1、實驗課程名稱：高頻電子線路 模擬乘法器的綜合應用設計實驗 實驗工程名稱實驗成績專業(yè)班級實驗者組 別同組者實驗日期實驗目的、意義 1?了解模擬乘法器 MC149? 的電路組成結構與工作原理。2 ?掌握利用乘法器實現(xiàn)振幅調制、同步檢波、倍頻 與混頻等幾種頻率變換電路的原理及設計方法。3 ?學會綜合地、系統(tǒng)地應用已學到模、數(shù)字電與高頻電子線路技術的知識，掌握對振幅調制、同步檢波、混頻和倍頻電路的制作與仿真技術，提高獨立設計高頻單元電路和解決問題 的能力。二 . 設計任務與要求1設計任務：用模擬乘法器實現(xiàn)振幅調制 含 AM 與 DSB 卜 同步檢波、混頻、倍頻等頻率變換電路的設計， ：模 擬乘法器為

2、1496, 采用雙電源供電，Vcc=12V Vee=-8V.2設計要求： 全載波振幅調制與抑制載波振幅調制電路的設計與仿真：根本條件：高頻載波： 500KHZ/100mV 調制信號： 1KHz/300mV, 模擬乘法器采用 LM149& 并按信號流程 記錄各級信號波形。計算此條件時的AM調制信號的調制度 m二？,分析AM與DSB信號 m> 100% 時，過零點的特性。 同步檢波器電路設計與仿真實現(xiàn)對 DSB 信號的解調。 根本條件；載波信號 UX f=500KHZ /50mV調制信號 Uy： f=2KHz/200mV ，并按信號流程記錄各級信號波形。 混頻器電路設計與仿真實現(xiàn)對信

3、號的混頻。根本條件： AM 信號條件：載波信號 UX f=565KHZ /50mV ，調制信號 Uy： f=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。 倍頻器電路設計與仿真 實現(xiàn)對信號的倍頻。根本條件： Ux=Uy 載波信號 UX f=500KHZ /50mV,并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關系。三 . 主要儀器設備及耗材1、設計模擬乘法器2、設計模擬乘法器3、設計模擬乘法器4、設計模擬乘法器5、設計模擬乘法器LM1496 外部電路 ,LM1496 外部電路 ,LM1496 外部電路 ,LM1496 外部電路 ,LM

4、1496 外部電路 ,2 ？計算機與仿真軟件 四、實驗內容 實現(xiàn)振幅調制 AM/DSB 電路，觀察輸出點波形。 實現(xiàn) 混頻器電路，觀察輸出點波形，并測量輸出頻率。 實現(xiàn)同步檢波電路，觀察輸入/輸出點波形。實現(xiàn)倍頻電路，觀察并記錄輸入/輸出點波形 ， 。實現(xiàn)鑒頻電路，觀察輸出點波形擴展實驗工程五?實驗原理與電路設計仿真1、集成模擬乘法器1496的內部結構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，振幅調制、同步檢波、 混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過程，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

5、的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、播送電視等方面應用較多。集成模擬乘法器的 常見產(chǎn)品有 BG314 F1595、F1596、MC1495 MC1496 LM1595 LM1596 等。 下面介紹MC1496集成模擬乘法器。(1) MC1496的內部結構MC1496是目前常用的平衡調制/解調器。它的典型應用包括乘、除、平方、開方、倍頻、調制、混頻、檢波、鑒相、鑒頻、動態(tài)增益控制等。MC1496的和內部電路與外部引腳圖如圖Uv引腳圖1(a)(b)所示。它內部電路含有8個有源晶體管，引腳8與10接輸入電壓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VO=K

6、VXV,Y而實際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關系為：VO=K(VX +VXOS (VY+VYOS +VZOX 為了得到好的精度，必須消除VXOS VYOS與VZOX三項失調電壓。弓I腳2與3之間需外接電阻，對差分放大器T5與T6產(chǎn)生交流負反應， 可調節(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增益調節(jié)端3: GADJ增益調節(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+MC149fi載波信號輸入正端9: NC空腳10: CAR-載波信號輸入負端11: NC空腳出亠療出咗(a

7、)1496內部電路12: OUT-(b)1496負電流輸出端13: NC空腳14: V-負申源圖1 MC1496的內部電路及引腳圖mu閃、(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內部結構圖，將兀器件放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路局部由周圍的方框標示，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/SB Connecter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

