模擬乘法器地的應(yīng)用

1、摘要隨著電子技術(shù)的開展，集成模擬乘法器應(yīng)用也越來(lái)越廣泛， 它不僅應(yīng)用于模 擬量的運(yùn)算，還廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量?jī)x表、自動(dòng)控制等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。用集成 模擬乘法器可以構(gòu)成性能優(yōu)良的調(diào)幅和檢波電路， 其電路元件參數(shù)通常采用器件 典型應(yīng)用參數(shù)值。作調(diào)幅時(shí)，高頻信號(hào)加到輸入端，低頻信號(hào)加到丫輸入端；作解調(diào)時(shí)，同步信號(hào)加到X輸入端，已調(diào)信號(hào)加到丫輸入端。調(diào)試時(shí)，首先檢查器 件各管腳直流電位應(yīng)符合要求，其次調(diào)節(jié)調(diào)零電路，使電路達(dá)到平衡。集成模擬 乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)相乘的器件，它廣泛用于乘法、除法、乘方和開方等 模擬運(yùn)算，同時(shí)也廣泛用于信息傳輸系統(tǒng)作為調(diào)幅、解調(diào)、混頻、鑒相和自動(dòng)增 益控制電路，是一種通用

2、性很強(qiáng)的非線性電子器件，目前已有多種形式、多品種 的單片集成電路，同時(shí)它也是現(xiàn)代一些專用模擬集成系統(tǒng)中的重要單元。作調(diào)幅時(shí)，高頻信號(hào)加到輸入端，低頻信號(hào)加到 丫輸入端；作檢波時(shí)，同步 信號(hào)加到X輸入端，已調(diào)信號(hào)加到丫輸入端。調(diào)試時(shí)，首先檢查器件各管腳直流 電位應(yīng)符合要求，其次調(diào)節(jié)調(diào)零電路，使電路達(dá)到平衡。還需注意：1丫端輸入信號(hào)幅度不應(yīng)超過(guò)允許的線性 X圍，其大小與反應(yīng)電阻fy有關(guān)，否如此輸出 波形會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重失真；2X端輸入信號(hào)可采用小信號(hào)小于 26mV或者大信 號(hào)大于260mV，采用大信號(hào)可獲得較大的調(diào)幅或解凋信號(hào)輸出。信息傳輸系 統(tǒng)中，檢波是用以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸與信道復(fù)用的重要手段。由

3、于低頻信號(hào)不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，假如將它裝載在高頻信號(hào)上，就可以進(jìn)展遠(yuǎn)距離傳輸，當(dāng) 使用不同頻率的高頻信號(hào)，可以防止各種信號(hào)之間的干擾，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。關(guān)鍵詞：模擬乘法器，調(diào)幅器，檢波器，MC1496目錄第一章、集成模擬乘法器的工作原理 2第一節(jié)、模擬乘法器的根本特性 2一、模擬乘法器的類型2第二節(jié)、變跨導(dǎo)模擬乘法器的根本工作原理 2第三節(jié)、單片集成模擬乘法器3第二章、集成模擬乘法器的應(yīng)用 4第一節(jié)、根本運(yùn)算電路4一、平方運(yùn)算4二、除法運(yùn)算器5三、平方根運(yùn)算5四、壓控增益5第二節(jié)、倍頻、混頻與鑒相6一、倍頻電路6二、混頻電路6三、鑒相電路6第三節(jié)、調(diào)幅與解調(diào)7一、信息傳輸?shù)母靖拍?二、調(diào)幅原理8

4、三、采用乘法器實(shí)現(xiàn)解調(diào)（檢波）10第三章、MC1496模擬乘法器構(gòu)成的振幅器10第一節(jié)、振幅調(diào)制的根本概念10第二節(jié)、抑制載波振幅調(diào)制13第三節(jié)、有載波振幅調(diào)制14第四章、MC1496莫擬乘法器構(gòu)成的同步檢波器 14總結(jié)17參考文獻(xiàn)18附錄18第一章、集成模擬乘法器的工作原理第一節(jié)、模擬乘法器的根本特性模擬乘法器是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量相乘功能的器件，理想乘法器的輸出電壓與同一時(shí)刻兩個(gè)輸入電壓瞬時(shí)值的乘積成正比，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(hào)如如下圖所示，K為乘法器的增益系數(shù)。一.模擬乘法器的類型KXV鞠嫌胳砸代認(rèn)電瞬只擁薩稠 性即訓(xùn)固皴0Ws二軀剰攜-只對(duì)-疏適證 般JI

