模擬乘法器應用

1、模擬乘法器應用一、實驗目的1、進一步加深對模擬乘法器原理和功能的理解2、學會應用模擬乘法器實現(xiàn)低電平調幅、同步檢波、混頻、倍頻等功能，并學會這些功能二、實驗主要儀器和設備直流穩(wěn)壓電源EM1715、高頻信號發(fā)生器GFG813、低頻信號發(fā)生器HC9205、示波器HC6504各一臺，萬用表一塊，實驗電路板一塊。三、實驗原理1、模擬乘法器的應用模擬乘法器由于其相乘功能，因此能實現(xiàn)頻譜遷移，在調制與解調，混頻和倍頻等方面得到廣泛應用，其應用原理如下：（1）雙邊帶調制用乘法器實現(xiàn)雙邊帶調制的原理框圖如圖1所示，圖中AM為乘法器增益，單位為1/V。當輸入端分別為加入載波信號 uc = Ucmcoswt 和調

2、制信號uo= Uomcost時，輸出端得到已調信號的雙邊帶信號，即在圖5.6所示的實驗電路中，是U = 0，只加載信號，調節(jié)MC1496（1）腳和（4）腳間的偏置電路使載波輸出最小，則加上U信號后， 就可以實現(xiàn)雙邊帶調制。（2）普通調幅原理框圖如圖2所示，其輸出 式中，為調制度。在圖5.6中，調節(jié)點位器Rp1給MC1496的（1）、（4）間提供合適的偏置，就可以實現(xiàn)普通調頻。uoAMxyAMxyxucucyxUQ+-uy+-u圖2 用乘法器實現(xiàn)普通調幅框圖圖1 用乘法器實現(xiàn)雙邊調制框圖（3）混頻和倍頻用乘法器實現(xiàn)混頻的原理框圖如圖3所示。當兩輸入端分別為加入信號電壓Us =Usmcoswst

3、和本振電壓UL = ULmcoswLt，則輸出電流io中將含有（L+S） 和 (LS)分量，通過中心角頻率為i=1s的帶通濾波器除其中的和頻分量，則得到輸出中頻電壓u1=uo=Umcos1t用乘法器實現(xiàn)倍頻的原理框圖如圖4所示。當兩個輸入端加入同一個信號電壓us =Usmcosst時，根據(jù)Us2 = Usm2cos2wst = 1/2U2sm（1 + 2coswst）則輸出電流io中將含有直流分量和二倍頻分量。通過高頻濾波器濾除其中的直流分量，則輸出二倍電壓uo = Ucmcosst帶 通濾 波 器xyAMxyAMxy高通濾波器xyusuo圖3 用乘法器實現(xiàn)混頻框圖圖4 用乘法器實現(xiàn)倍頻框圖A

4、MxyAMxyuoULus（4）同步檢波圖5是實現(xiàn)對雙邊調制信號同步檢波的原理。當輸入調幅信號us = Usmcoswctcost 和載波信號uc = Usmcoswct 時，相乘器將兩輸入信號進行相乘，即通過低通濾波器濾除上式第二項高頻分量，即可得到解調輸出電壓為uo = Umcost低通濾波器xyAMxyAMxyULuuo圖5 用乘法器實現(xiàn)同步江波框圖2、 集成模擬乘法器MC1496的使用方法（1）電源供給與偏置電路MC1496乘法器的管腳排列圖與MC1596的相同，如圖1所示。它可以雙電源供電，也可以單電源供電，關鍵是外加偏置電路要適合，以保證其內部各三級管處于放大狀態(tài)且有一定的動態(tài)范圍

5、。一般來說，在雙電源供電時，T5, T6管的基極的直流點位近似為0V，而雙分差對管基極常被偏置在Vcc/2左右；在單電源供電時，1腳和4腳應為Vcc/3左右，8和10腳背偏置在Vcc。靜態(tài)工作電流可通過5腳外接電阻Rr來調整，一般Io/2為1mA左右為宜。雙電源時，Rr接在5腳和地之間，單電源時，Rr應接在5腳和Vcc端之間。（2）輸入、輸出方式MC1496相乘器的兩對輸入端均為雙端差動輸入方式，若改為單端輸入，可通過變壓器耦合或阻容耦合進行轉換。但要求裝換電路能平衡工作。同樣，若雙端輸入轉換為單端輸出也是一樣，要保證整個電路始終處于平衡狀態(tài)。以抵消相乘器輸出中不需要的諧波分量。（3）平衡調節(jié)

