基于Multisim10 的MC1496 调幅电路仿真分析

基于Multisim10 的MC1496 调幅电路仿真分析 大学本科生毕业设计(论文) 摘 要 Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作，包含电路原理图图形及电路硬件描述语言的输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 模拟乘法器是一种完成两个模拟信号(电压或电流)相乘作用的电子器件。它具有两个输入端对和一个输出端对，是三端对有源器件。 主要内容为基于Multisim的模拟乘法器应用设计与仿真。阐述了双边带调幅及普通调幅、同步检波、混频、乘积型鉴相电路的原理，并在电路设计与仿真平台Multisim11仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合LabVIEW虚拟仪器实现对语音信号的普通调幅及解调。 关键词:Multisim;模拟乘法器 ;MC1496 大学本科生毕业设计(论文) Abstract Multisim introduced by United States National Instruments(NI) Limited company is a Windows-based simulation tool, suitable for design elementary analog / digital circuit, contains a circuit theory of diagram and the circuit hardware description language input methods, with extensive simulation analysis. Analog multiplier is a complete two analog signals (voltage or current) multiplied by the role of electronic devices. It has two inputs and one output on the right, yes three-terminal on the active device. The main content is that analog multiplier multisim-based application design and simulation. Describe some circuit’s theory, such as Double Side Band amplitude modulation and common amplitude modulation、synchronous detection、mixing、product type phase. Create the integrated circuit analog multiplier MC1496 module in simulation platform Multisim11 simulation environment, make use of the analog multiplier MC1496 module complete circuit design and simulation, combined with labVIEW fictitious instrument to complete the speech signal amplitude modulation and demodulation. Keywords: Multisim;Analog Multiplier;MC1496 大学本科生毕业设计(论文) 目 录 第1章 概述 ................................................................................................................1 1.1 Multisim简介 ...........................................................................................1 1.2 Multisim发展 ...........................................................................................1 第2章 总体设计思想 .................................................................................................3 2.1 模拟乘法器MC1496的工作原理 ..........................................................3 2.2 幅度调制 .................................................................................................5 2.3 同步检波 .................................................................................................7 2.4 混频 .........................................................................................................8 2.5 乘积型鉴相 .............................................................................................9 2.6 语音信号调制解调 ................................................................................ 10 2.7 本章小结 ............................................................................................... 