實(shí)驗(yàn)四 集成電路模擬乘法器的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)四集成電路模擬乘法器的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解模擬乘法器（MC1496）的工作原理，掌握其調(diào)整與特性參數(shù)的測(cè)量方法。2、 掌握利用乘法器實(shí)驗(yàn)混頻，平衡調(diào)幅，同步檢波，幾種頻率變換電路的原理及方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及電路1、集成模擬乘法器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)廣播電視等方面應(yīng)用較多。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)的過程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分離器件如二極管和三極管要簡(jiǎn)單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、廣播電視等方面應(yīng)用較多。1）MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)但）內(nèi)部電路伽引腳圈一r但）內(nèi)部電路伽引腳圈一rU214一11■■即1RJ1411510NFHEi4??呻婀f削郵J-涮岫■-瑚.g圖1MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖7-1（a）（b）所示。其MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器。其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖1（a）（b）所示。其中VT1.vt2與vt3、vt4組成雙差分放大器，vt5、vt6組成的單差分放大器用以激勵(lì)VT1~VT4oVT7、VT8及其偏置電路組成差分放大器VT5、▼丁6的恒流源。引腳8與10接輸入電壓UX，1與4接另一輸入電壓Uy，輸出電壓U0從引腳6與12輸出。引腳2與3外接電阻Re，對(duì)差分放大器VT5、VT6產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以擴(kuò)展輸入電壓Uy的線性動(dòng)態(tài)范圍。引腳14為負(fù)電源端（雙電源供電時(shí)）或接地端（單電源供電使），引腳5外接電阻R5。用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流I0的值。2）靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點(diǎn)由外接元件確定。（1）靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集一基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V,小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖1所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時(shí)）應(yīng)滿足下列關(guān)系，艮口處=乩"也=史、虹=虹i5y＞（Ifa?W10）-G＜^f4）＞2.7r＞15/蘭（"]-&）-的＞2.~v ,（2）靜態(tài)偏置電流的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對(duì)于圖1（a），三對(duì)差分放大器的基極電流I8、110、\和14可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源I0的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時(shí)，引腳14接地，5腳通過一電阻R5接正電源（+UCC的典型值為+12V），由于I0是I5的鏡像電流，所以改變電阻R5可以調(diào)節(jié)I0的大小，當(dāng)器件為雙電源工作時(shí)，引腳14接負(fù)電源-UEE（一般接-8V），5腳通過電阻R5接地，因此，改變R5也可以調(diào)節(jié)I0的大小，根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流小于4mA，一般取I0=I5=1mA左右。2、 基本工作原理設(shè)輸入信號(hào)ux=uxmcoswxt，uy=uymcoswyt，^JMC1496乘法器的輸出U0與反饋電阻RE及輸入信號(hào)ux、uy的幅值有關(guān)。1） 不接負(fù)反饋電阻（腳2和3短接）（1） %和％皆為小信號(hào)（＜26mV）時(shí)，由于三對(duì)差分放大器（VT1，VT2,VT3,VT4及VT5，VT6）均工作在線性放大狀態(tài)，MC1496可近似為一理想乘法器。輸出信號(hào)U0中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻分量。（2） %為小信號(hào)，ux為大信號(hào)（大于100mV）時(shí)，由于雙差分放大器（VL、▼丁2和VT3、VT4）處于開關(guān)工作狀態(tài)，其電流波形將是對(duì)稱的方波。輸出信號(hào)Uo中。包含wx±wy,3wx±wy,5wx±wy,???,（2n-1）wx±wy等頻率分量。2）接入負(fù)反饋電阻 'y由于Re的接入，擴(kuò)展了uy的線性動(dòng)態(tài)范圍，ux為小信號(hào)時(shí)，MC1496近似為一理想的乘法器，輸出信號(hào)U0中只包含兩個(gè)輸入信號(hào)的和頻與差頻；當(dāng)ux為大信號(hào)（＞100mV）寸，輸出電壓U0與輸入信號(hào)ux無關(guān)。