集成模拟乘法器的设计及应用

2008级信息系统 综合设计 信息系统综合设计报告书课题名称集成模拟乘法器的设计及应用姓 名学 号院、系、部电气工程系专 业电子信息工程指导教师 石家庄铁道大学四方学院2011年12月30日集成模拟乘法器的设计及应用一、设计目的掌握集成模拟乘法器（MC1496）的基本工作原理及构成的振幅调制、同步检波电路的原理。二、设计要求振幅调制电路设计，改变滑动变阻器的值实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制同步检波电路设计三、设计原理1MC1496集成模拟相乘器基本工作原理及内部结构集成乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、动态增益控制等。根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器。其内部电路如图1.(a)所示，其中 V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5等组成多路电流源电路，V7、R5、R1为电流源的基准电路，V8、V9分别供给V5、V6管恒值电流I0/2，R5为外接电阻，可用以调节I0/2的大小。由V5、V6 两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻RY，利用RY的负反馈作用，以扩大输入电压U2的动态范围。Rc为外接负载电阻。根据差分电路的基本工作原理，可以得到 (1.1.1) (1.1.2) (1.1.3)式中 ic1、ic2、ic3、ic4、ic5、ic6 分别是三极管V1、V2、V3、V4、V5、V6 的集电集电流。UT为温度的电压当量，在常温T=300K时,UT26mv.由图1.(a)可知，相乘器的输出差值电流 (1.1.4)将(1.1.1)、(1.1.2)、(1.1.3)代入(1.1.4)，可得 (1.1.5)由于V5、V6两管发射极之间跨接负反馈电阻RY，当RY远大于V5、V6管的发射结电阻时 (1.1.6)将式(1.1.6)代入(1.1.5)可得 (1.1.7)可见，输出电流中包含两个输入信号的乘积。MC1496的管脚排列如图1.(b)所示，其符号如图1.(c)所示。(a)内部电路 (b)引脚排列 (c)符号四、设计步骤1.模拟相乘器用于振幅调制1.1 振幅调制就是使载波信号的振幅调幅随调制信号的变化规律而变化。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设载波信号表达式为，调制信号的表达式为,则调幅信号的表达式为。但是调幅波中载波分量占很大比重，因此，信息传输效率较低，称这种调制为载波调制。为提高传输效率，广泛采用抑制载波的双边带调制。双边带调幅波的表达式为 （4.1.1）1.2 MC1496构成的振幅调制电路如图2所示。图2 MC1496模拟相乘器调幅电路其中，载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C3为高频旁路电容，使8脚交流接地；调制信号V经低频耦合电容C2从1脚输入；调幅信号Vo从12脚输出。采用双电源供电方式，所以5脚的偏置电阻R5接地；脚2与脚3间接入负反馈电阻RY,以扩展调制信号V的线性动态范围，RY增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。电阻R7、R8、R9及Rc1、Rc2提供静态偏置电压，保证乘法器内部的各个晶体管工作在放大状态R1、R2与电位器RP组成平衡调节电路，改变RP的值可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制。1.3 操作过程如下：Vx端输入载波信号Vc(t),其频率fc=5MHZ,峰-峰值Vcp-p=40mv,Vy端输入调制信号V(t),其频率f=1KHZ,先使峰-峰值Vp-p=0。调节RP，使输出Vo=0,再逐渐增加Vp-p,则输出信号Vo(t)的幅度逐渐增大，当Vp-p为几百毫伏时，出现抑制载波的调幅信号；此时Vp-p约几十毫伏。由于期间内部参数不可能完全对称，致使输出波形出现载波漏信号。脚1和4分别接电阻R3和R4以抑制载波漏信号和改善温度性能。如果Vo的波形上下不对称，则可在R3或R4或8脚的支路中串入100电位器，调节电位器即可改善波形对称性2.模拟相乘器用于同步检波 2.1 检波是从调幅波中取出低频信号的解调过程。它主要也由三部分组成：形成本地载波信号、MC1496构成的同步检波部分、LC二阶低通滤波器。在通信及电子设备中广泛采用模拟相乘器构成乘积型同步检波电路。其结构简单，性能稳定。2.2 如图3为MC1496双差分对模拟相乘器组成的同步检波电路。图3 MC1496模拟相乘器同步检波电路图中 同步信号，加到相乘器的8、10脚，其值一般比较大，使相乘器工作在双向开关状态；Us为高频调幅信号，即单边带或双边带信号。加到相乘器的1、4脚，其幅度可以很小，即使在几毫伏以下，也能获得不失真的解调；解调信号由12脚单端输出，C5、R6、C6组成型低通滤波器，C7为输出耦合隔直电容，用以耦合低频、隔除直流。MC1496采用单电源供电，5脚通过R5过接到正电源，以便为器件内部管子提供合适的静态偏置电流；设输入信号为双边带信号 同步信号Ur与载波信号同频同相关信号。则输出信号只要用低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号Un输出。若输入信号为单边带信号，同理也获得低频信号输出。五、 设计总结通过这次小学期的学习，让我对通信和高频的相关知识有了进一步的了解。在实习的过程中，通过我们自己动手操作，让我弄清了用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与过程，并研究已调波与载波、调制信号的关系，掌握了利用示波器测量调幅系数的方法。模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。乘法器对输入电压没有限制，ux= 0 或 uy = 0 时，uO = 0，输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的 。用变跨导模拟乘法器由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也 称为双平衡模拟乘法器。属于这一类的单片集成模拟乘法器有MC1496、MC1595等。振幅调制就是使载波信号的振幅调幅随调制信号的变化规律而变化。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设载波信号表达式为,调制信号的表达式为,则调幅信号的表达式为。为提高传输效率，广泛采用抑制载波的双边带调制。在通信及电子设备中广泛采用模拟相乘器构成乘积型同步检波电路。其结构简单，性能稳定。六、参考文献1.谢自美 电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社2003.102.谢嘉奎 电子线路 高等教育出版社2004.11七、附录 6