基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的分析與改進(jìn)

李 紅

廣東工業(yè)大學(xué) 廣東廣州 510006

基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的分析與改進(jìn)

李 紅

廣東工業(yè)大學(xué) 廣東廣州 510006

文章介紹了基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的工作原理和實(shí)驗(yàn)方法，推導(dǎo)了調(diào)制度理論值的計(jì)算公式，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)制度ma實(shí)驗(yàn)值與理論值的誤差進(jìn)行了分析，指出了造成誤差的原因，提出了減小誤差的方法，將基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的耦合電容C3的電容值從原來(lái)的10uF改變成33uF。本文給出了C3=10uF和C3=33uF時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)制度ma實(shí)測(cè)值與理論值的誤差大為減小，調(diào)制度ma的實(shí)驗(yàn)精度大為提高。

電子技術(shù)；調(diào)幅；調(diào)制度；電容

MC1496芯片是Motorola公司出品的一種具有多種用途的集成模擬乘法器，輸出電壓為輸入信號(hào)和載波信號(hào)的乘積，可以應(yīng)用于抑制載波、調(diào)幅（振幅調(diào)制）、同步檢測(cè)、調(diào)頻檢測(cè)和相位檢測(cè)等。采用MC1496集成芯片設(shè)計(jì)振幅調(diào)制電路，比用分立元件設(shè)計(jì)振幅調(diào)制電路要簡(jiǎn)單得多?；贛C1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路被廣泛應(yīng)用于信息工程類專業(yè)高頻電子線路課程的“調(diào)幅”實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，利用基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行振幅調(diào)制實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以直觀地了解信號(hào)的調(diào)制過(guò)程，分析調(diào)幅波的性能，掌握調(diào)整與測(cè)量其特性參數(shù)的方法，其中包括掌握調(diào)制度ma的測(cè)量方法，從而加深對(duì)相關(guān)基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和理解。

一、基于M C1496平衡調(diào)幅電路的工作原理

在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻等調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘的過(guò)程，而集成模擬乘法器正是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量電壓（或電流）相乘的電子器件?；贛C1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示：

圖1 基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路

圖1所示基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路是由芯片MC1496和電阻、電容等元件組成的雙邊帶調(diào)幅電路，載波信號(hào)通過(guò)C2輸入，加在芯片引腳的8、10之間；調(diào)制信號(hào)通過(guò)C3和由R4、Rp1、R5組成的載波信號(hào)調(diào)零電路輸入，加在芯片引腳的1、4之間；芯片2、3引腳外接R8(1KΩ)電阻，以擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍；Rp2用來(lái)調(diào)節(jié)芯片8、10引腳之間的平衡；調(diào)制信號(hào)通過(guò)三極管V輸出（V為射極跟隨器，用來(lái)提高調(diào)幅器帶負(fù)載的能力）。

假設(shè)載波信號(hào)電壓為：

調(diào)制信號(hào)電壓為：

其中，ωc>>Ω。由于實(shí)驗(yàn)電路中采用了由Rp1、R4和R5組成的載波信號(hào)調(diào)零電路，因此加在MC1496芯片引腳1、4之間的調(diào)制信號(hào)電壓為：

即在調(diào)制信號(hào)上疊加上了一個(gè)直流分量VAB。

根據(jù)模擬乘法器的原理，調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中K為比例常數(shù)。當(dāng)VAB= 0時(shí)，

為一個(gè)抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波。

當(dāng)VAB≠0時(shí)，

式中，ma稱為調(diào)制度，

則：

為普通調(diào)幅波。本文即討論普通調(diào)幅波。

二、測(cè)量調(diào)制度ma的實(shí)驗(yàn)方法與誤差

調(diào)制度ma是一個(gè)描述普通調(diào)幅波特征的重要指標(biāo)。它反映了載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制的程度。從式(1)可看出，在直流分量VAB不變的條件下，調(diào)制信號(hào)振幅越大，調(diào)制度ma越大，或者說(shuō)調(diào)幅越深，則高頻載波振蕩所攜帶的低頻功率愈大。普通調(diào)幅波的波形如圖2所示：

圖2 普通調(diào)幅波波形

從圖2可以看出，普通調(diào)幅波的振幅Um(t)反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，也稱為調(diào)幅波的包絡(luò)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

調(diào)幅波振幅的最大值Ummax和最小值Ummin分別為：

故可得：

式（2）即為測(cè)量調(diào)制度的實(shí)驗(yàn)方法。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在載波輸入端加上載波信號(hào)

調(diào)制信號(hào)輸入端加上調(diào)制信號(hào)

其中，f=100Hz～4KHz，VAB=100mV。輸出端(OUT)用示波器觀察到如圖2所示的調(diào)幅波波形，測(cè)量結(jié)果以及根據(jù)(1)式計(jì)算得到ma理論值和根據(jù)(2)式計(jì)算得到ma實(shí)驗(yàn)值見(jiàn)表1。