8、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/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出現(xiàn) Subcircuit Name 對話框，在對話框中輸入MC1496單擊0K完成子電路的創(chuàng)立選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標。雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對話框中單擊Edit Subcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，可直接修改該電路圖Mihmi?mipwKM mn?Ih #MC1496內部結構multisim電路圖和電路模塊如圖2所示。2、AM與DSB電路的設計與仿真調幅就是用低頻調制信號去控制高頻振蕩載波的幅度，使高頻振蕩的振幅按調制信號的規(guī)律變化。把

9、調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)調幅。 幅度調制信號按其不同頻譜結構分為普通調幅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。入載波信號 m = 信號的表達為：利用模擬乘法器相乘原理實現(xiàn)調幅是很方便的，工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸?另一輸入端輸入調制信號 法器相乘，可得輸出抑制載波的雙邊帶調幅詁口小鄧皿他 十一扣爲陶5他一°"出信號表達式為:假設要輸出普通調幅信號，只要調節(jié)外部電路的平衡電位器，使輸出信號

10、中有載波即可。輸 圖2 MC1496的內部電路及電路模塊引腳圖=A 1 + m cosQf cosry tr!刖匕E cos a+u f + g刑匕叫一3所示普通振幅調制電路的原理框圖與抑制載波雙邊帶振幅調制電路的原理框圖如圖AM與DSB電路的設計圖 4 1496那么：當VEE=-8V, I 5=1mA時，可算得：R5Vee0.7 500|5Fb= (8-0.75 ) / (1X10-3) -500=6.75K QR5 500取標稱電阻，那么 R5=6.8K Q構成的振幅調制電路電原理圖圖中載波到信號C高頻耦合3電犒頻制信路電容，使交流接地。調 UQ端，C5為高頻旁路電容，使交流接地。調經(jīng)高頻

11、耦合電鍬12腳單端輸出輸電路采用雙電源供電，所以腳接 Rb到地。因此，改變 R也可以調節(jié)101的M 大小，即：UEE 0.7V查集成模擬乘法器 MC1496應用資料附錄1,得典型應用電路如圖4所示MC1496器件的靜態(tài)電流一般取 I 0= | 5 = 1mA左右MC1496的腳外接電阻 RB對差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負回授，可調節(jié)乘法器的增 益，擴展輸入信號UQ動態(tài)范圍。因為：UQW I 5RB式中I 5為5腳的電流，中選 X=1mA Uy=1V峰值時，由上式可確定 RB :RB> UQ /I5=1/1X1O - =1KQ負載電阻RC的選擇由于共模靜態(tài)輸出電壓為：Ua=U2=Vc &

12、amp;l 5R.式中U6、U2是6腳與12腳的靜態(tài)電壓。中選 U6=Ul2=8V, Vcc=12V, I 5=1mA時,R-= (VCC-U6)/l 5=(12-8(1X10-)=4K Q,取標稱電阻 RL=3.9K Q。態(tài)。阻值的選取應滿足如下關系：V8V電阻R1、R2、R3與RC1、RC2提供芯片內晶體管的靜態(tài)偏置電壓，保證各管工作在放大狀15V(V6 V8) 2V,15V (V8 V1) 2.7V ,15V (w V5)2.7V所以取：R 仁 R2=1KQ R3=51 Q R4=R5=750 Q, R6=R7=1 Q, WR 仁 10 KQ電阻R4 R5 WR1 R6和R7用于將直流負

13、電源電壓分壓后供應MC1496的1、4腳內部的差分對三極管基極偏置電壓。通過調節(jié)RP,可使MC1496的1、4端的直流電位差為零，即 UQ輸入端只有調制信號輸入而沒有直流分量，那么調幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶調幅波；假設調 節(jié)RP,使MC1496 的1、4端的直流電位差不為零，那么電路有載波分量輸出，為普通調幅波。耦合電容與高頻電容的選擇電容C1與C2應選擇得使其電抗在載波頻率上低于5Q,即:1/ 3 6= 1/3 C2< 5 Q 所以取 6= C3=0.1uf,C2=C5=4.7uf,iofca12 V-MA 1OkO-4- SQr nVrm*7 SOOkMz 州7 SOOkMz州

14、R111PI3MA 51D C51葦.C2，IIR?3JHDR1?由此得到實際的模擬乘法器1496構成的振幅調制電路與測量系統(tǒng)電原理圖，如圖圖5 1496構成的振幅調制電路電原理圖AM與DSB電路的仿真1)全載波振幅調制(AM(1)按設計電路設置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。 當電路平衡時，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(3)調R15 (99% ),使模擬乘法器腳間電壓為+200mV,即電路不平衡。按設計要求加入信號，載波信

