模擬乘法器作用及電路

1、摘要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成模擬乘法器應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。用集成模擬乘法器可以構(gòu)成性能優(yōu)良的調(diào)幅和檢波電路，其電路元件參數(shù)通常采用器件 典型應(yīng)用參數(shù)值。作調(diào)幅時(shí)，高頻信號(hào)加到輸入端，低頻信號(hào)加到Y(jié)輸入端；作解調(diào)時(shí)，同步信號(hào)加到X輸入端，已調(diào)信號(hào)加到Y(jié)輸入端。集成模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘的器件，它廣泛用于乘法、除法、乘方和開方等模擬運(yùn)算，同時(shí)也廣泛用于信息傳輸系統(tǒng)作為調(diào)幅、解調(diào)、混頻、鑒相和自動(dòng)增益控制電路，是一種通用性很強(qiáng)的非線性電子器件，目前已有多種形式、多品種的單片集成電路，同時(shí)它也是現(xiàn)代一些專用模擬集成系統(tǒng)中的重要單元。 作調(diào)幅時(shí)，高頻信號(hào)加到輸入端，低頻信號(hào)加到Y(jié)輸入端；作檢波

2、時(shí)，同步信號(hào)加到X輸入端，已調(diào)信號(hào)加到Y(jié)輸入端。調(diào)試時(shí)，首先檢查器件各管腳直流電位應(yīng)符合要求，其次調(diào)節(jié)調(diào)零電路，使電路達(dá)到平衡。還需注意：（1）Y端輸入信號(hào)幅度不應(yīng)超過(guò)允許的線性范圍，其大小與反饋電阻RY有關(guān)，否則輸出波形會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重失真；（2）X端輸入信號(hào)可采用小信號(hào)（小于26mV）或者大信號(hào)（大于260mV），采用大信號(hào)可獲得較大的調(diào)幅或解凋信號(hào)輸出。信息傳輸系統(tǒng)中，檢波是用以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸及信道復(fù)用的重要手段。由于低頻信號(hào)不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，若將它裝載在高頻信號(hào)上，就可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，當(dāng)使用不同頻率的高頻信號(hào)，可以避免各種信號(hào)之間的干擾，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。關(guān)鍵詞：模擬乘法器，調(diào)幅器，檢

3、波器，MC1496 目錄第一章、集成模擬乘法器的工作原理2第一節(jié)、模擬乘法器的基本特性2一、模擬乘法器的類型2第二節(jié)、變跨導(dǎo)模擬乘法器的基本工作原理2第三節(jié)、單片集成模擬乘法器3第二章、 集成模擬乘法器的應(yīng)用4第一節(jié)、基本運(yùn)算電路4一、平方運(yùn)算4二、除法運(yùn)算器5三、平方根運(yùn)算5四、壓控增益5第二節(jié)、倍頻、混頻與鑒相6一、倍頻電路6二、混頻電路6三、鑒相電路6第三節(jié)、調(diào)幅與解調(diào)7一、信息傳輸?shù)幕靖拍?二、調(diào)幅原理8三、采用乘法器實(shí)現(xiàn)解調(diào)(檢波)10第三章、 MC1496模擬乘法器構(gòu)成的振幅器10第一節(jié)、振幅調(diào)制的基本概念10第二節(jié)、抑制載波振幅調(diào)制13第三節(jié)、有載波振幅調(diào)制14第四章、MC14

4、96模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波器14總 結(jié)18參考文獻(xiàn)18附 錄19第一章、集成模擬乘法器的工作原理第一節(jié)、模擬乘法器的基本特性模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量相乘功能的器件，理想乘法器的輸出電壓與同一時(shí)刻兩個(gè)輸入電壓瞬時(shí)值的乘積成正比，而且輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的。其符號(hào)如下圖所示，K為乘法器的增益系數(shù)。一模擬乘法器的類型理想乘法器對(duì)輸入電壓沒(méi)有限制，ux= 0 或 uy = 0 時(shí)，uO = 0，輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的 。第二節(jié)、變跨導(dǎo)模擬乘法器的基本工作原理 變跨導(dǎo)模擬乘法器是在帶電流源差分放大電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其基本原理電路如下圖所示。 在室溫下