表1 基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路“振幅調(diào)制”實(shí)驗(yàn)結(jié)果（C3=10uF）

表1中，U’Ωm為調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C3后的幅值，ma誤差=（ma理論值-ma實(shí)驗(yàn)值）/ma理論值。

從表1可以看出ma理論值和ma實(shí)驗(yàn)值之間有較大的誤差，ma誤差比較大，并且隨著調(diào)制信號(hào)頻率的降低而增大，當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率為100HZ時(shí)，ma誤差高達(dá)76%。這時(shí)，基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路“振幅調(diào)制”實(shí)驗(yàn)結(jié)果既不能準(zhǔn)確地驗(yàn)證其原理的正確性，也不能給學(xué)生正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，甚至對(duì)學(xué)生起誤導(dǎo)作用。

三、實(shí)驗(yàn)電路的改進(jìn)與調(diào)制度ma實(shí)驗(yàn)精度的提高

從圖1可以看出，調(diào)制信號(hào)是通過(guò)電容C3和由Rp1、R4、R5組成的載波信號(hào)調(diào)零電路輸入的。電容C3是耦合電容，對(duì)交流信號(hào)有衰減作用，并且這種衰減作用與交流信號(hào)頻率有關(guān)系，對(duì)于頻率高的交流信號(hào)衰減作用小，即容抗小，對(duì)于頻率低的交流信號(hào)衰減作用大，即容抗大。從式(1)中可以看出ma與調(diào)制信號(hào)的交流分量的幅值成正比，因此造成ma理論值和ma實(shí)驗(yàn)值之間有較大的誤差。

目前，無(wú)線電廣播通常采用調(diào)幅信號(hào)，如語(yǔ)音信號(hào)，其頻率范圍大約為300Hz～3.4kHz，為了減小電容C3對(duì)調(diào)制信號(hào)幅值的衰減，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路板多次的對(duì)比分析和試驗(yàn)調(diào)試，并兼顧實(shí)驗(yàn)電路的其它特性，將基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的耦合電容C3的電容值從原來(lái)的10uF改變成22uF～33uF之間，測(cè)量結(jié)果以及ma理論值和ma實(shí)驗(yàn)值見(jiàn)表2。

表2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)電路“振幅調(diào)制”實(shí)驗(yàn)結(jié)果（C3=33uF）

從表2可以看出ma理論值和ma實(shí)驗(yàn)值之間的誤差大為減小，在300Hz～4kHz頻率范圍內(nèi)，ma誤差減小到不超過(guò)10%。比較表1和表2所給出的相關(guān)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)電路電容C3的電容從原來(lái)的10uF改變成33uF以后，電容C3對(duì)調(diào)制信號(hào)幅值基本上沒(méi)有影響，衰減作用很小。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)制度ma的實(shí)驗(yàn)精度大為提高，調(diào)制信號(hào)頻率為300Hz時(shí)，ma誤差從原來(lái)的41%減小為8%，調(diào)制信號(hào)頻率為4kHZ時(shí)，ma誤差從原來(lái)的11.6%減小為0.3 %。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文討論了基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，推導(dǎo)了調(diào)制度ma理論值的計(jì)算公式，介紹了利用基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量調(diào)制度ma的實(shí)驗(yàn)方法，針對(duì)ma誤差較大問(wèn)題進(jìn)行了分析，將基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的耦合電容C3的電容值從原來(lái)的10uF改變成22uF～33uF，給出了C3=10uF和C3=33uF時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的分析是正確的，提出的改進(jìn)措施是有效的。實(shí)驗(yàn)電路改進(jìn)以后，ma實(shí)驗(yàn)值與ma理論值的誤差大大降低，實(shí)驗(yàn)精度大為提高，因此能準(zhǔn)確地驗(yàn)證基于MC1496平衡調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，給學(xué)生正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，有助于更好發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。

[1]陽(yáng)昌漢，謝紅，宮芳.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2006

[2]樊昌信，宮錦文，劉忠成.通信原理及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007

[3]高吉，易凡，丁文霞，等.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].北京：高等教育出版社，1979

[5]MC1496 Balanced Modulators/Demodulators.http:// www.datasheetcatalog.com

Analysis and improvement of MC1496-based test circuits for balanced amplitude modulation

Li Hong
Guangdong university of technology, Guangzhou, 510006, China

This paper introduces principles and usages of a MC1496-based test circuit for balanced amplitude modulation, and deduces the formula for modulation coefficient ma. The paper analyzes the error between the test and the calculation of ma, as well as the reason that leads to the error. Improvement is proposed, i.e., the capacitance of capacitor C3 in the circuit is changed from 10uF to 33uF. The paper gives test results for C3=10uF and C3=33uF respectively, which demonstrates the error is significantly decreased.

electronics; amplitude modulation; modulation coefficient; capacitance

book=42,ebook=563

2009-12-16

李紅，本科，實(shí)驗(yàn)師。