高頻電子線路課程設(shè)計(jì)-同步檢波器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　同步檢波器</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變換規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，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(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點(diǎn)是必須加一個(gè)與載波同頻同相的恢復(fù)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(shí)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(shí)現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)</p><p>

3、　　課程設(shè)計(jì)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(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實(shí)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(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計(jì)中小型高頻電子線路的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過程，增強(qiáng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過實(shí)踐引導(dǎo)我們在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)

4、課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)，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(gè)實(shí)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(diào)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(cè)。由于有用信號所在的雙邊帶調(diào)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(gè)調(diào)幅波功率1/3，實(shí)際運(yùn)用中,調(diào)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(gè)調(diào)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(diào)制信號SSB,單邊帶調(diào)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(diào)幅信號就是其中一例。而要實(shí)現(xiàn)對抑制載波的雙邊帶調(diào)制

6、信號DSB或單邊帶調(diào)制信號SSB進(jìn)行解調(diào),檢出我們所需要的調(diào)制有用信號,不能用普通的二極管包絡(luò)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(luò)檢波不同,檢波時(shí)需要同時(shí)加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波的乘積檢波功能,普通調(diào)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(diào)幅電壓乘積器原理框圖</p>&

7、lt;p>　　圖2.1中,設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅信號:</p><p><b>　　（2.1）</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(jìn)行相乘后輸出信號為:</p><p><b>　?。?.2） </b></p><p><b>　　（條件：為大信

8、號）</b></p><p>　　再通過低通濾波器作為乘法器的負(fù)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(diào)制規(guī)律的低頻電壓。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　根據(jù)功能分析，可知同步檢波必須外加一個(gè)與載波同頻同相的恢復(fù)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(diào)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(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DSB信號u1為：</p><p><b>　?。?/p>

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(dāng)=0時(shí)，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(diǎn)： R1，R2，R3對壓控吉爾伯特電路T1～T4偏置，并防止T1～T4 進(jìn)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(luò)； 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(guān)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(gè)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(shí)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(jià)格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3

14、.1所示。</p><p>　　圖3.1 MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖</p><p><b>　　靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)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(diǎn)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(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集—基極間的電壓應(yīng)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(nèi)部電路，應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時(shí)）應(yīng)滿足下列關(guān)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(dāng)器件為單電源工作時(shí)，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(diào)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(yīng)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(yīng)小于器件的最大散耗功率為33mW。</p><p><b>　　調(diào)幅信號發(fā)生器</b></p&g

18、t;<p>　　要實(shí)現(xiàn)同步檢波，首先應(yīng)該得到DSB信號。這里采用將高頻載波信號與低頻調(diào)制信號根據(jù)公式2.1可知，兩者像乘的結(jié)果中包含我們所需的高頻已調(diào)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(shí)現(xiàn)調(diào)制。</p><p>　　圖3.2 調(diào)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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。芯片2 3管腳之間接入1kΩ負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)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(nèi)部的各個(gè)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(diào)節(jié)電路，改變滑動變阻器的值可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。調(diào)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(diào)制50

20、%。</p><p>　　圖3.3 MC1496構(gòu)成的調(diào)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(shí)現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)。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(diào)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(diào)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(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，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(diào)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(diào)制信號。調(diào)制度，這時(shí)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(diào)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(diào)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(shè)計(jì)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(diào)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　在模擬乘法器MC14

24、96的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)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>　　（條件：，為大信號） （5.1）</p><p>　　上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項(xiàng)為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實(shí)現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。 </p>

25、<p>　　若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，即 ，則乘法器的輸為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第二項(xiàng)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(diào)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(shí)現(xiàn)解調(diào)。

26、</p><p><b>　　設(shè)， </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(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)。</p><p><b>　　結(jié)果分析</b></p><p>　

28、　調(diào)節(jié)如圖3.3電路中RP的滑動比例可以調(diào)節(jié)調(diào)幅信號的調(diào)幅度，將比例調(diào)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(diào)制信號的所需要的低頻調(diào)制信號分量解調(diào)出來。由圖可以看出AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號相同，經(jīng)過解調(diào)可以得到如圖5.2（c）的檢波信號。將比例調(diào)到50%，使乘法器偏執(zhí)電路處于平衡狀態(tài)，可以得到調(diào)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(nèi)，由此可知所設(shè)計(jì)的電路圖符合設(shè)計(jì)要求，能達(dá)到所需要的各種參數(shù)。</p><p><b>　　.元器件清單</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是收獲很大的一次課程設(shè)計(jì)。利用所學(xué)知識驚喜電

30、子線路設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次課程設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計(jì)對電路的仿真再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)?？梢哉f，本次課程設(shè)計(jì)有苦也有甜。 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)選取的是書本上現(xiàn)成的電路原理圖 ，在設(shè)計(jì)方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過成和做設(shè)計(jì)報(bào)告的過程中確實(shí)遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學(xué)習(xí)工作的重點(diǎn)問題

31、或者說是應(yīng)該是必須掌握的技能。</p><p>　　首先，設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 </p><p>　　要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)韌的毅力。設(shè)計(jì)過程中，我

32、深刻的體會到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)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(yàn)我們學(xué)習(xí)能力的最關(guān)鍵的時(shí)刻，同時(shí)也是獲取經(jīng)驗(yàn)的最好的途徑。這位今后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也是此次課程設(shè)計(jì)的獲益最多的環(huán)節(jié)。</p><p>　　最后，設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫也是此次課程設(shè)計(jì)的一個(gè)重

33、要環(huán)節(jié)?？梢哉f設(shè)計(jì)的好壞都取決于設(shè)計(jì)報(bào)告的好壞。書寫報(bào)告是對word運(yùn)用的一大考驗(yàn)，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(bào)告的書寫基本上熟悉了這些操作，辦公軟件應(yīng)用整體上有了提高。</p><p>　　總體來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。