同步检波器.docx
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同步检波器.docx
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同步检波器
学号
年级14级
河海大学
物联网工程学院
高频电子线路课程设计
基于1496同步检波器的设计
专业:
通信工程
姓名:
指导教师:
HighFrequencyElectronicCircuits
CourseDesign
DesignoftheSynchronousdetectorbasedonthechipofMC1496
Specialty:
Communicationengineering
Name:
DaiZishu
Tutor:
Gaoyuan,Yaocheng
2016,10
CHANGZHOUCHINA
摘要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。
本电路主要是由西勒振荡器,同步检波电路以及低通滤波电路构成,选用了ADI公司的MC1496,实现了利用与已调幅波的载波(同频,同向)与已调幅波相乘,再利用低通滤波器滤除高频分量,从而得到调制信号。
振荡器可产生载波频率大约5.4MHz,调幅波由信号发生器产生,最后通过同步检波器可以得到1KHz左右的调制信号。
关键词MC1496同步检波Multisim西勒振荡器
Abstract:
ThecircuitforModulationandDemodulationisoneofthemostimportantpartsofmoderncommunicationequipment.InordertorealizethewirelessTransmissionofsignal,wemustadoptmodulationanddemodulationcircuit.Modulationistheprocesswhichwilltransmitasignaltothecarrier.Thisprocesshappensatsendingequipment.ThiscircuitisdesignedforsynchronousdetectorbasedonthechipofMC1496.Itconsistsseileroscillator,synchronousdetectorcircuitandlow-passfilter.Thiscircuitcanmultiplythecarrierandthemodulatedwaveandmakeuseoflow-passfiltertofiltratehighfrequencycomponent,achievingModulationsignal.Andtheseileroscillatorcanproducethecarrierabout5.4MHz.Andthemodulatedwaveisproducedbysignalgenerator.Finally,wecangetabout1KHzmodulatedwave.
Keywords:
MC1496;Synchronnism;Multisim;Seileroscillator
1.课程设计任务------------------------------------------------------------------------------5
1.1课程设计题目-----------------------------------------------------------------------5
1.2课程设计要求-----------------------------------------------------------------------5
2.课程总体方案选择------------------------------------------------------------------------5
2.1方案一--------------------------------------------------------------------------------5
2.2方案二--------------------------------------------------------------------------------6
3.单元模块设计-------------------------------------------------------------------------------7
3.1载波发生部分-----------------------------------------------------------------------7
3.1.1考毕兹电路------------------------------------------------------------------7
3.1.2克拉泼电路------------------------------------------------------------------7
3.1.3西勒震荡电路---------------------------------------------------------------8
3.2同步检波部分-----------------------------------------------------------------------10
3.3低通滤波部分-----------------------------------------------------------------------12