11 第3章 电路调试与仿真 ........................................................................................... 12 3.1 模拟乘法器MC1496的创建 ................................................................ 12 3.2 调幅设计 ............................................................................................... 15 3.3 同步检波设计 ....................................................................................... 17 3.4 混频设计 ............................................................................................... 19 3.5 乘积型鉴相设计 .................................................................................... 21 3.6 语音信号调制 ....................................................................................... 24 3.7 本章小结 ............................................................................................... 25 结 论 .......................................................................................................................... 26 参考文献 .................................................................................................................... 27 致 谢 .......................................................................................................................... 28 I 大学本科生毕业设计(论文) 第1章 概述 1.1 Multisim简介 Multisim是加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富 [1]的仿真分析能力。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从 [2]理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计 [3]流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 1.2 Multisim发展 Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，由于其强大的功能，形象生动的仿真效果，友好的界面，丰富的元件库和仪表库，在我国各级各类学校得到广泛的推广应用，尤其是电类专业可以将其作为电子电路的教学示教、 [4]仿真实验、电子电路的设计等。 Multisim7是2003年推出的新版本。它将以前推出的EWB5.0和Multisim2001版本功能大大提高，比如EWB5.0版本，在做电路仿真实验调用虚拟仪器时，一个品种每次只能调用一台，这是一个很大的缺陷。又如Multisim2001版本，它的与实际元件相对应的现实性仿真元件模型只有6种，而Multisim7版本增加到10种;Multisim2001版本的虚拟仪器只有11种，而Multisim7版本增加到17种;特别像示波器这种最常用的电子仪器，Multisim2001版本只能提供双踪示波器，而 1 大学本科生毕业设计(论文) Multisim7版本却能提供4踪示波器，这给诸如试做数字电路仿真实验等需要同时观察多路波形提供了极大的方便。又比如Multisim2001版本只能提供“亮”与“灭”两种状态黑白指示灯，而Multisim7版本却能提供蓝、绿、红、黄、白5种颜色的指示灯，使用起来更加方便和直观。总之，Multisim7版本电子仿真软件是比较先进、功能最强大的仿真软件，是仿真软件的佼佼者。 Multisim8在保留了EWB以往版本形象直观等诸多优点的基础之上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，同时还大大扩充了元件库中仿真元件的数量，特别是增加了若干个与实际元件相对应的建模精确的真实仿真元件模型，使得仿真设计的结果更精确、更可靠。 Multisim9提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真 [5]时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响 。 Multisim10是一个优秀的电子技术训练工具，是能够替代电子实验室中的多种 [6]传统仪器的虚拟电子实验室，具有灵活、成本低、高效率等特点。 2010年1月，NI推出分别针对动手学习以及专业电路设计的教育版和专业版电路仿真软件Multisim11。这一简单易用的Multisim软件以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性，帮助教育工作者、学生和工程师使用先进电路分析技术。 Multisim11教育版专注于教学，内有电路教程和课件。这一系统帮助教育工作者吸引学生，用互动、动手操作的方式研究电路行为，深化电路理论。由于Multisim的交互式组件、模拟驱动仪器、实际的模拟和数字测量的整合，使Multisim在学术界、专科技术院校和大学获得了广泛应用。