5、，K為常數(shù)，可見輸出電壓uO與輸入電壓uy、ux的乘積成正比，所以差分放大電路具有乘法功能。但uy必須為正才能正常工作，故為二象限乘法器。當(dāng) uY 較小 時(shí)，相乘結(jié)果誤差較大，因 IC3 隨 uY 而變，其比值為電導(dǎo)量，稱變跨導(dǎo)乘法器 .第三節(jié)、單片集成模擬乘法器實(shí)用變跨導(dǎo)模擬乘法器由兩個(gè)具有壓控電流源的差分電路組成，稱為雙差分對(duì)模擬乘法器，也稱為雙平衡模擬乘法器。屬于這一類的單片集成模擬乘法器有MC1496、MC1595等。MC1496內(nèi)部電路如下圖所示。 第二章、 集成模擬乘法器的應(yīng)用第一節(jié)、基本運(yùn)算電路一、平方運(yùn)算將模擬乘法器的兩個(gè)輸入端輸入相同的信號(hào)，平方運(yùn)算電路如下圖所示：二、除法運(yùn)

6、算器由集成運(yùn)放和模擬乘法器組成，除法運(yùn)算電路如上圖所示。當(dāng) u1 0 時(shí)，uO 0，為使 u3 0 ； 當(dāng) u1 0，為使 u3 0，則 u2 0 。三、平方根運(yùn)算四、壓控增益 改變直流電壓UXQ的大小，就可以調(diào)節(jié)電路的增益。第二節(jié)、倍頻、混頻與鑒相一、倍頻電路當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)為同頻率的信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)兩倍頻作用。如下圖所示。二、混頻電路模擬乘法器的輸出為兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻和差頻信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了混頻作用，若用濾波器取出和頻（信或差頻）號(hào)輸出，就稱為混頻，電路如下圖所示。三、鑒相電路鑒相電路用來(lái)比較兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差，即它的輸出電壓與兩輸入信號(hào)之間的相位差成正比，用模擬乘法器構(gòu)成的鑒相電路如下圖所示。

7、作出uo與的關(guān)系曲線稱為鑒相特性曲線，當(dāng)|0.5rad（約30）時(shí)，sin，鑒相特性接近于線性。第三節(jié)、調(diào)幅與解調(diào)一、信息傳輸?shù)幕靖拍?1)、對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的原因A、 根據(jù)電磁波理論，天線尺寸大于信號(hào)波長(zhǎng)的十分之一，信號(hào)才能有效發(fā)射。如聲音信號(hào)的頻率范圍為 0.1 6 kHz。設(shè) f = 1 kHz，=C/=3108/103=3105（m），顯然，低頻信號(hào)直 接發(fā)射是不現(xiàn)實(shí)的。B、 使接收者能區(qū)分不同信號(hào)。 （2）、調(diào)制和解調(diào)調(diào)制(Modulation) 將低頻信號(hào)裝載于高頻信號(hào)。解調(diào)(Demodulation) 將已調(diào)信號(hào)還原為低頻信號(hào)。（3）、調(diào)制(解調(diào))的方式調(diào)幅 AM (檢波)

8、、調(diào)頻 FM (鑒頻) 、調(diào)相 PM (鑒相)（4）、信息傳輸系統(tǒng) 二、調(diào)幅原理用低頻信號(hào)去改變高頻信號(hào)的幅度，稱為調(diào)幅。經(jīng)調(diào)幅后的高頻信號(hào)稱調(diào)幅信號(hào)，把沒(méi)有調(diào)幅的等幅高頻信號(hào)稱為載波信號(hào)，它是運(yùn)載低頻信號(hào)的工具。（1）、單頻調(diào)制波形（2）、采用乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅采用模擬乘法器構(gòu)成的調(diào)幅電路如下圖所示。調(diào)幅系數(shù)表示載波受低頻信號(hào)控制的程度，為了不產(chǎn)生調(diào)幅失真，要求UYQUm。（3）、調(diào)幅波(已調(diào)波)頻譜（4）、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅由于載波本身不包含信息，為了提高設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào)，這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)幅，簡(jiǎn)稱雙邊調(diào)幅，用DSB表示。由于上、下邊頻帶中

