高頻模擬乘法器

1、實(shí)驗(yàn)課程名稱：_高頻電子線路 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱模擬乘法器的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成績實(shí) 驗(yàn) 者專業(yè)班級組 別8同 組 者實(shí)驗(yàn)日期16年6 月 20日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、意義1了解模擬乘法器（MC1496）的電路組成結(jié)構(gòu)與工作原理。2掌握利用乘法器實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制、同步檢波、倍頻與混頻等幾種頻率變換電路的原理及設(shè)計(jì)方法。3學(xué)會綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字電與高頻電子線路技術(shù)的知識，掌握對振幅調(diào)制、同步檢波、混頻和倍頻電路的制作與仿真技術(shù)，提高獨(dú)立設(shè)計(jì)高頻單元電路和解決問題的能力。二設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù):用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制(含AM與DSB)、同步檢波、混頻、倍頻等頻率變換電路的設(shè)計(jì)，已知：模擬乘法

2、器為1496，采用雙電源供電，Vcc=12V Vee=-8V.（2）設(shè)計(jì)要求： 全載波振幅調(diào)制與抑制載波振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真：基本條件：高頻載波：500KHZ/100mV， 調(diào)制信號：1KHz/300mV， 模擬乘法器采用LM1496。并按信號流程記錄各級信號波形。計(jì)算此條件時(shí)的AM調(diào)制信號的調(diào)制度m= ? , 分析AM與DSB信號m100%時(shí)，過零點(diǎn)的特性。 同步檢波器電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)對DSB信號的解調(diào)。基本條件；載波信號UX：f=500KHZ /50mV 調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，并按信號流程記錄各級信號波形。 混頻器電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)對信號的混頻?；緱l件：AM信號條

3、件：（載波信號UX：f=565KHZ /50mV ，調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，M=30%）中頻信號：465KHZ，本地載波：按接收機(jī)制式自定。記錄各級信號波形。 倍頻器電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)對信號的倍頻?；緱l件：Ux=Uy（載波信號UX：f=500KHZ /50mV ，）并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關(guān)系。三實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì)仿真1、集成模擬乘法器1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成模擬乘法器是完成兩個(gè)模擬量（電壓或電流）相乘的電子器件。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個(gè)信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比

4、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(yīng)用較多。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介紹MC1496集成模擬乘法器。（1）MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MC1496 是目前常用的平衡調(diào)制/解調(diào)器。它的典型應(yīng)用包括乘、除、平方、開方、倍頻、調(diào)制、混頻、檢波、鑒相、鑒頻、動態(tài)增益控制等。MC1496 的和內(nèi)部電路與外部引腳圖如圖1(a)(b)所示。(a)1496內(nèi)部電路 (b)1496引腳圖圖1 MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖它內(nèi)部電路含有 8 個(gè)有源晶體管，引腳 8

5、與 10 接輸入電壓 VX、1與 4接另一輸入電壓VY，6 與12 接輸出電壓 VO。一個(gè)理想乘法器的輸出為VO=KVXVY，而實(shí)際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關(guān)系為：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。為了得到好的精度，必須消除 VXOS、VYOS與 VZOX三項(xiàng)失調(diào)電壓。引腳 2 與 3 之間需外接電阻，對差分放大器 T5與 T6產(chǎn)生交流負(fù)反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴(kuò)展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。各引腳功能如下：1：SIG+ 信號輸入正端 2: GADJ 增益調(diào)節(jié)端3：GADJ 增益調(diào)節(jié)端 4: SIG- 信號輸入負(fù)端5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正電流輸出

6、端 7: NC 空腳 8: CAR+ 載波信號輸入正端 9: NC 空腳 10: CAR- 載波信號輸入負(fù)端11: NC 空腳 12: OUT- 負(fù)電流輸出端13: NC 空腳 14: V- 負(fù)電源（2）Multisim建立MC1496電路模塊啟動multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍的方框標(biāo)示，表示完成子電路的選擇。為了能對子電路進(jìn)行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上

7、出現(xiàn)輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進(jìn)行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出現(xiàn)Subcircuit Name對話框，在對話框中輸入MC1496，單擊OK，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復(fù)制到用戶器件庫，同時(shí)給出子電路圖標(biāo)。雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對話框中單擊Edit Subcircuit 命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路圖。MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)multisim電路圖和電路模塊如圖2所示。 圖2 MC1496的內(nèi)部電路及電路模塊引腳圖2、AM與DSB電路的設(shè)計(jì)與仿真調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號去

8、控制高頻振蕩（載波）的幅度，使高頻振蕩的振幅按調(diào)制信號的規(guī)律變化。 把調(diào)制信號和載波同時(shí)加到一個(gè)非線性元件上(例如晶體二極管或晶體三體管)，經(jīng)過非線性變換電路，就可以產(chǎn)生新的頻率成分，再利用一定帶寬的諧振回路選出所需的頻率成分就可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。幅度調(diào)制信號按其不同頻譜結(jié)構(gòu)分為普通調(diào)幅（AM）信號，抑制載波的雙邊帶（DSB）信號，抑制載波和一個(gè)邊帶的單邊帶（SSB）信號。利用模擬乘法器相乘原理實(shí)現(xiàn)調(diào)幅是很方便的，工作原理如下：在乘法器的一個(gè)輸入端輸 入載波信號 另一輸入端輸入調(diào)制信號，則經(jīng)乘法器相乘，可得輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號的表達(dá)為：W W若要輸出普通調(diào)幅信號，只要調(diào)節(jié)外部電路的平衡電位器，

