試驗四.

模擬乘法器應用試驗模擬乘法器是一個利用晶體管非線性特征，經過電路上巧妙安排，在輸出中把兩路輸入信號抵消掉僅保留由非線性產生兩路輸入信號乘積項，從而取得良好乘積特征集成器件。其用途廣泛，除用于各種頻率變換：如平衡調制、混頻、倍頻、同時檢波、鑒頻、鑒相、自動增益控制等電路外，還可與放大器結合完成許多數學運算。慣用模擬乘法器有雙差分模擬乘法器MC1496、MC1596，四象限模擬乘法器BG314及超高頻四象限乘法器A0834等。第1頁試驗任務與要求試驗目標

（1）了解模擬乘法器工作原理（2）學會利用模擬乘法器完成平衡調制、混頻、倍頻、同時檢波、鑒相及鑒頻等功效。第2頁試驗儀器高頻信號發生器QF1055A一臺;超高頻毫伏表DA22A一臺;頻率特征測試儀BT－3C一臺;直流穩壓電源HY1711－2一臺;數字示波器TDS210一臺.第3頁試驗任務與要求基本試驗試驗線路及說明

試驗電路如圖1所表示。該電路可用來實現普通調幅、平衡調制、混頻、倍頻、同時檢波等功效。圖中RL為負載電阻，RB是偏置電阻，RE是負載反饋電阻，RW和R1、R2組成平衡調整電路，調整RW，可使1、4兩腳直流電位差為零，從而滿足平衡調幅需要，若1、4腳直流電位差不為零，則1、4輸入包含調制信號和直流分量兩部分，此時可實現普通調幅波，電感L1和C1、C2組成BPF以混頻輸出所需465KHz中頻信號，同時檢波可用前邊限幅器(未給處)和模擬乘法器及低通濾波器（L2C3C4）組成。

第4頁圖1.模擬乘法器應用電路一：振幅調制、混頻等第5頁

基本命題1.試驗前，全部試驗先進行計算機仿真，研究載波、調制信號大小及頻率改變，直流分量大小對已調信號影響。第6頁2.用模擬乘法器MC1596實現正弦調幅。分別加入fx=500KHz，Ux=50mV，fy=10KHz，Uy=0.2V信號時調電位器RW工作在不平衡狀態時便可產生含載波正弦調幅信號。

a:保持Ux（t）不變，改變Uy值：50mV、100mV、150ｍV、200mV、250mV時，觀察Uo(t)改變，并作出m～Uy(t)關系曲線（*m指以調信號調幅系數測試時可用公式m=(A-B)/(A+B)）

b:保持Uy(t)不變，fy由小到大改變時，輸出波形又怎樣改變？第7頁3.用模擬乘法器MC1596實現平衡調幅波。

a.調平衡：將乘法器y輸入端接地,即Uy(t)=0,x輸入端加入fx=500KHz,Ux=50mV輸入信號,調電位器RW使Uo(t)=0。

b分別加入fx=500KHz,Ux=50mV;fy=50KHz,Uy=200mV信號時,微調RW即可得到平衡雙邊帶信號,描繪Uo(t)波形,要尤其注意調制信號過零時載波倒相現象。

c.保持Ux(t)不變，使Uy(t)由小到大改變，觀察Uo(t)改變，記下改變結果，并測出最大不失真Uo(t)所對應Uy(t)大小。

d.保持Ux(t)不變，fy改變時Uo(t)改變情況怎樣？第8頁4.用MC1596實現倍頻:調整模擬乘法器仍工作在平衡狀態，在x輸入端和y輸入端同時加fi=200KHz，Ui=50mV信號，微調Rw，用示波器雙蹤觀察Uo(t)b

和Ui(t)關系，即有fo=2fi第9頁5.用MC1596實現混頻:在乘法器輸入端分別加入fx=565KHz，Ux=50mV和fy=100KHz，Uy=0.1V信號，在乘法器輸出端接入465KHz帶通濾波器，使可得到兩信號差頻輸出，實現混頻作用，統計輸出波形及頻率值。6.用MC1596實現同時檢波:按原理電路(圖1)連接，當輸入端加入調幅波信號時，該信號載波頻率為500KHz，大小為50mV，調制頻率為1KHz，m=30%時，分別觀察圖中A、B、C及輸出Uo(t)波形。第10頁擴展命題1.用模擬乘法器實現鑒頻:試驗電路如圖2。輸入信號Us其載頻fc=10.7MHz，調制頻率F=1KHz，頻偏Δfm=75KHz,載波幅度Ucp.p=40mV,觀察Uo(t)，并測出整個電路特征曲線.即鑒頻特征曲線(本試驗用掃頻儀進行),掃頻儀使用請參考本章第一節相關內容。圖2給出是用模擬乘法器MC1596實現相位鑒頻電路。其中C1與并聯諧振回路LC共同組成線性移相網絡，將調頻波瞬間時頻率改變轉變為瞬時相位改變（即FM波變為FM－PM）。MC1596作用是將FM波與FM－PM波相乘，輸出端接集成差分放大器將雙端輸出變為單端輸出，再經RC組成LPF輸出。第11頁模擬乘法器應用電路二：鑒頻器第12頁2.怎樣用模擬乘法器實現自動增益控制？3.平衡調制過程中會出現哪幾個不正常波形？試分析原因。

4.調幅時出現過調制波形怎樣？原因是？用試驗說明。

整理所測數據及波形，認真分析各種頻率變換，用坐標紙畫出所測波形，寫出規范試驗匯報，并談談自己體會。第13頁試驗說明及思緒提醒MC1596(MC1496)電原理圖和引腳圖如圖3所表示模擬乘法器經典應用及仿真波形

1.平衡調制――抑制載波調制(DSB－SC):即乘法器在載波和調制同時輸入時，經過平衡調整（接在信號Uy通路電位器），使載波饋通為零，輸出端只有兩輸入信號乘積項，從而完成平衡調制，實現框圖如圖4.