9、的任何一個(gè)邊頻帶以及功能包含調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此為了節(jié)省占有的頻帶、提高波段利用率，可以只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào)中的任何一個(gè)，稱為抑制載波單邊帶調(diào)幅，簡(jiǎn)稱單邊調(diào)幅，用SSB表示。三、采用乘法器實(shí)現(xiàn)解調(diào)(檢波) 調(diào)幅波的解調(diào)又稱幅度檢波，簡(jiǎn)稱檢波，它是調(diào)幅的反過(guò)程。第三章、 MC1496模擬乘法器構(gòu)成的振幅器第一節(jié)、振幅調(diào)制的基本概念振幅調(diào)制是使載波信號(hào)的峰值正比于調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值的變換過(guò)程。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為低頻信號(hào)。設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為=,則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為圖3.1 振幅調(diào)制由圖可見，調(diào)幅波中載波分量占有很大比重，因此信息的傳輸效率較低，稱這種調(diào)制為有載波

10、調(diào)制。為提高信息傳輸效率，廣泛采用抑制載波的雙邊帶或單邊帶調(diào)幅調(diào)制。雙邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為單邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為 MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如下： 圖3.2 MC1496 構(gòu)成的振幅調(diào)制器電路其中載波信號(hào)UC 經(jīng)高頻耦合電容C2 從ux 端輸入，C3 為高頻旁路電容，使8 腳接地。調(diào)制信號(hào)U經(jīng)低頻耦合電容C1 從uy 端輸入，C4 為低頻旁路電容，使4 腳接地。調(diào)幅信號(hào)U0 從12 腳單端輸出。器件采用雙電源供電方式，所以5 腳的偏置電阻R5 接地，可計(jì)算出器件的靜態(tài)偏置電流I5 或I0，即腳2 與3 間接入負(fù)反饋電阻RE，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的U的線性動(dòng)態(tài)范圍，RE 增大，線性范圍增大，但乘法

11、器的增益隨之減少。電阻R6、R7、R8 及RL 為器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部的各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，所以阻值的選取應(yīng)滿足要求。對(duì)于圖3.2 所示電路參數(shù)，測(cè)量器件的靜態(tài)（UC=0，U=0）偏制電壓為 u8 u10 u1 u4 u6 u12 u2 u3 u56V 6V 0V 0V 8.6V 8.6V -0.7V -0.7V -6.8VR1、R2 與電位器RP 組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變RP 可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。第二節(jié)、抑制載波振幅調(diào)制Ux 端輸入載波信號(hào)Uc（t），其頻率fc=20.945MHz，峰峰值Ucp-p=40mV。uy端輸入調(diào)制信號(hào)U（t），其

12、頻率f=1kHz，先使峰-峰值UP-P=0，調(diào)節(jié)RP，使輸出U0=0（此時(shí)U4=U1），在逐漸增加UP-P，則輸出信號(hào)U0（t）的幅度逐漸增大，最后出現(xiàn)如圖3.3（a）所示的抑制載波的調(diào)幅信號(hào)。由于器件內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，致使輸出出現(xiàn)漏信號(hào)。腳1 和4 分別接電阻R3 和R4 可以較好地抑制載波漏信號(hào)和改善溫度性能。（a）抑制載波調(diào)幅波 (b) 有載波調(diào)幅波圖3.3 乘法器輸出的調(diào)幅波第三節(jié)、有載波振幅調(diào)制Ux 端輸入載波信號(hào)Uc（t），其頻率fc=20.945MHz，峰峰值Ucp-p=40mV，調(diào)節(jié)平衡電位器Rp，使輸出信號(hào)Uo（t）中有載波輸出(此時(shí)U1和U4不相等)。再?gòu)腢y端輸入調(diào)

13、制信號(hào)，其fo=1kHz，當(dāng)Ucp-p由零逐漸增大時(shí)，則輸出信號(hào)Uo（t） 的幅度發(fā)生變化，最后出現(xiàn)如圖3.3(b)所示的有載波調(diào)幅信號(hào)的波形，調(diào)幅系數(shù)m第四章、MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波器振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過(guò)程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，所以無(wú)法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，必須采用同步檢波方法。同步檢波又分為疊加型同步檢波和乘積型同步檢波。利用模擬乘法器的相乘原理，實(shí)現(xiàn)同步檢波是很方便的，其工作原理如下：在