9、使輸出信號中有載波即可。輸出信號表達(dá)式為：普通振幅調(diào)制電路的原理框圖與抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3所示 圖3 AM與DSB電路的設(shè)計(jì)查集成模擬乘法器MC1496 應(yīng)用資料（附錄1），得典型應(yīng)用電路如圖4所示。圖4 1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖圖中載波信號經(jīng)高頻耦合電容C1輸入到Uc端，C3為高頻旁路電容，使交流接地。調(diào)制信號經(jīng)高頻耦合電容C2輸入到U端，C5為高頻旁路電容，使交流接地。調(diào)制信號UAM從腳單端輸出。電路采用雙電源供電，所以腳接Rb到地。因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小，即：則：當(dāng)VEE=-8V，I5=1mA時(shí)，可算得：（MC1496器件的靜態(tài)電流一般取I0I

10、51mA左右）R5=（8-0.75）/（1X10-3）-500=6.75K 取標(biāo)稱電阻，則R5=6.8KMC1496的腳外接電阻RB，對差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負(fù)回授，可調(diào)節(jié)乘法器的增益，擴(kuò)展輸入信號U動態(tài)范圍。因?yàn)椋篣I5RB式中 I5為5腳的電流，當(dāng)選I5=1mA，Uy=1V(峰值)時(shí)，由上式可確定RB：RBU/I5=1/1X10-3=1K負(fù)載電阻RC的選擇由于共模靜態(tài)輸出電壓為：U6=U12=VCC-I5RL式中U6、U12是6腳與12腳的靜態(tài)電壓。當(dāng)選U6=U12=8V，VCC=12V，I5=1mA時(shí)，RL=（VCC-U6）/I5=(12-8)/(1X10-3)=4K，取標(biāo)稱電阻R

11、L=3.9K。電阻R1、R2、R3與RC1、RC2提供芯片內(nèi)晶體管的靜態(tài)偏置電壓，保證各管工作在放大狀態(tài)。阻值的選取應(yīng)滿足如下關(guān)系：， ， 所以?。篟1=R2=1K R3=51 R4=R5=750，R6=R7=1K，WR1=10 K電阻R4、R5、WR1、R6和R7用于將直流負(fù)電源電壓分壓后供給MC1496的1、4腳內(nèi)部的差分對三極管基極偏置電壓。通過調(diào)節(jié)RP，可使MC1496的1、4端的直流電位差為零，即U輸入端只有調(diào)制信號輸入而沒有直流分量，則調(diào)幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波；若調(diào)節(jié)RP，使MC1496的1、4端的直流電位差不為零，則電路有載波分量輸出，為普通調(diào)幅波。耦合電容與高頻電

12、容的選擇電容C1與C2應(yīng)選擇得使其電抗在載波頻率上低于5，即：1/C1=1/C25 所以取C1=C3=0.1uf,C2=C5=4.7uf,由此得到實(shí)際的模擬乘法器1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路與測量系統(tǒng)電原理圖，如圖5。圖5 1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖 AM與DSB電路的仿真1) 全載波振幅調(diào)制（AM）（1） 按設(shè)計(jì)電路設(shè)置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。電路如圖10. 圖10（2） 當(dāng)電路平衡時(shí)，即U=0,Uo=0 , 模擬乘法器1496的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)如表1。 （3） 調(diào)R15（99%），使模擬乘法器腳間電壓為+200mV,即電路不平衡。按設(shè)計(jì)要求加入信號，載波信號UX：f=1

13、MHZ /60-100mV 調(diào)制信號Uy：f=2KHz/150mV，此時(shí)實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制。信號時(shí)域波形和頻域圖形如圖6、7所示。圖6 圖7(2) 抑制載波振幅調(diào)制（DSB）(1) 令U=0，調(diào)WR1，使模擬乘法器腳間電壓為0V,即電路平衡。電路連線如圖9 圖 9按設(shè)計(jì)要求加入信號，載波信號UX：f=500KHZ /50mV 調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，此時(shí)實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制。信號的時(shí)域和頻域波形如圖8所示。 圖8 （4）倍頻器電路設(shè)計(jì)與仿真倍頻器電路設(shè)計(jì)由模擬相乘器構(gòu)成的倍頻器電路原理框圖如圖16所示：當(dāng)輸入信號為： ， 即模擬相乘器接成如圖16所示， 就構(gòu)成了平方運(yùn)算電路， 其輸出與輸入的關(guān)系是： 如果 圖16則有 因此， 只要在圖14的輸出端加一隔直電容， 便可實(shí)現(xiàn)正弦波的二倍頻。其輸出電壓即為 依據(jù)以上原理，設(shè)計(jì)出的實(shí)際倍頻電路如圖17所示：圖17倍頻器電路仿真1、按設(shè)計(jì)電路設(shè)置元件參數(shù)并完成電路連