ高频信号。1KHZ的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。本电路的设计思路十分清晰，原理较为易懂，结构简单明了，使用起来方便、稳定且实用价值较高。
关键词：高频，通信，幅度调制，乘法器

ABSTRACT

In electronic science and technology developed today, communications and radio field also plays an important role in the electrical industry.And communication has become an integral part of people live and work.In order to improve the quality of communication and signal processing is convenient, in the voice, image and other useful information after am sent again, it's definitely need an amplitude modulation circuit to achieve.Amplitude modulation is the amplitude of the carrier (envelope) under the control of the modulation signal as the periodic change.This experiment carrier is generated by crystal oscillator 10 MHZ high frequency signal.1 KHZ low frequency signal for the modulation signal.Amplitude modulator is an amplitude modulation signal of the device.Design thinking is clear, principle of this circuit is relatively straightforward, simple structure, easy to use, stable and higher practical value.
Key words：High frequency communication, amplitude modulation, multiplier

目　录

摘 要 I
ABSTRACT I
1 设计要求及方案选择 1
1.1设计要求 1
1.2方案选择 1
方案1 ....................................................................................................................................1
方案2 ....................................................................................................................................1
方案3 ....................................................................................................................................2
2 理论分析与设计 3
2.1主要电路的分析及设计 3
2.2外围电路的分析及设计 6
3　电路设计 6
3.1 硬件电路的设计 6
3.2软件的设计 7
3.3整机布线原则 ...............................................................7
4 系统测试 8
4.1调试所用的基本仪器清单 8
4.2调试结果 8
4.3测试结果分析 10
5 总结 11
参考文献 12
附录1 ..........................................................................................................................................13
附录2 .......................14

I

1 设计要求及方案选择
1.1设计要求
内容：主要利用MC1496设计幅度调制器。
要求：在已知电源电压为 +12V和-12V下，工作频率，设计幅度调制器，要求输出功率：，效率。

1.2方案选择
方案1
本课题涉及的原理框图如下：

图1-1 原理框图
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1-2。

图1-2 双边带调幅波产生原理框图

方案2
若在输出端添加一个相加器，将双边带调幅波和一个幅度适当的载波相加，便可得到标准调幅波，如图1-3。

图1-3 普通调幅波的产生原理框图
方案3
根据设计要求，放大部分需要由丙类放大器才能满足其技术指标，原理框图如图1-4。
图1-4 功率放大器的原理框图

第一级由甲类放大器进行输入信号的第一级放大，第二级采用丙类放大，其最大优点是效率比较高。
方案一：高电平调幅电路。即采用三极管作为非线性元件，但该电路主要用于产生AM波，有一定的局限性，并且该种电路的调制线性度差，故不采用。
方案二：低电平调幅电路。此电路主要用二极管和集成模拟乘法器来实现。用单二极管电路和平衡二极管电路作为调制电路，都可以产生调制信号。但若采用此种电路对元器件的工作性能要求很高，如平衡电路中就必须要求二极管的特性一致，变压器对称，如果谐波分量不能完全抵消，就会造成载波信号的泄露，即载漏。
方案三：集成模拟乘法器调幅电路。模拟乘法器可实现输出电压为两个输入电压的线性积。而普通调幅波、双边带调幅波和单边带调幅波都含有调制信号和载波的乘积项，所以可以用模拟乘法信号来构成调幅器。乘法器、加法器部分直接采用集成乘法器和集成的加法器，其优点是效率较高而且输出稳定，调整方便。此方案可行。
综上所述。我们选择方案三。

2 理论分析与设计
2.1主要电路的分析及设计
本次课程设计主要采用集成芯片MC1496来实现幅度调制器的设计。在本设计中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用，图1-1为1496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V1－V4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与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。D、V7、V8为差动放大器V5与V6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电位器，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。
用MC1496集成电路构成的调幅器电路图如图2-1所示，图中VR8用来节引出脚①、④之间的平衡，VR7用来调节⑤脚的偏置。器件采用双电源供电方式（＋
图2-1 MC1496内部电路图

12V，－12V），电阻R29、R30、R31、R32、R52为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。调幅波的解调是调幅的逆过程，即从调幅信号中取出调制信号，通常称之为检波。调幅波解调方法主要有二极管峰值包络检波器，同步检波器。本实验板上主要完成二极管包络检波。二极管包络检波器主要用于解调含有较大载波分量的大信号，它具有电路简单，易于实现的优点。实验电路如图4-3所示，主要由二极管D7及RC低通滤波器组成，利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波.所以RC时间常数的选择很重要，RC时间常数过大，则会产生对角切割失真又称惰性失真。RC常数太小，高频分量会滤不干净.综合考虑要求满足下式：

其中：m为调幅系数， 为调制信号最高角频率。
当检波器的直流负载电阻R与交流音频负载电阻RΩ不相等，而且调幅度 又相当大时会产生负峰切割失真（又称底边切割失真），为了保证不产生负峰切割失真应满足：
经放大后的载波与调制信号经过乘法器MC1496后，可观察到双边带的调幅波。其表达式为：

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。
其表达式为：

式中的称为调幅系数，亦称做调幅度 。
设调幅度为0.5，载波的幅值为=6V，，将估算成0.6时，=5V。低频调制信号取幅值为5V，频率为3KHz。为了方便的观察波形，将其衰减系数设置为0.1V/V。标准调幅波波形如图2-2。

图2-2 标准调幅波波形图
2.2　外围电路的分析及设计
利用电阻若干只，和电容等，用这些简单的元件即可配合芯片使之产生载波 调幅、抑止载波双边带调幅，既达到了要求，又经济可靠。
通过使用两个3296，3286可调电阻器可以调节波形的输出频率。预留多个插针作为电源的输入以及地线的接入，另外两个插针作为波形输出端。其中，接电源的那两个插针份正负极，要接±12V电压，而且不能接反，会烧坏芯片，电压也不宜过大，同样会损坏芯片。

