模擬乘法器1496實驗報告..

1、實驗課程名稱：_高頻電子線路實驗項目名稱模擬乘法器的綜合應(yīng)用設(shè)計實驗實驗成績實驗者專業(yè)班級組別同組者實驗日期年月曰一. 實驗?zāi)康?、意義1. 了解模擬乘法器（MC1496）的電路組成結(jié)構(gòu)與工作原理。2. 掌握利用乘法器實現(xiàn)振幅調(diào)制、同步檢波、倍頻與混頻等幾種頻率變換電路的原理及設(shè)計方法。3. 學(xué)會綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字電與高頻電子線路技術(shù)的知識，掌握對振幅調(diào)制、同步檢波、混頻和倍頻電路的制作與仿真技術(shù)，提高獨立設(shè)計高頻單元電路和解決問題的能力。二. 設(shè)計任務(wù)與要求（1）設(shè)計任務(wù)：用模擬乘法器實現(xiàn)振幅調(diào)制（含AM與DSB）、同步檢波、混頻、倍頻等頻率變換電路的設(shè)計，已知：模擬乘法器為14

2、96，采用雙電源供電，Vcc=12VVee=-8V.（2）設(shè)計要求： 全載波振幅調(diào)制與抑制載波振幅調(diào)制電路的設(shè)計與仿真：基本條件：高頻載波：500KHZ/100mV，調(diào)制信號：1KHz/300mV，模擬乘法器采用LM1496。并按信號流程記錄各級信號波形。計算此條件時的AM調(diào)制信號的調(diào)制度m二？，分析AM與DSB信號m>100%時，過零點的特性。 同步檢波器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對DSB信號的解調(diào)?；緱l件；載波信號UX:仁500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy:仁2KHz/200mV，并按信號流程記錄各級信號波形。 混頻器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對信號的混頻?；緱l件：AM信號條件：（載波信號UX：

3、仁565KHZ/50mV，調(diào)制信號Uy：仁2KHz/200mV，M=30%）中頻信號：465KHZ，本地載波：按接收機制式自定。記錄各級信號波形。 倍頻器電路設(shè)計與仿真實現(xiàn)對信號的倍頻?；緱l件：Ux=Uy（載波信號UX：仁500KHZ/50mV,）并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關(guān)系。三主要儀器設(shè)備及耗材1. 雙蹤示波器2. 計算機與仿真軟件四、實驗內(nèi)容1、設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)振幅調(diào)制（AM/DSB）電路，觀察輸出點波形。2、設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)混頻器電路，觀察輸出點波形，并測量輸出頻率。3、設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)同步檢波電路

4、，觀察輸入/輸出點波形。4、設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)倍頻電路，觀察并記錄輸入/輸出點波形，。5、設(shè)計模擬乘法器LM1496外部電路，實現(xiàn)鑒頻電路，觀察輸出點波形（擴展實驗項目）。五.實驗原理與電路設(shè)計仿真1、集成模擬乘法器1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成模擬乘法器是完成兩個模擬量(電壓或電流)相乘的電子器件。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、廣播電視等方面應(yīng)用較多。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314

5、、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介紹MC1496集成模擬乘法器。(1) MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)tSlfilttLH繃ADJUST軸ADJUST-SOULMBIAS(a)1496內(nèi)部電路1312OUTPini!10-CABRIERNPUTMC1496MC1496是目前常用的平衡調(diào)制/解調(diào)器。它的典型應(yīng)用包括乘、除、平方、開方、倍頻、調(diào)制、混頻、檢波、鑒相、鑒頻、動態(tài)增益控制等。MC1496的和內(nèi)部電路與外部引腳圖如圖1(a)(b)所示。(b)1496引腳圖圖1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖它內(nèi)部電路含有8個有源晶體管，引腳8與10接輸入電壓

