基于MC1496的低功耗濾波器的研究

張海睿　王孟秋

摘要：本電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的是同步檢波電路，采用芯片實(shí)現(xiàn)對普通調(diào)幅波等信號的解調(diào)的功能，電路由載波產(chǎn)生電路單元模塊、射極跟隨器、乘法器電路單元模塊、低通濾波器四個(gè)模塊組成。載波電路能產(chǎn)生左右的頻率，幅度值為左右的載波信號。乘法器電路能將AM波與同頻載波相乘，再通過濾波器，實(shí)現(xiàn)AM波的同步檢波。

關(guān)鍵詞：低通濾波器載波電路射頻跟隨器 乘法器電路

引言

在我們的研究中，我們提出了兩種方案。

在方案一中，我通過自行制作的可以振蕩的晶體振蕩器來發(fā)出載波信號，信號發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)幅波一起在乘法器電路中進(jìn)行同步檢波，最后的檢波通過低通濾波器輸出。

在方案二中，我選擇使用西勒振蕩器，西勒振蕩器更容易制作，起振相對于晶體而言也更容易一點(diǎn)，但是西勒振蕩的頻率不夠穩(wěn)定，難以達(dá)到我們的要求。

綜上所述，我選擇方案一，因?yàn)榉桨敢浑m電路略顯復(fù)雜，但可操作性高，出于對項(xiàng)目本身精益求精的要求，使用晶振更加穩(wěn)定。

1檢波原理

同步檢波器是有相乘器和低通濾波器兩部分組成。它與包絡(luò)檢波器的區(qū)別在于檢波器的輸入除了有需要進(jìn)行解調(diào)的調(diào)幅信號電壓外，還必須外加一個(gè)頻率和相位與輸入信號載頻完全相同的本地載頻信號電壓。經(jīng)過相乘和濾波后得到原調(diào)制信號。下圖同步檢波器的方框原理圖。

本地載頻信號電壓為uo-Uomcoseoit，即本地載頻信號與輸入信號的載頻同頻同相位，經(jīng)相乘器相乘，輸出為經(jīng)低通濾波的低頻信號，對單邊帶信號來說，解調(diào)過程與單邊帶相似。設(shè)輸入信號為單頻調(diào)制的上邊帶信號電壓為ui-Uimcos（ootln）t，本地載波頻信號電壓為uo-Uorncos∞it，經(jīng)相乘期相乘，輸出為Kuiuo=KUimUomcos（∞tQ）tcos（1） it=KUimUomcos[（2 001[ O）t]/2，經(jīng)低通濾波得低通信號uC）-KUimUomcosnt。載波的產(chǎn)生方法及不同步的影響為了產(chǎn)生同頻同相的本地同步載頻信號，往往在發(fā)射機(jī)發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時(shí)，附帶發(fā)射一個(gè)載頻信號，其功率遠(yuǎn)低于雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的功率，通常稱為導(dǎo)頻信號。設(shè)本地載頻信號與輸入信號載頻的不同步量為△u），相位不同步量為中，即：uo-UomcosL（ooil△oo）tI中]，若用模擬乘法器構(gòu)成同步檢波電路解調(diào)雙邊帶調(diào)幅信號，經(jīng)低通濾波器取出uQ，uQKUimUomcos（△ootlcD）cosOt=KUimUomcos[（Q△oo）tI中]/4，當(dāng)頻率、相位不同步時(shí)，檢出的低頻信號產(chǎn)生頻率失真和相位失真。用乘法模擬器構(gòu)成的乘積檢波電路解調(diào)單邊帶信號，經(jīng)低通濾波器取出uc/，uO-KUimUomcos[（Q[△∞）tl0]/2。

可見，當(dāng)頻率，相位不同步時(shí)，檢出的低頻信號將產(chǎn)生頻率失真和相位失真。

2電路單元模塊設(shè)計(jì)

2.1載波電路發(fā)生模塊2.2射極跟隨器模塊

2 5乘法器電路模塊

在仿真實(shí)驗(yàn)中，由于軟件中不含有元器件，無法直接仿真，因此本課題參考的芯片的內(nèi)部器件及參數(shù)搭建出了芯片圖。按照設(shè)計(jì)，最后輸出的檢波的幅度應(yīng)在150MV～300MV，輸出的頻率應(yīng)在1KHZ左右。

2.4低通濾波器

根據(jù)設(shè)計(jì)要求、低通濾波器截止頻率及元件標(biāo)稱值，低通濾波器截止頻率應(yīng)大于1KHz，取R=lOK，C=O.Olu，滿足設(shè)計(jì)要求。

