模擬乘法器應用實驗

1、 模擬乘法器是一種普遍應用的非線性模擬集成電路。模擬乘法器能實現兩個模擬乘法器是一種普遍應用的非線性模擬集成電路。模擬乘法器能實現兩個互不相關的模擬信號間的相乘功能。它不僅應用于模擬運算方面，而且廣泛地應用互不相關的模擬信號間的相乘功能。它不僅應用于模擬運算方面，而且廣泛地應用于無線電廣播、電視、通信、測量儀表、醫(yī)療儀器以及控制系統(tǒng)，進行模擬信號的于無線電廣播、電視、通信、測量儀表、醫(yī)療儀器以及控制系統(tǒng)，進行模擬信號的變換及處理。在高頻電子線路中，振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相變換及處理。在高頻電子線路中，振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過程，均可視為兩個信

2、號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘等調制與解調的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡單的多，而且性能優(yōu)越。法器實現上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、廣播電視等方面應用較多。集成模擬乘法器的常見產品有所以目前在無線通信、廣播電視等方面應用較多。集成模擬乘法器的常見產品有BG314BG314、F1595F1595、F1596F1596、MC1495MC1495、MC1496MC1496、LM1595LM1595、LM1596LM1596等。等。 （3 3）學會綜合地、系統(tǒng)地

3、應用已學到模、數電與高頻電子線路）學會綜合地、系統(tǒng)地應用已學到模、數電與高頻電子線路技術的知識，掌握對振幅調制、同步檢波、混頻和倍頻等單元電技術的知識，掌握對振幅調制、同步檢波、混頻和倍頻等單元電路的設計與仿真技能，提高獨立解決問題的能力。路的設計與仿真技能，提高獨立解決問題的能力。三、實驗任務與要求三、實驗任務與要求一、實驗任務一、實驗任務： 用模擬乘法器實現振幅調制用模擬乘法器實現振幅調制( (含含AMAM與與DSB)DSB)、同步檢波、混頻、倍頻和鑒、同步檢波、混頻、倍頻和鑒頻等頻率變換電路的設計。頻等頻率變換電路的設計。 已知：模擬乘法器為已知：模擬乘法器為14961496，采用雙電源

4、供電，采用雙電源供電，Vcc=12V VeeVcc=12V Vee=-8V.=-8V.二、實驗要求：二、實驗要求： 全載波振幅調制與抑制載波振幅調制電路的設計與仿真：全載波振幅調制與抑制載波振幅調制電路的設計與仿真： 基本條件：高頻載波：基本條件：高頻載波：500KHZ/100mV500KHZ/100mV， 調制信號：調制信號：1-3KHz/200mV1-3KHz/200mV， 模模擬乘法器采用擬乘法器采用LM1496LM1496。 并按信號流程記錄各級信號波形。計算此條件時的并按信號流程記錄各級信號波形。計算此條件時的AMAM調制信號的調制度調制信號的調制度m= ? , m= ? , 分析分

5、析AMAM與與DSBDSB信號信號m m100%100%時，過零點的特性。時，過零點的特性。 同步檢波器電路設計與仿真同步檢波器電路設計與仿真 實現對實現對DSBDSB信號的解調。信號的解調。 基本條件；載波信號基本條件；載波信號UXUX：f=500KHZ /50-100mV f=500KHZ /50-100mV 調制信號調制信號UyUy：f=2KHz/200mVf=2KHz/200mV，并按信號流程記錄各級信號波形。，并按信號流程記錄各級信號波形。三、實驗任務與要求三、實驗任務與要求二、實驗要求：二、實驗要求： 混頻器電路設計與仿真混頻器電路設計與仿真 實現對信號的混頻。實現對信號的混頻。

6、基本條件：基本條件：AMAM信號條件：（載波信號信號條件：（載波信號UXUX：f=500KHZ /50mV f=500KHZ /50mV ，調制信號，調制信號UyUy：f=2KHz/200mVf=2KHz/200mV，M=30%M=30%）中頻信號：）中頻信號：465KHZ465KHZ，本地載波：按接收機制式自定。，本地載波：按接收機制式自定。記錄各級信號波形。記錄各級信號波形。 倍頻器電路設計與仿真倍頻器電路設計與仿真 實現對信號的倍頻。實現對信號的倍頻。 基本條件：基本條件：Ux=UyUx=Uy（載波信號（載波信號UXUX：f=500KHZ /50mV f=500KHZ /50mV ）完成

