高頻電子線路課程設計-同步檢波器設計

1、<p><b>　　同步檢波器</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　振幅調制信號的解調過程稱為檢波。有載波振幅調制信號的包絡直接反映調制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡檢波的方法進行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變換規(guī)律，無法用包絡檢波進行解調，所以要采用同步檢

2、波方法。</p><p>　　同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進行解調（當然也可以用于AM）。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的，利用抑制載波的雙邊帶信號Vs（t）,和輸入的同步信號（即載波信號）Vc（t），經(jīng)過乘法器相乘，可得輸出信號，實現(xiàn)了雙邊帶信號解調</p><p>

3、　　課程設計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。</p><p>　　另一方面也可使我們更好地鞏固和加深對基礎知識的理解，學會設計中小型高頻電子線路的方法，獨立完成調試過程，增強我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設計能力。通過實踐引導我們在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)

4、課的學習和日后工程實踐奠定基礎。</p><p>　　通過設計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。</p><p><b>　　同步檢波器功能分析</b></p><p>　　根據(jù)高頻電子線路理論分析,雙邊帶信號DSB,就是抑制了載波后的調制信號,它的有用信號成分以邊帶形式對稱

5、地分布在被抑制載波的兩側。由于有用信號所在的雙邊帶調制信號的上、下邊頻功率之和只有載波功率的一半,即它只占整個調幅波功率1/3，實際運用中,調制度 在0.1～1之間變化,其平均值僅為0.3,所以邊頻所占整個調幅波的功率還要小。為了節(jié)省發(fā)射功率和提高有限頻帶資源的利用率,一般采用傳送抑制載波的單邊帶調制信號SSB,單邊帶調制信號已經(jīng)包含了所有有用信號成分,電視信號采用殘留單邊帶發(fā)送圖像的調幅信號就是其中一例。而要實現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調制

6、信號DSB或單邊帶調制信號SSB進行解調,檢出我們所需要的調制有用信號,不能用普通的二極管包絡檢波電路,而需要用同步檢波電路。</p><p>　　同步檢波電路與包絡檢波不同,檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調幅波的乘積檢波功能,普通調幅電壓乘積器的原理框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 普通調幅電壓乘積器原理框圖</p>&

7、lt;p>　　圖2.1中,設輸入信號為普通調幅信號:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　限幅器輸出為等幅載波信號 ,乘法器將兩輸入信號進行相乘后輸出信號為:</p><p><b>　　（2.2） </b></p><p><b>　?。l件：為大信

8、號）</b></p><p>　　再通過低通濾波器作為乘法器的負載,將所有高頻分量去除,并用足夠大的電容器隔斷直流分量,就可以得到反映調制規(guī)律的低頻電壓。</p><p><b>　　設計方案</b></p><p>　　根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。</p><p>&

9、lt;b>　　同步檢波器原理</b></p><p>　　這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，再經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調制信號，如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2乘積型同步檢波器</p><p>　　設輸入的已調波為載波分量被抑制的DSB信號u1為：</p><p><b>　　（

10、2.3）</b></p><p>　　本地載波電壓： （2.4）</p><p>　　上兩式中，，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定</p><p>　　相同 （2.5）</p

11、><p>　　低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　由上式可見，低頻信號的成正比。當=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等。</p><p>　　方案 集成MC14

12、96同步檢波器</p><p>　　集成MC1496同步檢波器特點： R1，R2，R3對壓控吉爾伯特電路T1～T4偏置，并防止T1～T4 進入飽和，其他電阻保證T5～T6工作在放大區(qū)；＋12V單電源供電，能采用電阻分壓網(wǎng)絡； vs為很小的信號，所以即可以得到線性檢波. </p><p><b>　　元器件選擇</b></p><p>　　根據(jù)上

13、述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單的多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。</p><p>　　MC1496是爽平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內部結構如圖3

14、.1所示。</p><p>　　圖3.1 MC1496的內部電路及引腳圖</p><p><b>　　靜態(tài)工作點設置</b></p><p>　　MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。</p><p>　?。帷㈧o態(tài)偏置電壓的確定</p><p>　　

15、靜態(tài)偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集—基極間的電壓應大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對于圖7-1所示的內部電路，應用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應滿足下列關系，即</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p><b>　　(3.2)</b></p>

16、;<p>　?。?、靜態(tài)偏置電壓的確定</p><p>　　一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖7-1（a），三對差分放大器的基極電流、、和可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當器件為單電源工作時，引腳14接地，5腳通過一電阻R5接正電源（+UCC的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻R5可以調節(jié)的大小，即</p><p>　　PD=2I

17、5(V6-V14)+I5(V5-V14) （3.3) </p><p>　　根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應小于4mA，一般Io=I5=1mA。器件的總散耗功率可以由下式估算出PD應小于器件的最大散耗功率為33mW。</p><p><b>　　調幅信號發(fā)生器</b></p&g

18、t;<p>　　要實現(xiàn)同步檢波，首先應該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者像乘的結果中包含我們所需的高頻已調信號cos（w+Ω)t或cos（w-Ω)t，即可將低頻信號頻譜搬移到高頻端，從而實現(xiàn)調制。</p><p>　　圖3.2 調幅信號發(fā)生電路原理圖</p><p>　　圖3.2中乘法器采用模擬乘法器MC1496及外接偏置電路、旁路