4.系统电路图设计---------------------------------------------------------------------------12
4.1整体电路图--------------------------------------------------------------------------12
4.2元件清单-----------------------------------------------------------------------------13
5.系统使用操作说明------------------------------------------------------------------------14
6.总结------------------------------------------------------------------------------------------14
参考文献--------------------------------------------------------------------------------------14
附录--------------------------------------------------------------------------------------------15
1.课程设计任务
1.1课程设计题目
同步检波器设计:
以MC1496为核心设计一个同步检波电路,产生1KHz左右的调制信号。
1.2设计的要求
(1)工作频率3MHz—10MHz;
(2)载波频率稳定度优于10-5/分钟;
(3)调制信号频率1KHz左右;
2.设计总体方案选择
2.1方案一
叠加型同步检波器:
将输入信号与同步信号叠加后,合成包络反映调制信号变化的普通调幅信号,再利用包络检波器实现解调。
设
为单边带信号
,
为本振电压
。
则合成的输出信号为
会有很大的干扰。
输出信号也会产生伏性衰减,从而影响解调质量。
2.2方案二
乘积型同步检波器:
将外加载波信号电压接收信号在检波器重相乘,再经过低通滤波器,最后检出原调制信号。
图1:
乘积型同步检波器
设输入的已调波为载波分量被抑制的DSB信号
为:
本地载波电压:
其中:
,即本地载波的角频率等于输入信号的角频率,它们的相位不一定相同
。
通过低通滤波器之后,
周围的的频率表分量被滤除。
得到频率为
的低频信号:
。
由此可见,低频信号的cos
成正比。
对于双边带或单边带调幅信号来说,无法直接从双边带或单边带调幅信号中提取参考信号。
为了产生同频同相的本地同步载频信号,往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时,附带发射一个载频信号,其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率,通常称为导频信号。
接收机在接收双边带或单边带调幅信号的同时也接收导频信号,由晶体滤波器从输人信号中取出该导频信号,经放大后作为本地载频信号。
如果发射机不发射导频信号,那么在接收端可采用与发射机相同的高稳定度的石英晶体振荡器或频率合成器来产生本地载频信号。
当频率、相位不同步时,检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。
若用模拟乘法器构成的乘积榆波电路懈调单仂带调幅信号.则经低通滤波器取出。
可见,当频率、相位不同步时,检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。
在进行语言通信时,人耳对相位失真不敏感,但频率失真听上去会感到严重声音失真。
实验证明,当频率偏移值为20Hz时,开始觉察声音不自然,而当频率偏移值为200Hz时,语言可懂度就会下降。
在进行图像通信时,频率和相位偏移都会影响图像的质量。
3.单元模块设计
3.1载波发生部分:
电容三点式振荡器,输出波形好,频率稳定度高的特点,其中电容三点式可以分为三种:
考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。
【1】考毕兹振荡电路
由其波形看出其振荡很不稳定,利用C1与C2改变频率时,反馈系数也改变。
由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均有影响,所以对振荡器频率也会有影响。
而极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大。
【2】串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼振荡电路)
功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。
使振荡频率的稳定度得以提高。
但当通过C3调节振荡频率时,负载电阻RL将随之变化,导致放大器的增益变化,因此,调节频率时有可能因为环路增益不足而停顿,故主要用于拱顶频率或窄带的场合。
【3】西勒振荡电路
电路特点是在克拉泼振荡器的基础上,用一电容并联于电感L两端。
保持了晶体管与振荡回路弱藕合,振荡频率的稳定度高,调整范围大。
电路的振荡频率为:
特点:
1.振荡幅度比较稳定;2.振荡频率可以比较高,如可达千兆赫;频率覆盖率比较大,可达1.6-1.8;所以在一些短波、超短波通信机,电视接收机中用的比较多。
因而选择西勒振荡器为载波发生器。
图2:
西勒振荡器原理图
参数计算:
设静态工作点
设
,
,VCEQ=6V,
则
,
取
,则
,
,
,
,
