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1、封面作者：PanHon glia ng仅供个人学习课程设计任务书学生姓名：XXXX 专业班级：通信ZY1101指导教师：张小梅 工作单位：信息工程学院 题 目：Protel应用课程设计-模拟乘法器调幅电路 初始条件：+ 12V及+8V直流电（1）可选元件：二极管、三极管、电阻、电位器、电容若干; 源；正弦交流电源（2）可用仪器：示波器，万用表，毫伏表（3）仿真软件：Protel DXP 2004要求完成的主要任务：（1）使用protel制作模拟乘法器的电路原理图（2）使用protel制作模拟乘法器的PCB图（3）使用protel进行电路仿真设计 时间安排：（1）第1-3周：选题及任务安排。（2
2、）第 4-10 周：方案选择及设计。（3）第11-16周：仿真及PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）（ 4）第 17-18 周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年月日 系主任（或责任教师）签名：年 月日摘要模拟乘法器是利用晶体管的非线性特性，在输出中仅保留两路输入信号中由非线性 部分产生的信号的乘积项，从而获得良好的乘积特性的集成器件。在高频电子线路中， 振幅调制、同步检波、混频、鉴频中都有广泛应用。模拟乘法器可以由集成芯片构成，也可以用分立元件如二极管、三极管等来实现电 路功能。从深入理解原理的角度出发，本次课程设计采用了分立元件构成的电路来实现 要求。在设计中使用 Q5Q6 组成的单差分放
3、大器来激励由Q1Q2、Q3Q4 双差分放大器。Q7Q8及其偏置电路组成Q5Q6的恒流源。Protel DXP 2004将工程管理方式、原理图和 PCB 图的双向同步技术、多通道技术、 自动布线技术以及强大的电路仿真的技术完美的融合在一起。 Protel DXP 提供了丰富的元 件库，包括原理图符号。PCB封装、SI模型及仿真模型，可以方便地进行同步修改。这 次课程设计主要要求掌握原理电路图设计、PCB设计和仿真。关键词：Protel DXP，PCB设计工具，原理图设计、自动布线器、原理图混合信号仿真ABSTRACTDepanding on transistor characteristics
4、of the nonlinear,analog multiplier is a Integrated Device which can obtain excellent multiplier characteristic in the output of retaining only the two input signals from non-linear part of the signal of the product.And it wsidely used in High- frequency electronic circuits.Analog multiplier can be i
5、ntegrate chip circuit directly or autocephaly component such as diode and transistor. I adopt the scheme of autocephaly component to get the requirement. In this design,I use transistor Q1Q2,Q3Q4 to make up Double- Differential Amplifiers,and use SingleDifferential Amplifiers(Q5Q6)to provide it.Then
6、 use Q7Q8 to make up Constant current source for Single-Differential Amplifiers.Protel DXP 2004 combine Project management, the PCB and schematic map of the twoway synchronization technology, multi-channel technology, automatic routing technology and a strong circuit simulation technology together p
7、erfectly. Protel DXP provides a rich library, including the principle of symbols. PCB package, SI model and simulation model can easily synchronize edits. The main demands of the curriculum design master principle circuit design, PCB design and simulation.Key words： Protel DXP，PCB design tools， sche
8、matic design，automatic routing， principle of mixed-signal simulation目录1 设计任务与要求 11.1 设计任务 11.2 设计要求 12 原理分析 12.1 频谱搬移原理 12.2 模拟乘法器电路分析 22.3 阻抗匹配网络 33 电路原理图绘制 43.1 DXP 绘制电路原理图 43.2 DXP 绘制 PCB 图 53.2.1 加载网络表 53.2.2 PCB板的排版63.2.3 PCB板的布线64 电路仿真及分析 75 心得体会 8参考文献 9附录 101 设计任务与要求1.1 设计任务设计一个模拟乘法器，通过晶体管的非线