6、VX、1與4接另一輸入電壓VY，6與12接輸出電壓V0。一個理想乘法器的輸出為V0二KVXVY，而實際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關(guān)系為：V0二K(VX+VXOS)(VY+VYOS)+VZ0X。為了得到好的精度，必須消除VXOS、VY0S與VZOX三項失調(diào)電壓。引腳2與3之間需外接電阻，對差分放大器T5與T6產(chǎn)生交流負反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓的線性動態(tài)范圍。各引腳功能如下：1:SIG+信號輸入正端2：GADJ增益調(diào)節(jié)端3：GADJ增益調(diào)節(jié)端4：SIG-信號輸入負端5：BIAS偏置端6：OUT+正電流輸出端7：NC空腳8：CAR+載波信號輸入正端9：NC空腳10：CAR-載波

7、信號輸入負端11:NC空腳12：OUT-負電流輸出端13：NC空腳14：V-負電源(2) Multisim建立MC1496電路模塊啟動multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，將元器件放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍的方框標(biāo)示，表示完成子電路的選擇。為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊Place/HB/SBConnecter命令或使用Ctrl+I快捷操作，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Re

8、placebySubcircuit命令，屏幕上出現(xiàn)SubcircuitName對話框，在對話框中輸入MC1496，單擊0K，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復(fù)制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標(biāo)。雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對話框中單擊EditSubcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路圖。MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)multisim電路圖和電路模塊如圖2所示。10810121010106104 MCI496102101103MCI496電路模塊105 1014圖2MC1496的內(nèi)部電路及電路模塊引腳圖2、AM與DSB電路的設(shè)計與仿真調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號去控制高頻振蕩（載波）的幅度，使高頻振

9、蕩的振幅按調(diào)制信號的規(guī)律變化。把調(diào)制信號和載波同時加到一個非線性元件上（例如晶體二極管或晶體三體管），經(jīng)過非線性變換電路，就可以產(chǎn)生新的頻率成分，再利用一定帶寬的諧振回路選出所需的頻率成分就可實現(xiàn)調(diào)幅。幅度調(diào)制信號按其不同頻譜結(jié)構(gòu)分為普通調(diào)幅（AM）信號，抑制載波的雙邊帶（DSB）信號，抑制載波和一個邊帶的單邊帶（SSB）信號。利用模擬乘法器相乘原理實現(xiàn)調(diào)幅是很方便的，工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入載波信號二EW另一輸入端輸入調(diào)制信號二I；23,則經(jīng)乘法器相乘，可得輸出抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號的表達為：叫=Kvc（0v£J（/）=KVcm£cosCDctcosClt

10、=K?%cos（Q+0"+扣7%cos（q-/若要輸出普通調(diào)幅信號，只要調(diào)節(jié)外部電路的平衡電位器，使輸出信號中有載波即可。輸出信號表達式為：vo（/）=<”（1+"7COSQ/）COS0/=5cosCDct+-mVcmcos（皎+QV+-WVcmcos（咳-0"普通振幅調(diào)制電路的原理框圖與抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3所示-4-Udcx乘法器實現(xiàn)普通調(diào)幅框圖乘:去器買現(xiàn)雙邊調(diào)制框圖AM與DSB電路的設(shè)計查集成模擬乘法器MC1496應(yīng)用資料(附錄1),得典型應(yīng)用電路如圖4所示。圖中載波信號經(jīng)高頻耦合電容C1輸入到Uc端，C3為高頻旁路電容，使交流接

11、地。調(diào)制信號經(jīng)高頻耦合電容C2輸入到Uq端，C5為高頻旁路電容，使交流接地。調(diào)制信號UAM從(12)腳單端輸出。電路采用雙電源供電，所以腳接Rb到地。因此，改變R也可以調(diào)節(jié)I的50大小，即：_.I-uI-0.7VIUI=EE05R+50005貝q：當(dāng)VEE=-8V，I=1mA時，可算得：(MC1496器件的靜態(tài)電流一般取I=1=1mA左右)505V一07R-50005I5R=(8-0.75)/(1X10-3)-500=6.75KQ取標(biāo)稱電阻，則R5=6.8KQ5MC1496的腳外接電阻RB，對差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負回授，可調(diào)節(jié)乘法器的增益，擴展輸入信號UQ動態(tài)范圍。因為：UqWIB式中