3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

3.1整體電路圖及設(shè)計(jì)

本課題根據(jù)實(shí)際電路的情況，設(shè)計(jì)整體電路圖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，此電路圖是可行的，可以解調(diào)普通調(diào)幅波。

4調(diào)試與操作說明

4.1調(diào)試過程

1、檢測晶體振蕩器能否起振蕩，這個(gè)過程十分繁瑣，一開始，振蕩電路始終無法起振蕩。我認(rèn)為可能是靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整不當(dāng)，我在設(shè)計(jì)時(shí)的問題是沒有焊接可調(diào)電位器，由于實(shí)際電阻和標(biāo)注的電阻值差距較大，實(shí)際的靜態(tài)工作點(diǎn)和計(jì)算值差距較大，所以無法調(diào)節(jié)。在我對電路進(jìn)行修改之后，部分定值電阻改用電位器代替，電路可以正常振蕩。

2、測試射極跟隨器時(shí)，出現(xiàn)了割底失真，雖然失真不是特別嚴(yán)重，但還是對效果有點(diǎn)影響。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)引腳的焊接實(shí)際并無問題，這時(shí)候老師建議檢查電壓值在用萬用表反復(fù)測試之后沒有發(fā)現(xiàn)問題，我考慮了元器件本身的問題，嘗試著把前一級輸出的電壓的幅值調(diào)小一些，射極跟隨器正常輸出，沒有失真。

3、乘法器電路的調(diào)試，一開始出不來波形我認(rèn)為可能是芯片燒壞了或者其他原因，但我拿著萬用表對著芯片的管腳進(jìn)行一一測量電壓，我對照著參考電壓值，發(fā)現(xiàn)各個(gè)管腳電壓和理論值差距并不是特別大，芯片并無明顯問題。最后我想到了低通濾波器，查閱資料后得知，R的值越小，帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。如果低通濾波器RC值選取不當(dāng)，可能導(dǎo)致輸出的檢波波形不正確，在更換了電阻和電容值后，能夠輸出正確的波形。

4.2操作步驟

1）先將振蕩器的正電壓端、射極跟隨器正電壓端、乘法器電路的正電壓端分別接12V直流電源，乘法器電路的負(fù)電壓端接入的電源;并將振蕩器的地端、射極跟隨器的地端、乘法器電路的地端分別接人電源的地端。

2）調(diào)試好函數(shù)信號發(fā)生器，產(chǎn)生調(diào)幅波，并將輸出端接人乘法器的信號輸入端，最后將信號發(fā)生器與系統(tǒng)電路共地。

3）接入示波器。將乘法器的輸出口接入示波器，并將示波器與系統(tǒng)電路共地。

4.3結(jié)果演示

5優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

（1）優(yōu)點(diǎn)

①本地振蕩部分采用晶體振蕩器形式，振蕩頻率可以設(shè)計(jì)有較好的頻率穩(wěn)定度。

②振蕩器三極管基極偏置電阻采用電阻與電位器串聯(lián)，便于調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。

③振蕩器與乘法器電路未直接相連，而是經(jīng)過一級射極跟隨器后相連后相連，避免了后級對前級的影響。

（2）缺點(diǎn)

①?zèng)_級部分未加入可調(diào)元件，無法調(diào)節(jié)緩沖級三極管靜態(tài)工作點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致振蕩器輸出波形經(jīng)緩沖級后幅度過小而無法改善。

②雙電源供電比較繁瑣，很難做到穩(wěn)定

（3）設(shè)計(jì)方案改進(jìn)建議

①前一級加入可以調(diào)節(jié)電壓幅值的電位器和可調(diào)電容，避免后一級的割底失真。

②可以改進(jìn)振蕩器的偏置電阻，加入電位器，使調(diào)節(jié)更方便，不然阻值調(diào)節(jié)會(huì)很困難。

③緩沖級三極管基極偏置電阻可改為定值電阻與電位器串聯(lián)，以便調(diào)節(jié)緩沖級三極管靜態(tài)工作點(diǎn)，避免振蕩器輸出信號經(jīng)過緩沖級后幅值過小，無法正常輸入乘法器電路。

就以上研究而言，我們認(rèn)為按照我們的設(shè)計(jì)方案，用MC1496來設(shè)計(jì)低功耗的濾波器是切實(shí)可行的。如果能夠?qū)υ骷腞C部分的最佳配比進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，效率的提升仍有很大的空間。

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