高頻模擬乘法器綜合實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)課程名稱：_高頻電子線路 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱模擬乘法器的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí) 驗(yàn) 者專業(yè)班級(jí)組 別同 組 者 無(wú)實(shí)驗(yàn)日期2015年5月31日一實(shí)驗(yàn)?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(shí)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(jì)方法。3學(xué)會(huì)綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字電路與高頻電子線路技術(shù)的知識(shí)，掌握對(duì)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(dú)立設(shè)計(jì)高頻單元電路和解決問(wèn)題的能力。二設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.設(shè)計(jì)任務(wù)：用模擬乘法器實(shí)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(jì)。已知：模擬乘

2、法器為1496，采用雙電源供電，Vcc=12V，Vee=-8V。2.設(shè)計(jì)要求：（1）全載波振幅調(diào)制與抑制載波振幅調(diào)制電路的設(shè)計(jì)與仿真：基本條件：高頻載波：500KHZ/100mV， 調(diào)制信號(hào)：1KHz/300mV， 模擬乘法器采用LM1496。并按信號(hào)流程記錄各級(jí)信號(hào)波形。計(jì)算此條件時(shí)的AM調(diào)制信號(hào)的調(diào)制度m= ? , 分析AM與DSB信號(hào)m100%時(shí)，過(guò)零點(diǎn)的特性。（2）混頻器電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的混頻?；緱l件：AM信號(hào)條件：（載波信號(hào)UX：f=565KHZ /50mV ，調(diào)制信號(hào)Uy：f=2KHz/200mV，M=30%）中頻信號(hào)：465KHZ，本地載波：按接收機(jī)制式自定。記錄各級(jí)信

3、號(hào)波形。三實(shí)驗(yàn)原理與電路設(shè)計(jì)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(gè)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(guò)程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過(guò)程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡(jiǎn)單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無(wú)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、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)MC1496 是目前常用的平衡調(diào)制/解調(diào)

4、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(dòng)態(tài)增益控制等。根據(jù)雙差分對(duì)模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器。其內(nèi)部電路如圖1（a）所示：其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，V5、V6組成的單差分放大器用以激勵(lì)V1V4； V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5 等組成多路電流源電路；V7、R5、R1為電流源的基準(zhǔn)電路；V8、V9分別供給V5、V6管恒值電流Io,R5為外接電阻，可用以調(diào)節(jié)Io的大?。挥蒝5、V6 兩管的發(fā)射極引出接線端 2和3，外接電阻R4，利用 R4的負(fù)反饋?zhàn)饔?，以擴(kuò)大輸入電壓VS的動(dòng)態(tài)范圍；Rc為外

5、接負(fù)載電阻。引腳8與10接輸入電壓VC，1與4接另一輸入電壓VS。其引腳圖如圖1（b）所示。(a)1496內(nèi)部電路 (b)1496引腳圖圖1 MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖它內(nèi)部電路含有 8 個(gè)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 VO。一個(gè)理想乘法器的輸出為VO=KVXVY，而實(shí)際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關(guān)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(xiàng)失調(diào)電壓。引腳 2 與 3 之間需外接電阻，對(duì)差分放大器 T5與 T6產(chǎn)生交流負(fù)反饋，可調(diào)節(jié)乘

6、法器的信號(hào)增益，擴(kuò)展輸入電壓的線性動(dòng)態(tài)范圍。各引腳功能如下：1：SIG+ 信號(hào)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(hào)輸入負(fù)端5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正電流輸出端7: NC 空腳 8: CAR+ 載波信號(hào)輸入正端9: NC 空腳 10: CAR- 載波信號(hào)輸入負(fù)端11: NC 空腳 12: OUT- 負(fù)電流輸出端13: NC 空腳 14: V- 負(fù)電源（2）Multisim建立MC1496電路模塊啟動(dòng)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(tái)的電路窗口上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)，全

7、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(duì)子電路進(jìn)行外部連接，需要對(duì)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(hào)，將其與子電路的輸入/輸出信號(hào)端進(jìn)行連接。帶有輸入/輸出符號(hào)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(duì)話框，在對(duì)話框中輸入MC1496，單擊OK，完成子電路的創(chuàng)建選擇電路復(fù)制到用戶器件庫(kù)，同時(shí)給出子電路圖標(biāo)。雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框中單擊Edit Subcircuit 命令

8、，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。 (a)1496內(nèi)部電路 (b)1496引腳圖圖2 MC1496的內(nèi)部電路及電路模塊引腳圖2、AM與DSB電路的設(shè)計(jì)與仿真 調(diào)幅就是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻振蕩（載波）的幅度，使高頻振蕩的振幅按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。在振幅調(diào)制過(guò)程中，根據(jù)所取出已調(diào)信號(hào)的頻譜分量不同，可分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）和抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）。 （1）普通振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3（a）所示 設(shè)載波信號(hào)表達(dá)式：調(diào)制信號(hào)表達(dá)式：則乘法器輸出AM調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式：（2）抑制載波雙邊