7、電路設計與仿）完成電路設計與仿真，并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關系。真，并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關系。 整理所測數據及波形，認真分析各種頻率變換電路工作原理，用坐標紙畫整理所測數據及波形，認真分析各種頻率變換電路工作原理，用坐標紙畫出所測波形，寫出符合規(guī)范的綜合設計性實驗報告，并談談自己的體會。出所測波形，寫出符合規(guī)范的綜合設計性實驗報告，并談談自己的體會。 鑒頻器電路設計與仿真鑒頻器電路設計與仿真（擴展實驗）（擴展實驗） 實現對調頻實現對調頻FMFM信號的鑒頻。信號的鑒頻。 基本條件：載波信號基本條件：載波信號6.5MHZ6.5MHZ；調制信號；調制信號2KHZ2

8、KHZ；頻偏；頻偏75KHZ。完成電路完成電路設計與仿真操作，并記錄各級信號波形。設計與仿真操作，并記錄各級信號波形。四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示1 1MC1496MC1496集成模擬相乘器電路組成與集成模擬相乘器電路組成與基本工作原理基本工作原理 根據雙差分對模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器。其內部電路如圖1所示：其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器V5、V6組成的單差分放大器用以激勵V1V4; V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5 等組成多路電流源電路;V7、R5、R1為電流源的基準電路;V8、V9分別供給V5

9、、V6管恒值電流Io/2,R5為外接電阻，可用以調節(jié)Io的大小;由V5、V6 、兩管的發(fā)射極引出接線端 2和3，外接電阻RY，利用 RY的負反饋作用，以擴大輸入電壓u2的動態(tài)范圍;Rc為外接負載電阻。引腳8與10接輸入電壓Ux，1與4接另一輸入電壓Uy. MC1496的管腳排列如圖2所示，其符號如圖3所示 圖2 MC1496引腳排列 圖3模擬乘法器電路符號 圖1 MC1496內部電路 2 2電子工作平臺電子工作平臺 multisim11multisim11模擬乘法器模擬乘法器MC1496MC1496的創(chuàng)建的創(chuàng)建四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示 啟動啟動multisi

10、m11multisim11程序，程序，Ctrl+NCtrl+N新建電路圖文新建電路圖文件，按照件，按照MC1496MC1496內部結構圖，將元器件放到內部結構圖，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍的方框標示，表示完成子電路的選擇。為了的方框標示，表示完成子電路的選擇。為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入加輸入/ /輸出端口。單擊輸出端口。單擊Place / HB/SB Place / HB/SB Connecter

11、Connecter 命令或使用命令或使用Ctrl+ICtrl+I 快捷操作，屏快捷操作，屏幕上出現輸入幕上出現輸入/ /輸出符號，將其與子電路的輸輸出符號，將其與子電路的輸入入/ /輸出信號端進行連接。帶有輸入輸出信號端進行連接。帶有輸入/ /輸出符輸出符號的子電路才能與外電路連接。單擊號的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Replace by SubcircuitPlace/Replace by Subcircuit命令，屏幕上命令，屏幕上出現出現SubcircuitSubcircuit Name Name對話框，在對話框中輸對話框，在對話框中輸入入MC1496MC1496，單擊，單擊

12、OKOK，完成子電路的創(chuàng)建選擇，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標。雙擊子電路模塊，在出現的對話框中單標。雙擊子電路模塊，在出現的對話框中單擊擊Edit SubcircuitEdit Subcircuit 命令，屏幕顯示子電路命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路圖。的電路圖，可直接修改該電路圖。MC1496MC1496內內部結構部結構multisimmultisim電路圖如圖電路圖如圖1 1所示。電路模塊所示。電路模塊如圖如圖2 2所示。所示。 圖1 MC1496內部電路圖 圖2 MC1496電路模塊 3.3.振幅調制器

13、電路設計振幅調制器電路設計 在振幅調制過程中，根據所取出已調信號的頻譜分量不同，可分為普通調幅在振幅調制過程中，根據所取出已調信號的頻譜分量不同，可分為普通調幅（AMAM）、抑制載波的雙邊帶調幅（）、抑制載波的雙邊帶調幅（DSBDSB）和抑制載波的單邊帶調幅（）和抑制載波的單邊帶調幅（SSBSSB）。）。 1 1）普通振幅調制電路的原理框圖如圖）普通振幅調制電路的原理框圖如圖1 1所示所示 設載波信號的表達式為 tUtUccmccos調制信號的表達式為 cosmUtUt直流電壓為uDC則乘法器輸出的AM調幅信號的表達式為 tmUtmUtUttmUtUccmccmccmccmcos21cos21

