集成電路模擬乘法器的應用

1、鄭州輕工業(yè)學院課程設計任務書題目專業(yè)、班級 電信08- 2 學號13 姓名 李東良 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容用集成模擬乘法器MC1496設計調(diào)幅器和同步檢波器基本要求1:電源電壓12v集成模擬乘法器MC1496載波頻率f=5MHZ調(diào)制信號頻率fjlKHZ2：完成課程設計說明書，說明書應含有課程設計任務 書，設計原理說明，設計原理圖，要求字跡工整，敘 述清楚，圖紙齊備。3：設計時間為一周。主要參考資料1：李銀華電子線路設計指導北京航天航空大學出版社2005.62:謝自美 電子線路設計實驗測試 華中科技大學出版社 2003.103:張肅文 高頻電子線路 高等教育出版社2004.

2、11完成 期限：2010.6.21-2010.6.27指導教師簽名：課程負責人簽名：王新金2010年6月20日集成電路模擬乘法器的應用實驗內(nèi)容：用集成模擬乘法器MC1496設計調(diào)幅器和同 步檢波器。實驗原理說明：模擬乘法器的基本特性模擬乘法器是實現(xiàn)兩個模擬量（電壓或電流）相乘的功 能器件，理想乘法器的輸出電壓與同一時刻兩個輸入電壓瞬 時電壓值的成績成正比，而且輸入電壓的波形、幅度、極性 和頻率可以是任意的。其符號如下所示，K為乘法器的增益 系數(shù)。單象限乘法器一對兩個輸入電壓都只能適應一種極 性，即X、的皆為固定極性.二象限乘法器一只升一個輸入電壓能適應正、負極 性，而對另一個輸入電壓只能適應一

3、種極性.四象限乘法器一能夠適應兩個輸入電壓四神機性組 合的乘法器。0 = &7%一增益系數(shù)以差分放大電路為基礎的電路圖如下所示2（1 + 舟）。時，1模擬乘法器的基本原理在室溫下，K為常數(shù)，由表達式可知u與輸入電壓u、u的乘積成正比，正是由于兩個輸入電壓u、u的乘積項的 xy x存在，所以差分放大電路具有乘法功能，具有像非線性阻抗 那樣能產(chǎn)生新的頻率分量的頻率變換作用。此電路uy必須為 正才能正常工作。集成模擬乘法器MC1496的內(nèi)部電路圖稿、昭、V, K擬乘法器%撬、V6 乘澹v7v9也 7流源電路攻、椿、呂7流源基準% v9H供口.5*& HA負反饋，擴大改 的線性動態(tài)范圍增益系數(shù)茂=金其

4、中，UK （S； 26mV） , - Ry Hy Ry上圖所示是MC1496的內(nèi)部電路，它是一個雙平衡四象限 的集成模擬乘法器。由圖可知，該乘法器是屬于并聯(lián)交叉耦 合可變互導型，由T1和T2兩個晶體管組成一對差分放大器， T5是它的恒流源；又有T3和T4兩個晶體管組成第二對差 分放大器，T6是它的恒流源。T1和T3的集電極連在一起， T2和T4的集電極連在一起，T2的基極和T3的基極相連， T1和T4的基極相連。其中腳8和腳10為Ux輸入端，腳4 和腳1為Uy輸入端，腳6和腳12為差動輸出端。D7、T8、 T9組成具有負反饋電阻的恒流源，R1、R2、R3為負反饋電 阻，它們的作用是展寬動態(tài)范圍

5、。腳2和腳3之間接入反饋 電阻Ry,對差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負反饋，可調(diào)節(jié)乘 法器的信號增益，擴展電壓Uy的線性動態(tài)范圍。腳5接偏 置電阻R5,用來調(diào)節(jié)偏置電流和鏡像電流的值。對于靜態(tài)偏置電流，主要由恒流源的值來確定。當器件 為單電源供電時，引腳14接地，5腳通過一個電阻接正電 源，改變此電阻可以調(diào)節(jié)恒流源的大??；當器件為雙電源供 電時，引腳14接負電源，5腳通過R5接地，改變R5同樣 可以調(diào)節(jié)恒流源的大小。利用集成模擬乘法器MC1496設計調(diào)幅器和同步檢波器 模擬乘法器是一種重要的非線性多用途器件，它與放大 器相結(jié)合可以完成許多數(shù)學運算，如乘法、除法、乘方和開 方等，還廣泛應用于頻率變

