模拟乘法器应用实验2市公开课金奖市赛课一等奖课件

试验四.

模拟乘法器应用试验模拟乘法器是一个利用晶体管非线性特征，经过电路上巧妙安排，在输出中把两路输入信号抵消掉仅保留由非线性产生两路输入信号乘积项，从而取得良好乘积特征集成器件。其用途广泛，除用于各种频率变换：如平衡调制、混频、倍频、同时检波、鉴频、鉴相、自动增益控制等电路外，还可与放大器结合完成许多数学运算。惯用模拟乘法器有双差分模拟乘法器MC1496、MC1596，四象限模拟乘法器BG314及超高频四象限乘法器A0834等。第1页试验任务与要求试验目标

（1）了解模拟乘法器工作原理（2）学会利用模拟乘法器完成平衡调制、混频、倍频、同时检波、鉴相及鉴频等功效。第2页试验仪器高频信号发生器QF1055A一台;超高频毫伏表DA22A一台;频率特征测试仪BT－3C一台;直流稳压电源HY1711－2一台;数字示波器TDS210一台.第3页试验任务与要求基本试验试验线路及说明

试验电路如图1所表示。该电路可用来实现普通调幅、平衡调制、混频、倍频、同时检波等功效。图中RL为负载电阻，RB是偏置电阻，RE是负载反馈电阻，RW和R1、R2组成平衡调整电路，调整RW，可使1、4两脚直流电位差为零，从而满足平衡调幅需要，若1、4脚直流电位差不为零，则1、4输入包含调制信号和直流分量两部分，此时可实现普通调幅波，电感L1和C1、C2组成BPF以混频输出所需465KHz中频信号，同时检波可用前边限幅器(未给处)和模拟乘法器及低通滤波器（L2C3C4）组成。

第4页图1.模拟乘法器应用电路一：振幅调制、混频等第5页

基本命题1.试验前，全部试验先进行计算机仿真，研究载波、调制信号大小及频率改变，直流分量大小对已调信号影响。第6页2.用模拟乘法器MC1596实现正弦调幅。分别加入fx=500KHz，Ux=50mV，fy=10KHz，Uy=0.2V信号时调电位器RW工作在不平衡状态时便可产生含载波正弦调幅信号。

a:保持Ux（t）不变，改变Uy值：50mV、100mV、150ｍV、200mV、250mV时，观察Uo(t)改变，并作出m～Uy(t)关系曲线（*m指以调信号调幅系数测试时可用公式m=(A-B)/(A+B)）

b:保持Uy(t)不变，fy由小到大改变时，输出波形又怎样改变？第7页3.用模拟乘法器MC1596实现平衡调幅波。

a.调平衡：将乘法器y输入端接地,即Uy(t)=0,x输入端加入fx=500KHz,Ux=50mV输入信号,调电位器RW使Uo(t)=0。

b分别加入fx=500KHz,Ux=50mV;fy=50KHz,Uy=200mV信号时,微调RW即可得到平衡双边带信号,描绘Uo(t)波形,要尤其注意调制信号过零时载波倒相现象。

c.保持Ux(t)不变，使Uy(t)由小到大改变，观察Uo(t)改变，记下改变结果，并测出最大不失真Uo(t)所对应Uy(t)大小。

d.保持Ux(t)不变，fy改变时Uo(t)改变情况怎样？第8页4.用MC1596实现倍频:调整模拟乘法器仍工作在平衡状态，在x输入端和y输入端同时加fi=200KHz，Ui=50mV信号，微调Rw，用示波器双踪观察Uo(t)b

和Ui(t)关系，即有fo=2fi第9页5.用MC1596实现混频:在乘法器输入端分别加入fx=565KHz，Ux=50mV和fy=100KHz，Uy=0.1V信号，在乘法器输出端接入465KHz带通滤波器，使可得到两信号差频输出，实现混频作用，统计输出波形及频率值。6.用MC1596实现同时检波:按原理电路(图1)连接，当输入端加入调幅波信号时，该信号载波频率为500KHz，大小为50mV，调制频率为1KHz，m=30%时，分别观察图中A、B、C及输出Uo(t)波形。第10页扩展命题1.用模拟乘法器实现鉴频:试验电路如图2。输入信号Us其载频fc=10.7MHz，调制频率F=1KHz，频偏Δfm=75KHz,载波幅度Ucp.p=40mV,观察Uo(t)，并测出整个电路特征曲线.即鉴频特征曲线(本试验用扫频仪进行),扫频仪使用请参考本章第一节相关内容。图2给出是用模拟乘法器MC1596实现相位鉴频电路。其中C1与并联谐振回路LC共同组成线性移相网络，将调频波瞬间时频率改变转变为瞬时相位改变（即FM波变为FM－PM）。MC1596作用是将FM波与FM－PM波相乘，输出端接集成差分放大器将双端输出变为单端输出，再经RC组成LPF输出。第11页模拟乘法器应用电路二：鉴频器第12页2.怎样用模拟乘法器实现自动增益控制？3.平衡调制过程中会出现哪几个不正常波形？试分析原因。

4.调幅时出现过调制波形怎样？原因是？用试验说明。

整理所测数据及波形，认真分析各种频率变换，用坐标纸画出所测波形，写出规范试验汇报，并谈谈自己体会。第13页试验说明及思绪提醒MC1596(MC1496)电原理图和引脚图如图3所表示模拟乘法器经典应用及仿真波形

1.平衡调制――抑制载波调制(DSB－SC):即乘法器在载波和调制同时输入时，经过平衡调整（接在信号Uy通路电位器），使载波馈通为零，输出端只有两输入信号乘积项，从而完成平衡调制，实现框图如图4.

