集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术课件

1、集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 第六章第六章 集成模拟乘法器及其应用集成模拟乘法器及其应用 6.1 集成模拟乘法器集成模拟乘法器 6.2 集成模拟乘法器的应用电路集成模拟乘法器的应用电路 6.3 模拟乘法器调幅与解调电路的调整与测试模拟乘法器调幅与解调电路的调整与测试 下一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.1 集成模拟乘法器集成模拟乘法器 一、模拟乘法器的基本特性一、模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器有两个输入端、一个输出端。模拟乘法器有两个输入端、一个输出端。 若输入信号为若输入信号为 、 ，则输出信号，则输出信号 为为 ： Y u X u O u YXO uKu

2、u X Y K 模拟乘法器电路符号模拟乘法器电路符号 下一页上一页 6.1.1 集成模拟乘法器的基本工作原理集成模拟乘法器的基本工作原理 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 二、变跨导模拟乘法器的基本工作原理二、变跨导模拟乘法器的基本工作原理 变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的 基础上发展起来的，它的基本原理电路如图基础上发展起来的，它的基本原理电路如图6.1.2 所示。图中所示。图中v1、v2为特性相同的三极管，其为特性相同的三极管，其 ， 。 v3为恒流管，当为恒流管，当 时，其集电极电流时，其集电极电流 ，当，当 输入电压输入电压

3、 时，时， ，差分放大电，差分放大电 路输出电压路输出电压 。 21 be2be1be rrr 3BEY uu EY3C R/uI 0uX 2/III 3C2E1E 0uO 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 当当IE1、 IE2 比较小时，比较小时， V1、 V2 管的输入电阻为：管的输入电阻为： 式中式中UT为温度的电压当量，在室温时为温度的电压当量，在室温时 X be C O u r R u 3C T 1E T bbbe I U2 I U )1(rr mV26UT YXYX TE C X T 3CC X T 3CC O uKuuu UR2 R u U2 IR u U

4、2 IR u TE C UR2 R K 若差分放大电路输入电压为若差分放大电路输入电压为uX，则由图，则由图6.1.2 可得输出电压为：可得输出电压为： 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.1.2 模拟乘法器原理图模拟乘法器原理图 ic2 RC -+uo +VCC V1 iE1iE2+ - uX IC3 + - uBE3 + uY - -VEE RE ic1 RC V2 V3 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.1.2 单片集成模拟乘法器单片集成模拟乘法器 采用两个差分放大电路可构成较理想的模拟采用两个差分放大电路可构成较理想的模拟 乘法

5、器，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平乘法器，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平 衡模拟乘法器。衡模拟乘法器。 如图如图6.1.3所示（虚线框内）是根据双差分对所示（虚线框内）是根据双差分对 模拟乘法器基本原理制成的单片集成模拟乘法器模拟乘法器基本原理制成的单片集成模拟乘法器 MC1496的内部电路。的内部电路。 乘法器输出电压为乘法器输出电压为 增益系数为增益系数为 YX TY C O uu UR R u TYC UR/RK 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.1.3 MC1496型集成模拟乘法器型集成模拟乘法器 + + u ux x +v+vcc cc R R

6、C CR RC C 1212 6 6 + + u uo o - - V V1 1V V2 2 V V3 3V V4 4 8 8 - - 1010 V V5 5V V6 6+ + - - 4 4 u uY Y 1 1 2 2 3 3 R RY Y 5 5 V V7 7 R R1 1 V V8 8 R R2 2 500500 R R3 3 5005001414 -V-VEEEE R R5 5 V V9 9 I IO O/2/2 I IO O/2/2 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 双差分对模拟乘法器，与双差分对模拟乘法器，与MC1496电路相同；电路相同； 线性动态范围扩

7、展电路。线性动态范围扩展电路。 4、8脚为脚为uX输入端，输入端，9、12脚为脚为uY输入端，输入端，2、 14脚为输出端，其输出电压表示式为：脚为输出端，其输出电压表示式为： yxyx 0 YX C O uKuuu IRR R4 u 0 YX C IRR R4 K MC1595集成模拟乘法器内部电路由两部分集成模拟乘法器内部电路由两部分 组成：组成： 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.1.4 MC1595外形图及外接电路外形图及外接电路 4 8 9 12 1 2 14 6 10 5 11 RY RX + - uX - + RC +VCC RC R1 uo 13

8、 3 7 + - uY -VEE R3 R13 I? O/2 IO/2 1414 1313 1212 1111 1010 9 9 8 8 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 MC1595 5 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.2 集成模拟乘法器应用电路集成模拟乘法器应用电路 一、平方运算一、平方运算 将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号，将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号， 如图所示，就构成了平方运算电路，此时电路的输如图所示，就构成了平方运算电路，此时电路的输 出电压等于出电压等于 2 IYXO KuuKuu 6.2.1 基本运算电路基本

