MC1496集成电路模拟乘法器的应用

1、一. 主要内容用集成模拟乘法器MC149殴计调幅器和同步检波器二. 基本要求1：电源电压12v集成模拟乘法器 MC1496 载波频率f c=5MHZ调制信号频率f q=1KHZ2:完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书， 设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚， 图纸齐备。3:设计时间为一周。三. 主要参考资料1：李银华 电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.62:谢自美 电子线路设计实验测试华中科技大学出版社2003.103:张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11完 成 期 限：2010621-2010627指导教师签名：课程负责人签名： 王新金2010年

2、6月20日目录一设计要求 2二设计的作用及目的 2三设计的具体实现33.1 MC1496的工作原理及电路图 43.2调幅器的工作原理及电路图53.3检波器的工作原理及电路图 6五心得体会 13六参考文献 149集成电路模拟乘法器的应用一设计要求本设计要求用集成模拟乘法器 MC1496设计调幅器和同步检波 器，其具体要求如下：1. 电源电压12v2. 集成模拟乘法器 MC14963. 载波频率f c=5MHZ4. 调制信号频率f q=1KHZ二设计作用及目的通过本课题的设计，提高学生实际动手能力，巩固所学理论 知识，进一步深入了解集成模拟乘法器的工作原理，掌握调幅器 与检波器的设计原理用来实现全

3、载波调幅、测量调幅系数，实现 调幅波形的变换，学会分析实验现象。掌握这些后对调幅波信号 进行解调，采用设计的二极管包络检波器、低道滤波器电路来实 现。了解二极管包络检波器、滤波器的主要指标，对检波频率及 波形进行分析。在此次设计中，综合运用了所学知识，构成了新 的知识框架，提高了对知识的理解与实际运用能力，进一步熟悉 常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则，提高了知识 运用的综合能力。三设计的具体实现3.1 MC1496的工作原理及电路图1)MC1496的内部结构Signal InputGam AdjustGam AdjustOutputN/CCarrief InputrCOutputr

4、rclrx)ut earnerVLLSignal InputB asci?弓I.斟酣图为MC1496的内部电路及引脚图MC1496是四象限模拟乘法器，其内部电路图和引脚图如图10-1所示其中Vi、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两 组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可 正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源 2)静态工作点的设定(1)静态偏置电压的设置静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于 2V，小于或等于最大允许工作电压。根据 MC1496的特性参数，对

5、于图10-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电 压(输入电压为0时)应满足下列关系，即V 8= V 10,V 1= V 4,V 6= V 1212VV 6 ( v 12) V 8 ( V 10)>2V12V >v 8 ( v io) v i ( v 4)>2.7V12V >v i ( v 4) v 5>2.7V静态偏置电流的确定静态偏置电流主要由恒流源Io的值来确定。当器件为单电源工作时， 引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于Io是I5的镜像电流, 所以改变Vr可以调节Io的大小，即,Vcc-0.7VIo : I5 :Vr + 5OO当器件为双电源

6、工作时，引脚14接负电源-Vee, 5脚通过一电阻Vr接地，所以改变Vr可以调节Io的大小，即Io"Vr 5OO根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，般取Io I5 =1mA。在本实验电路中Vr用6.8K的电阻R15代替。3.2调幅器的工作原理及电路图X通道两输入端8和10脚直流电位均为6V,可作为载波输入通道；丫 通道两输入端1和4脚之间有外接调零电路；输出端 6和12脚外可接调谐 于载频的带通滤波器；2和3脚之间外接丫通道负反馈电阻R。若实现普通 调幅，可通过调节1OkQ电位器RR使1脚电位比4脚高错误！未找到引用 源。，调制信号错误！未找到引用源。与直流电压错

7、误！未找到引用源。叠 加后输入丫通道，调节电位器可改变 错误！未找到引用源。的大小，即改 变调制指数M;若实现DSBM制，通过调节1OkQ电位器RR使1、4脚之间 直流等电位，即丫通道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的 电流，便于调零准确，可加大两个 75OQ电阻的阻值，比如各增大1OQ。MC1496线性区好饱和区的临界点在15-20mV左右，仅当输入信号电压 均小于26mV时，器件才有良好的相乘作用，否则输出电压中会出现较大的 非线性误差。显然，输入线性动态范围的上限值太小， 不适应实际需要。为 此，可在发射极引出端2脚和3脚之间根据需要接入反馈电阻 R=1kQ，从 而扩大调制信

8、号的输入线性动态范围，该反馈电阻同时也影响调制器增益。 增大反馈电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态范围。MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器 件来实现。1脚和4脚所接对地电阻R、R6决定于温度性能的设计要求。若要在较 大的温度变化范围内得到较好的载波抑制效果 （如全温度范围-55至+125）， R、民一般不超过51 Q ;当工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的 电阻。R1-R4及RR为调零电路。在实现双边带调制时，R和F2接入，以使载漏丄ABIN LOu O-Br,10k7504.7kF50 750IkLQ110险 6.8kcT_lOOur-

9、CZJ曲口 Rl2中卜510kJ2 1MR対f.RFCI EKms+12vRJC14JWV_Rig 4, J：DaDW2 _LMi -12V减小；在实现普通调幅时，将 R及F2短路（关闭开关S、S2）,以获得足够 大的直流补偿电压调节范围，由于直流补偿电压与调制信号相加后作用到乘 法器上，故输出端产生的将是普通调幅波，并且可以利用RR来调节调制系数的大小。5脚电阻R决定于偏置电流I5的设计。I5的最大额定值为10mA通常 取1mA由图可看出，当取l5=1mA双电源(+12V, -8V)供电时，R可近 似取6.8k Q。输出负载为Rl5,亦可用L2与G组成的并联谐振回路作负载，其谐振频率等于载频

