基于Multisim10 的MC1496 调幅电路仿真及分析

基于 Multisim10的 MC1496调幅电路仿真及分析 周锦荣 1，2,林楠 2 (1. 漳州师范学院物理与电子信息工程系 福建漳州 363000； 2. 厦门大学嘉庚学院 福建厦门 361005) 摘要：介绍了在 Multisim10仿真平台中构成集成电路模块的方法，并基于 Multisim10仿真软 件，对模拟乘法器 MC1496构成的调幅电路进行仿真。依据仿真原理电路设计实物电路进行测试， 并对仿真结果和实际电路测试所得数据进行分析比较。 关键词：调制调幅；MC1496；Multisim10 中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：１６７3－4629(２００8)06－0046－04 收稿日期：２００8—05—22 作者简介：周锦荣（1974— ），男，福建漳州人，讲师，研究方向：信号与信息处理。 基金项目：2007年度福建省大学生创新性实验计划项目 龙 岩 学 院 学 报 JOURNAL OF LONGYAN UNIVERSITY ２００8年 12月 第 26卷 第 6期 December ２００8 Ｖｏｌ．２6 Ｎｏ．6 1 引言 在高频电子线路中的振幅调制、同步检波、混 频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视 为两个信号相乘或包含相乘的过程[1]。目前在无线 电通信、广播电视等方面得到广泛应用。本文利用 Multisim10软件仿真平台，对 MC1496构成的调幅 电路进行软件仿真和实际电路测试，并分析比较测 试结果。 2 在 Multisim 仿真环境中创建集成模拟乘法器 MC1496电路模块 模拟乘法器是对两个模拟信号 （电压或电流） 实现相乘功能的有源非线性器件，主要功能是实现 两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号 相乘积成正比。它有两个输入端口，即 X和 Y输入 端口。MC1496是根据双差分对模拟相乘器基本原 理制成的四象限的乘法器芯片，是调幅电路中的核 心器件，但在仿真元件数据库中没有这个元器件。 因此，可以在 Multisim10软件仿真平台的编辑窗口 中创建 MC1496的内部结构图，并设置相关选项， 生成子电路后加入自定义数据库并保存 [ 2]。创建 MC1496的内部结构图如图 1所示，并定义子电路 替代模块如图 2所示。 Q1、Q2、Q3、Q4 组成双差分放大器，Q5、Q6 组 成单差分放大器用于激励 Q1~Q4。Q7、Q8 及其偏 置电路构成恒流源电路。引脚 IO8与 IO10接输入 电压，引脚 1与 4接另一个输入电压，输出电压从 引脚 IO6与 IO12输出。引脚 IO2与 IO3外接电阻， 对差分放大器 Q5，Q6产生电流负反馈，可调节乘 法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。 引脚 IO14为负电源端或接地端，引脚 IO5外接电 阻 R5，用来偏置电流以及镜像电流。 图 1 MC1496电路模块 图 2 MC1496子电路替代模块 46 3 MC1496构成的模拟调幅电路的仿真实现 3.1 MC1496构成的双边带调幅电路 在编辑窗口，利用已经生成的 MC1496子模块, 如图 2。选择乘法器模块所需的外围电路元件，创 建 MC1496构成的双边带调幅仿真电路，如图 3。 图 3 MC1496构成的双边带调幅电路 在实现调幅时载波信号加载在 Q1，Q4 的输入 端，即 IO8、IO10管脚。调制信号加载在差动放大器 Q5、Q6 即管脚 IO1、IO4。IO2、IO3管脚外接电阻，以 扩大调制信号动态范围。已调制信号由双差动放大 器的两集电极输出。接于正电源电路的电阻 R6, R4 用来分压，以便提供相乘器内部 Q1~Q4管的基极 偏压；负电源通过 RP，R12，R13 及 R9，R10 的分压 供给相乘器内部 Q5、Q6 管基极偏压，RP 为载波调 零电位器，调节 RP可使电路对称以减小载波信号 输出；R8,R14为输出端的负载电阻，接于 IO2、IO3 端电阻 R7用来扩大 U的线性动态范围，同时控制 乘法器的增益。 ①载波信号由 XFG1提控 υC（t）=VcmcosωCt通过 电容 C1，C2 以及 R5 加到相乘器的输入端 IO8， IO10管脚。 ②调制信号由 XFG2提供 υΩ（t）=VΩcosΩt，通过 电容 C4及电阻 R12,R9加到乘法器的输入端 IO1， IO4管脚。 ③输出信号经过 C3输出。 3.2 仿真电路测试数据分析 （1）乘法器的直流工作点 通过仿真得出乘法器的直流工作点（图 4中的 直流工作点是各个管脚在电路中的工作点并非管 脚号）。 由图 4 可得，V（3）=V（2），V（10）=V（9），V（14） =V（15），V(11)=V（12），且 V（15）-V（2）≈2.6V>2V 所以 MC1496 内部的晶体管 Q1 处于导通状态，同 理可得出 Q2，Q3，Q4 这三个晶体管也处于工作状 态；V（2）-V（9）≈6V>2.7V，所以晶体管 Q5 导通， 同理可得 Q6 也处于工作状态；V （11）-V （12）≈ 6V>2V所以 Q7处于工作状态，同理可得 Q8也处 于工作状态。 图 4 直流工作点测试结果图 （2）抑制载波振幅调制实验 输入载波信号的频率为 5MHz，峰峰值为 40mV。调节输入调制信号频率 1KHz使峰峰值为 0 mV。调节 RP，先使输出为 0mV；再逐渐增加调制信 号的峰峰值，则输出信号的幅度逐渐增大。当输入 调制信号为几百毫伏时，出现抑制载波调幅信号， 如图 5 所示。从图中可以看出波形在零点相位有 180度的变化。 图 5 抑制载波振幅调制结果 （3）有载波振幅调制 输入载波信号为 5MHz，峰峰值为 40mV。当调 制信号峰峰值为 0mV时，调节平衡电位器 RP，使输 出信号有载波输出，此时，输出信号的峰峰值为十 几毫伏。再输入调制信号，其频率为 1KHz，并加大其 峰峰值，输出信号的幅度也发生变化，如图 6所示。 图 6 载波振幅调制 47 从图中可以看出该波形中，高频载波信号的振 幅和调制信号有着一样的变化规律，也就是载波振 幅随着信号的规律变化。实验中，调幅系数为 Ma= Vmmax-Vmmin Vmmax+Vmmin ×100%。显然，此时 1≥Ma≥0，若Ma≥ 1，在 Ωt=π附近，V0（t）变为负值。就出现图 7波形。 图 7 调制波的包络形状 从图中可以看出，已调波的包络形状与调幅信 号不一样，产生了严重的包络失真，在实际应用中 应尽量避免，保证调幅系数在 0与 1之间。 4 利用 MC1496构成的实际调制电路测试分析 根据图 2连接出实际电路进行实际电路检测， 其中载波频率为 2.2MHz，幅度为 60mV；调制信号 频率为 1KHz。测量出芯片各个管脚静态工作电压 值如表 1。 从结果看，各管脚静态工作电压值与仿真数值 基本上吻合，芯片处于正常工作的状态。 （1）抑制载波振幅调制 调节 RP使输出接近零，此时 RP调节在约为 50%处。此时 MC1496 管脚 1 的电压为-109.1mV， 管脚 4 的电压为-102.9mV。再增加调制信号的幅 度。幅度为 70mV左右时可以得到抑制载波的调幅 信号，如图 8。 （2）有载波振幅调制 当调制信号幅度为 0时，调节 RP使输出有载 波输出。再逐渐加大调制信号幅度。当幅度加大到 15mV时，出现有载波调幅波，如图 9。 继续加大幅度，当调制信号幅度达到 53mV 此 时波形如图 10，此时调幅系数 m约等于 1。若继续 加大幅度则调幅系数 m>1，可得到过调幅波形，如 图 11。 图 9 有载波振幅调制实际电路测试波形 5 仿真与实际电路测试结果对比分析 （1）从上述两类调幅信号的图形和基本性质可 知，在有载波调幅波形中，占绝大部分功率的载频 分量是无用的，唯有其上、下边频分量才反映调制 表 1 MC1496各管脚工作电压值 1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 -72.6mv -0.78v -0.78v -71.7mv -7v 8.7v 5.92v 5.92v 8.6v -8.1v 图 8 抑制载波振幅调制实际电路测试波形 图 10 调幅系数 m约等于 1调幅波形 48 Design of Audio Power Amplifier Based on LM4766 SHI Yang-zhi, LIANG Wei-zhen Abstract: This paper discusses the principle and design of the audio power amplifier and the choice of the main components and parameters. The entire circuit is mainly comprised of regulated