3、 集成模擬乘法器的應(yīng)用舉例1）振幅調(diào)制振幅調(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)。（1） 抑制載波振幅調(diào)制ux端輸入載波信號(hào)UC（t），其頻率fC=10.7MHz，峰一峰值UCP-P=40mV。uy端輸入調(diào)制信號(hào)Uq（t），其頻率f°=1kHz，先使峰-峰值UqPP=0，再逐漸增加UqPP，則輸出信號(hào)U0（t）的幅度逐漸增大，最后出現(xiàn)如圖2（a）所示的抑制載波的調(diào)幅信號(hào)。（2） 有載波振幅調(diào)制ux端輸入載波信號(hào)UC（t），fC=10.7MHz，UCPP=40mV，調(diào)節(jié)平衡電位器，使輸出信號(hào)U0（t）中有載波輸出。再從uy端輸入調(diào)制信號(hào)，其fQ=1kHz，當(dāng)UCPP由零逐漸增大時(shí)，則輸出信號(hào)U0（t）的幅度發(fā)生變化，最后出現(xiàn)如圖2（b）所示的有載波調(diào)幅信號(hào)的波形。

㈤扣Hl』載波調(diào)幅波 ◎有裁波調(diào)節(jié)器幅波圖2乘法器輸出的調(diào)幅波2） 同步檢波振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過程稱為檢波。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)的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(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，所以無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，必須采用同步檢波方法。3） 混頻用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，只要在ux端和uy端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，相差一中頻如10.7MHZ，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號(hào)。QI6OIUF三、實(shí)驗(yàn)參考電路QI6OIUF圖3實(shí)驗(yàn)參考電路圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、混頻器實(shí)驗(yàn)參考圖3,將連接器J12、J13、J15、J19、J110連接好，J11、J14、J16、J17、J18斷開。此時(shí)由MC1496構(gòu)成的混頻器電路。1） 接通電源開關(guān)K11，在不加入輸入信號(hào)（uc、us=0）的情況下，測(cè)試MC1496各管腳的靜態(tài)工作電壓。2） 輸入uc,fc=10.7MHz，大小為300mV（由高頻信號(hào)源提供），從IN11處輸入蟲,fs=10.245MHz，由正弦振蕩電路產(chǎn)生（晶體振蕩，參考正弦振蕩單元），從IN13處輸入。用示波器和頻率計(jì)在TT11處觀察輸出波形，輸出信號(hào)頻率應(yīng)為455KHz。2、 平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)參考圖3，斷開J12、J13、J15、J19、J110，連接好J11、J14、J16、J17、J18由MC1496構(gòu)成的平衡調(diào)幅電路。1） 接通電源，當(dāng)uc、us=0時(shí)，測(cè)試MC1496各管腳電壓。2） 產(chǎn)生抑制載波振幅調(diào)制。在ix端（IN11處）輸入fc=10.7MHz的載波（由高頻信號(hào)源提供），uy端輸入fQ=1kHz調(diào)制信號(hào)（低頻信號(hào)源提供），調(diào)節(jié)可調(diào)電阻W11（逆時(shí)針調(diào)節(jié)）以及載波和調(diào)制信號(hào)振幅，使用示波器在TT11處測(cè)試調(diào)幅信號(hào)。觀察抑制載波的調(diào)幅信號(hào)和有載波振幅調(diào)制信號(hào)。3、 同步檢波實(shí)驗(yàn)參考圖3，連接J22、J24、J26，由MC1496構(gòu)成的同步檢波電路。1） 按下K21接通+12,-12V電源，在uc，us為0時(shí)，測(cè)試MC1496各管腳的電壓看是否與調(diào)制部分基本相同。2） 從IN21處輸入10.7MHz的載波，（此信號(hào)與平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)中的載波信號(hào)為同一信號(hào)），在uy端加入由平衡調(diào)制實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的抑制載波調(diào)幅信號(hào)，即將TT11與IN23連接（TT11輸出調(diào)幅波），這時(shí)從TT21處用示波器應(yīng)能觀察到解調(diào)信號(hào)波形，調(diào)節(jié)W21可使輸出波形幅度增大，波形失真減小。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、 整理各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，繪制出有關(guān)曲線和波形。2、 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。六、 實(shí)驗(yàn)儀器1、 雙蹤示波器一臺(tái)2、 頻率特性測(cè)試儀一臺(tái)3、 高頻電路實(shí)驗(yàn)箱一套注意：（1）高頻信號(hào)源的使用：連接JF2、JF3、JF4，斷開JF1，產(chǎn)生1