基于MC1496平衡调幅实验电路的分析与改进

李 红

广东工业大学 广东广州 510006

基于MC1496平衡调幅实验电路的分析与改进

李 红

广东工业大学 广东广州 510006

文章介绍了基于MC1496平衡调幅实验电路的工作原理和实验方法，推导了调制度理论值的计算公式，对实验结果调制度ma实验值与理论值的误差进行了分析，指出了造成误差的原因，提出了减小误差的方法，将基于MC1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成33uF。本文给出了C3=10uF和C3=33uF时的实验结果。实验结果表明，调制度ma实测值与理论值的误差大为减小，调制度ma的实验精度大为提高。

电子技术；调幅；调制度；电容

MC1496芯片是Motorola公司出品的一种具有多种用途的集成模拟乘法器，输出电压为输入信号和载波信号的乘积，可以应用于抑制载波、调幅（振幅调制）、同步检测、调频检测和相位检测等。采用MC1496集成芯片设计振幅调制电路，比用分立元件设计振幅调制电路要简单得多。基于MC1496平衡调幅实验电路被广泛应用于信息工程类专业高频电子线路课程的“调幅”实验。在实验教学过程中，利用基于MC1496平衡调幅实验电路进行振幅调制实验，学生可以直观地了解信号的调制过程，分析调幅波的性能，掌握调整与测量其特性参数的方法，其中包括掌握调制度ma的测量方法，从而加深对相关基本概念和基础知识的掌握和理解。

一、基于M C1496平衡调幅电路的工作原理

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量电压（或电流）相乘的电子器件。基于MC1496平衡调幅实验电路如图1所示：

图1 基于MC1496平衡调幅实验电路

图1所示基于MC1496平衡调幅实验电路是由芯片MC1496和电阻、电容等元件组成的双边带调幅电路，载波信号通过C2输入，加在芯片引脚的8、10之间；调制信号通过C3和由R4、Rp1、R5组成的载波信号调零电路输入，加在芯片引脚的1、4之间；芯片2、3引脚外接R8(1KΩ)电阻，以扩大调制信号动态范围；Rp2用来调节芯片8、10引脚之间的平衡；调制信号通过三极管V输出（V为射极跟随器，用来提高调幅器带负载的能力）。

假设载波信号电压为：

调制信号电压为：

其中，ωc>>Ω。由于实验电路中采用了由Rp1、R4和R5组成的载波信号调零电路，因此加在MC1496芯片引脚1、4之间的调制信号电压为：

即在调制信号上叠加上了一个直流分量VAB。

根据模拟乘法器的原理，调幅波的数学表达式：

式中K为比例常数。当VAB= 0时，

为一个抑制载波的双边带调幅波。

当VAB≠0时，

式中，ma称为调制度，

则：

为普通调幅波。本文即讨论普通调幅波。

二、测量调制度ma的实验方法与误差

调制度ma是一个描述普通调幅波特征的重要指标。它反映了载波振幅受调制信号控制的程度。从式(1)可看出，在直流分量VAB不变的条件下，调制信号振幅越大，调制度ma越大，或者说调幅越深，则高频载波振荡所携带的低频功率愈大。普通调幅波的波形如图2所示：

图2 普通调幅波波形

从图2可以看出，普通调幅波的振幅Um(t)反映了调制信号的变化规律，也称为调幅波的包络，其数学表达式为：

调幅波振幅的最大值Ummax和最小值Ummin分别为：

故可得：

式（2）即为测量调制度的实验方法。

在实验过程中，在载波输入端加上载波信号

调制信号输入端加上调制信号

其中，f=100Hz～4KHz，VAB=100mV。输出端(OUT)用示波器观察到如图2所示的调幅波波形，测量结果以及根据(1)式计算得到ma理论值和根据(2)式计算得到ma实验值见表1。

表1 基于MC1496平衡调幅实验电路“振幅调制”实验结果（C3=10uF）

表1中，U’Ωm为调制信号经过电容C3后的幅值，ma误差=（ma理论值-ma实验值）/ma理论值。

从表1可以看出ma理论值和ma实验值之间有较大的误差，ma误差比较大，并且随着调制信号频率的降低而增大，当调制信号频率为100HZ时，ma误差高达76%。这时，基于MC1496平衡调幅实验电路“振幅调制”实验结果既不能准确地验证其原理的正确性，也不能给学生正确的实验结论，甚至对学生起误导作用。

三、实验电路的改进与调制度ma实验精度的提高

从图1可以看出，调制信号是通过电容C3和由Rp1、R4、R5组成的载波信号调零电路输入的。电容C3是耦合电容，对交流信号有衰减作用，并且这种衰减作用与交流信号频率有关系，对于频率高的交流信号衰减作用小，即容抗小，对于频率低的交流信号衰减作用大，即容抗大。从式(1)中可以看出ma与调制信号的交流分量的幅值成正比，因此造成ma理论值和ma实验值之间有较大的误差。

目前，无线电广播通常采用调幅信号，如语音信号，其频率范围大约为300Hz～3.4kHz，为了减小电容C3对调制信号幅值的衰减，通过对实验电路板多次的对比分析和试验调试，并兼顾实验电路的其它特性，将基于MC1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成22uF～33uF之间，测量结果以及ma理论值和ma实验值见表2。

表2 改进实验电路“振幅调制”实验结果（C3=33uF）

从表2可以看出ma理论值和ma实验值之间的误差大为减小，在300Hz～4kHz频率范围内，ma误差减小到不超过10%。比较表1和表2所给出的相关结果不难发现，将实验电路电容C3的电容从原来的10uF改变成33uF以后，电容C3对调制信号幅值基本上没有影响，衰减作用很小。因此，实验结果调制度ma的实验精度大为提高，调制信号频率为300Hz时，ma误差从原来的41%减小为8%，调制信号频率为4kHZ时，ma误差从原来的11.6%减小为0.3 %。

四、结束语

本文讨论了基于MC1496平衡调幅实验电路的工作原理，推导了调制度ma理论值的计算公式，介绍了利用基于MC1496平衡调幅实验电路测量调制度ma的实验方法，针对ma误差较大问题进行了分析，将基于MC1496平衡调幅实验电路的耦合电容C3的电容值从原来的10uF改变成22uF～33uF，给出了C3=10uF和C3=33uF时的实验结果。实验结果表明对实验电路的分析是正确的，提出的改进措施是有效的。实验电路改进以后，ma实验值与ma理论值的误差大大降低，实验精度大为提高，因此能准确地验证基于MC1496平衡调幅实验电路的工作原理，给学生正确的实验结论，有助于更好发挥实验教学的作用，加深学生对基本概念的理解，加强学生对基础知识的掌握。

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[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

李红，本科，实验师。