實驗四模擬乘法器應(yīng)用實驗

實驗四模擬乘法器應(yīng)用實驗第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日實驗任務(wù)與要求實驗?zāi)康?/p>

（1）了解模擬乘法器的工作原理（2）學會利用模擬乘法器完成平衡調(diào)制、混頻、倍頻、同步檢波、鑒相及鑒頻等功能。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日實驗儀器高頻信號發(fā)生器QF1055A一臺;超高頻毫伏表DA22A一臺;頻率特性測試儀BT－3C一臺;直流穩(wěn)壓電源HY1711－2一臺;數(shù)字示波器TDS210一臺.第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日實驗任務(wù)與要求基本實驗的實驗線路及說明

實驗電路如圖1所示。該電路可用來實現(xiàn)普通調(diào)幅、平衡調(diào)制、混頻、倍頻、同步檢波等功能。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(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)RW，可使1、4兩腳的直流電位差為零，從而滿足平衡調(diào)幅的需要，若1、4腳直流電位差不為零，則1、4輸入包括調(diào)制信號和直流分量兩部分，此時可實現(xiàn)普通調(diào)幅波，電感L1和C1、C2組成BPF以混頻輸出所需的465KHz中頻信號，同步檢波可用前邊的限幅器(未給處)和模擬乘法器及低通濾波器（L2C3C4）構(gòu)成。

第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖1.模擬乘法器應(yīng)用電路一：振幅調(diào)制、混頻等第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

基本命題1.實驗前，所有實驗先進行計算機仿真，研究載波、調(diào)制信號大小及頻率變化，直流分量大小對已調(diào)信號的影響。2.用模擬乘法器MC1596實現(xiàn)正弦調(diào)幅。分別加入fx=500KHz，Ux=50mV，fy=10KHz，Uy=0.2V的信號時調(diào)電位器RW工作在不平衡狀態(tài)時便可產(chǎn)生含載波的正弦調(diào)幅信號。

a:保持Ux（t）不變，改變Uy值：50mV、100mV、150ｍV、200mV、250mV時，觀察Uo(t)的變化，并作出m～Uy(t)關(guān)系曲線（*m指以調(diào)信號的調(diào)幅系數(shù)測試時可用公式m=(A-B)/(A+B)）

b:保持Uy(t)不變，fy由小到大變化時，輸出波形又如何變化？第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.用模擬乘法器MC1596實現(xiàn)平衡調(diào)幅波。

a.調(diào)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的輸入信號,調(diào)電位器RW使Uo(t)=0。

b分別加入fx=500KHz,Ux=50mV;fy=50KHz,Uy=200mV的信號時,微調(diào)RW即可得到平衡的雙邊帶信號,描繪Uo(t)的波形,要特別注意調(diào)制信號過零時載波倒相現(xiàn)象。

c.保持Ux(t)不變，使Uy(t)由小到大變化，觀察Uo(t)的變化，記下變化結(jié)果，并測出最大不失真的Uo(t)所對應(yīng)的Uy(t)的大小。

d.保持Ux(t)不變，fy變化時Uo(t)變化情況如何？4.用MC1596實現(xiàn)倍頻:調(diào)整模擬乘法器仍工作在平第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日

衡狀態(tài)，在x輸入端和y輸入端同時加fi=200KHz，

Ui=50mV信號，微調(diào)Rw，用示波器雙蹤觀察Uo(t)

和Ui(t)的關(guān)系，即有fo=2fi5.用MC1596實現(xiàn)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的帶通濾波器，使可得到兩信號的差頻輸出，實現(xiàn)混頻作用，記錄輸出波形及頻率值。6.用MC1596實現(xiàn)同步檢波:按原理電路(圖1)連接，當輸入端加入調(diào)幅波信號時，該信號載波頻率為500KHz，大小為50mV，調(diào)制頻率為1KHz，m=30%時，分別觀察圖中A、B、C及輸出Uo(t)的波形。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日擴展命題1.用模擬乘法器實現(xiàn)鑒頻:實驗電路如圖2。輸入信號Us其載頻fc=10.7MHz，調(diào)制頻率F=1KHz，頻偏Δfm=75KHz,載波幅度Ucp.p=40mV,觀察Uo(t)，并測出整個電路的特性曲線.即鑒頻特性曲線(本實驗用掃頻儀進行),掃頻儀的使用請參考本章第一節(jié)相關(guān)內(nèi)容。圖2給出的是用模擬乘法器MC1596實現(xiàn)的相位鑒頻電路。其中C1與并聯(lián)諧振回路LC共同組成線性移相網(wǎng)絡(luò)，將調(diào)頻波的瞬間時頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)樗矔r相位的變化（即FM波變?yōu)镕M－PM）。MC1596的作用是將FM波與FM－PM波相乘，輸出端接集成的差分放大器將雙端輸出變?yōu)閱味溯敵?，再?jīng)RC構(gòu)成的LPF輸出。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日模擬乘法器應(yīng)用電路二：鑒頻器第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.如何用模擬乘法器實現(xiàn)自動增益控制？3.平衡調(diào)制過程中會出現(xiàn)哪幾種不正常的波形？試分析原因。

4.調(diào)幅時出現(xiàn)的過調(diào)制波形如何？原因是？用實驗說明。

整理所測數(shù)據(jù)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(guī)范的實驗報告，并談?wù)勛约旱捏w會。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日實驗說明及思路提示MC1596(MC1496)電原理圖和引腳圖如圖3所示模擬乘法器的典型應(yīng)用及仿真波形

1.平衡調(diào)制――抑制載波調(diào)制(DSB－SC):即乘法器在載波和調(diào)制同時輸入時，通過平衡調(diào)整（接在信號Uy通路的電位器），使載波饋通為零，輸出端只有兩輸入信號的乘積項，從而完成平衡調(diào)制，實現(xiàn)框圖如圖4.