6、Rp1, Rp2是平衡調節(jié)電位器，調制得當，可是的載波漏最小。3、 實驗電路本實驗中，利用MC1496實現(xiàn)普通調幅、雙邊帶調幅、混頻、倍頻和同步檢波，實驗電路如圖6所示。圖（a）中，R6、R7將正電源分壓共給8和10腳作為內部差分管的基極偏置電壓，R1R4和Rp1將負電源分壓給1和4腳偏置電壓，調Rp1可是輸出載波最小或提供普通調幅所需的直流電壓UQ。Rr為乘法器恒流源外接偏置電阻，用以控制恒流源電流的電流值Io/2，圖中Io/2 = 1mA,這時MC1496各腳的直流點位分別為U1 = U4 = 0V, U1 = U3 = 0.7V, U5 = -11V, U6 = 7.7V, U8 = U

7、10 = 6V.電阻Ry用以擴展輸入信號uy端輸入，調節(jié)Rp1使載漏最小，然后調節(jié)信號從uo端輸入。若載波幅值UCM < 26mV,則乘法器工作于小信號狀態(tài)，從高通輸入端可得單端輸出的雙邊信帶信號為Uon = RCuuc/2RyUT (4.1)當載波幅值Ucm = 260mV時，雙差分對管工作在大信號狀態(tài)，這時電路增益大且不受Ucm大小影響，其單端輸出表達式為Uoh = Rcu(t)K2(wct)/Ry = RCu(t)(4*coswct/pi 4*cos3wct/3pi +)/Ry(4.2)連接Uab端和B端，使雙端輸出信號通過中心頻率為fo = wo/2pi的增益AT的帶通電路，即可

8、將上式中Wc的高次諧波分量濾除，在帶通輸出端uab得到雙邊帶輸出信號為uab = 8RCATu(t)coswct/pi*Ry (4.3)調節(jié)Rp1,可將上述雙邊帶調幅改變?yōu)槠胀ㄕ{幅。實現(xiàn)倍頻時，可將輸入信號us同時加至uc和uo端。從高通輸出端輸出。實現(xiàn)混頻時，本振信號從uc端加入，而欲混頻信號從uo端加入，輸出從帶通輸出端輸出。圖6（b）為雙邊調制信號同步檢波電路，圖中MC1496的用法與圖（a）相同。將同步信號加至uc端，雙邊帶調制信號加至us端，則從MC1496的12腳可得乘法器輸出為：U12 = RcUcmUsmcos2wctcost/2RyUT= (RCUcmUsm/2RyUT)(1

9、 + cos2wct)cost/2 （4.4）通過圖6（b）所示低通濾波器，可得調制信號 uo = Umcost8 2 3 610 1 124 14 5 14 15MC1496（a）8 2 3 610 1 12 4 14 5MC1496 (b)圖6乘法器應用電路(a) 普通調幅、雙邊帶調幅、混頻和倍頻 (b)同步檢波四、實驗方法與步驟1、靜態(tài)觀測找出有關調整元件和測試點的位置，按規(guī)定接通正電源、負電源，調節(jié)使U1 = U4。然后測量MC1496各引腳對地的直流點位和電阻Rr的壓降，求出Io/2， 填入表5.1 中，并與理論值比較。2、 雙邊帶調幅（1）在圖6中，載波輸入端加2MHz、幅值20m

10、Vde 載波信號uc、令uo = 0， 調節(jié)Rp1使輸出uoh最小。在調節(jié)信號輸入端加50KHz、幅值0.5V的調制信號uo，用示波器同時觀察uo和uoh信號，應為雙邊帶調幅波，畫出波形并側其最大幅值，記錄與表5.2中。如觀測到波形如圖7所示，則說明有載漏，應調整Rp1直到輸出端輸出正常的雙邊帶調幅波。（2）降低載波頻率為500khz，并微調是載波頻率為調制信號的偶數(shù)倍，觀察雙邊帶調幅波相位跳變現(xiàn)象，記錄與表5.2中。（3）維持載波頻率500khz不變，增大其幅值Ucm > 260mV,觀察輸出uoh的包絡波形和高頻波形，并將uoh的波形和幅值記錄與表5.2中。繼續(xù)增大Ucm，觀察它對u