12、I為5腳的電流，當(dāng)選I=1mA，Uy=1V(峰值)時，由上式可確定RB:55RB三Uq/I5=1/1X10-3=1KQ負載電阻RC的選擇由于共模靜態(tài)輸出電壓為：U=U=V-IR612CC5L式中U、U是6腳與12腳的靜態(tài)電壓。當(dāng)選U=U=8V,V=12V,I=1mA時，612612CC5R=(V-U)/I=(12-8)/(1X10-3)=4KQ，取標(biāo)稱電阻RL=3.9KQ。LCC65電阻R1、R2、R3與RC1、RC2提供芯片內(nèi)晶體管的靜態(tài)偏置電壓，保證各管工作在放大狀態(tài)。阻值的選取應(yīng)滿足如下關(guān)系：v二v,v二v,v二v8101461215V>(v-v)>2V，15V>(v-

13、v)>2.7V，15V>(v-v)>2.7V688115所以?。篟1=R2=1KQR3=51QR4=R5=750Q，R6=R7=1KQ，WR1=10KQ電阻R4、R5、WR1、R6和R7用于將直流負電源電壓分壓后供給MC1496的1、4腳內(nèi)部的差分對三極管基極偏置電壓。通過調(diào)節(jié)RP，可使MC1496的1、4端的直流電位差為零，即UQ輸入端只有調(diào)制信號輸入而沒有直流分量，則調(diào)幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波；若調(diào)節(jié)RP，使MC1496的1、4端的直流電位差不為零，則電路有載波分量輸出，為普通調(diào)幅波。耦合電容與高頻電容的選擇電容C1與C2應(yīng)選擇得使其電抗在載波頻率上低于5Q,

14、即：1/3C1=1/3C2W5Q所以取C1=C3=0.1uf,C2=C5=4.7uf,由此得到實際的模擬乘法器1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路與測量系統(tǒng)電原理圖，如圖5。8XSCLXSA1A/VV.500kHz'/'fK'o''Vv-0;1pFiklllllLilIl5kQx50mVrmsR11R10-AAAr1.0KQWVs51Q200mVV8Key=AXMMl4-R12-忖l510：C5:-R13AA/V1-0KQ50%:50kQ:Key=B-14-士1uF圖51496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖AM與DSB電路的仿真1）全載波振幅調(diào)制（AM）（1）按設(shè)計電

15、路設(shè)置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。（2）當(dāng)電路平衡時，即Uq=0,Uo=0,模擬乘法器1496的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)如表1。引腳1214電壓5.95.9-67.6-9.19.729.7-623.2-672.7-7.1-8vvmvmvvvmvmvvv調(diào)R15（99%），使模擬乘法器腳間電壓為+200mV,即電路不平衡。按設(shè)計要求加入信號，載波信號UX:f=500KHZ/60mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/150mV，此時實現(xiàn)AM調(diào)制。信號時域波形和頻域圖形如圖6-1、6-2所示。此條件時，ABm=x100%=aA+B"方廠11IS光譜分叔-XSAlss時間通直A通道B28,151

16、ms200.491mV1.731V2S®28,151ms200.491mV1.731V2寸0.000s0.000V0.000V時基標(biāo)度：200us/Div通道A刻度：200mV/t)iv通道B刻度；2忖X軸位移（格）：0Y軸位移格）：1-6丫軸位移（格）：-1.6N/d添加1b/Aa/B1交流11Q直流1®交流Q直濟-觸發(fā)邊沿：SE0可畫水平：0廠丨單次正?！繋?輸入丨截止IL.dB.jlldBm|§f檔距100IkHz重程：0.1VQiv開始：1|kHz蚤考：|o中心：51|kHz分解頻率：末端：101|kHz1|吐11.000kHzW1I停止反向J顯示參考II

17、設(shè)違1設(shè)定檔距零檔距|全檔距輸入觸發(fā)圖6-1圖6-2Tektronix示波器-X£C2lhOiROVER"IfektTOIt（黑'''iJ!龍骷嚶臆USCILLOSCOFE-i.cevCursor1-SOBmVFOSITION睡®'LEVEL“區(qū)遷廠POSITIONCURSOR1*U5ER5ELfTP051TIDNVOLTS/DIVVDLT5/DIV圖6-3POSITIONVDLTyDIVCH4POSITION.SfC/DIVEXTTftIGTektronix示波器-X5C2lektroni*hQisiTALSTORAGEOSCIL