14、乘法器的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號(hào)如抑制載波的雙邊帶信號(hào)us（t）= usmcoswctcost，另一輸入端輸入同步信號(hào)（即載波信號(hào)）uc（t）=ucmcoswc(t)，經(jīng)乘法器相乘，可得輸出信號(hào)U0（t）為U0 (t) =1/2KEUcmCOS (wc+) t COSWct=1/4KEUsmCOSt +1/4KEUsmUcmCOS (2Wc+) t（條件：Ux=Uc26mV, Uy=Us 為大信號(hào)）上式中，第一項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，第二項(xiàng)為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號(hào)Us (t) 為有載波振幅調(diào)制信號(hào)，同步信號(hào)為載波信號(hào)Uc (t) ,利用乘法器的相乘原理，同樣也能

15、實(shí)現(xiàn)解調(diào)。設(shè)Us=Usm (1+MCOSt) COSWc (t), Uc (t) =UcmCOSWct,則輸出電壓Uo (t)為Uo (t) = KEUs (t) Uc (t)= 1/2KEUcm + 1/2KEmUcmCOSt + 1/2KEUsmUcmCOS2Wct+1/4KEmUsmUcmCOS (2Wc +) t+1/4KEmUsmUcmCOS (2Wc -) t（條件：Ux=Uc26mV, Uy=Us 為大信號(hào)）上式中，第一項(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，后面三項(xiàng)為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。MC14

16、96 模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電路如圖3.4 所示。其中Ux 端輸入同步信號(hào)或載波信號(hào)UC, uy 端輸入已調(diào)波信號(hào)US。輸出端接有由R11 與C6、C7 組成的低通濾波器及隔直電容C8，所以該電路對(duì)有載波調(diào)幅信號(hào)及抑制載波的調(diào)幅信號(hào)均可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。圖3.4 MC1496 構(gòu)成的同步檢波器電路電路的解調(diào)操作過(guò)程如下:首先測(cè)量電路的靜態(tài)工作點(diǎn)C 應(yīng)與圖3.2電路的靜態(tài)工作點(diǎn)基本相同,再?gòu)膗x 端輸入載波信號(hào)UC,其 fC=20.945MHz，UCP-P=100mV。先令uy=0,調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使輸出U0=0,即為平衡狀態(tài).再?gòu)膗y 端輸入有載波的調(diào)制信號(hào)US,其fC=20.945MHz

17、，fn=1kHz，USP-P=200mV，調(diào)制度m=100%，這時(shí)乘法器的輸出U0（t）經(jīng)低通濾波器后的輸出U0（t），經(jīng)隔直電容C8 后的輸出U（t）的波形分別如圖3.5（a）所示。調(diào)節(jié)電位器RP 可使輸出波形U0（t）的幅度增大，波形失真減小。若US 為抑制載波的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)MC1496 同步檢波后的輸出波形Un（t）如圖3.5（b）所示。(a) 有載波信號(hào)解調(diào) （b）抑制載波信號(hào)的解調(diào) 圖3.5 解調(diào)器輸出波形總 結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。我相信是對(duì)我的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候，根本就沒(méi)有想到我所學(xué)的這些東西有什么用它們可以做成什么，只是一味利用它們來(lái)解決課后的習(xí)題，沒(méi)有想其他的用途。這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得了它們?cè)趯?shí)際中的用途，突然感覺(jué)自己學(xué)的東西很有用，我相信這樣就可以激發(fā)我以后的學(xué)習(xí)興趣，這樣有利用今后更好地學(xué)習(xí)。 在沒(méi)有做課設(shè)之前，我對(duì)課本知識(shí)是很模糊的學(xué)習(xí)也是為了應(yīng)付一下期末考試，現(xiàn)在讓我對(duì)課本知識(shí)有了更透徹的了解，也算是做到了理論聯(lián)系實(shí)際吧。與其臨淵羨魚