第14页图3.MC1596内部电路及引脚功效图以下：第15页图4:平衡调制框图以下：由框图有：用图1进行平衡调幅仿真，其波形和频谱分别见图5(a).5(b)第16页图5(a).双边带平衡调幅波形以下：第17页图5(b).双边带平衡调幅频谱以下：第18页仿真条件：载波频率fx=500KHZ,U=10mV.调电位器工作在平衡状态调制频率fy＝10KHz,调制电压Uy=0.2V2.普通调幅(AM)

框图如图4。试验时乘法器因工作在不平衡状态，从而y通道存在直流而输出调幅波(关系同学们可自行推导),仿真波形及频谱如图6(a)、6(b)所表示。仿真条件：载波Ucm＝50mV,fx=500kHz,调制频率fy＝10KHZ,Uy=0.5V。第19页图6(a).普通调幅波波形以下：第20页图6(b).普通调幅波频谱以下：

第21页3.倍频原理框图如图7所表示（输入输出关系自行推导），仿真波形如图8所表示。需注意是，倍频实现时模拟乘法器必须工作在平衡状态。*仿真条件：Ux=Uy=20mV,fx=fy=200kHz,由图8看出,输出其频率为400KHz，实现了倍频作用。图7.倍频实现原理方框图以下：第22页图8.倍频波形对比图以下：第23页4.混频：原理框图如图9，两路输入信号（其频率相差一个中频）经模拟乘器在输出端产生其差频分量，该分量经过带通滤波器选择（中心频率为差频）即完成混频作用.图9.混频实现框图以下：

第24页5.同时检波：原理框图如图10。设输入调幅信号电压

经限幅后得到电压为模拟乘法器输出Uo则为

从上式能够看出Uo(t)中不但有Ω成份，还有第25页

2ωc成份及2ωc+Ω,2ωc,Ω等成份，只要经过低通滤波器便能够得到只有Ω成份调制信号，从而完成了检波作用。图10.同时检波实现框图以下：第26页6.鉴相：所谓鉴相就是相位检波，用以比较两相同频率信号相位差，原理框图如图11所表示。图11.鉴相器实现框图以下：

ux=ui=Uicosωituy=KUicos(ωit+φ)

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经LPF后:u0(t)=K’’cosφ7.鉴频：鉴频是调频逆过程，广泛采取鉴频电路是相位鉴频器。其鉴频原理是：先将FM波经过一个线性移相网络变换成FM－PM波，然后再与调频波经乘积型鉴相器进行鉴相。实现框图如图12.图12.模拟乘法器实现鉴频框图以下：

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设经移项后乘法器输出为经LPF后：u0(t)=K’sinΦ(ω)

从上式能够看出：输出信号是相移网络相频特征Φ(ω)函数。当|Φ(ω)|≤0.4rad,sinΦ(ω)≈Φ(ω),即输出电压正比于Φ(ω)，因为Φ(ω)正比于输入调频波频率改变，频

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率改变又正比于调制信号，从而有输出电压正比于调制电压，实现了鉴频作用，即有：u0(t)=K’’uΩ(t)模拟乘法器应用设计举例模拟乘法器应用设计包含：

a.模拟乘法器静态偏置确实定。

b.完成各种应用电路设计。静态偏置电压确实定：以MC1596为例1.静态偏置电压设置标准应确保每个晶体管工作在放大状态。对于图3所表示内部电路，应用时静压应满足以下关系，即U8=U10，U1=U4，U6=U12，另外晶体管集、基极间电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压，

第30页

即满足：

15V≥（U6,U12）-（U8,U10）≥2V

15V≥（U8,U10）-（U1,U4

）≥2.7V

15V≥（U1,U4）-U5≥2.7V2.静态偏流确实定静态时，因差分各管基极偏流很小，所以乘法器静态偏置电流主要由恒流源Io值确定。当器件单电源工作时，14脚接地，5脚外接偏置电阻到Vcc，因为Io是I5镜像电流，所以改变电阻R5能够调整Io大小，即

Io≈I5=(12V-0.7)/(R5+500Ω)

当器件为双电源工作时，引脚14接负电源.UEE

(普通接-8V），5脚经过电阻R5接地，所以，第31页

改变R5也能够调整Io大小,即

Io≈I5=(|-UEE|-0.7V)/(R5+500Ω)

依据MC1596性能参数，器件静态电流小于

4mA，普通取Io=I5=1mA左右.在UEE=-8V时,R5常取

6.8KΩ。器件总耗散功率可由下式估算：

PD=2I5（U6-U14）+I5（U5-U14）

PD值应小于器件最大允许耗散功率（33mw）

3.负反馈电阻对模拟乘法器输出性能影响（*应用时，载波从8，10输入；调制信号从1，14输入）

RE接入后，扩展了Uy线性动态范围，所以器件工作状态主要由Ux决定，此