9、运算电路 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 二、除法运算二、除法运算 除法运算电路如图除法运算电路如图6.2.2所示。它由集成运放和模拟所示。它由集成运放和模拟 乘法器组成。由模拟乘法器可得乘法器组成。由模拟乘法器可得 2 1 1 2 2 3 O u u KR R Ku u u 2OO uKuu 1 1 2 3 u R R u u1 i2 i1 u0 R2 R1 R3 + + - Y X K u2 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 三、平方根运算三、平方根运算 1O uu 2 OO Kuu K u K u u I O O 下一页上一页 集成模拟乘

10、法器及其应用-模拟电子技术 课件 四、压控增益四、压控增益 考虑到模拟乘法器的输出电压考虑到模拟乘法器的输出电压 ，设，设 电电 压为一直流控制电压压为一直流控制电压 ， 为输入电压，如图为输入电压，如图 6.2.4所示，则有所示，则有 YXO uKuu X u XQ U Y u YXQO u)KU(u u0 Y X K + - UXQ uX uY 压控增益电路压控增益电路 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.2.2 倍频、混频与鉴相倍频、混频与鉴相 当图当图6.2.1所示平方运放电路输入相同的余弦波信号所示平方运放电路输入相同的余弦波信号 时，得时，得 若在图若在图

11、6.1.1所示模拟乘法器中，所示模拟乘法器中， 、 均为余弦均为余弦 信号，如令信号，如令 ，则模拟乘，则模拟乘 法器的输出电压等于法器的输出电压等于 tcostcosUKU 2 1 tcostcosUKUuKuu yxyxymxm yxymxmYxo t2cos1KU 2 1 tcosKUu 2 im 2 im 2 O X u Y u tcosUu, tcosUu yymYxxmX 一、倍频电路一、倍频电路 二、混频电路二、混频电路 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 三、鉴相电路三、鉴相电路 鉴相电路用来比较两输入信号的相位差，即它鉴相电路用来比较两输入信号的相位差，

12、即它 的输出电压与两输入信号的相位差成正比。用模拟的输出电压与两输入信号的相位差成正比。用模拟 乘法器构成的鉴相电路如图乘法器构成的鉴相电路如图6.2.5(a)所示，令输入电所示，令输入电 压压 、 分别为分别为 X u Y u tcosUu tsinUu ymy xmX sint2sinUKU 2 1 tcostsinUKUuKuu ymxm ymxmyx o ymxmFom omymxmF0 UKUA 2 1 U sinUsinUKUA 2 1 u 经低通滤波器滤除高频分量，得：经低通滤波器滤除高频分量，得： 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.2.5 模拟乘

13、法器的鉴相功能模拟乘法器的鉴相功能 - - d da ar r5 5. .0 0 u uo o (b)正弦鉴相特性正弦鉴相特性 0 0 u uo o (c)三角形鉴相特性三角形鉴相特性 X Y K u0 u0 ux uy (a)原理框图原理框图 K 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.2.3 调幅与解调调幅与解调 信号可以用来传输信息，信息可用语言、文字、信号可以用来传输信息，信息可用语言、文字、 图象等来表达，也可用人们事先规定好的编码来表图象等来表达，也可用人们事先规定好的编码来表 达。但在很多情况下，这些表达信息的语言、文字、达。但在很多情况下，这些表达信息的语

14、言、文字、 图象、编码等不便于直接传输图象、编码等不便于直接传输 。因此在近代科学技。因此在近代科学技 术中，常用电信号来传送各种信息，即利用一种变术中，常用电信号来传送各种信息，即利用一种变 换装置把各种信息转换为随时间作相应变的电压或换装置把各种信息转换为随时间作相应变的电压或 电流进行传输，这种随信息作相应变化的电压或电电流进行传输，这种随信息作相应变化的电压或电 流就是电信号。流就是电信号。 一、信息传输的基本概念一、信息传输的基本概念 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.2.6所示为一远距离信息传输系统的组成所示为一远距离信息传输系统的组成 框图，图中输

15、入变换器主要将输入信息变换框图，图中输入变换器主要将输入信息变换 成低频电信号。发送设备将这些低频电信号成低频电信号。发送设备将这些低频电信号 进行某种处理，并以足够的功率送入信道，进行某种处理，并以足够的功率送入信道， 以实现信号的远距离传输，这种处理称为调以实现信号的远距离传输，这种处理称为调 制。发送设备的输出信号为高频已调信号。制。发送设备的输出信号为高频已调信号。 输入输入 信息信息 输入输入 变换器变换器 发送发送 设备设备 信道信道 接收接收 设备设备 输出输出 变换器变换器 低频电低频电 信号信号 已调已调 信号信号 低频电低频电 信号信号 已调已调 信号信号 输出输出 信息信

16、息 图图6.2.6 6.2.6 信息传输设备信息传输设备 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 信道是信号传输的通道，又称传输媒介，不信道是信号传输的通道，又称传输媒介，不 同的信道有不同的传输特性。利用导线（电线、同的信道有不同的传输特性。利用导线（电线、 电缆、光导纤维）来传输电信号的称为有线传输电缆、光导纤维）来传输电信号的称为有线传输 系统，利用空间电磁波来传输信号的称无线传输系统，利用空间电磁波来传输信号的称无线传输 系统。系统。 接收设备和输出变换器与发送设备和输入变接收设备和输出变换器与发送设备和输入变 换器的作用相反，由信道传输过来的高频已调信换器的作用相反