Multisim11专业版帮助工程师优化电路设计，减少错误和原型重复。Multisim可以与新的NI Ultiboard11软件结合，为工程师提供高性价比、端对端原型平台。Multisim也可以与NI LabVIEW测量软件结合，帮助工程师明确自定义分析，改进设计验证。 2 大学本科生毕业设计(论文) 第2章 总体设计思想 2.1 模拟乘法器MC1496的工作原理 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的相乘，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。 在高频电子线路中，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。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无级通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有 [7]BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。 根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四 [8]RRVVVRR象限的乘法器。其内部电路如图2-1所示，其中、、、、、和等3578921 RVVVVVR组成多路电流源电路，、、为电流源的基准电路，、分别供给、5789561 RI/2I/2VV管恒值电流，为外接电阻，可用以调节的大小。由、两管的发50056 RRU射极引出接线端2和3，外接电阻，利用的负反馈作用，以扩大输入电压的YY2 R动态范围。为外接负载电阻。 C 根据差分电路的基本工作原理，可以得到 u1,,iiith (2-1) 125ccc2UT u1i,i,ith (2-2) 436ccc2UT u2,,iiIth (2-3) 560cc2UT iiiiiiVVVVVV式中、、、、 、分别是三极管、、、、、的集电c1c2c3c4c5c6356124 EU,26mV集电流。为温度的电压当量，在常温T=300K时，。由图2-1可知，TT 3 大学本科生毕业设计(论文) 相乘器的输出差值电流 i,i,i,(i，i),(i,i),(i,i),(i,i) (2-4) 1324c1c3c2c4c1c2c3c4 将(2-1)、(2-2)、(2-3)代入(2-4)，可得 uuu112i,(i,i)th,Ithith (2-5) 5606ccc2U2U2UTTT VVVV由于、两管发射极之间跨接负反馈电阻R，当R远大于、管的发5656YY射结电阻时 2u2i,i,i,i, (2-6) c5c6E5E6RY 将式(2-6)代入(2-5)可得 2uu21,ith (2-7) R2UYT 可见，输出电流中包含两个输入信号的乘积。 MC1496的管脚排列如图2-2所示，其符号如图2-3所示。 RRCC12 u0 VV8246VV31 ux10 42V5V6uy1 RYV853I/20V9 I/20V7 R5 RR12 R3500Ω500Ω500Ω14 图2-, MC1496的内部结构 4 大学本科生毕业设计(论文) 141 213 图2-2 MC1496的管脚排列 312 411 u(t)x510 69 u(t)087 u(t)y 图2-3 MC1496符号 2.2 幅度调制 集成模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流)相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得 [9]多，而且性能优越。目前无线通信、广播电视等方面应用较多。 在幅度调制过程中，根据所取出已调信号的频谱分量不同，分为普通调幅(AM)、抑制载波的双边带调幅(DSB)等。它们的主要区别如表2-1所示。 表2-1 普通调幅与双边带调幅的区别 普通调幅 抑制载波双边带调幅 Vmtt(1cos)cos，,,mVttcoscos,,电压表达式 00aa00波形图 ,, 2()2()信号带宽 ,,22 5 大学本科生毕业设计(论文) 如果把已调调幅波加到负载电阻R上，则载波和边频都将给电阻传送功率，它 们的功率分别表示为: 载波功率: 2V10P, (2-8) 0T2R 每个边频功率(上边频或下边频): 21()mV112a02,,,PPmP (2-9) SB1SB2a0T24R 上、下边频总功率: 12 (2-10) ,2,PPmPDSBSSBa0T2 m称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅a 0,m,1受调制信号控制后改变的程度，一般。 a 普通调幅电路的原理框图如图2-4(a)所示，双边带调幅电路的原理框图如图 2-4(b)所示 v(t)带,v(t)AM 通 v(t)0 ,0 图2-4(a)普通调幅波实现框图 v(t)v(t)DSB, v(t)0 图2-4(b)双边带调幅波实现框图 6 大学本科生毕业设计(论文) 2.3 同步检波 振幅调制信号的解调过程称为检波。常用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 有包络检波和同步检波两种。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化 [10]规律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。 同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其系统框图如下: u(t)o输出u(t)s 乘法器低通滤波器 u(t)c 图2-5同步检波系统框图 其工作原理如下:在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制波的双边 u(t),ucos,cos,t带信号,另一输入端输入同步信号(即载波信号)ssmc u(t),ucos,tu(t),经乘法器相乘，由此可得输出信号为 ccmco 11,u(t),Ku(t)u(t),Kuucos,t，Kucos(2，,)toEscEsmcmEsmc22 (2-11) 1,Kuu(2,,,)tEsmcmc4 上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。 