5、Y 也而對(duì)另T嘯人艇只擬應(yīng)Ttwt醵恨卿舞-譏適卿憎入電削種雛址 鈉乘觸理想乘法器一對(duì)輸入電壓沒(méi)有限制，Ux= 0或UyM 0時(shí)，UO= 0，輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的實(shí)際乘法器一ux= 0 ， uy= 0時(shí)，uO10，此時(shí)的輸出電壓稱為輸出輸出失調(diào)電壓。Ux=0 ,Uy10或Uy= 0 ,Ux1 0時(shí)，UolO，這是由于UyUx信號(hào)直接流通到輸出端而形成的，此時(shí)的輸出電壓為Uy ux丨的輸出饋通電壓第二節(jié)、變跨導(dǎo)模擬乘法器的根本工作原理變跨導(dǎo)模擬乘法器是在帶電流源差分放大電路的根底上開展起來(lái)的，其根本原理電路如如下圖所示。心心f一 + jld札沁兇0廠2lrEl4-0+ O

6、Re模W!乘法器原理圖；be?時(shí)9 叫2JfEZ'r& 隆 t?T圭如-電蛍他2£7t在室溫下，K為常數(shù)，可見輸出電壓 與輸入電壓Uy、Ux的乘積成正比，所以差分放大電路具有乘法功能。但U必須為正才能正常工作，故為二象限乘法器。 當(dāng)UY較小時(shí)，相乘結(jié)果誤差較大，因Ic3隨Uy而變，其比值為電導(dǎo)量，稱變跨導(dǎo) 乘法器.第三節(jié)、單片集成模擬乘法器實(shí)用變跨導(dǎo)模擬乘法器由兩個(gè)具有壓控電流源的差分電路組成，稱為雙差分對(duì)模擬乘法器，也稱為雙平衡模擬乘法器。屬于這一類的單片集成模擬乘法器有 MC1496 MC1595等。MC1496部電路如如下圖所示。和 %爭(zhēng)煉潮 % Vr V6 一

7、燥鵝 v7vp. & 源嶂 %、 -*毓源葩増益系數(shù)心電且中，切q坊（寄26mV）、 -Nj?丫如丫£牛&第二章、 集成模擬乘法器的應(yīng)用第一節(jié)、根本運(yùn)算電路、平方運(yùn)算將模擬乘法器的兩個(gè)輸入端輸入一樣的信號(hào)，平方運(yùn)算電路如如下圖所示:、除法運(yùn)算器由集成運(yùn)放和模擬乘法器組成，除法運(yùn)算電路如上圖所示。當(dāng)U1 > 0時(shí)，Uo< 0,為使0，如此 q> 0 ；當(dāng) Ui< 0 時(shí)，uo> 0，為使 U3> 0,如此 U2> 0 0三、平方根運(yùn)算平萬(wàn)醸算電爲(wèi)«0 =曲：='«1»0 = %氣則尬訓(xùn)Y誦節(jié)

8、直涼電&uv則碉節(jié)電涎四、壓控增益改變直流電壓UXq的大小，就可以調(diào)節(jié)電路的增益第二節(jié)、倍頻、混頻與鑒相一、倍頻電路當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)為同頻率的信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)兩倍頻作用。如如下圖所示KX«o = A7»if«1XY¥倍頻電路二人（乜訕 cosfiif）* = cos 2&t）經(jīng)電容隔直：叫=jATrim cos2ft?r、混頻電路模擬乘法器的輸出為兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻和差頻信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了混頻作用， 假如用濾波器取出和頻信或差頻號(hào)輸出，就稱為混頻，電路如如下圖所示。叫二吧皿叩叫二=j皿；/跡怛M戸十W健叫）f和頻三、鑒相電路鑒相電路用來(lái)比擬兩個(gè)輸入