第14頁圖3.MC1596內部電路及引腳功效圖以下：第15頁圖4:平衡調制框圖以下：由框圖有：用圖1進行平衡調幅仿真，其波形和頻譜分別見圖5(a).5(b)第16頁圖5(a).雙邊帶平衡調幅波形以下：第17頁圖5(b).雙邊帶平衡調幅頻譜以下：第18頁仿真條件：載波頻率fx=500KHZ,U=10mV.調電位器工作在平衡狀態調制頻率fy＝10KHz,調制電壓Uy=0.2V2.普通調幅(AM)

框圖如圖4。試驗時乘法器因工作在不平衡狀態，從而y通道存在直流而輸出調幅波(關系同學們可自行推導),仿真波形及頻譜如圖6(a)、6(b)所表示。仿真條件：載波Ucm＝50mV,fx=500kHz,調制頻率fy＝10KHZ,Uy=0.5V。第19頁圖6(a).普通調幅波波形以下：第20頁圖6(b).普通調幅波頻譜以下：

第21頁3.倍頻原理框圖如圖7所表示（輸入輸出關系自行推導），仿真波形如圖8所表示。需注意是，倍頻實現時模擬乘法器必須工作在平衡狀態。*仿真條件：Ux=Uy=20mV,fx=fy=200kHz,由圖8看出,輸出其頻率為400KHz，實現了倍頻作用。圖7.倍頻實現原理方框圖以下：第22頁圖8.倍頻波形對比圖以下：第23頁4.混頻：原理框圖如圖9，兩路輸入信號（其頻率相差一個中頻）經模擬乘器在輸出端產生其差頻分量，該分量經過帶通濾波器選擇（中心頻率為差頻）即完成混頻作用.圖9.混頻實現框圖以下：

第24頁5.同時檢波：原理框圖如圖10。設輸入調幅信號電壓

經限幅后得到電壓為模擬乘法器輸出Uo則為

從上式能夠看出Uo(t)中不但有Ω成份，還有第25頁

2ωc成份及2ωc+Ω,2ωc,Ω等成份，只要經過低通濾波器便能夠得到只有Ω成份調制信號，從而完成了檢波作用。圖10.同時檢波實現框圖以下：第26頁6.鑒相：所謂鑒相就是相位檢波，用以比較兩相同頻率信號相位差，原理框圖如圖11所表示。圖11.鑒相器實現框圖以下：

ux=ui=Uicosωituy=KUicos(ωit+φ)

第27頁

經LPF后:u0(t)=K’’cosφ7.鑒頻：鑒頻是調頻逆過程，廣泛采取鑒頻電路是相位鑒頻器。其鑒頻原理是：先將FM波經過一個線性移相網絡變換成FM－PM波，然后再與調頻波經乘積型鑒相器進行鑒相。實現框圖如圖12.圖12.模擬乘法器實現鑒頻框圖以下：

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設經移項后乘法器輸出為經LPF后：u0(t)=K’sinΦ(ω)

從上式能夠看出：輸出信號是相移網絡相頻特征Φ(ω)函數。當|Φ(ω)|≤0.4rad,sinΦ(ω)≈Φ(ω),即輸出電壓正比于Φ(ω)，因為Φ(ω)正比于輸入調頻波頻率改變，頻

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率改變又正比于調制信號，從而有輸出電壓正比于調制電壓，實現了鑒頻作用，即有：u0(t)=K’’uΩ(t)模擬乘法器應用設計舉例模擬乘法器應用設計包含：

a.模擬乘法器靜態偏置確實定。

b.完成各種應用電路設計。靜態偏置電壓確實定：以MC1596為例1.靜態偏置電壓設置標準應確保每個晶體管工作在放大狀態。對于圖3所表示內部電路，應用時靜壓應滿足以下關系，即U8=U10，U1=U4，U6=U12，另外晶體管集、基極間電壓應大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓，

第30頁

即滿足：

15V≥（U6,U12）-（U8,U10）≥2V

15V≥（U8,U10）-（U1,U4

）≥2.7V

15V≥（U1,U4）-U5≥2.7V2.靜態偏流確實定靜態時，因差分各管基極偏流很小，所以乘法器靜態偏置電流主要由恒流源Io值確定。當器件單電源工作時，14腳接地，5腳外接偏置電阻到Vcc，因為Io是I5鏡像電流，所以改變電阻R5能夠調整Io大小，即

Io≈I5=(12V-0.7)/(R5+500Ω)

當器件為雙電源工作時，引腳14接負電源.UEE

(普通接-8V），5腳經過電阻R5接地，所以，第31頁

改變R5也能夠調整Io大小,即

Io≈I5=(|-UEE|-0.7V)/(R5+500Ω)

依據MC1596性能參數，器件靜態電流小于

4mA，普通取Io=I5=1mA左右.在UEE=-8V時,R5常取

6.8KΩ。器件總耗散功率可由下式估算：

PD=2I5（U6-U14）+I5（U5-U14）

PD值應小于器件最大允許耗散功率（33mw）

3.負反饋電阻對模擬乘法器輸出性能影響（*應用時，載波從8，10輸入；調制信號從1，14輸入）

RE接入后，擴展了Uy線性動態范圍，所以器件工作狀態主要由Ux決定，此