1u(t)若输入信号为单边带振幅调制信号，即,则乘法u(t),ucos(,，,)tsssmc2 u(t)器的输出为 o 11,,u(t),Kuucos(，,)tcost,Kucos,oEsmcmccEsm24 (2-12) 1，Kuu(2,，,)tEsmcmc4 上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。 7 大学本科生毕业设计(论文) u(t)u(t)如果输入信号为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号，利用sc乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。 u(t),U(1，mcos,t)cos,(t)u(t),Ucos,tu(t)设 , ,则输出电压为 ssmcccmco 111,u(t),Ku(t)u(t),Kuu，Kuucos,t，Kucos2toEscEsmcmEsmcmEsmc222 11，Kuu(2,，,)t，Kuu(2,,,)tEsmcmcEsmcmc44 (2-13) 上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调。 2.4 混频 v,Vcos,t,,2,f 混频电路的作用是在本地振荡电压, 作用下将载频为LLmLLLfVV(高频)的已调信号不失真地变换为载频为(中频)的己调信号，频率fcs0 f,f，f关系为: (2-14) ISL (f,f)f,f,f 或 (2-15) SLISL f,f,f(f,f) (2-16) ILSLS f,f，ff,f,ff,f,f其中，为上混频， 或为下混频。(调幅广播接ISLISLILS f,465KHz收机一般采用下混频，)。 I 由于乘法器可以产生只包含两个输入信号之和频及差频分量的输出信号，所以用模拟乘法器和带通滤波器可以方便地实现混频功能。其原理如图2-6所示: ,VV00VS带通滤波器 VL 图2-6 混频器的原理框图 8 大学本科生毕业设计(论文) 由图2-6可知: v,Vcos,t若 (2-17) ssms v,Vcos,t (2-18) LLmL ,,,,,v,KV,V,KVcost,Vcost,0.5KV,V(，)tosLsmsLmLsmLmLs (2-19) ，0.5KV,V(,,,)tsmLmLs ,vf当乘法器为非理想线性相乘状态时(即中含有、分量及其它非线性杂fos ,v散分量。)需经带通滤波器以获得所需混频信号。若采用下边频，则带通滤波器o f,f的中心频率为。 LS 混频器存在着它特有的(非线性)干扰现象——组合频率干扰。它是由实现 混频所用各种器件特性的非线性所引起的。 组合频率干扰之一是当本振信号与信号电压作用于混频器，如果满足条vvs件:时将会产生哨声，这种干扰称为干扰哨声。 ,pf,qf,f,FLSI 式中:——中频频率 fI F ——音频频率 pq 、——任意正整数 另一种干扰是假如混频器输入端作用着一种干扰信号，它的频率是，当满fM足条件时，混频器对于扰信号将直通，通常称这种干扰为寄生,pf,qf,ffLMIM 通道干扰。 2.5 乘积型鉴相 调相信号的解调叫做相位检波，简称鉴相。它是将调相信号的相位[,t，mf(t)]mf(t),t与载波的相位相减，取出它们的相位差，从而实现相位检cppc [11]波，即完成相位——电压的变换作用。 乘积型鉴相器原理图如图2-7所示 9 大学本科生毕业设计(论文) u0ui低通滤波器 ,ui 图2-7 乘积型鉴相器 u,Ucos(,t，ku)u输入调相信号;另一路信号为的同频正交载波iimcp,i,,u,Ucos,t。则鉴相器的输出为 iimc ,K,,,,Kuu,UUcos(t，ku)cos(t，)iiimimcp,c22 (2-20) K,,,,UU[cos(ku,)，cos(2t，ku，)],imimp,cp,222K式中为乘法器的成绩因子。 该信号经过低通滤波器后滤除高频信号，则输出电压为 K,,,u,UUcos(ku,)，cos(t，),imimpc0,222 (2-21) K,,UUsin(ku)imimp,2 ,由此可见，乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性。当满足sin()时，上ku,p,6 式可近似为 KK,,sin() (2-22) u,UUku,UUku,ku0imimp,imimp,,22 由此可见，鉴相器输出信号与输入信号的相位偏移成正比，可实现线性鉴相 2.6 语音信号调制解调 由于电路简单，性能好，所以二极管峰值包络检波获得广泛应用。 V,,V(on) 由于输入信号的，使二极管工作在近似理想的开关状态。一开smD Dv,0始电容两端电压为零，当时，导通，对电容充电，由于二极管正向CCsm R导通电阻小，(可以很快地被充到接近输入信号峰值。电容上电压建立起来以后，D 10 大学本科生毕业设计(论文) D通过信号源作用于两端，形成反向电压。这时电容上电压(即输出平均电压)全部反作用于二极管上的效应称为平均电压负反馈效应。这是二极管峰值检波的重要特点，至于二极管导通与否，由二极管两端瞬时电压大小决定，即输入信号电vD Dvvv,v,v压与电容两端电压共同决定的，。若v>0，导通，向充电，CscDscD v充电时间常数为RC;若v,0，充电停止，这时通过负载R放电，放电时cDDL D间为RC。因为R,,R。则充电速度比放电速度快，即导通时，向充上电CLDL D荷总是比截止时由放掉的电荷多，说明每放电一次(一周期)，那么电容上就存C 贮部分电荷，通过若干周期后，两端存贮电荷逐渐积累，到某一时刻后，使充C v电的电荷等于放电的电荷时，充放电达到了动态平衡，这使输出电压在平均值0VV上下按角频率此作锯齿的等幅波动。就是检波器所需输出的检波电压，而AVAV V上下锯齿状波动则是因低通滤波器滤波特性非理想而导致。在其上产生残余的AV V高频电压，输出平均电压重现了输入已调波包络的形状，所以称为包络检波。AV ,2RCRC,,T(T,)R,,R适当选择时间常数，使和条件，可提高输出音LCCLDL,c 频分量，抑制高频分量，即衰弱了残余的高频电压。 2.7 本章小结 本章介绍了调幅、同步检波、混频、乘积型鉴相、包络检波电路的设计思想，为各电路的设计打下了充分的理论基础，对可能出现的失真情况进行了理论上的预测，在设计中可以防患于未然。 