18、LOSCOFt24CHI2D0mVCHE50伽t陽MIDDutsCH1£95pV-23SmVCursor1-BS6mV00000U5ER5EUCTHOREZONTMI.POSITIONHELPSCROLLfllDRIZ料SfC/DIVEXTTRIG丄POWER圖6-4如圖6.3、6.4所示，吏用Tektronix示波器來測A和B的值(調(diào)用光標(biāo)可很方便地測得)。由圖6-3知A=584mv,由圖6-4知，B=236mv,則：A_bm=x100%=maA+Ba=(584-236)/(584+236)*100%=42.4%(4)調(diào)R14使AM信號過調(diào)制，即使M>100%。當(dāng)M>1

19、00%時，過零點為一條直線。實驗測得信號波形如圖7所示?？诳蒐0X1005WT.EKSrrA-師M3n*'BOWVMSJB.CHitJrrA10000V亠5血也日擁I嗣呦田Aft-ag*Q1哋闌;牯;：G島¥嚨1咖：-Lfl事平:D¥LJLP皿"M正至日苛L&圖721）抑制載波振幅調(diào)制（DSB）令UO=0，調(diào)R14,使模擬乘法器腳間電壓為0V,即電路平衡。按設(shè)計要求加入信號，載波信號UX:f=500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy：f=2KHz/200mV，此實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。為M曲線。實驗測得DSB過零點信號波形如圖9所示。為M

20、曲線。圖9同步檢波器電路設(shè)計與仿真同步檢波器電路設(shè)計振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于普通調(diào)幅波（AM）信號的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進行解調(diào)。而雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡(luò)檢波進行解調(diào)，必須采用同步檢波方法。MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電路原理框圖10所示。圖10其中y端輸入同步載波信號U，x端輸入已調(diào)波信號CU。解調(diào)器輸出信號經(jīng)低通后輸出解調(diào)信號。其1496構(gòu)S成的同步檢波電路與外接元件參數(shù)與AM調(diào)制電路無異，僅需接一低通濾波器實際設(shè)計電路如圖11所示；低

21、通濾波器設(shè)計計算同步檢波器電路仿真1、按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并用EWB完成電路連接。2、調(diào)RW1使電路平衡時，即Uc二UQ=0,Uo=03、按設(shè)計要求加入信號，（載波信號UX:仁500KHZ/50mV調(diào)制信號Uy:仁2KHz/200mV）,a.按已知條件產(chǎn)生DSB信號b.按同步檢波工作原理加入信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖12所示。如圖12,從上至下，依次為調(diào)制信號、DSB信號、解調(diào)輸出信號。圖12(3) 混頻器電路設(shè)計與仿真混頻電路的作用是在本地振蕩電壓的作用下，將載頻為fc的高頻已調(diào)信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調(diào)信號。由于乘法器可以產(chǎn)生只包含兩個輸入信號之和頻及差頻分量的輸出信號，所以用模擬乘

22、法器和帶通濾波器可以方便地實現(xiàn)混頻功能。其原理框圖如圖13所示：帶二和I帶通濾波器#乘法器混頻原理框圖用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在Ux端和U端分別加上兩個不同頻率的信號，兩信號相差一中頻，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號?；祛l器電路設(shè)計由1496模擬乘法器構(gòu)成混頻電路和外接元件參數(shù)與AM調(diào)制電路無異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設(shè)計的電路如圖14所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態(tài)。465KHZ諧振回路的設(shè)計與原件參數(shù)計算：(略)混頻器電路仿真1、按設(shè)計電路設(shè)置元件參數(shù)并完成電路連接。2、調(diào)R14使電路平衡時，即Uc二UO=0,Uo=03、按設(shè)計要求加入信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖15所示圖15(4) 倍頻器電路設(shè)計與仿真 倍頻器電路設(shè)計由模擬相乘器構(gòu)成的倍頻器電路原理框圖如圖16所示：當(dāng)輸入信號為：uuu,xyi即模擬相乘器接成如