11、oh波形的形狀、大小的影響。（4）連接B段玉uoh端，調節(jié)中周磁芯，是帶通濾波器輸出端uob的波形幅度最大，則回路調諧在500hkz頻率上，觀察uob的包網(wǎng)絡波形和高頻波形，記錄uvob波形和幅值與表5.2中，并比較uoh和uob高頻波形的形狀。圖7 有載漏使得雙邊帶調幅波3、普通調幅載波輸入為500khz、幅值20mV，調制信號輸入為1khz，幅值200mV，調節(jié)Rp1，使uoh輸出為普通調幅波，且調制系數(shù)ma = 50%。將波形、已調波包絡峰峰值和載波峰峰值記錄與表5.3中。調節(jié)調制信號uo大小，觀察ma分別為100%和過調幅時波形，并記錄波形與5.3中。4、混頻使B端與uoh端處于相連狀

12、態(tài)，然后在載波輸入端加入500khz、幅值50mV的中頻信號，用示波器觀察帶通濾波器輸出uob波形。調節(jié)中周磁芯，使uob最大，說明回路已調諧在500khz的中頻上。然后調節(jié)Rp1是uob最小，這樣就使載漏最小。在載波輸入端加2MHz、調幅50mV的本振信號uL，信號輸入端加1.5MHz、幅值50mV的混頻信號us，并微調us信號頻率，使uob最大。用雙蹤示波器同時觀察us和uob波形，測量us和uob的頻率，并記錄于表5.4中。5、倍頻載波輸入端加500khz、幅值20mV的正弦信號us，令uo = 0，調節(jié)Rp1使高通輸出uoh最小，然后將上述正弦信號亅同時加到載波輸入端和信號輸入端，用雙

13、蹤示波器同時觀察us和uoh波形，測量us和uoh的頻率并記錄于表5.4中。表 5.4 混頻及倍增電路輸入、輸出信號頻率的比較3、 同步檢波在圖6（a）中，載波輸入端加2MHz，幅值0.5V的載波信號uc，信號輸入端加5khz、幅值0.5V的調制信號uo，調節(jié)Rp1使高通輸出uoh端輸出雙端帶調幅波。然后，連接圖6（a）載波輸入端和圖6（b）的同步輸入端，調節(jié)圖6（b）的點位器Rp2使圖6（b）中MC1496的12腳的載漏輸出最小。再連接圖6（a）的uoh輸出端和圖6（b）的DSB信號輸入端，若檢波電路工作正常，這時應在輸出端uo得到5khz的低頻解調信號。觀測并記錄記錄原始調制信號uo、uo

14、h端已調信號的包絡合解調輸出信號uo的波形的形狀、大小和頻率， 并加以比較。五、實驗數(shù)據(jù)處理表1 MC1496 靜態(tài)工作電位VccVEEU1U2U3U4U5U6U8U10U12Io/2圖（a）12V-12V-0.14V-0.8V-1.2V-0.12V-11V7.5V6.0V6.0V8.0V1.09圖（b）-12V-5V-5V-5.2V-6V-5.6V-12V8.0V6.0V6.0V7.0V1.09表 2 DSB調幅波觀測測試內容載波輸入uc調制信號輸入uo輸出fc/khzUcm/vF/khzUom/vuohuob最大幅值/V波形最大幅值/V 波形小信號Ucm<26mV12M20mV10K

15、0.5V50mV2100k20mV10K0.5V0.14V大信號Ucm>26mV1100K300mV10K0.5K0.8V2100K400mV10K0.5V0.85V表3 普通調幅波的觀測(測試條件：fc = 500khz, Ucm = 20mV, F = 1KHz)調制信號幅值Uom/mV調制系數(shù)ma/%輸出uoh波形包絡峰峰值/V載波峰峰值/V200500.72V0.02V20mV100%0.96V0.02V1V過調制表4 混頻及倍頻電路輸入、輸出信號頻率的比較測試項目輸入信號us頻率/kHz輸出信號頻率/kHz混頻（測試條件：fL=2MHz,ULm=50mV,Usm=50mV）24

16、倍頻（測試條件：fs=2MHz,Usm=20mV）24實驗體會：       從理論到實踐。       在整整兩天的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西。       同時不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次實驗使我懂得了理論與實際相結合是很重要的。       只有理論知識是遠遠不夠的。       只有把所學的理論知識與實踐相結合起來。從理論