Multisim系列：振幅调制器的设计

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；为载波角频率；为载波初始相位(通常假设=0).

调制信号（基带信号）为。根据调制的定义，振幅调制信号（已调信号）一般可以表示为

设调制信号的频谱为，则已调信号的频谱：

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

1.2MULTISIM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3.2Multisim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3.3MC1496电路

放大器则是

图3.4放大器

其放大器的倍数为

K=(R16+R18)/R16=11倍

图3.5DSB调制总电路图

图3.6AM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

设载波信号的表达式为，调制信号的表达式为，则调幅信号的表达式为

式中，m——调幅系数，m=

——载波信号

——上边带信号

——下边带信号

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3.10MC1496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

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4.3m=60%时的DSB调制波形

图4.4m=100%时的DSB调制波形

图4.5m=200%时的DSB调制波形

3、AM波形图

图4.6m=30%时的AM波形

图4.7m=60%时的AM波形

图4.8m=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。