最终根据实际情况,
取75k,
取30k,产生本地载波频率为
,实际产生约5.4MHz左右。
3.2同步检波部分:
图3:
同步检波部分
参数:
静态偏置电压要保证各个晶体管能够进入放大状态,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。
由MC1496的特性参数可以让静态偏置电压(输入电压为0时)满足下列关系,即
ν8=ν10,ν1=ν4,ν6=ν12
12V≥ν6 (ν12)-ν8 (ν10)>2V
12V≥ν8 (ν10)-ν1 (ν4)>2.7V
12V≥ν1 (ν4)-ν5>2.7V
静态偏置电流主要由恒流源
来确定。
器件为单电源时,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
的大小,即
双电源工作时,引脚14接负电源-VEE,5脚通过一电阻VR接地,因而改变VR可以调节I0的大小
根据MC1496的性能参数,器件的静态电流应小于4mA,一般取
。
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,可增大那两个电阻的大小,本电路取910欧姆。
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。
因此在发射极引出端2脚和3脚之间接入反馈电阻R8=1kΩ,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范围内得到较好的载波抑制效果,R5、R6一般不超过51Ω;当工作环境温度变化范围较小时,可以使用稍大的电阻。
5脚电阻R7决定于偏置电流I5的设计。
I5的最大额定值为10mA,通常取1mA。
由图可看出,当取I5=1mA,双电源(+12V,-8V)供电时,实际R7可近似取10kΩ。
3.3低通滤波器器部分:
图4:
低通滤波器部分
滤除高频分量
4.系统电路设计
4.1整体电路图
图5:
整体电路
因MC1496C模块太大,所以整合为模块,如图:
图6检波及低通滤波器整合部分
4.2元件清单:
表1:
元件清单
元器件名称
数值
个数
电阻
910
2
1k
5
3.3k
2
10k
1
1.8k
1
1.2k
1
75k
1
30k
1
电解电容
100nf
8
100pf
1
10pf
1
510pf
1
1nf
1
极性电容
20uf
1
电位器
104k
1
芯片
MC1496
1
5.系统使用操作说明
将电路接入+12V电源以及-12电源,将西勒振荡器产生的信号输入本地载波输入端,信号发生器产生同频率的调幅波,使用示波器检测最终所得的调制信号。
6.总结(结论)
通过一个星期的查找资料和理论设计,我得出了初步的设计思路,然而在之后的一个星期是实际制作和操作当中,我发现理论和实际差别很大。
因为各种各样外部客观因素,很多理论上能够实现的电路并不能发挥其作用,这一点让我很苦恼。
首先在西勒振荡器的反馈电阻阻值选择以及输出载波的选择上,二者经常不能达到协调,如果按照理论值来进行设计,容易产生失真,并且,波形会受到天气影响很大,但在后续的努力和实验当中,得出了合适的反馈电阻,生成了比较令人满意的载波波形。
而后续的第二个模块最大的问题便是,当载波接入检波电路时,便会产生严重的干扰,载波信号无法输入。
检查了理论电路发现没有任何问题,个人猜测接出地线太多,信号干扰较大,并且,振荡器与检波电路处于同一块电路板上影响较大,因此,我重新做了一块板子,将地线进行合并,生成了较为稳定的调制波。
由表2可看出,最终输出波形虽然稳定,但是幅度较小,系统受外界影响较大,需要提高其稳定性。
经过多次试验发现,西勒振荡器的实际振荡频率一般都高于理论值。
在这次课设当中,我觉得收货最大的就是提高了我自己解决问题的能力和动手能力,同时促进了与其他同学的合作和交流,增进了友谊。
我相信,这会是一次很好的经历。
参考文献
[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试(第二版).武汉:
华中科技大学出版社,2000.
[2]铃木宪次.无线电收音机及无线电路的设计与制作.王庆,刘涓涓,译.北京:
科学出版社,2006.
[3]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001.
[4]市川裕一.高频电路设计与制作.译.科学出版社,2011.
[5]刘泉.通信电子线路Ⅱ.武汉理工大学出版社.
[6]ReinholdLadwig.RadioFrequencyCircuitDesignTheoryandApplication.PrenticeHallInc.
附录
图5:
实物图
图6:
载波实物图
图7:
调制波实物图
表2:
相关波形数据表
主要技术指标
要求达到的数值
实测数值
波形失真情况
备注
载波频率
5.103MHz
5.475MHz
无失真
频率稳定度
10^-5
优于10^-5
无失真
一分钟内无变化
载波幅度
几百毫伏
200mv
无失真
调制信号频率
1KHz
1.0134KHz
无失真
由信号发生器产生
输出解调波幅度
无要求
22.5mV
无失真
引脚
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
参考电压
-0.01
-0.72
-0.72
-0.01
-10.54
11.73
0
5.93
0
5.93
0
11.73
0
-11.8
实际电压
-0.2
-0.8
-0.8
0
-11
10
0
6
0
6
0
10
0
-12
表3:
各引脚电压
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 同步 检波器