14、coscoscos102 2）抑制載波雙邊帶振幅調制電路的原理框圖如圖）抑制載波雙邊帶振幅調制電路的原理框圖如圖2 2所示所示 設載波信號的表達式為 tUtUccmccos調制信號的表達式為 cosmUtUt則乘法器輸出的DSB調幅信號的表達式為 ttmUttmUtUccmcccmcoscoscoscos210單邊帶調幅波的表達式為 tmUtUccmcos210或 tmUtUccmcos2103.3.振幅調制器電路設計振幅調制器電路設計 啟動multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調用MC1496電路模塊，將設計好的電路元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，搭建AM/D

15、SB調幅整體電路，并給定輸入信號，其multisim電路圖如圖所示。3.1 3.1 乘法器振幅調制電路設計與制作乘法器振幅調制電路設計與制作四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示仿真時，若將R15設為50%，即時電路平衡，可實現DSB調制； 若將R15設為2%或99%時，即電路不平衡，可實現AM調制。HB2LM1496IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO8IO10IO12IO14V112 V V28 V C10.1FC21FR41kR5 1kR651R73.9kR83.9kC30.1FR96.8kR10 1.5kR11 1kR12 51R131kR1451R1550k

16、Key=A50%V380mVrms 500kHz 0 V4150mVrms 2kHz 0 C40.1FXSC1ABExt Trig+_+_C51FXSA1TIN4.4.乘積型同步檢波器乘積型同步檢波器 振幅調制信號的解調過程稱為檢波。常用方法有包絡檢波和同步檢波兩種。而振幅調制信號的解調過程稱為檢波。常用方法有包絡檢波和同步檢波兩種。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)律，抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡檢波進行解調，必須采用同步檢波方法。所以無法用包絡檢波進行解調，必須采用同步檢波方法。 同步檢波又分

17、為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，實現同步檢波是很方便的，其系統(tǒng)框圖如下：實現同步檢波是很方便的，其系統(tǒng)框圖如下： 在乘法器的一個輸入端輸入抑制載波雙邊帶信號信號： 另一輸入端輸入同步信號（即載波信號）tutuccmccos)(, 經乘法器相乘，由此可得輸出信號tuuKtuKtuuKtutuKtuccmsmEcsmEcmsmEcsEo)2(41)2cos(21cos21)()()(上式中，第一項是所需要的低頻調制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現雙邊帶信號的解調。四、實驗原理

18、說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示 ttmUttmUtUccmcccmcoscoscoscos210四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示4.4.乘積型同步檢波器乘積型同步檢波器 HB1LM1496IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO8IO10IO12IO14V112 V V28 V C10.1FC21FR4 1kR5 1kR651R73.9kR83.9kC30.1FR96.8kR10 1kR111kR1251R131kR1451R1550kKey=A50%C40.1FR1610kC510000pFC610000pFA11 V/V 0 V YXV3150

19、mVrms 500kHz 0 V4200mVrms 2kHz 0 XSC1ABCDGT14961496同步檢波電路同步檢波電路 啟動multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，搭建設計好的同步檢波整體電路，其multisim電路圖如圖所示。, 四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示5.5.模擬乘法器實現混頻模擬乘法器實現混頻 由于乘法器可以產生只包含兩個輸入信號之和頻及差頻分量的輸出信號，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實現混頻功能。其原理如圖所示：由圖可知 ：若經乘法器相乘，由此

20、可得輸出信號 混頻電路的作用是在本地振蕩電壓的作用下，將載頻為fc的高頻已調信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調信號。tUtUssxcos)(tUtUy00cos)()cos()cos(21coscos)(00000ttUKUttUKUtUsssssc經帶通濾波器后，取差頻tUKUtUss)cos(21)(000is0為所需要的中頻頻率，可見 xUyU用模擬乘法器實現混頻，就是在端和相差一中頻，再經過帶通濾波器取出中頻信號。 端分別加上兩個不同頻率的信號，兩信號四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計思路提示5.5.模擬乘法器實現混頻模擬乘法器實現混頻 啟動multisim11程序

21、，Ctrl+N新建電路圖文件，Ctrl+B調用MC1496電路模塊，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，搭建所設計好的同步檢波電路，其multisim電路圖如圖所示。HB1LM1496IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO8IO10IO12IO14V112 V V28 V C10.1FC21FR4 1kR5 1kR651R73.9kR83.9kC30.1FR96.8kR10 1kR111kR1251R131kR1451R1550kKey=A50%C40.1FC5430pFC6430pFV4200mVrms 1030kHz 0 V350mV 565kHz 2kHz AML1470HXSC2ABExt Trig+_+_14961496混頻電路混頻電路、。四、實驗原理說明及設計思路提示四、實驗原理說明及設計