11 大学本科生毕业设计(论文) 第3章 电路调试与仿真 3.1 模拟乘法器MC1496的创建 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，将其与子电路的输入/输出信号端进行连接。带有输入/输出符号的子电路才能与外电路连接。单击Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出现Subcircuit Name对话框，在对话框中输入MC1496，单击OK，完成子电路的创建选择电路复制到用户器件库，同时给出子电路图标。双击子电路模块，在出现的对话框中单击Edit Subcircuit 命令，屏幕显示子电路的电路图，可直接修改该电路图。MC1496内部结构multisim电路图如图3-1所示。电路模块如图3-2所示。 IO12 IO6 Q1Q2Q3Q4IO8 2N22222N22222N22222N2222IO10 Q5Q6IO4 2N22222N2222IO2IO1IO3 Q7Q8IO5 2N22222N2222 D11N5719 R1R2R3500Ω500Ω500Ω IO14 图3-1 MC1496电路图 12 大学本科生毕业设计(论文) MC1496 I08I012 I010I06 I04I02 I01I03 I05I014 图3-2 MC1496子电路替代模块 MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电。器件的静态工作点由 外接元件确定。 静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集电极 与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。根据MC1496 的特性参数，应用时，静态偏置电压(输入电压为0时)应满足下列关系。即 u,uu,uu,u， ， (3-1) 81061214 15V,(u,u),(u,u),2V,612810,15V,(u,u),(u,u),2.7V (3-2) ,81014 ,15V,(u,u),u,2.7V145, III一般情况下，晶体管的基极电流很小，三对差分放大器的基极电流、、8101 II和可以忽略不记，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件04 R，U为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻接正电源(的典型值为5cc RIII+12V)，由于是的镜像电流，所以改变电阻可以调节的大小，即 5050 u,0.7VccI,I, (3-3) 05R，500,5 ,U当器件为双电源工作时，引脚14接负电源(一般接-8V)，5脚通过电阻EE RRI接地，因此，改变也可以调节的大小，即 550 ,u,0.7VEEI,I, (3-4) 05R，500,5 I,I,1mA根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取左05 13 大学本科生毕业设计(论文) 右。器件的总耗散功率可由下式估算 P,2I(u,u)，I(u,u) (3-5) D56145514 应小于器件的最大允许耗散功率(33mW)。 PD U,Ucos,tU设输入信号, ,则MC1496乘法器的输出U,Ucos,txxmx0yymy UU与反馈电阻R及输入信号、的幅值有关。 yxL 3.1.1 不接负反馈电阻(脚2和3短接) UUV当和皆为小信号(<26mV)时，由于三对差分放大器(V、V、、Vyx3124 VVU及、)均工作在线性放大状态，则输出电压可近似表示为 560 IR10LU,UU,KUU,KUU[cos(w，w)t，cos(w,w)t] (3-6) 0xy0xy0xmymxyxy22U2T U输出信号中只包含两个输入信号的和频与差额分量。 0 UUVV当为小信号，为大信号(>100mV)时，由于双差分放大器(、和yx12 VUV、)处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压304 可近似表示为 , U,KUU,KUA[cos(nw，w)t，cos(nw,w)t](n为奇数)(3-7) ,00xy0gmnxyxyn1, (2n,1)w,wU输出信号中。包含??????，等频率分w,w,3w,w,5w,wxy0xyxyxy,量。 3.1.2 接入负反馈电阻 UUR由于的接入，扩展了的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由决yxL 定，分析表明: UU当为小信号(<26mV)时，输出电压可表示为 x0 R1LU,UU,KUU[cos(W，W)t，cos(W,W)t] (3-8) 0xyExmymxyxyRU2ET 14 大学本科生毕业设计(论文) RL式中: K,ERUET U式(3-8)表明，接入负反馈电阻R后，为小信号时，MC1496近似为一理xL U想的乘法器，输出信号中只包含两输入信号的和频与差频。 0 UU当为大信号(>100mv)时，输出电压可近似表示为 x0 2RLU,U (3-9) 0YRE UUU为大信号时，输出电压与输入信号无关。 上式表明，x0x 3.2 调幅设计 3.2.1 乘法器调幅AM 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，Ctrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，搭建调幅电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，本实验常用元器件库有2个:信号源库、基本元件库。鼠标点击元器件，可选中该元器件。单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置，双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择双踪示波器，用鼠标连线将所有器件连接，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。其multisim电路图如图3-3所示。 