power supply, preamplifier and power amplifier, among which LM4766 is a stereo audio amplifier using dual power supply application circuit. The structure of this circuit is simple. The experimental results show that the power amplifier performs well in such aspects as bandwidth, distortion factor, efficiency, etc. Key words：power amplifier LM4766；preamplifier NE5534；efficiency Simulation and Analysis of MC1496 Amplitude Modulation Circuit Based on Multisim10 ZHOU Jin-rong, LIN Nan Abstract: This paper introduces the way of forming IC module using Multisim10 simulation platform. The simulation and analysis of MC1496 amplitude modulation circuit based on Multisim10 are carried out. Practical circuit is made and tested based on simulation circuit. The simulation results and the data from real circuit are then analyzed. Key words：amplitude modulation；MC1496；Multisim10 信号的频谱结构，而载波分量通过相乘器仅起着将 调制信号频谱搬移到载波的两边，本身并不反映调 制信号的变化。而抑制载波调幅波形中,传输前将 载频分量抑制掉，大大节省发射机的发射功率。 图 11 调幅系数 m>1 调幅波形 （2）由抑制载波调幅波形可知，双边带信号的 包络仍然是随调制信号变化的，但它的包络已不能 完全准确地反映调制信号的变化规律。输出信号的 高频相位在调制电压过零点处要突变 180度，其包 络已不再反映调制信号波形的变化规律。 （3）通过实际电路所得数据与仿真数据的对比， 可以看出以下三个不同点： ①管脚 1 与管脚 4 的实际静态偏置电压与仿 真中的数值有所不同。在实际静态工作电压数据 中，管脚 1与管脚 4的电压主要是由负电源的部分 分压提供的。由于实际元器件都并不是处于理想状 态，这是造成差异的主要原因。但这个误差对整个 实验并无明显的影响。可以加大 RP的电阻值或者 同时加大 R12，R13电阻值，以减小误差。 ②在抑制载波振幅调制波形中，实际电路的波 形上下不对称。主要是由于器件内部参数不可能完 全对称，致使输出波形出现载波漏信号。管脚 1和 4分别接两个 51欧的电阻，以抑制载波漏信号和 改善温度性能。所以可以通过在 R9或 R10或管脚 8中串联上一个 100欧的电位器，调节该电位器即 可改善波形的对称性[3]。 ③实际电路的波形的图像都有些毛刺现象，主 要原因是输出和输入都受到外界的干扰。 本文利用 Multisim10软件强大的电路设计和仿 真功能以及电路参数调节的灵活性，创建 MC1496 构成的双边带调幅电路，利用仿真平台自带的虚拟 仪器进行仿真测试，并结合实际电路测试实验对不 同的实验结果进行比对和分析。 参考文献： [1]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． [2]任艳玲． MULTISIM 8.0在 MC1496构成的调 幅器中的运用[J]． 中国科技信息，2006（21）：157-160． [3]赵淑范，陈昊宇． 集成模拟乘法器与调幅波 信号解调电路设计与测试[J]． 长春大学学报，2006， 16（3）：35-38． 〔 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑：邱维敦〕 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． （上接第 45页） 49