6、換、信號處理電路中，構(gòu)成調(diào)制、 解調(diào)或其它電路。本課程設計主要利用MC1496實現(xiàn)調(diào)幅和 同步檢波。（一）調(diào)幅波的基本性質(zhì)1、普通調(diào)幅（全載波調(diào)制I）普通調(diào)幅是用需傳送的信息（調(diào)制信號）u湛t）去控制高 頻載波uc（t）的振幅，使其隨調(diào)制信號u（t）的規(guī)律而變化。調(diào) 幅時，載波的頻率和相位不變，而振幅將隨調(diào)制信號線性變化。若載波信號為氣(t) = Ucm cos wct，調(diào)制信號為山。(t)。則普 通調(diào)幅波的振幅為：U cm (t) = U cm + kaU。(t)(6-1) 式中，是一個與調(diào)幅電路有關的比例常數(shù)。頓(t )稱為包 絡函數(shù)，它反映了ufi (t)的變化規(guī)律。因此，調(diào)幅波的數(shù)學表

7、 達式為%# ) = Ucm (t )C0S ct = Ucm + kaU。(t )cos /(6-2)(1)單頻調(diào)制若調(diào)制信號為單頻信號，即u。(t) = U Qm cos。t，則普通調(diào) 幅波的數(shù)學表達式為：Ucm (1 + ma cos。t) cos wct=Ucm cos wct + Ucmma cos。t cos wctkacmcm=Ucm cos W ct +U。m cos。田 cm cos W ctcm=U (t) + Uc (t) U (t)(6-3) 調(diào)制信號的 4為調(diào)幅c。 ccm式中，Ucm cos w ct為載波分量，不包含有用信息信息只包含在上下邊頻Ucmma cos。

8、t cos w ct札 mcm系數(shù)或調(diào)幅度，其值也可由調(diào)幅波包絡；cm (t)的最值求出macm maxcm mincm maxcm min(6-4)普通調(diào)幅波的波形如圖6-1所示?？梢钥闯?，已調(diào)幅波 的包絡形狀與調(diào)制信號一樣。從調(diào)幅波的波形上看出包絡的 最大值Ucm驚和最小值Ucm mn分別為:U cm max = U cm (1 + ma )U cm min = U cm (1 ma )普通調(diào)幅時ma 1，將會產(chǎn) 生過調(diào)幅失真，其波形如圖6-2所示。由圖可知，已調(diào)波包 絡形狀與調(diào)制信號不一樣，不能反映調(diào)制信號的變化規(guī)律。圖6-1普通調(diào)幅波的波形圖圖6-2過調(diào)制調(diào)幅波形多頻調(diào)制若調(diào)制信號為多

9、頻信號，即u。(t) = UQmCOS Oit + UQm2cos Q21 + + UQmn cos Ont 則普通調(diào)幅波的數(shù)學表示式為：nUAjMf)= Ucm (1 + E maj C0S O jt )C0S C(6-5)J =1式中，m疽kaU Q mjl Ucm為對第j個調(diào)制信號的調(diào)幅系數(shù)；Ucm cos oct為載波分量，有用信息包含在邊帶分量內(nèi)。實際上， 調(diào)制信號是包含多個頻率的復雜信號，如調(diào)幅廣播所傳送的 語音信號頻率約為50Hz至4.5kHz，調(diào)制后，各個語音頻率 產(chǎn)生成對等幅上、下邊頻，迭加后形成上、下邊頻帶。從頻 率角度看，調(diào)幅過程實質(zhì)上是一種頻譜搬移過程。經(jīng)過調(diào)制 后，調(diào)