V1R2R1XSC21kΩ1kΩC2G12 V R10R110.1µFTR53.9kΩ3.9ΩABSC251ΩC3C5V3IO8IO12IO8IO12IO10IO6IO10IO6IO4IO2IO4IO2100mVrms IO1IO3IO1IO30.1µF0.1µFIO5IO14IO5IO141MHz R70Deg 1kΩR9MC149610kΩR6R8R3R4C11kΩ1kΩ51Ω51Ω47kΩVc10µFKey=A100%200mVrms R1220kHz 0Deg V28 V 图3-3 MC1496普通调幅电路 15 大学本科生毕业设计(论文) 观察示波器，适当调节，当为100%时，使示波器出现AM波。 RR1212 图3-4 MC1496普通调幅波 3.2.2 乘法器调幅DSB 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，Ctrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，搭建调幅电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，本实验常用元器件库有2个:信号源库、基本元件库。鼠标点击元器件，可选中该元器件。单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置，双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择双踪示波器，用鼠标连线将所有器件连接，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。其Multisim电路图如图3-5所示。 16 大学本科生毕业设计(论文) V1R2R1 XSC11kΩ1kΩC212 V R10R110.1µFExt TrigR53.9kΩ3.9Ω+_SC251ΩBAC3C5V3IO8IO12__IO8IO12++IO10IO6IO10IO6IO4IO2IO4IO2100mVrms IO1IO3IO1IO3C10.1µF0.1µFIO5IO14IO5IO141MHz R70Deg 1kΩR9MC149610µF23kΩVcR6R8R3R4200mVrms 1kΩ1kΩ51Ω51Ω20kHz 50kΩ0Deg Key=A50% R12 V28 V 图3-5 MC1496双边带调幅电路 观察示波器，适当调节R，当R为50%时，使示波器出现如图3-6所示的波1212 形，即产生DSB波。 图3-6 MC1496双边带调幅波 3.3 同步检波设计 启动Multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，Ctrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，搭建同步检波电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，本实验常用元器件库有2个:信号源库、基本元件库。鼠标点击元器件，可选中该元器件。单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置， 17 大学本科生毕业设计(论文) 双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择双踪示波器，用鼠标连线将所有器件连接，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。其Multisim电路图如图3-7所示。 V1R8R14 820Ω1.3kΩC1C3R10XSC112 V R110.1µF0.1µF3kΩR12R93kΩR13R7Ext Trig1kΩ51ΩSC1+1kΩ1kΩR5C10IO8IO12_IO8IO12C9IO10IO610kΩ0.01µFBAIO10IO6IO4IO20.005F__IO4IO2C6++VcIO1IO3IO1IO3IO5IO140.0051µFIO5IO14C4R4C7200mVrms R6MC 1496100Ω2kHz 0Deg 1kΩ0.1µF47µFC8C50.005F0.1µFC2V20.1µF50mVrms 500kHz 0Deg 图3-7 MC1496同步检波电路图 u,Ucos,t图中同步信号，加到相乘器的8、10脚，其值一般比较大，使ccmc u相乘器工作在双向开关状态。为高频调幅信号，即单边带或双边带信号，加到s 相乘器的1、4脚，其幅度可以很小，即使在几毫伏以下，也能获得不失真的解调。 C解调信号由12脚单端输出，为输出耦合隔直电容，用以耦合低频、隔除直流。7 RMC1496采用单电源供电，5脚通过过接到正电源，以便为器件内部管子提供合5 适的静态偏置电流。 设输入信号为双边带信号 u,Ucos,tcos,tU (3-10) ssmc uu同步信号与载波信号同频同相关信号，当大信号时用付利叶级数展开成 cc 4cos,t,/,4cos,3t/3,，4cos5,t/5,,4cos7,t/7,，？ (3-11) cccc 则输出信号为 18 大学本科生毕业设计(论文) ,,,,,,,u,Auu,AUcostcos,t(4cost/,4cos3t/3，4cos5t/5cssmcccc0 ,,,4cos7t/7，？)c ,,,,,,(2AU/)cos,t，(2AU/)cos2tcos,t,(2AU/3)cos2tcos,tsmsmcsmc ,,,,,(2AU/3)cos4tcos,t，(2AU/5)cos4tcos,tsmcsmc ，(2AU/5,)cos6,tcos,t，？smc (3-12) 由上式可见，只要用低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号输出。若输入信号为单边带信号，同理也获得低频信号输出。 波形如图3-8所示。 图3-8 同步检波波形图 3.4 混频设计 启动Multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，Ctrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，搭建混频电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，本实验常用元器件库有2个:信号源库、基本元件库。鼠标点击元器件，可选中该元器件。