9、性特性，在输出中仅保留两路输入信号中 由非线性部分产生的信号的乘积项，在输出端获得良好的乘积特性，从而能够实现利用 模拟乘法器进行振幅调制的功能。1.2 设计要求1. 使用 protel 制作模拟乘法器的电路原理图2.使用protel制作模拟乘法器的PCB图3使用 protel 对基于模拟乘法器的调幅电路进行仿真2 原理分析2.1 频谱搬移原理在通信系统中，频谱的频谱搬移电路是最基本的单元电路。幅度调制和解调以及变 频都需要在保证信号频谱结构不变的情况下进行频谱的线性平移变换，以获得频谱满足 要求的输出信号。在这种变换中输出信号与输入信号的频率成分是不同的，由于信号通 过线性电路其输出并不会产
10、生新的频率分量，因此这种变换只能通过非线性电路才能实 现。假设非线性器件的伏安特性可用下面的非线性函数来表示：（2-1） 式中,u为加在非线性器件上的电压。一般情况下,有u= EQ+u1+u2其中EQ为静态工 作点,u1和u2为两个输入电压。在V静态工作点将式（2-1 ）展开为泰勒级数，可得：（2-2） 上式可以改写为：（ 2-3 ） 可见，当非线性器件同时受两个电压作用时，器件相应电流中存在着两个电压的相乘项 2a2u1u2,它是由伏安特性的二次方向产生的。若作用在非线性器件上的两个电压均为余 弦信号 , 即 u = Ucos 3 *,u 2= U2cos 3 2 代入上式 , 经过计算,可
11、以得到下列结论：1 .输出电流中的直流分量,除了由静态工作点所确定的静态分量外,还增加了由于 非线性变换而引入的新分量；2输出电流中包含由下列通式表示的无限多个组合频率分量：（ 2-4 ） 当 p=1,q=1 的频率分量是有用相乘项产生的,而其他组合频率分量是无用相乘项产 生的。并且所有组合频率都是成对出现的,即存在就必有,存在就必有。3和差频率的出现使非线性器件能够实现频谱搬移,但其中某些频率分量可能落入 有用信号频带内而形成干扰。2.2 模拟乘法器电路分析模拟乘法器以差分放大电路作为主要组成部分,利用差分电路的非线性特性进行频 谱线性搬移,用双差分对电路可以使得输出信号模拟两个输入信号的乘
12、积,从而实现AM振幅调制。双差分对频谱搬移电路如图 2.1 所示,它由三个基本部分组成,也可以看成由两个 单差分对电路组成。VI、V2、V5组成差分对电路I, V3 V4 V6组成差分对电路U,两 个差分对电路的输出端交叉耦合。（2-5）（2-6）（ 2-7 ） （ 2-8 ）由式（ 2-7 ）（ 2-8）可得：2-9)可见双差分对的差动输出电流与两个输入电压 u1、u2 之间均为非线性关系。当 U1、U226mV寸，（2-10 ） 从上式可以看出，对小信号u1、u2,双差分对电路具有模拟相乘的作用。图 2.1 双差动乘法器在此之外，简单的双差分电路存在温度漂移的问题，可以另外用 V7 和 V
13、8 构成镜像 电流源，同时和同时都是对称双端输入，以上两个方面可以用来抑制 V1 到 V6 六个三极 管存在的温度漂移。图2.2集成模拟乘法器MC1496及其引脚图但在加上 V7、 V8 构成的镜像电流源之后，输出电压与输入电压的关系就和双差动电路的 输入输出关系不同，而是如下式所示（2-11 ） 令，则有（2-12） 模拟乘法器的输出为载波被抑制的调幅波，实现了振幅调制。2.3 阻抗匹配网络在输入信号经过模拟乘法器进行振幅调制之后，还必须在输出端加上相应的阻抗匹 配网络，以便能使负载获得最大的振幅调制输出信号。由于模拟乘法器抑制了载波，所 以在选择LRC并联阻抗匹配网络时要考虑使得 LC的阻
14、抗值能够满足= （2-13 ）或者=（2-14）当RLC并联网络谐振时，整个网络的阻抗值最大，输出电压也最大，能够较好的向 负载网络提供AM调幅信号。3 电路原理图绘制3.1 DXP 绘制电路原理图进入 Protel DXP 2004 后，依次点击工具栏上的 File/New/PCB Project ，新建一个后缀 名为 prjPCB 的工程文件。图 3.1 新建 prjPCB 工程文件接下来在刚建立的 prjPCB 的工程文件下点击 File/New/Schematic 新建一个后缀名 为 SchDoc 的原理图，建立原理图与工程的关联。图 3.2 新建原理图在绘制原理图时， Protel
15、DXP 2004 在工具栏上提供了常用元件的快捷方式，例如电 阻、电解电容、瓷片电容以及常用的与、或、非等组合逻辑门，使用起来很方便。如果 要使用其他元件则可以使用 Place/Part 命令打开元件选择窗口。若使 用 的是 比较 基 本的 元件 可 以在 Protel DXP 2004 默认 提 供的 元件 库 Miscellaneous Devices.lntLib 中直接浏览。 Protel DXP 2004 将元件的原理图符号， 元件描述、封装号以及 SI 仿真模型都集中在一起显示，使用起来很方便，也在一定程度 上避免了 Protel99SE 中不知道元件封装号的问题。如果需要修改，可以在 Model Name 框中自行修改。图 3.3 添加元件如果是寻找不那么常用的元件可以在元件库管理器中选择 Libraries/Search/SearchLibraries 命令，再输入元件名称查找。根据电路要求可以在DXP中加载相应的元件库，DXP中带有非常丰富的元件库，并且按照芯片的生产公司的名称分开放置，便于查找。如 果没有相应的元件，还可以通过 PCB库文件编辑器来自己编辑。图 3.4 加载元件库DXP中加载在本次设计中，模拟乘法器的本地载波信号由正弦信号源提供，则在Simul