15、號 UX : f=500KHZ /60mV 調制信號 Uy： f=2KHz/150mV，此時實現(xiàn) AM調 制。信號時域 波形和頻域圖形如圖6-1、6-2所示。此條件時，m A Ba A B 0asw5or*w irujruHnusiiKJM00CH 4Ulo越圖6-4 FCbE*I 4rM1咄car ii-=L L£tLHfl皿uKU牌cm圖6-3如圖6.3、6.4所示，使用Tektronix示波器來測A和B的值調用光標可很方便地測得。由圖6-3知A=584mv4心；vaLTciv cr-CJDiv'alcrrrix示戰(zhàn)幕-心LydCIS &TRIQMD tBAJI

16、AAbjI 妁 LF 勾 W WLAW/Tbkrm niAm a=(584-236)/(584+236)*100%=42.4%A BA-B- 100%U>OiH&DIV由圖 6-4 知，B=236mv,貝U：maci?r!vaLiS-Bivj -1M P-c 扃C-UHe I Icktrnnivrr-AHB 5FN |Airy3F334Ipu3iilpi HEFTI調過零點使條直信號過調制，即使M >100%。當M > 100%時,驗測得信號波形如圖7所示心;圖721)抑制載波振幅調制(DSB0V,即電路平衡(1)令UQ=0,調R14,使模擬乘法器腳間電壓為按設計要求

17、參加信號，載波信號UX : f=500KHZ /50mV調制信號Uy： f=2KHz/200mV，此時實現(xiàn)DSB調制。信號的時域和頻域波形如圖8所示。賦I;出月Bfih也聲I加圖8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曲UftR.Vf農(nóng)通憩波圖1010所示。(略)t.1心C71II1二 ¥1-丄二F"肝1IJlJ'1K4-b V'*12 V、3一"£>CiII )5001-*mi;11 . J:MM :-R1Vt-1R11-IV .P* i亠卻亦1V sHzQ'si

18、a1. 0k(l:IR14葦- - - 1 * |Ria Ltf.'VrMImi*. * 一> -* -SID1 OhQ2同步檢波器電路設計與仿真同步檢波器電路設計振幅調制信號的解調過程稱為檢波。常用方法有包絡檢波和同步檢波兩種。由于普通調幅波AM信號的包絡直接反映了調制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡檢波的方法進行解調。而雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)律，所以無法用包絡檢波進行解調，必須采用同步檢波方法。MC1496莫擬乘法器構成的同步檢波解調器電路原理框圖其中y端輸入同步載波信號 Uc，x端輸入已調波信號US。解調器輸出信號經(jīng)低通后輸出解調信號。

19、其1496構成的同步檢波電路與外接元件參數(shù)與AM調制電路無異，僅需接一低通濾波器實際設計電路如圖11所示；低通濾波器設計計算同步檢波器電路仿真1、 按設計電路設置元件參數(shù)并用EWB完成電路連接。2、調RW1使電路平衡時，即 Uc=UD =0,Uo=03、 按設計要求參加信號，載波信號 UX: f=500KHZ /50mV 調制信號Uy: f=2KHz/200mV, a.按已 知條件產(chǎn)生DSB信號b.按同步檢波工作原理參加信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖12所示。如圖12,從上至下，依次為調制信號、DSB信號、解調輸出信號。圖12(3) 混頻器電路設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f

20、c的高頻已調信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調信號。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：障通濾波器朮乘法器混頻原理植圖用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在 信號Ux端和Uy端分別加上兩個不同頻率的信號，兩相差一中頻，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號。混頻器電路設計由1496模擬乘法器構成混頻電路和外接元件參數(shù)與AM調制電路無異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設計的電路如圖14所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態(tài)。iiamw miC1七I-A A .vtEr-1J劃t R|c :1t M*d<154AIIJM圖 14465KHZ諧振回路的設計與原件參數(shù)計算：略混頻器電路仿真1、按設計電路設置元件參數(shù)并完成電路連接。2、調R14使電路平衡時，即 Uc=m =0,Uo=03、按設計要求參加信號，得實驗數(shù)據(jù)如圖15所示倍頻器電路設計當輸入信號為：Ux即模擬相乘器接成如圖Uy Ui ,16所示，就構成了平方運算電路，其輸出與輸入的關系是：2Uo KUxUy KUi如果 UxUy Ui Uim si nwt由模擬相乘器構成的倍頻器電路原理框圖如圖16所