单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置，双 19 大学本科生毕业设计(论文) 击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择双踪示波器，用鼠标连线将所有器件连接，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。其Multisim电路图如图3-9所示。 UU用模拟乘法器实现混频，就是在端和端分别加上两个不同频率的信号，yx 相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号。 U(t),Ucos,tU(t),Ucos,t ; (3-13) y00xss ,,U(t),KUUcostcostcs0s0 (3-14) 1,KUU[cos(,，,)t，cos(,,,)t]s0s00s2 经带通滤波器后，取差频 1 (3-15) U(t),KUUcos(,,,)t0s00s2 ,,,,,为所需要的中频频率。 0si XSC1 Ext TrigV1+R2R1_BAC21kΩ1kΩ__++12 V R7R10R50.1µF3.9kΩ3.9kΩ51ΩSC2V4C3C8IO8IO12L1R16IO8IO12IO10IO6IO10IO6IO4IO2IO4IO21µH30mVrms IO1IO310kΩIO1IO3R118µF1µFIO5IO14IO5IO14L2R1775mHz 1kΩC510µH100kΩ0? R9MC149610pFC16.8kΩR6R8R3R412µF1kΩ1kΩ51Ω51ΩV351kΩKey=A65%0.5 V AM60MHz 200kHz R12 V28 V 图3-9 MC1496混频电路 图3-9中，正弦波由10端(X输入端)注入，高频信号源输出的正弦波由1端(Y CCRL输入端)输入，混频后的中频电压由6端经带通滤波器输出，其中)))85172 R构成一选频滤波回路，调节可变电阻能使1)4脚直流电位差为零，可以减小输12 u出信号的波形失真，使电路平衡。在2)3脚之间加接电阻，可扩展输入信号的s线性范围。 20 大学本科生毕业设计(论文) 输入正弦波信号30mV，70MHz，调幅信号载波振幅为10V，载波频率为60 MHz，调制指数为0.6，输出波形杂乱且有毛刺，调节无效。 R12 降低调幅信号的载波振幅值，波形渐渐清晰，直至载波振幅为0.5V。出现波形如图3-10所示。 图3-10 MC1496混频波形图 3.5 乘积型鉴相设计 启动Multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，Ctrl+B调用MC1496电路模块，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，搭建乘积型鉴相电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，本实验常用元器件库有2个:信号源库、基本元件库。鼠标点击元器件，可选中该元器件。单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置，双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择双踪示波器，用鼠标连线将所有器件连接，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。其Multisim电路图如图3-11所示。 21 大学本科生毕业设计(论文) V1R2R1 XSC11kΩ1kΩC212 V R10R110.1µFExt TrigR53.9kΩ3.9Ω+_SC251ΩBAC3V3IO8IO12__IO8IO12++IO10IO6IO10IO6IO4IO2IO4IO21 Vrms IO1IO3IO1IO3C10.1µFIO5IO14500kHz IO5IO14R790Deg 1kΩMC1496R910µF13kΩV4R6R8R3R4C7R161kΩ51Ω51Ω25mV 1kΩFM1kΩ50kΩ500kHz 500 Hz 10µFKey=A70%C4C6R18R17R12250nF250nF20kΩ10kΩV28 V 图3-11 MC1496乘积型鉴相电路图 uu若和均为小信号，当、时，可得输出电流为 U,26mVU,26mV121m2m uuI10,,,i,I,UUsin(t，,)cost01m2mcc224U4UTT (3-16) 11,KUUsin,,，KUUsin(2,t，,,)1m2m1m2mc22 uu1式中，K,I，为乘法器的相乘增益因子。通过低通滤波器后，上式中024UT 第二项被滤除，于是可得输出电压为 1 (3-17) u,KUURsin,,01m2mL2 鉴相器灵敏度为 1, (3-18) SKUUR1m2mL2 uu 若为小信号，为大信号，当、时，可得输出U,26mVU,100mV121m2m电流为 Iu4401,,,,,i,IK(t),(cost,cos3t，？)Usin(t，,)02cc1mc,,2U2U3TT(3-19) I0,U[sin,,，sin(2,t，,,)，？]1mcU,T 通过低通滤波器后，上式中第二项被滤除，于是可得输出电压为 IR0Lu,Usin,, (3-20) 01mU,T 鉴相器灵敏度为 22 大学本科生毕业设计(论文) IR0LS,U (3-21) 1mU,T 若和均为大信号，当，时，由式(6―43)可得uuU,100mVU,100mV121m2m输出电流为 ,,,,,,,III2000 (3-22) u,Rdut,Rdut,dut，dut,R,,()[()()()]LcLcccL0,,,,,,,,,00,,,2 在π/2,Δφ,3π/2内，通过低通滤波器后，可求得输出电压为 ,,,,,,,,,2I2I00 (3-23) u,R[du(t),du(t)，du(t)],R(,,,,)0LcccL,,,,,0,,,,, 鉴相器灵敏度为 2 (3-24) S,IRd0L, 输入信号为1V，500kHz，调幅信号为26mV，500kHz，两信号相位相差90 uuRR度。属于为小信号，为大信号类型，调节，当为70%时，乘积型鉴相112122 波形如图3-12所示。 