高頻模擬乘法器綜合實驗

1、實驗課程名稱：_高頻電子線路 實驗項目名稱模擬乘法器的綜合應(yīng)用設(shè)計實驗實驗成績實 驗 者專業(yè)班級組 別同 組 者 無實驗日期2015年5月31日一實驗?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)字電路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)，提高獨立設(shè)計高頻單元電路和解決問題的能力。二設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計任務(wù)：用模擬乘法器實現(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。已知：模擬乘

2、法器為1496，采用雙電源供電，Vcc=12V，Vee=-8V。2.設(shè)計要求：（1）全載波振幅調(diào)制與抑制載波振幅調(diào)制電路的設(shè)計與仿真：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。計算此條件時的AM調(diào)制信號的調(diào)制度m= ? , 分析AM與DSB信號m100%時，過零點的特性。（2）混頻器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對信號的混頻?；緱l件：AM信號條件：（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：按接收機制式自定。記錄各級信

3、號波形。三實驗原理與電路設(shè)計仿真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，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)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(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)

4、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。根據(jù)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(nèi)部電路如圖1（a）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(zhǔn)電路；V8、V9分別供給V5、V6管恒值電流Io,R5為外接電阻，可用以調(diào)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R4，利用 R4的負(fù)反饋作用，以擴大輸入電壓VS的動態(tài)范圍；Rc為外

5、接負(fù)載電阻。引腳8與10接輸入電壓VC，1與4接另一輸入電壓VS。其引腳圖如圖1（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 個有源晶體管，引腳 8 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。一個理想乘法器的輸出為VO=KVXVY，而實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

6、法器的信號增益，擴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

7、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，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。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

8、，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。 (a)1496內(nèi)部電路 (b)1496引腳圖圖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)計與仿真 調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻振蕩（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。在振幅調(diào)制過程中，根據(jù)所取出已調(diào)信號的頻譜分量不同，可分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）和抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）。 （1）普通振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3（a）所示 設(shè)載波信號表達式：調(diào)制信號表達式：則乘法器輸出AM調(diào)幅信號表達式：（2）抑制載波雙邊

9、帶振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3（b）所示 設(shè)載波信號表達式：調(diào)制信號表達式：則乘法器輸出DSB調(diào)幅信號表達式：則乘法器輸出SSB調(diào)幅信號表達式： 或(a)AM原理框圖 (b)SSB原理框圖圖3 AM與SSB原理框圖 2.1 AM與DSB電路的設(shè)計由集成模擬乘法器MC1496 應(yīng)用資料，得到典型應(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

10、，即：則當(dāng)VEE=-8V，I5=1mA時，可算得：（MC1496器件的靜態(tài)電流一般取I0I51mA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，擴展輸入信號U動態(tài)范圍。因為：式中Is為5腳的電流，當(dāng)選I5=1mA，Uy=1V(峰值)時，由上式可確定RB：RBU/I5=1/1X10-3=1K由此得到實際的模擬乘法器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)制電路原理圖2.2 AM與DSB電路的仿真（1）全載波振幅調(diào)制（AM

11、）A按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。B當(dāng)電路平衡時，即U=0,Uo=0 , 模擬乘法器1496的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)如表1。 引腳電壓（V）5.995.989-0.016-0.0167.9477.947-0.640-0.640-6.846-8.000 C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)計要求加入信號，載波信號UX：f=1MHZ /60-100mV 調(diào)制信號Uy：f=2KHz/150mV，此時實現(xiàn)AM調(diào)制。信號時域波形和頻域圖形如圖6所示。此條件時，M= ？D調(diào)R15使AM信號過調(diào)制，即使M100%。當(dāng)M100%時，過零點為一條直線。實驗

12、測得信號波形如圖7所示。 圖6 時域波形和頻域圖形 圖7 實測信號（2）抑制載波振幅調(diào)制（DSB）A令U=0，調(diào)WR1，使模擬乘法器腳間電壓為0V,即電路平衡。按設(shè)計要求加入信號，載波信號UX：f=500KHZ /50mV 調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，此時實現(xiàn)DSB調(diào)制。信號的時域和頻域波形如圖8所示。 圖8 信號的時域和頻域波形B實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。為M曲線。實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。 圖9 實測信號3混頻器電路設(shè)計與仿真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(diào)信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調(diào)信號。由于乘法器可以產(chǎn)生只包

13、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(xiàn)混頻功能。其原理框圖如圖10所示：圖10 乘法器混頻原理框圖用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在端和相差一中頻，再經(jīng)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3.1混頻器電路設(shè)計由1496模擬乘法器構(gòu)成混頻電路和外接元件參數(shù)與AM調(diào)制電路無異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設(shè)計的電路如圖11所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態(tài)。圖11 電路設(shè)計圖3.2 混頻器電路仿真（1）按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并完成電路連接。（2）調(diào)RW1使電路平衡時，即Uc=U=0,Uo=0。（3）按設(shè)計要求加入信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖12所示。圖12 實驗數(shù)據(jù)四體會與建議通過本次試驗，我了解模擬乘法器（MC1496）的電路組成結(jié)構(gòu)與工作原理。掌握了利用乘法器實現(xiàn)振幅調(diào)制、混頻兩種頻率變換電路的原理及設(shè)計方法。學(xué)到如何綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字