9、信號(hào)的相位差，即它的輸出電壓與兩輸入信號(hào)之間的相位差成正比，用模擬乘法器構(gòu)成的鑒相電路如如下圖所示。 作出Uo與©的 關(guān)系曲線稱為鑒相特性曲線，當(dāng)| © | <0.5rad約30°時(shí)，sin鑒相特性接近于線性。鑒相匣理凰正荒憶相特性叱=皿邛忡 rin（oM 十祠 wxojf = - KtCIs iiio+ 十 win 切經(jīng)低通濾波器濾出高頻分童得叫二£ - *醫(yī)1九戲畑®二r。1朋加卩対口皿妙（卩£ “ 1網(wǎng)）第三節(jié)、調(diào)幅與解調(diào)一、信息傳輸?shù)母靖拍睿?）、對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)展調(diào)制的原因A、根據(jù)電磁波理論，天線尺寸大于信號(hào)波長(zhǎng)的十分之

10、一，信號(hào)才能有效發(fā)射。如聲音信號(hào)的頻率 X圍為0.1 6 kHz。設(shè)f= 1 kHz,入=C/? =3X 108/103=3x 105mi,顯然，低頻信號(hào)直接發(fā)射是不現(xiàn)實(shí)的。B、使接收者能區(qū)分不同信號(hào)。2、調(diào)制和解調(diào)調(diào)制（Modulatio n）將低頻信號(hào)裝載于高頻信號(hào)。解調(diào)（Demodulatio n）將已調(diào)信號(hào)復(fù)原為低頻信號(hào)。3、調(diào)制（解調(diào)）的方式調(diào)幅AM （檢波）、調(diào)頻FM （鑒頻）、調(diào)相PM （鑒相）4、信息傳輸系統(tǒng)調(diào)已調(diào)信息傳輸系統(tǒng)低頻 電信號(hào)低頻電悄號(hào)二、調(diào)幅原理用低頻信號(hào)去改變高頻信號(hào)的幅度， 稱為調(diào)幅。經(jīng)調(diào)幅后的高頻信號(hào)稱調(diào)幅 信號(hào)，把沒(méi)有調(diào)幅的等幅高頻信號(hào)稱為載波信號(hào)，它是運(yùn)

11、載低頻信號(hào)的工具。1、單頻調(diào)制波形單頻調(diào)制時(shí)調(diào)幅波波形O低頻信號(hào)lb）高頻信號(hào)已調(diào)波切二gcoQ=匸伽心“刃心二 q®2 祝己調(diào)波振幅湖g + kSMoS已調(diào)波為=%（）=（5 + kUir. cosQ/） cos cot2、采用乘法器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅采用模擬乘法器構(gòu)成的調(diào)幅電路如如下圖所示。 調(diào)幅系數(shù)表示載波受低頻信陶固定的前昶源 嶺確碎 他高懈號(hào)叫號(hào)控制的程度，為了不產(chǎn)生調(diào)幅失真，要求U往込m。,fv = TQ + aiC01 7養(yǎng)已叮鳳抵+ %叫r.二皿何U+-如忸cowj t Gq =XI1 + 叫 COS Ql )005 to (叫二喑(1+叫創(chuàng)呱滬幾理出叫咕伽砂+妙+扣也曲咆-砂

12、下邊頻載頻上邊頻3、調(diào)幅波(已調(diào)波)頻譜eg廠叩十寺叫U： cos(a)c十G)f 匕叫g(shù) cos(fi?e-Q)r 載彼本身不包含信息4、雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅由于載波本身不包含信息，為了提高設(shè)備的功率利用率，可以不傳送載波而 只傳送兩個(gè)邊帶信號(hào)，這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)幅，簡(jiǎn)稱雙邊調(diào)幅， 用DSB表示。由于上、下邊頻帶中的任何一個(gè)邊頻帶以與功能包含調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此為了節(jié)省占有的頻帶、提高波段利用率，可以只傳送兩個(gè) 邊帶信號(hào)中的任何一個(gè)，稱為抑制載波單邊帶調(diào)幅，簡(jiǎn)稱單邊調(diào)幅，用SSB表示?？v邊帶（恥E）調(diào)幅叫二心肌=収眾遜cos Q扛出5二1皿暑師（心+ Q）f+皿（叫- Q

