基于MC1496的低功耗濾波器的研究

張海?！⊥趺锨?/p>

摘要：本電路結(jié)構(gòu)設(shè)計的是同步檢波電路，采用芯片實現(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，但是西勒振蕩的頻率不夠穩(wěn)定，難以達到我們的要求。

綜上所述，我選擇方案一，因為方案一雖電路略顯復(fù)雜，但可操作性高，出于對項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行解調(diào)的調(diào)幅信號電壓外，還必須外加一個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)射機發(fā)射雙邊帶或單邊帶調(diào)幅信號的同時，附帶發(fā)射一個載頻信號，其功率遠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，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，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

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

在仿真實驗中，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，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)計要求。

3系統(tǒng)電路設(shè)計

3.1整體電路圖及設(shè)計

本課題根據(jù)實際電路的情況，設(shè)計整體電路圖。經(jīng)實驗證實，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，這個過程十分繁瑣，一開始，振蕩電路始終無法起振蕩。我認為可能是靜態(tài)工作點調(diào)整不當(dāng)，我在設(shè)計時的問題是沒有焊接可調(diào)電位器，由于實際電阻和標(biāo)注的電阻值差距較大，實際的靜態(tài)工作點和計算值差距較大，所以無法調(diào)節(jié)。在我對電路進行修改之后，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，出現(xiàn)了割底失真，雖然失真不是特別嚴(yán)重，但還是對效果有點影響。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)引腳的焊接實際并無問題，這時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行一一測量電壓，我對照著參考電壓值，發(fā)現(xiàn)各個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，帶負載的能力越強。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)缺點總結(jié)

（1）優(yōu)點

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。

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

①沖級部分未加入可調(diào)元件，無法調(diào)節(jié)緩沖級三極管靜態(tài)工作點，可能會導(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)計方案改進建議

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，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，我們認為按照我們的設(shè)計方案，用MC1496來設(shè)計低功耗的濾波器是切實可行的。如果能夠?qū)υ骷腞C部分的最佳配比進行進一步的改進，效率的提升仍有很大的空間。

參考文獻

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