图3-12 MC1496乘积型鉴相波形图 23 大学本科生毕业设计(论文) 3.6 语音信号调制 启动Multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，搭建普通调幅及解调电路，在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，鼠标点击元器件，可选中该元器件。选中元器件，单击鼠标右键，可进行旋转，调整元器件位置，双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。在界面右侧选择四踪示波器，及labVIEW虚拟仪器中的麦克风。用鼠标连线将所有器件连接。其Multisim电路图如图3-13所示。 XSC1 GTABCD 4_14_1 1028U2YV1Rp1A11028U14XRp0.2 Vpk 10kΩ94AD380JHV3Rf31MHz 10kΩ390.1 V/V 0 V AD380JH0Deg Rf1XLV210kΩ32 V 51110kΩOutput5118_1Rf48_14_1100kΩRf2100kΩ C2D1R3V612 V 470Ω1N414810µF5%R2R11kΩV74700ΩC1C312 V 5%30nF30nF8_1 图3-13语音信号的调制与解调 双击麦克风，进行录音，保存，点击界面上方正中绿色三角按钮，双击示波器可观察波形。图3-14为四双踪示波器xsc1的输出波形，A通道为麦克风输入信号，B通道为调幅电路，C通道为解调信号。 24 大学本科生毕业设计(论文) 图3-14 四踪示波器xsc1的输出波形 3.7 本章小结 本章完成了调幅、同步检波、混频、乘积型鉴相、语音信号的调制与解调、调相电路的电路设计、调制与仿真。验证了各个电路的原理，是对原理的深入剖析与升华。 25 大学本科生毕业设计(论文) 结 论 在电路设计与仿真平台Multisim11仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成双边带调幅及普通调幅、同步检波、混 结合LabVIEW虚拟仪器实现对语音信号的调制解频、乘积型鉴相电路的实现，并 调电路。阐述了以上个电路的设计思路并进行了仿真，并简述了原理图的绘制，元器件的编辑与管理，及Multisim的虚拟仪表的使用。针对实验中出现的问题做了分析和改正。 Multisim又称“万能仿真”，在电路硬件连接前使用Multisim11进行仿真，可以预防电路设计中的错误，并模拟预期效果，大大提高了实体连接的成功性。除上述电路外，Multisim11在高频电子线路中还有极其广泛的应用，例如:小信号的放大、功率放大器实验、晶体振荡器实验等。此外Multisim11还可用于模拟电路的分析、数字电路的分析等。其强大的仿真功能远远超过本文所述，有待进一步研究。 26 大学本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1] 聂典，丁伟( Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M](电子工业 出版社，2009:12-72( 模拟相乘器MC1496的应用分析(闽江学院学报(2005年4月第25卷[2] 林章( 第2期:44-49( [3] 黄智伟， 基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M](电子工业 出版社，2008:2-54( [4] 赵秋; 柴锁柱( 基于multisim2001的差放电路的仿真分析(微计算机信息(2006 年第05期:23-46( 基于multisim9软件的电路设计( 电气时代( 2008年第02期:32-52( [5] 丁翠芳( [6] 卢艳红 基于Multisim 10的电子电路设计、仿真与应用[M](人民邮电出版社， 2009:7-63( [7] Witold Machowski，Stanis?aw Kuta， Jacek Jasielski( Design and applications of a CMOS analog multiplier cell using the differential difference amplifier(analog Integrated Circuits and Signal Processing(1994，6(3):12-32( [8] P. A. Shoemaker，G. L. Haviland，R. L. Shimabukuro(A simple CMOS analog four-quadrant(analog Integrated Circuits and Signal Processing(1991，1(2):6-25( [9] 宋树祥，周冬梅(高频电子线路[M](北京大学出版社，2007:15-26( [10] 吴慎山(高频电子线路([M]电子工业出版社，2007:33-62( [11] S.S. Shlyakhov，G..S. Chirkov，A.P. Makarov(Overvoltages in High-Frequency Stopper Circuits(Power Technology and Engineering (formerly Hydrotechnical Construction)(2003，37(5):42-51( 27 大学本科生毕业设计(论文) 致 谢 毕业论文暂告收尾，这也意味着我的大学生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 老师的谆谆诱导、同学的相互讨论及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的强大动力。在此，我要特别感谢我的导师老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有于波老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。 感谢各位同学，与他们的交流使我受益颇多。感谢大家对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义;也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。 时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激～ 28