13、#XMlEPFWQ 4Y單為帶:吏勸諷唱-1人衛(wèi)飾匚如+憤二樸兀店曲叫珂-1同涉檢波電Mi二、米用乘法器實(shí)現(xiàn)解調(diào)（檢波）調(diào)幅波的解調(diào)又稱幅度檢波，簡(jiǎn)稱檢波，它是調(diào)幅的反過(guò)程叮I/O嗨同號(hào)（:=金讓薛船為砸帝舊號(hào)；片二K耳CO0血J COS Qt 吩陰二KU代co氓fcoQc血叩 弓眄A C0G +寺碼代 COSQ/COS2®/邸制鵰高弼隆驗(yàn) «丁讓解調(diào)的為魚過(guò)帶肓號(hào)，叫二Klq ss（q + Q）t対仏二 砂 二 KU血 cos（oc+Q）tcogf斗叫耳eQf+*碼幾冋地"F I醐制臂高頻分童爍第三章、MC1496模擬乘法器構(gòu)成的振幅器第一節(jié)、振幅調(diào)制的根本概念

14、振幅調(diào)制是使載波信號(hào)的峰值正比于調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值的變換過(guò)程。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為低頻信號(hào)。設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為 (t) UcmCOSWct，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為Uc(t)= u mCOS t,如此調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為=m UcjA 亡M (wc+ Q ) l+y m 出誦 怕労) t式中 » m氓系數(shù)*tl» ct)sw;t載波倍號(hào)-miin.cas (wc+ ) i上邊帶信號(hào)54*t/(w)OQic-ax：(j»十0w由圖可見，調(diào)幅波中載波分量占有很大比重，因此信息的傳輸效率較低，稱這種調(diào)制為有載波調(diào)制。為提高信息傳輸效率，廣泛采用抑制載波的雙邊帶或單

15、cos 肌*Q） 1* cos （肌 口）tl邊帶調(diào)幅調(diào)制。雙邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為u （t）二一叫?As=IJ.J： CCJ = '.V ICO3I單邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為TTlUirCOS （叫一 £2）tuo （t） =mucmCdi （丹匸-門）tMC149構(gòu)成的調(diào)幅器電路圖如下:C20. 1UF JhI"圖3.2C50. 1UF擋Fa Q仇豐卜暫L_MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制器電路其中載波信號(hào)UC經(jīng)高頻耦合電容C2從ux端輸入，C3為高頻旁路電容， 使8腳接地。調(diào)制信號(hào)UQ經(jīng)低頻耦合電容C1從uy端輸入，C4為低頻旁路電 容，使4腳接地。調(diào)幅信號(hào)U0從12腳單

16、端輸出。器件采用雙電源供電方式， 所以5腳的偏置電阻R5接地，可計(jì)算出器件的靜態(tài)偏置電流15或10,即卩腳2與3間接入負(fù)反應(yīng)電阻RE以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的UQ的線性動(dòng)態(tài)X圍，RE增大，線性X圍增大，但乘法器的增益隨之減少。電阻 R6 R7、R8與RL為 器件提供靜態(tài)偏置電壓，保證器件內(nèi)部的各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)， 所以阻值 的選取應(yīng)滿足要求。對(duì)于圖3.2所示電路參數(shù)，測(cè)量器件的靜態(tài)UC=0 UQ =0 偏制電壓為 u8 u10 u1 u4u6u12u2 u3 u56V 6V0V 0V8.6V 8.6V -0.7V -0.7V -6.8VR1、R2 與電位器 RP 組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變RP可以使乘

17、法器實(shí)現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制。第二節(jié)、抑制載波振幅調(diào)制Ux端輸入載波信號(hào) Uct，其頻率fc=20.945MHz,峰一峰值Ucp-p=40mV uy端輸入調(diào)制信號(hào)UQ t，其頻率f Q =1kHz，先使峰-峰值UQ P-P=0,調(diào)節(jié) RP使輸出U0=0此時(shí)U4=U1,在逐漸增加UQ P-P，如此輸出信號(hào)U0t丨的 幅度逐漸增大，最后出現(xiàn)如圖3.3a所示的抑制載波的調(diào)幅信號(hào)。由于器件 內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，致使輸出出現(xiàn)漏信號(hào)。腳1和4分別接電阻R3和R4可以較好地抑制載波漏信號(hào)和改善溫度性能。a抑制載波調(diào)幅波(b)有載波調(diào)幅波圖3.3乘法器輸出的調(diào)幅波第三節(jié)、有載波振幅調(diào)制Ux