17、，由信道传输过来的高频已调信 号，由接收设备娶出并进行处理，恢复为与发送号，由接收设备娶出并进行处理，恢复为与发送 端相对应的低频电信号，这一过程称为解调。端相对应的低频电信号，这一过程称为解调。 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 用待传输的低频信号去改变高频信号的幅用待传输的低频信号去改变高频信号的幅 度，称为幅度调制，简称调幅，用度，称为幅度调制，简称调幅，用AM表示。表示。 用低频信号去改变高频信号的频率，则称为频用低频信号去改变高频信号的频率，则称为频 率调制，简称调频，用率调制，简称调频，用FM表示；如用低频信号表示；如用低频信号 去改变高频信号的相位，则称为

18、相位调制，简去改变高频信号的相位，则称为相位调制，简 称调相，用称调相，用PM表示。经过调制后的高频信号称表示。经过调制后的高频信号称 为已调信号，而未被调制的高频信号是运载信为已调信号，而未被调制的高频信号是运载信 息的工具，称为载波信号。息的工具，称为载波信号。 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 二、调幅原理二、调幅原理 设低频信号设低频信号 和高频载波信号分别为和高频载波信号分别为 式中式中F为低频频率，为低频频率，fc为高频载波频率。设两者波为高频载波频率。设两者波 形的初相角均为零，其波形如图形的初相角均为零，其波形如图6.2.7(a)、(b)所示。所示。 u

19、 Ft2cosUtcosUu mm tfcosUtcosUu ccmccmc 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 图图6.2.7 单频调制时的调幅波波形单频调制时的调幅波波形 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 将将uc和和u分别输入模拟乘法器的分别输入模拟乘法器的X和和Y输入端，如图输入端，如图 6.2.8所示，图中，所示，图中，UYQ为一固定的直流电压，要求为一固定的直流电压，要求 UYQUM。由此可得。由此可得Y输入端的总电压为输入端的总电压为 因此，模拟乘法器的输出电压因此，模拟乘法器的输出电压u0为为 令令 tcosUUu mYQY tco

20、stcosm1UKU tcostcos U U 1UKU tcosUtcosUUK uKuu cacmYQ c YQ m cmYQ ccmmYQ YX0 tcosm1U tcosm1UKUtU acm acmYQm 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 由式由式 可见，模拟乘法器的输出电压可见，模拟乘法器的输出电压 是一个幅度是一个幅度U Um m(t)(t)随低频信号而变化的高频信号，波随低频信号而变化的高频信号，波 形如图形如图6.2.7(c)6.2.7(c)所示。称它为普通调频波（简称所示。称它为普通调频波（简称AMAM 波）。将式展开，并应用三角函数关系，则得波）。

21、将式展开，并应用三角函数关系，则得 被单频信号调幅后的高频已调波的频谱分布如图被单频信号调幅后的高频已调波的频谱分布如图 6.2.96.2.9所示。所示。 tcostUu cm0 ccmaccmaccm cacm0 cosUm 2 1 cosUm 2 1 tcosU tcostcosm1Uu 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 f ffcfc fc+Ffc+F 0 0 2 2 maUmaUcm cm U Ucm cm 2 2 maUmaUcm cm fc+Ffc+F 幅度幅度 图图6.2.9 调幅波频谱调幅波频谱 X X Y Y K K u u0 0 u uc c + +

22、 - - + + - - u u u uYQ YQ 图图6.2.8 调幅原理电路调幅原理电路 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 由于载波本身并不包含信息，因此为了提高由于载波本身并不包含信息，因此为了提高 设备功率利用率，可以不传送载波而只传送设备功率利用率，可以不传送载波而只传送 两个边带信号，这种调制方式成为抑制载波两个边带信号，这种调制方式成为抑制载波 双边带调幅，简称双边带调幅，双边带调幅，简称双边带调幅，DSBDSB表示。表示。 如图如图6.2.106.2.10所示：所示： 图图6.2.10 双边带调幅双边带调幅 uc u u 0 u 0 X Y K 带通带通

23、 滤波器滤波器 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 三、解调三、解调 图图6.2.11为调幅波的解调原理图，图中为调幅波的解调原理图，图中 为为 同步信号，要求同步信号，要求 ；低通滤波器用以滤除检波；低通滤波器用以滤除检波 后的各高频分量。若需要解调的调幅信号为双边带调后的各高频分量。若需要解调的调幅信号为双边带调 幅信号幅信号 ，由此得输出电压为，由此得输出电压为 tcosUu rrmr cr tcostcosUu cimi t2costcosUKU 2 1 tcosUKU 2 1 tcostUcostcosKU uKuu crmimrmim rrmcim ri0 u ur r u u u u 0 0 u ui i X X Y Y K K 低通滤低通滤 波器波器 图图6.2.11 同步检波电路框图同步检波电路框图 调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，是调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，是 调幅的反过程。调幅的反过程。 下一页上一页 集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术 课件 6.3 模拟乘法器调幅与解调电路模拟乘法器调幅与解调电路 的调整与测