基于MC1496的低功耗滤波器的研究

张海睿　王孟秋

摘要：本电路结构设计的是同步检波电路，采用芯片实现对普通调幅波等信号的解调的功能，电路由载波产生电路单元模块、射极跟随器、乘法器电路单元模块、低通滤波器四个模块组成。载波电路能产生左右的频率，幅度值为左右的载波信号。乘法器电路能将AM波与同频载波相乘，再通过滤波器，实现AM波的同步检波。

关键词：低通滤波器载波电路射频跟随器 乘法器电路

引言

在我们的研究中，我们提出了两种方案。

在方案一中，我通过自行制作的可以振荡的晶体振荡器来发出载波信号，信号发生器产生的调幅波一起在乘法器电路中进行同步检波，最后的检波通过低通滤波器输出。

在方案二中，我选择使用西勒振荡器，西勒振荡器更容易制作，起振相对于晶体而言也更容易一点，但是西勒振荡的频率不够稳定，难以达到我们的要求。

综上所述，我选择方案一，因为方案一虽电路略显复杂，但可操作性高，出于对项目本身精益求精的要求，使用晶振更加稳定。

1检波原理

同步检波器是有相乘器和低通滤波器两部分组成。它与包络检波器的区别在于检波器的输入除了有需要进行解调的调幅信号电压外，还必须外加一个频率和相位与输入信号载频完全相同的本地载频信号电压。经过相乘和滤波后得到原调制信号。下图同步检波器的方框原理图。

本地载频信号电压为uo-Uomcoseoit，即本地载频信号与输入信号的载频同频同相位，经相乘器相乘，输出为经低通滤波的低频信号，对单边带信号来说，解调过程与单边带相似。设输入信号为单频调制的上边带信号电压为ui-Uimcos（ootln）t，本地载波频信号电压为uo-Uorncos∞it，经相乘期相乘，输出为Kuiuo=KUimUomcos（∞tQ）tcos（1） it=KUimUomcos[（2 001[ O）t]/2，经低通滤波得低通信号uC）-KUimUomcosnt。载波的产生方法及不同步的影响为了产生同频同相的本地同步载频信号，往往在发射机发射双边带或单边带调幅信号的同时，附带发射一个载频信号，其功率远低于双边带或单边带调幅信号的功率，通常称为导频信号。设本地载频信号与输入信号载频的不同步量为△u），相位不同步量为中，即：uo-UomcosL（ooil△oo）tI中]，若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，经低通滤波器取出uQ，uQKUimUomcos（△ootlcD）cosOt=KUimUomcos[（Q△oo）tI中]/4，当频率、相位不同步时，检出的低频信号产生频率失真和相位失真。用乘法模拟器构成的乘积检波电路解调单边带信号，经低通滤波器取出uc/，uO-KUimUomcos[（Q[△∞）tl0]/2。

可见，当频率，相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。

2电路单元模块设计

2.1载波电路发生模块2.2射极跟随器模块

2 5乘法器电路模块

在仿真实验中，由于软件中不含有元器件，无法直接仿真，因此本课题参考的芯片的内部器件及参数搭建出了芯片图。按照设计，最后输出的检波的幅度应在150MV～300MV，输出的频率应在1KHZ左右。

2.4低通滤波器

根据设计要求、低通滤波器截止频率及元件标称值，低通滤波器截止频率应大于1KHz，取R=lOK，C=O.Olu，满足设计要求。

3系统电路设计

3.1整体电路图及设计

本课题根据实际电路的情况，设计整体电路图。经实验证实，此电路图是可行的，可以解调普通调幅波。

4调试与操作说明

4.1调试过程

1、检测晶体振荡器能否起振荡，这个过程十分繁琐，一开始，振荡电路始终无法起振荡。我认为可能是静态工作点调整不当，我在设计时的问题是没有焊接可调电位器，由于实际电阻和标注的电阻值差距较大，实际的静态工作点和计算值差距较大，所以无法调节。在我对电路进行修改之后，部分定值电阻改用电位器代替，电路可以正常振荡。

2、测试射极跟随器时，出现了割底失真，虽然失真不是特别严重，但还是对效果有点影响。经过测试，发现引脚的焊接实际并无问题，这时候老师建议检查电压值在用万用表反复测试之后没有发现问题，我考虑了元器件本身的问题，尝试着把前一级输出的电压的幅值调小一些，射极跟随器正常输出，没有失真。

3、乘法器电路的调试，一开始出不来波形我认为可能是芯片烧坏了或者其他原因，但我拿着万用表对着芯片的管脚进行一一测量电压，我对照着参考电压值，发现各个管脚电压和理论值差距并不是特别大，芯片并无明显问题。最后我想到了低通滤波器，查阅资料后得知，R的值越小，带负载的能力越强。如果低通滤波器RC值选取不当，可能导致输出的检波波形不正确，在更换了电阻和电容值后，能够输出正确的波形。

4.2操作步骤

1）先将振荡器的正电压端、射极跟随器正电压端、乘法器电路的正电压端分别接12V直流电源，乘法器电路的负电压端接入的电源;并将振荡器的地端、射极跟随器的地端、乘法器电路的地端分别接人电源的地端。

2）调试好函数信号发生器，产生调幅波，并将输出端接人乘法器的信号输入端，最后将信号发生器与系统电路共地。

3）接入示波器。将乘法器的输出口接入示波器，并将示波器与系统电路共地。

4.3结果演示

5优缺点总结

（1）优点

①本地振荡部分采用晶体振荡器形式，振荡频率可以设计有较好的频率稳定度。

②振荡器三极管基极偏置电阻采用电阻与电位器串联，便于调整静态工作点。

③振荡器与乘法器電路未直接相连，而是经过一级射极跟随器后相连后相连，避免了后级对前级的影响。

（2）缺点

①冲级部分未加入可调元件，无法调节缓冲级三极管静态工作点，可能会导致振荡器输出波形经缓冲级后幅度过小而无法改善。

②双电源供电比较繁琐，很难做到稳定

（3）设计方案改进建议

①前一级加入可以调节电压幅值的电位器和可调电容，避免后一级的割底失真。

②可以改进振荡器的偏置电阻，加入电位器，使调节更方便，不然阻值调节会很困难。

③缓冲级三极管基极偏置电阻可改为定值电阻与电位器串联，以便调节缓冲级三极管静态工作点，避免振荡器输出信号经过缓冲级后幅值过小，无法正常输入乘法器电路。

就以上研究而言，我们认为按照我们的设计方案，用MC1496来设计低功耗的滤波器是切实可行的。如果能够对元器件的RC部分的最佳配比进行进一步的改进，效率的提升仍有很大的空间。

参考文献

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