基于mulisim10的模拟乘法器调幅电路的仿真

基于mulisim10的模拟乘法器调幅电路的仿真

1视频信号相乘在高频电子线路上的振幅调幅、同步检测波、混合频率、复频、谱频、等调制过程中，可以视为两个信号相乘或相关相乘的过程。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。2mc1498及其他mc9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。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。3模拟调幅电路的模拟实现3.1通插装式力调调机构在编辑窗口,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。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振幅调制实验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。(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0mV。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。(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。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=×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。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。4mc1498芯片正常工作根据图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。5实际电路测试与仿真测试之比较(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。(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)实际电路