实验四模拟乘法器应用实验

实验四模拟乘法器应用实验第一页，共二十九页，2022年，8月28日实验任务与要求实验目的

（1）了解模拟乘法器的工作原理（2）学会利用模拟乘法器完成平衡调制、混频、倍频、同步检波、鉴相及鉴频等功能。第二页，共二十九页，2022年，8月28日实验仪器高频信号发生器QF1055A一台;超高频毫伏表DA22A一台;频率特性测试仪BT－3C一台;直流稳压电源HY1711－2一台;数字示波器TDS210一台.第三页，共二十九页，2022年，8月28日实验任务与要求基本实验的实验线路及说明

实验电路如图1所示。该电路可用来实现普通调幅、平衡调制、混频、倍频、同步检波等功能。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组成平衡调节电路，调节RW，可使1、4两脚的直流电位差为零，从而满足平衡调幅的需要，若1、4脚直流电位差不为零，则1、4输入包括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以混频输出所需的465KHz中频信号，同步检波可用前边的限幅器(未给处)和模拟乘法器及低通滤波器（L2C3C4）构成。

第四页，共二十九页，2022年，8月28日图1.模拟乘法器应用电路一：振幅调制、混频等第五页，共二十九页，2022年，8月28日

基本命题1.实验前，所有实验先进行计算机仿真，研究载波、调制信号大小及频率变化，直流分量大小对已调信号的影响。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的信号时调电位器RW工作在不平衡状态时便可产生含载波的正弦调幅信号。

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

b:保持Uy(t)不变，fy由小到大变化时，输出波形又如何变化？第六页，共二十九页，2022年，8月28日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的输入信号,调电位器RW使Uo(t)=0。

b分别加入fx=500KHz,Ux=50mV;fy=50KHz,Uy=200mV的信号时,微调RW即可得到平衡的双边带信号,描绘Uo(t)的波形,要特别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)由小到大变化，观察Uo(t)的变化，记下变化结果，并测出最大不失真的Uo(t)所对应的Uy(t)的大小。

d.保持Ux(t)不变，fy变化时Uo(t)变化情况如何？4.用MC1596实现倍频:调整模拟乘法器仍工作在平第七页，共二十九页，2022年，8月28日

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)

和Ui(t)的关系，即有fo=2fi5.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的带通滤波器，使可得到两信号的差频输出，实现混频作用，记录输出波形及频率值。6.用MC1596实现同步检波: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)的波形。第八页，共二十九页，2022年，8月28日扩展命题1.用模拟乘法器实现鉴频:实验电路如图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)，并测出整个电路的特性曲线.即鉴频特性曲线(本实验用扫频仪进行),扫频仪的使用请参考本章第一节相关内容。图2给出的是用模拟乘法器MC1596实现的相位鉴频电路。其中C1与并联谐振回路LC共同组成线性移相网络，将调频波的瞬间时频率变化转变为瞬时相位的变化（即FM波变为FM－PM）。MC1596的作用是将FM波与FM－PM波相乘，输出端接集成的差分放大器将双端输出变为单端输出，再经RC构成的LPF输出。第九页，共二十九页，2022年，8月28日模拟乘法器应用电路二：鉴频器第十页，共二十九页，2022年，8月28日2.如何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种不正常的波形？试分析原因。

4.调幅时出现的过调制波形如何？原因是？用实验说明。

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，写出规范的实验报告，并谈谈自己的体会。第十一页，共二十九页，2022年，8月28日实验说明及思路提示MC1596(MC1496)电原理图和引脚图如图3所示模拟乘法器的典型应用及仿真波形

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，通过平衡调整（接在信号Uy通路的电位器），使载波馈通为零，输出端只有两输入信号的乘积项，从而完成平衡调制，实现框图如图4.

第十二页，共二十九页，2022年，8月28日图3.MC1596内部电路及引脚功能图如下：第十三页，共二十九页，2022年，8月28日图4:平衡调制框图如下：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)第十四页，共二十九页，2022年，8月28日图5(a).双边带平衡调幅波形如下：第十五页，共二十九页，2022年，8月28日图5(b).双边带平衡调幅频谱如下：第十六页，共二十九页，2022年，8月28日*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。实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)所示。*仿真条件：载波Ucm＝50mV,fx=500kHz,调制频率fy＝10KHZ,Uy=0.5V。第十七页，共二十九页，2022年，8月28日图6(a).普通调幅波波形如下：第十八页，共二十九页，2022年，8月28日图6(b).普通调幅波频谱如下：

第十九页，共二十九页，2022年，8月28日3.倍频原理框图如图7所示（输入输出关系自行推导），仿真波形如图8所示。需注意的是，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如下：第二十页，共二十九页，2022年，8月28日图8.倍频波形对比图如下：第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日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.混频实现框图如下：

第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日5.同步检波：原理框图如图10。设输入的调幅信号电压

经限幅后得到的电压为模拟乘法器输出Uo则为

从上式可以看出Uo(t)中不仅有Ω成分，还有第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日

2ωc成分及2ωc+Ω,2ωc,Ω等成分，只要通过低通滤波器便可以得到只有Ω成分的调制信号，从而完成了检波作用。图10.同步检波的实现框图如下：第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日6.鉴相：所谓鉴相就是相位检波，用以比较两相同频率的信号的相位差，原理框图如图11所示。图11.鉴相器实现框图如下：

ux=ui=Uicosωituy=KUicos(ωit+φ)

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经LPF后:u0(t)=K’’cosφ7.鉴频：鉴频是调频的逆过程，广泛采用的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如下：

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设经移项后乘法器的输出为经LPF后：u0(t)=K’sinΦ(ω)

从上式可以看出：输出信号是相移网络的相频特性Φ(ω)的函数。当|Φ(ω)|≤0.4rad,sinΦ(ω)≈Φ(ω),即输出电压正比于Φ(ω)，因为Φ(ω)正比于输入调频波的频率变化，频

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率变化又正比于调制信号，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括：

a.模拟乘法器静态偏置的确定。

b.完成各种应用电路的设计。静态偏置电压的确定：以MC1596为例1.静态偏置电压的设置原则应保证每个晶体管工作在放大状态。对于图3所示的内部电路，应用时静压应满足下列关系，即U8=U10，U1=U4，U6=U12，另外晶体管的集、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，

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即满足：

15V≥（U6,U12）-（U8,U10）≥2V

15V≥（U8,U10）-（U1,U4

）≥2.7V

15V≥（U1,U4）-U5≥2.7V2.静态偏流的确定静态时，因差分各管的基极偏流很小，因此