3　电路设计
3.1 硬件电路的设计

图3-1 电路原理图
其中载波信号VC经高频耦合电容C2从10脚输入，C3为高频旁路电容，使8脚交流接地；调制信号V1经低频耦合电容C1从1脚输入, C4为低频旁路电容,是4脚交流接地。调幅信号V0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脚间接接入反馈电阻RE,以扩展调制信号V1的线性动态范围，RE增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。
电阻R6 ，R7 ，R8 及R10，R11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状态。
3.2　软件的设计
利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB 库专用设计文件。进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根。据设计情况来修改或补充零件的封装。
Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行"Tools"下面的"Auto Place",用这个命令，需要有足够的耐心。布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。
布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules 的Menu 处从其它板导出后，再导入这块板）这个步骤不必每次都要设置按个人的习惯，设定一次就可以。

3.3整机的布线原则
（1）按照电路的顺序一级一级地布局。
（2）了解元件管脚功能。
（3）布线尽可能少，合理进行步线。
（4）布线规律有制,尽量减少交叉。
（5）美观大方。
（6）防止焊电路虚焊，焊点连接，接线短路，元件接反等易现的情况。

4 系统测试

4.1调试所用的基本仪器清单
示波器，万用表， 函数信号发生器， 直流稳压12V电源。
4.2调试结果
可变电阻RP可抑制载波信号,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。已调波的相位在波谷处会发生180°的突变。可变电阻RP可抑制载波信号,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。已调波的相位在波谷处会发生180°的突变。
而标准调幅波的工作原理是调节R 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。
当调制波从0逐渐增大时，会有以下几种情况出现：
测调制器电路静态工作点时应使本振信号V0=0.先测MC1496五角的电压Vs，调整R5的值，是V5∕R5=I0；然后测量各点静态工作电压，其值应与设计值大致相同。加本振电压v0=100mV，使调制电压vΩ=0，调节RP3使mc1496输出信号为最小值，再使vΩ=100mV，这时测得的输出波形应为载波被抑制的双边带信号波形，再调节RP3使输出波形为ma=50%的调幅波，如图所示：

图4-1 调幅波
此外，还可根据调试得到的时域特性分析得到它的频域特性如下：

fc+F
fc-F

图4-2 频域特性分析图

4.3　测试结果分析

具有稳定度高、精度高、易用，外部只需接入很少的元件即可工作的优点。当然，在测试时还存在一点失真，我认为主要是电阻选择不当，和电路的缺陷造成的，在布线的时候，没有符合电气规则，今后要学好Protel等画图软件，争取下次完成得更好。这次测试的成功，不是偶然，是与之前刻苦专研密不可分，今后再遇到困难时，要会处理。

5 总结
信息时代，电子设计技术不断发展，而这对于我们新一代的电子设计人才来说是一种挑战，也是一种机遇！
在这次课程设计中,我学到了在课本上学习不到的东西。本次设计我主要负责了仿真实验部分，这使我更熟练的掌握Multisum绘图的过程和某些技巧，同时也在动手技能方面有了很大进步，更认识到了理论知识的重要性，本次设计还用到了仿真软件Proteus和EWB等工具。
设计过程中和同学翻阅了很多资料，也从网上了解了其他同学在做相关课题时遇到的困难，以及他们的过程和结果，以便于借鉴他们设计过程中的好的方法及经验。在接电路之前，一定要把电路的原理搞清楚，通过查资料把电路中的每个元件的作用弄明白和把每个芯片的管脚的功能弄清楚，明白每个元件的各个管脚与它对应的位置，最主要的是要搞清楚元件与元件之间的连接关系，它们接在一起可以实现哪些功能。接线时不仅要仔细并且还要有耐心，不能急于求成，只要做到了这些才能保证电路成功率比较高。在电路设计中，我觉得电路检查是非常重要的一步，从中我们可以学到很多东西，可以提高自己发现问题解决问题的能力，使自己的动手能力有一定的提高。
在调试的过程中，产生的故障也很多。有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的复杂故障，很多的问题积累在一起，使得情况变得更为复杂。因此需要掌握故障的一般诊断方法，循序渐进，依次解开一个一个问题。故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中迅速、准确地找出故障是见很不容易的事。要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高自己的分析问题和解决问题的能力，因此，我把它看成是一次好的学习机会。 和同学的互补相助，让我们彼此都提高了对知识的认解能力，让我们从对方学到了自己不曾知道，不曾想透的知识，也让我们从对方身上学到有助于自己的学习方法，更让我们深一层次地了解了对方。团队的力量是最不可忽视的，没有团队共同的努力，就不会有这样完美的一次开始。
参考文献

[1]谢沅清,邓钢.通信电子线路[M].北京:电子工业出版社,2007年.
[2]李秀人.电子技术实训指导[M].北京:国防工业出版社,2006年.
[3]R.F.格拉夫.电子电路百科全书（第二卷）[M].北京:科学出版社,1989年.
[4]王卫东,傅佑麟.高频电子线路[M].北京:电子工业出版社,2004年.
[5]铃木雅臣.晶体管电路设计[M].北京:科学出版社,2004年.
[6]何希才.新型电子电路应用实例[M].北京:科学出版社,2005年.
[7]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

附录1
元器件清单及相关参数

元件
数量
元件
数量
MC1496
1
电容20ＵＦ
2
电阻750Ω
2
电容0.1ＵＦ
3
电阻1KΩ
3
可调电阻10KΩ
1
电阻51Ω
3
可调电阻470Ω
1
电阻6.8KΩ
1
电阻3.3KΩ
2

附录2

PCB 图
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