朱彩莲

（东莞职业技术学院 电子工程系，广东 东莞 523808）

随着仿真技术在电子设计中的不断应用，传统的基于硬件的电子设计方法正在朝着先仿真设计调试，然后再硬件调试方向发展。在传统高频电子技术中，信号的调制采用纯理论的方法进行分析，然后通过电路实现，不是很直观。本文利用Multisim强大的电子电路仿真工具，设计了基于乘法器实现信号的正常调幅和平衡调幅电路，并对电路进行仿真分析。

1 调幅电路理论知识

根据高频电子技术理论，调制就是将所传递的信号“附加”到高频载波上。根据调制时被控制的高频参数的不同，可以分为调幅、调频和调相电路。调幅就是控制高频载波信号的振幅随着低频调制信号的变化而变化；调频或调相就是控制高频载波信号的频率或相位随着低频调制信号的变化而变化[1-2]。

正常调幅波的表达式为：

cosω0t（为简单起见，设初相为 0°）。

利用三角函数变换，可得到：

其中ma=VΩ/V0为调幅系数。式中第一项为载波分量，第二项和第三项分别为上边频和下边频。

平衡调幅波为抑制了载波频率成分的调幅波，它的表达为：

利用三角函数变换，可得到：

上式表明平衡调幅波只有上边频和下边频。

2 基于乘法器调幅电路设计

由调幅电路理论知识，设计利用乘法器来实现信号的幅度调制。图1所示电路为乘法器实现正常调幅电路，电路输出：v0=KXY=KV1（V2+V3）[3-4]。 V1是一个频率为 20 kHz，幅度为1 V，初相为0°的高频载波信号；V2是一个频率为1 000 Hz，幅度为1 V，初相为0°的低频调制信号；V3为2 V的直流电源，改变V3的大小，可以改变调制系数ma。

3 电路仿真分析

下面利用Multisim强大的电路仿真功能，对电路进行仿真分析，来进一步研究乘法器能否实现信号的幅度调制。

图1 乘法器正常调幅电路Fig.1 Multiplier normal amplitudemodulation circuit

3.1 乘法器实现正常调幅电路仿真分析

在Multisim软件中按图1连接电路，设置各信号，电路的调幅系数等于V2的振幅与V3的比值，电路中此时设置的参数，调幅系数为1/2=0.5。双击打开电路中示波器，打开仿真开关，观察输出波形。观察到的输出波形如图2（a）所示。由图可以看出，高频载波信号的振幅随着调制信号的变化而变化，高频载波信号振幅的包络变化与低频调制信号是一致的，实现了信号的幅度调制。

将V2设置为1 V，此时的调幅系数为1/1=1，观察到的输出波形如图2（b）所示。这时处于临界调制状态。

将V2设置为0.5 V，此时的调幅系数为1/0.5=2，观察到的输出波形如图2（c）所示。观察图2（c）所示波形，这时输出信号振幅包络的变化已不能反映调制信号的变化，这种状态称为过调制，在实际调制电路中，过调制是不允许的。

图2 不同调制系数时调幅波形Fig.2 Amplitudemodulation waveform of differentmodulation coefficient

Multisim提供了丰富的电路分析方法[5-6]，下面对图2（a）所示输出调制信号的频谱进行分析。启动分析菜单中的Fourier Analysis…命令，在弹出的对话框中进行相应设置，得到如图3所示幅谱图，上面的表格是幅谱图列表表示方式，下面是图形表示方式。从频谱图可以看出：调幅过程实际上是一种频谱搬迁过程。经过调幅后，调幅信号的频谱被搬迁到载波附近，成为对称排列在载频两侧的上边频和下边频，两者的振幅相等。调制后的信号包含有3个频率成分，载波频率成分（20K）、上边频（20K＋1K）、下边频（20K-1K）。出：v0=KXY=KV1V2[7-8]。 V1是一个频率为 20 kHz，幅度为 1 V，初相为0°的高频载波信号；V2是一个频率为1 000 Hz，幅度为1 V，初相为0°的低频调制信号。

图3 调幅电路输出信号频谱Fig.3 Amplitudemodulation signal spectrum

图4 乘法器平衡调幅电路Fig.4 Multiplier balance amplitudemodulation circuit

3.2 乘法器实现平衡调幅电路仿真分析

将正常调幅电路中的直流电源设置为0，就可以实现平衡调幅。图4所示电路是乘法器实现平衡调幅电路，电路输

打开示波器，打开仿真开关，观察输出信号波形，观察到的平衡调幅信号如图5所示，波形符合信号平衡调幅的特点，电路实现了信号的平衡调幅。

启动分析菜单中的Fourier Analysis…命令，进行相应设置后仿真得到如图6所示频谱图。从频谱图可以看出：平衡调幅过程也实现了频谱搬迁。经过调幅后，调幅信号的频谱被搬迁到载波附近，成为对称排列在载频两侧的上边频和下边频，两者的振幅相等。但与正常调幅后的频谱图相比较，可以看到，平衡调幅后的信号频谱中不再含有载波成分。调制后的信号包含有两个频率成分，上边频（20K＋1K）和下边频（20K-1K）。

图5 平衡调幅输出波形Fig.5 Balance amplitudemodulation waveform

图6 平衡调幅信号频谱Fig.6 Balance amplitudemodulation signal spectrum

4 结 论

从电路仿真的波形可以看到，电路的输出信号波形实现了调幅的目的，将要传送的低频信号“附加”到了高频载波上，使高频载波信号的振幅随着低频调制信号的变化而变化。从频谱角度上看，乘法器是一个线性频率变换器件，可以实现线性的频谱变换，将低频信号“搬迁”到高频信号上，乘法器正是利用这一特点很好地实现了信号的调幅。

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