毕业设计_基于.Multisim_11的模拟乘法器应用设计与仿真.doc
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1、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LabVIE
2、W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;MC1496AbstractMultisim introducedby UnitedStatesNationalInstrumentsLimited company is a Windows-based simulation tool, suitable for design elementaryanalog / digital circuit, containsa circuit theory of diagram and the circuit hardware description language inp
3、ut methods, with extensive simulation analysis. Analog multiplier is a complete two analog signals 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 applicati
4、on design and simulation. Describe some circuits theory, such as Double Side Band amplitude modulationand common amplitude modulation、synchronous detection、mixing、product type phase. Create the integrated circuit analog multiplier MC1496 module in simulation platform Multisim11 simulation environmen
5、t, make use of the analog multiplier MC1496 module complete circuit design and simulation, combined with labVIEWfictitious instrument to complete the speech signal amplitude modulation and demodulation.Keywords: Multisim;Analog Multiplier;MC1496目 录第1章概述11.1 Multisim简介11.2 Multisim发展1第2章总体设计思想32.1 模拟
6、乘法器MC1496的工作原理32.2 幅度调制52.3 同步检波72.4 混频82.5 乘积型鉴相92.6 语音信号调制解调102.7本章小结11第3章电路调试与仿真123.1 模拟乘法器MC1496的创建123.2 调幅设计153.3 同步检波设计173.4 混频设计193.5 乘积型鉴相设计213.6 语音信号调制243.7本章小结25结论26参考文献27致 谢28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
7、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.具有丰富的仿真分析能力1。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2。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
8、.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流程.从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量3。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、仿真实验、电子电路的设计等4。M
9、ultisim7是20XX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
10、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
11、能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数.对电路进行仿真时.可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响5。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6。20XX1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.
12、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。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
13、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BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等7。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是四象限的乘法器8。其内部电路如图2-1所示.其中、和等组成多路电流源电路.、为电流源的基准电路.、分
14、别供给、管恒值电流.为外接电阻.可用以调节的大小。由、两管的发射极引出接线端2和3.外接电阻.利用的负反馈作用.以扩大输入电压的动态范围。为外接负载电阻。根据差分电路的基本工作原理.可以得到 式中、分别是三极管、的集电集电流。为温度的电压当量.在常温T=300K时.。由图2-1可知.相乘器的输出差值电流 将、代入.可得 由于、两管发射极之间跨接负反馈电阻.当远大于、管的发射结电阻时 将式代入可得 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。图2- MC1496的内部结构图2-2 MC1496的管脚排列图2-3 MC1496符号2.2 幅度
15、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多.而且性能优越。目前无线通信、广播电视等方面应用较多9。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电压表达式波形图信号带宽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: 每个边频功率上边频或
16、下边频:上、下边频总功率: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受调制信号控制后改变的程度.一般。普通调幅电路的原理框图如图2-4a所示.双边带调幅电路的原理框图如图2-4b所示图2-4a普通调幅波实现框图图2-4b双边带调幅波实现框图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10。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:图2-5同步检
17、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带信号,另一输入端输入同步信号即载波信号,经乘法器相乘.由此可得输出信号为 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。若输入信号为单边带振幅调制信号.即,则乘法器的输出为 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。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.利用乘法器的相乘原理.同样也能实现解调。设 ,则输出电压为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
18、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 混频电路的作用是在本地振荡电压, 作用下将载频为高频的已调信号不失真地变换为载频为中频的己调信号.频率关系为: 2-14 或 2-15 2-16其中.为上混频. 或为下混频。调幅广播接收机一般采用下混频.。 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:图2-6 混频器的原理框图由图2-6可知:若 2-17 2-182-19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散分量。需经带通滤波器以获得
19、所需混频信号。若采用下边频.则带通滤波器的中心频率为。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.如果满足条件:时将会产生哨声.这种干扰称为干扰哨声。式中:中频频率音频频率、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与载波的相位相减.取出它们的相位差.从而实现相位检波.即完成相位电压的变换作用11。乘积型鉴相器原理图如图
20、2-7所示图2-7 乘积型鉴相器输入调相信号;另一路信号为的同频正交载波。则鉴相器的输出为 2-20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 2-21由此可见.乘积型鉴相器具有正弦形鉴相特性。当满足时.上式可近似为 2-22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。 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.通过信号源作
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