18、端輸入載波信號(hào) Uct，其頻率fc=20.945MHz,峰一峰值Ucp-p=40mV 調(diào)節(jié)平衡電位器Rp,使輸出信號(hào)Uot中有載波輸出(此時(shí)U1和U4不相等)。 再?gòu)腢y端輸入調(diào)制信號(hào)，其fo=1kHz，當(dāng)Ucp-p由零逐漸增大時(shí)，如此輸出信號(hào) Uot的幅度發(fā)生變化， 最后出現(xiàn)如圖3.3(b)所示的有載波調(diào)幅信號(hào)的波形，調(diào)幅系數(shù)m御二7"沁x J00%式中” Um max調(diào)幅波幅度的蜃大值彳Um min 調(diào)福波幅度的最小值第四章、MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波器振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過(guò)程稱為檢波。常用方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。由于有載波振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)直接反映了調(diào)制信號(hào)的變化

19、規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)展解調(diào)。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)不 能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律， 所以無(wú)法用包絡(luò)檢波進(jìn)展解調(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。利用模擬乘法器 的相乘原理，實(shí)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(gè)輸入 端輸入振幅調(diào)制信號(hào)如抑制載波的雙邊帶信號(hào) us t= usmcoswctcos Q t，另 一輸入端輸入同步信號(hào)即載波信號(hào)uc t=ucmcoswc(t)，經(jīng)乘法器相乘， 可得輸出信號(hào)U0t丨為U0 (t) =1/2K EUcmCOS (wc )t COSVWc=1/4KEUsmCO t +

20、1/4K EUsmUcmCOS (2VWC+ t條件：Ux=Uc<26mV, Uy=Us 為大信號(hào)上式中，第一項(xiàng)為哪一項(xiàng)所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，第二項(xiàng)為高頻分量, 也可以被低通濾波器濾掉。如果輸入信號(hào)Us (t)為有載波振幅調(diào)制信號(hào)，同步信號(hào)為載波信號(hào)Uc(t) 利用乘法器的相乘原理，同樣也能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。設(shè) Us=Usm (1+MCOSt) COSWc (t), Uc ( t) =UcmCOSWc如此輸出電壓Uo (t)為Uo (t) = K eUs (t) Uc (t)=1/2K EUcm + 1/2KERUcmCO t + 1/2 KEUsmUcmCOS2Wc+ 1/4 KERUsm

21、UcmCOS (2Wc+) t+ 1/4 KERUsmUcmCOS (2WcQ) t條件：Ux=Uc<26mV, Uy=Us 為大信號(hào)上式中，第一項(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，后面三 項(xiàng)為高頻分量，利用隔直電容與低通濾波器可濾掉直流分量與高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。MC1496模擬乘法器構(gòu)成的同步檢波解調(diào)器電 路如圖3.4所示。其中Ux端輸入同步信號(hào)或載波信號(hào) UC, uy端輸入已調(diào)波信 號(hào)US輸出端接有由R11與C6 C7組成的低通濾波器與隔直電容 C8,所以該 電路對(duì)有載波調(diào)幅信號(hào)與抑制載波的調(diào)幅信號(hào)均可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。UCRE0, IUF 10u>

22、;JC3R9 亂3KRH1KR31KIC21 NC1496JC? 馭 647UFC1 缶1UFCt8. e<7UFIUF0WfQQ< 7UF Uq圖3.4 MC1496構(gòu)成的同步檢波器電路電路的解調(diào)操作過(guò)程如下：首先測(cè)量電路的靜態(tài)工作點(diǎn)C應(yīng)與圖3.2電路的 靜態(tài)工作點(diǎn)根本一樣,再?gòu)膗x端輸入載波信號(hào)UC其fC=20.945MHz, UCP-P=100mV先令uy=0,調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使輸出U0=0,即為平衡狀態(tài).再?gòu)?uy端輸入有載波的調(diào)制信號(hào) US,其fC=20.945MHz，fn=1kHz，USP-P=200mV調(diào) 制度m=100%這時(shí)乘法器的輸出U0t丨經(jīng)低通濾波器后的輸出 U 0 t，經(jīng) 隔直電容C8后的輸出UQt丨的波形分別如圖3.5a所示。調(diào)節(jié)電