10、，用于抑制由于非线性失真所产生的无用频率分量。VT所组成的射随器用于减少负载变化和测量带来的影响。3.3检波器的工作原理及电路图调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器，同步检波器。同步检波器利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘， 再通过低通 滤波器除高频分量而获得调制信号。如 图5-3所示，采用1496集成电路构 成解调器，载波信号Vc经过电容C5010加在、脚之间，调幅信号 Vam 经电容C5011加在、脚之间，相乘后信号由(12)脚输出，经C5013、C5014、 R5020组成的低通滤波器，在解调输出端，提取调制

11、信号。-8VC5 006GND1HHU5RC5 00 1CrTO5RC5 00 4卄一10P50 0 3 1GNDP50 01GNDMP5 00 1C5 002卄一Rp 50 02V000HU5RI OHHU5R32V5 001U5 0014GND+ 12 V4UO5R31U5RPR GNDMC1496构成的解调器二极管包络检波器（大信号）当输入信号较大（大于0.5伏）时，利用二极管单向导电特 性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。大信号检波原理电路如图5-4-a所示。检波的物理过程如下: 在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器 C充电, 由于二极管的正向导通电阻很小， 所以充电

12、电流iD很大，使电容 器上的电压U c很快就接近高频电压的峰值。充电电 流的方向如下图所示吟Fl+ 充C上放R* f 电下电H w二极管检波器原理图及波形图这个电压建立后通过信号源电路， 又反向地加到二极管D的 两端。这时二极管导通与否，由电容器 C上的电压U c和输入信 号电压U i共同决定。当高频信号的瞬时值小于 U c时，二极管处 于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻 R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容 器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二 极管上的负压，使二极管又导通。如图54 b中的ti至t2的时 间为二极管导通的时间，在

13、此时间内又对电容器充电，电容器的 电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。 在图5 4b中的t2 至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电 阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图 54b中电压uc 的波形。因此只要充电很快，即充电时间常数R C很小（R为二极管导通时的内阻）；而放电时间常数足够慢，即放电时间常 数R- C很大，满足Rd C<< RC就可使输出电压u c的幅度接近 于输入电压U i的幅度,即传输系数接近1。另外，由于正向导电 时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期（放电时U c的基本不变），所以输出电压u c的起伏是很小的，可看成与高频调 幅波包络

14、基本一致。而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状 相同，故输出电压u c就是原来的调制信号，达到了解调的目的。根据上述工作特点，大信号检波又称峰值包络检波。理想情 况下，峰值包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全 相同。但实际上二者之间总会有一些差距，亦即检波器输波形有 某些失真。本实验可以观察到该检波器的两种特有失真：即惰性 失真和负峰切割失真。惰性失真是由于负载电阻 R与负载电容C选得不合适，使放 电时间常数RC过大引起的。惰性失真又称对切割失真，如下图如图中ti-t 2时间内，由于调幅波的包络下降，电容 C上的 电荷不能很快地随调幅波包络变化，而输入信号电压 U i总是低 于电容

15、C上的电压U c ,二极管始终处于截止状态，输出电压不受 输入信号电压控制，而是取决于 RC的放电，只有当输入信号电 压的振幅重新超过输出电压时，二极管才重新导电。为了避免这种失真，理论分析证明，R- C的大小应满足下列条件小 Ji-Ma2R C :-" max式中ma是调制系数；Q max是被检信号的最咼调制角频率。负峰切割失真是由于检波器的直流负载电阻 R与交流（音频）负载电阻相差太大引起的一种失真。检波器总是通过耦合电容 Cc与低频放大器或其他电路相连接。 如图5 6所示。图中CC是耦合电容，容量较大；ri2是下一级电 路的输入电阻（一般较小1K Q左右）。由图可见：检波器的直

16、流 负载电阻为R （ Rl）；由于Cc的容量较大，对音频（低频）来说, 可以认为是短路。Vi接有交流负载的检波器因此，检波器的交流负载电阻 R等于R与ri2的并联值，即RXi2Rri2:R显然交、直流电阻是不同的，因而有可能产生失真。这种失真通常使检波器音频输出电压的负峰被切割，因而称为负峰切割失真或底部切割失真，如下图所示。为了避免这种失真，经理论分析 R和R ，应满足下列条件Ma max 一VimaViV负峰切割失真适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程，它具 有电路简单，易于实现，本实验如下图所示，主要由二极管 D5006及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性 和检波负载RC的充放电过程实现检波。所以RC时间常数选择很重要，RC时间常数过大，则会产生对角切割失真。RC 时间常数太小，高频分量会滤不干净。M5106J5104M5107|2 1M5108R5112 D51024=P5103R5113C51213 O OOP5105C5118GNDGNDR51042 J15105C51191GNDRp5102C5120GNDR5115h4jRp51031GND14二极管包络检波器五心得体会通过本课题的设计，增强了我的实际动手能力，巩固所学理 论知识，进一步深入了解集成模拟乘法器的工作原理，在一定程 度上掌握了调幅器与检波器的设计原理用