19、電路組成。其內部結構如圖3.3所示。芯片2 3管腳之間接入1kΩ負反饋電阻，以擴展調制信號的線性動態(tài)范圍，其阻值越大，線性范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。電阻R9、R10提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內部的各個晶體管的工作在放大狀態(tài)。電阻R1、R2及滑動變阻器RP組成平衡調節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實現(xiàn)抑制載波的振幅調制或有載波的振幅調制。調節(jié)此滑動變阻器可以改善波形的對稱型，為了得到抑制載波雙邊帶信號可將滑動變阻器調制50

20、%。</p><p>　　圖3.3 MC1496構成的調幅器</p><p><b>　　同步檢波電路</b></p><p>　　根據(jù)公式2.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調信號相乘，實現(xiàn)同步解調。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為Ω的低頻信號：</p><p><b>

21、　?。?.4）</b></p><p>　　同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調信號相乘，其電路圖如圖3.5所示。端輸入同步信號或載波信號，端輸入已調波信號，輸出端接有電阻R11、C6組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調幅信號及抑制載波的調幅信號均可實現(xiàn)解調，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。</p><p>　　圖3.5 同步檢波電路&l

22、t;/p><p>　　調節(jié)平衡電位器RP,使輸出,即為平衡狀態(tài).再從端輸入有載波的調制信號。調制度，這時乘法器的輸出經(jīng)低通濾波器后的輸出，經(jīng)隔直電容后的輸出的波形分別如圖3.6（a）所示。調節(jié)電位器RP可使輸出波形的幅度增大，波形失真減小。若為抑制載波的調制信號，經(jīng)MC1496同步檢波后的輸出波形如圖所示。</p><p><b>　　電路總圖</b></p>

23、<p>　　根據(jù)上述單元電路設計從而得到整體電路圖，如圖4.1所示。限于尺寸大小在這里將調幅信號發(fā)生器發(fā)生器電路封裝起來,如圖中DSB模塊，其內部結構如圖4.2所示。圖4.1 同步檢波整體電路圖</p><p>　　圖4.2 DSB模塊內部結構</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　在模擬乘法器MC14

24、96的一個輸入端輸入振幅調制信號如抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式（7-9）可 得輸出信號U0（t）為</p><p>　?。l件：，為大信號） （5.1）</p><p>　　上式中，第一項是所需要的低頻調制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調。 </p>

25、<p>　　若輸入信號為單邊帶振幅調制信號，即 ，則乘法器的輸為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　上式中，第一項是所需要的低頻調制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。</p><p>　　如果輸入信號為有載波振幅調制信號，同步信號為載波信號,利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調。

26、</p><p><b>　　設， </b></p><p><b>　　則輸出電壓為</b></p><p><b>　　+</b></p><p>　　+ </p><p>　　(條件：，為

27、大信號)　　 （5.3）　　　　　　　 </p><p>　　上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調制信號的解調。</p><p><b>　　結果分析</b></p><p>　

28、　調節(jié)如圖3.3電路中RP的滑動比例可以調節(jié)調幅信號的調幅度，將比例調到80%即可得到如圖5.1（b）的AM信號。利用公式5.3可將有載波振幅調制信號的所需要的低頻調制信號分量解調出來。由圖可以看出AM信號的包絡與調制信號相同，經(jīng)過解調可以得到如圖5.2（c）的檢波信號。將比例調到50%，使乘法器偏執(zhí)電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調幅度為1的抑制載波信號，即DSB信號，其波形如圖5.1（a）所示。如圖5.1（c）所示兩波形存在相位差異，這是

29、由于載波信號與同步信號存在相位差異，但不會影響信號的傳輸，信號的失真程度在允許的范圍之內，由此可知所設計的電路圖符合設計要求，能達到所需要的各種參數(shù)。</p><p><b>　　.元器件清單</b></p><p><b>　　設計體會</b></p><p>　　本次課程設計是收獲很大的一次課程設計。利用所學知識驚喜電

30、子線路設計是我們將來必需的技能，這次課程設計恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設計對電路的仿真再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗。可以說，本次課程設計有苦也有甜。 </p><p>　　本次課程設計選取的是書本上現(xiàn)成的電路原理圖 ，在設計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過成和做設計報告的過程中確實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學習工作的重點問題

31、或者說是應該是必須掌握的技能。</p><p>　　首先，設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。 </p><p>　　要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設計過程中，我

32、深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。分析問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方，在此期間是考驗我們學習能力的最關鍵的時刻，同時也是獲取經(jīng)驗的最好的途徑。這位今后的工作奠定了堅實的基礎，也是此次課程設計的獲益最多的環(huán)節(jié)。</p><p>　　最后，設計報告的書寫也是此次課程設計的一個重

33、要環(huán)節(jié)?？梢哉f設計的好壞都取決于設計報告的好壞。書寫報告是對word運用的一大考驗，以前很多東西，比方說繪制表格</p><p>　　以及很多特殊符號，畫圖都是很陌生的問題。經(jīng)過了此次報告的書寫基本上熟悉了這些操作，辦公軟件應用整體上有了提高。</p><p>　　總體來說，這次實習我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增加了實際操作能力。