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖3.MC1596內(nèi)部電路及引腳功能圖如下：第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖4:平衡調(diào)制框圖如下：由框圖有：用圖1進行平衡調(diào)幅仿真，其波形和頻譜分別見圖5(a).5(b)第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖5(a).雙邊帶平衡調(diào)幅波形如下：第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖5(b).雙邊帶平衡調(diào)幅頻譜如下：第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日*仿真條件：載波頻率fx=500KHZ,U=10mV.調(diào)電位器工作在平衡狀態(tài)調(diào)制頻率fy＝10KHz,調(diào)制電壓Uy=0.2V2.普通調(diào)幅(AM)

框圖如圖4。實驗時乘法器因工作在不平衡狀態(tài)，從而y通道存在直流而輸出調(diào)幅波(關(guān)系同學們可自行推導(dǎo)),仿真波形及頻譜如圖6(a)、6(b)所示。*仿真條件：載波Ucm＝50mV,fx=500kHz,調(diào)制頻率fy＝10KHZ,Uy=0.5V。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖6(a).普通調(diào)幅波波形如下：第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖6(b).普通調(diào)幅波頻譜如下：

第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.倍頻原理框圖如圖7所示（輸入輸出關(guān)系自行推導(dǎo)），仿真波形如圖8所示。需注意的是，倍頻實現(xiàn)時模擬乘法器必須工作在平衡狀態(tài)。*仿真條件：Ux=Uy=20mV,fx=fy=200kHz,由圖8看出,輸出其頻率為400KHz，實現(xiàn)了倍頻作用。圖7.倍頻實現(xiàn)原理方框圖如下：第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日圖8.倍頻波形對比圖如下：第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日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(jīng)模擬乘器在輸出端產(chǎn)生其差頻分量，該分量經(jīng)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(xiàn)框圖如下：

第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.同步檢波：原理框圖如圖10。設(shè)輸入的調(diào)幅信號電壓

經(jīng)限幅后得到的電壓為模擬乘法器輸出Uo則為

從上式可以看出Uo(t)中不僅有Ω成分，還有第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日

2ωc成分及2ωc+Ω,2ωc,Ω等成分，只要通過低通濾波器便可以得到只有Ω成分的調(diào)制信號，從而完成了檢波作用。圖10.同步檢波的實現(xiàn)框圖如下：第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日6.鑒相：所謂鑒相就是相位檢波，用以比較兩相同頻率的信號的相位差，原理框圖如圖11所示。圖11.鑒相器實現(xiàn)框圖如下：

ux=ui=Uicosωituy=KUicos(ωit+φ)

第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

經(jīng)LPF后:u0(t)=K’’cosφ7.鑒頻：鑒頻是調(diào)頻的逆過程，廣泛采用的鑒頻電路是相位鑒頻器。其鑒頻原理是：先將FM波經(jīng)過一個線性移相網(wǎng)絡(luò)變換成FM－PM波，然后再與調(diào)頻波經(jīng)乘積型鑒相器進行鑒相。實現(xiàn)框圖如圖12.圖12.模擬乘法器實現(xiàn)鑒頻框圖如下：

第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日

設(shè)經(jīng)移項后乘法器的輸出為經(jīng)LPF后：u0(t)=K’sinΦ(ω)

從上式可以看出：輸出信號是相移網(wǎng)絡(luò)的相頻特性Φ(ω)的函數(shù)。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(diào)頻波的頻率變化，頻

第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日

率變化又正比于調(diào)制信號，從而有輸出電壓正比于調(diào)制電壓，實現(xiàn)了鑒頻作用，即有：u0(t)=K’’uΩ(t)模擬乘法器應(yīng)用設(shè)計舉例模擬乘法器應(yīng)用設(shè)計包括：

a.模擬乘法器靜態(tài)偏置的確定。

b.完成各種應(yīng)用電路的設(shè)計。靜態(tài)偏置電壓的確定：以MC1596為例1.靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置原則應(yīng)保證每個晶體管工作在放大狀態(tài)。對于圖3所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時靜壓應(yīng)滿足下列關(guān)系，即U8=U10，U1=U4，U6=U12，另外晶體管的集、基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓，

第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日

即滿足：

15V≥（U6,U12）-（U8,U10）≥2V

15V≥（U8,U10）-（U1,U4

）≥2.7V

15V≥（U1,U4）-U5≥2.7V2.靜態(tài)偏流的確定靜態(tài)時，因差分各管的基極偏流很小，因此