9、帶振幅調(diào)制電路的原理框圖如圖3（b）所示 設(shè)載波信號(hào)表達(dá)式：調(diào)制信號(hào)表達(dá)式：則乘法器輸出DSB調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式：則乘法器輸出SSB調(diào)幅信號(hào)表達(dá)式： 或(a)AM原理框圖 (b)SSB原理框圖圖3 AM與SSB原理框圖 2.1 AM與DSB電路的設(shè)計(jì)由集成模擬乘法器MC1496 應(yīng)用資料，得到典型應(yīng)用電路如圖4所示：圖4 1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路電原理圖圖中載波信號(hào)經(jīng)高頻耦合電容C1輸入到Uc端，C3為高頻旁路電容，使交流接地。調(diào)制信號(hào)經(jīng)高頻耦合電容C2輸入到U端，C5為高頻旁路電容，使交流接地。調(diào)制信號(hào)UAM從腳單端輸出。電路采用雙電源供電，所以腳接Rb到地。因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小

10、，即：則當(dāng)VEE=-8V，I5=1mA時(shí)，可算得：（MC1496器件的靜態(tài)電流一般取I0I51mA左右）R5=（8-0.75）/（1X10-3）-500=6.75K 取標(biāo)稱電阻，則R5=6.8KMC1496的腳外接電阻RB，對(duì)差分放大器T5、T6產(chǎn)生電流負(fù)回授，可調(diào)節(jié)乘法器的增益，擴(kuò)展輸入信號(hào)U動(dòng)態(tài)范圍。因?yàn)椋菏街蠭s為5腳的電流，當(dāng)選I5=1mA，Uy=1V(峰值)時(shí)，由上式可確定RB：RBU/I5=1/1X10-3=1K由此得到實(shí)際的模擬乘法器1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路與測(cè)量系統(tǒng)電原理圖，如圖5。圖5 1496構(gòu)成的振幅調(diào)制電路原理圖2.2 AM與DSB電路的仿真（1）全載波振幅調(diào)制（AM

11、）A按設(shè)計(jì)電路設(shè)置元件參數(shù)并用Multisim完成電路連接。B當(dāng)電路平衡時(shí)，即U=0,Uo=0 , 模擬乘法器1496的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)如表1。 引腳電壓（V）5.995.989-0.016-0.0167.9477.947-0.640-0.640-6.846-8.000 C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(jì)要求加入信號(hào)，載波信號(hào)UX：f=1MHZ /60-100mV 調(diào)制信號(hào)Uy：f=2KHz/150mV，此時(shí)實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制。信號(hào)時(shí)域波形和頻域圖形如圖6所示。此條件時(shí)，M= ？D調(diào)R15使AM信號(hào)過(guò)調(diào)制，即使M100%。當(dāng)M100%時(shí)，過(guò)零點(diǎn)為一條直線。實(shí)驗(yàn)

12、測(cè)得信號(hào)波形如圖7所示。 圖6 時(shí)域波形和頻域圖形 圖7 實(shí)測(cè)信號(hào)（2）抑制載波振幅調(diào)制（DSB）A令U=0，調(diào)WR1，使模擬乘法器腳間電壓為0V,即電路平衡。按設(shè)計(jì)要求加入信號(hào)，載波信號(hào)UX：f=500KHZ /50mV 調(diào)制信號(hào)Uy：f=2KHz/200mV，此時(shí)實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制。信號(hào)的時(shí)域和頻域波形如圖8所示。 圖8 信號(hào)的時(shí)域和頻域波形B實(shí)驗(yàn)測(cè)得DSB過(guò)零點(diǎn)信號(hào)波形如圖9所示。為M曲線。實(shí)驗(yàn)測(cè)得DSB過(guò)零點(diǎn)信號(hào)波形如圖9所示。 圖9 實(shí)測(cè)信號(hào)3混頻器電路設(shè)計(jì)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(hào)不失真地變換為載頻為f的中頻已調(diào)信號(hào)。由于乘法器可以產(chǎn)生只包

13、含兩個(gè)輸入信號(hào)之和頻及差頻分量的輸出信號(hào)，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實(shí)現(xiàn)混頻功能。其原理框圖如圖10所示：圖10 乘法器混頻原理框圖用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，就是在端和相差一中頻，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器取出中頻信號(hào)。 端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，兩信號(hào)3.1混頻器電路設(shè)計(jì)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(wú)異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設(shè)計(jì)的電路如圖11所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態(tài)。圖11 電路設(shè)計(jì)圖3.2 混頻器電路仿真（1）按設(shè)計(jì)電路設(shè)置元件參數(shù)并完成電路連接。（2）調(diào)RW1使電路平衡時(shí)，即Uc=U=0,Uo=0。（3）按設(shè)計(jì)要求加入信號(hào)，得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖12所示。圖12 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)四體會(huì)與建議通過(guò)本次試驗(yàn)，我了解模擬乘法器（MC1496）的電路組成結(jié)構(gòu)與工作原理。掌握了利用乘法器實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制、混頻兩種頻率變換電路的原理及設(shè)計(jì)方法。學(xué)到如何綜合地、系統(tǒng)地應(yīng)用已學(xué)到模、數(shù)字