10、制信號的頻譜由低頻被搬移到載頻附近，成為上、下 邊頻帶。2、抑制載波雙邊帶調(diào)幅普通調(diào)幅雖然原理簡單，接收端易提取同步信號，但由 于載波不包含有用信息，因此調(diào)制效率低，易造成能源浪費。為了提高調(diào)制效率，減小功率浪費，可以只發(fā)射上、下邊頻 而不發(fā)射載波，這種調(diào)幅方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)幅，用 DSB表示。由(6-3)式可知，單頻抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號可表示 為UDSB)= Ucmma COS Q 河/kacmUQm C0S EUcm COS /cmcmka(6-6)由式(6-3)和(6-6)可知，雙邊帶調(diào)幅信號的振幅為Ucmma cos Qt，而普通調(diào)幅信號的振幅為Ucm(1 + ma)cos Q

11、t，顯然 雙邊帶的振幅有正有負，而普通調(diào)幅波在 1時振幅不可 能出現(xiàn)負值。單頻調(diào)制的雙邊帶調(diào)幅波各信號波形如圖6-3所示?；?，但它已不能完全準確地反映低頻調(diào)制信號的變化規(guī)律。 在調(diào)制信號的負半周，已調(diào)與原載波反相；在調(diào)制信號的正 半周，已調(diào)波與原載波同相；在調(diào)制信號的過零點處，調(diào)幅 信號發(fā)生1800相位突變。因為雙邊帶信號不包含載波所以 發(fā)送的全部功率都載有信息，功率利用率高。采用乘法器實現(xiàn)調(diào)幅調(diào)幅器框圖如下所示幅度調(diào)制就是載波的振幅調(diào)制信號控制周期的變化，由 MC1496構(gòu)成調(diào)幅器，它將高頻正弦波信號為載波信號輸入 到Ux，并加在兩組差動放大器T1、T4對地的輸入端8和10 兩端腳之間；同時

12、將低頻正弦波信號作為調(diào)制信號加在差動 放大器T5、T6輸入端1和4兩端腳之間，將這兩種信號輸 入后，二者相乘為輸出信號的全載波信號。采用模擬乘法器構(gòu)成的調(diào)幅電路如下圖所示集成模擬乘法器MC1496調(diào)幅器電路圖（二）解調(diào)原理調(diào)幅波的解調(diào)又稱幅度檢波，簡稱檢波，它是調(diào)幅的反 過程。常用方法有包絡檢波和同步檢波兩種。由于有載波振 幅調(diào)制信號的包絡直接反映了調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用 二極管包絡檢波的方法進行解調(diào)。而抑制載波的雙邊帶或單 邊帶振幅調(diào)制信號的包絡不能直接反映調(diào)制信號的變化規(guī) 律，所以無法用包絡檢波進行解調(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

13、法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制載波的雙邊帶信號us (t)= usmcoswctcosQ t，另一輸入端 輸入同步信號(即載波信號)uc (t)=ucmcoswc(t),經(jīng)乘 法器相乘，可得輸出信號U0 (t)。lie ft J =! K三HmaUtJiC 喝 WC4- ) tCO&Wct=A Keucos t-i K?臨RhWS 機c十 Q)t7-17)-式中，第 皿是所需要的低額調(diào)制俏號務給，第-項為高頻為房.也可以被 岐通澹波器濾掉，如果輸入信號Us t)為有栽波振幅調(diào)制信號，同米信號為莪波信號Uc(t)，利用 乘法器的相昶原曜-同樣也能實睨解蜩。設 吟：t) =Um生(1+mcosQt) toswc、比(t? =ncacoswjIfiiMtK電壓山崗為Bo( t) = KfUi t) * E)=i-KEUwknj-1- KeHHI皿EsaH? Ke臨+二 Keiq u5mUtm cos (2wc-i- ft ) t十KeE 岫11口 ES (2wc- Q)t部件：H,=Uc26mV. *=傀為大信 MU-1S1上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信 號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器 可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)