集成电路模拟乘法器的应用

1、郑州轻工业学院课程设计任务书题目专业、班级 电信08- 2 学号13 姓名 李东良 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同步检波器基本要求1:电源电压12v集成模拟乘法器MC1496载波频率f=5MHZ调制信号频率fjlKHZ2：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务 书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙 述清楚，图纸齐备。3：设计时间为一周。主要参考资料1：李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.62:谢自美 电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社 2003.103:张肃文 高频电子线路 高等教育出版社2004.

2、11完成 期限：2010.6.21-2010.6.27指导教师签名：课程负责人签名：王新金2010年6月20日集成电路模拟乘法器的应用实验内容：用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同 步检波器。实验原理说明：模拟乘法器的基本特性模拟乘法器是实现两个模拟量（电压或电流）相乘的功 能器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬 时电压值的成绩成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性 和频率可以是任意的。其符号如下所示，K为乘法器的增益 系数。单象限乘法器一对两个输入电压都只能适应一种极 性，即X、的皆为固定极性.二象限乘法器一只升一个输入电压能适应正、负极 性，而对另一个输入电压只能适应一

3、种极性.四象限乘法器一能够适应两个输入电压四神机性组 合的乘法器。0 = &7%一增益系数以差分放大电路为基础的电路图如下所示2（1 + 舟）。时，1模拟乘法器的基本原理在室温下，K为常数，由表达式可知u与输入电压u、u的乘积成正比，正是由于两个输入电压u、u的乘积项的 xy x存在，所以差分放大电路具有乘法功能，具有像非线性阻抗 那样能产生新的频率分量的频率变换作用。此电路uy必须为 正才能正常工作。集成模拟乘法器MC1496的内部电路图稿、昭、V, K拟乘法器%撬、V6 乘澹v7v9也 7流源电路攻、椿、吕7流源基准% v9H供口.5*& HA负反馈，扩大改 的线性动态范围增益系数茂=金其

4、中，UK （S； 26mV） , - Ry Hy Ry上图所示是MC1496的内部电路，它是一个双平衡四象限 的集成模拟乘法器。由图可知，该乘法器是属于并联交叉耦 合可变互导型，由T1和T2两个晶体管组成一对差分放大器， T5是它的恒流源；又有T3和T4两个晶体管组成第二对差 分放大器，T6是它的恒流源。T1和T3的集电极连在一起， T2和T4的集电极连在一起，T2的基极和T3的基极相连， T1和T4的基极相连。其中脚8和脚10为Ux输入端，脚4 和脚1为Uy输入端，脚6和脚12为差动输出端。D7、T8、 T9组成具有负反馈电阻的恒流源，R1、R2、R3为负反馈电 阻，它们的作用是展宽动态范围

5、。脚2和脚3之间接入反馈 电阻Ry,对差分放大器T5、T6产生电流负反馈，可调节乘 法器的信号增益，扩展电压Uy的线性动态范围。脚5接偏 置电阻R5,用来调节偏置电流和镜像电流的值。对于静态偏置电流，主要由恒流源的值来确定。当器件 为单电源供电时，引脚14接地，5脚通过一个电阻接正电 源，改变此电阻可以调节恒流源的大小；当器件为双电源供 电时，引脚14接负电源，5脚通过R5接地，改变R5同样 可以调节恒流源的大小。利用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同步检波器 模拟乘法器是一种重要的非线性多用途器件，它与放大 器相结合可以完成许多数学运算，如乘法、除法、乘方和开 方等，还广泛应用于频率变

6、换、信号处理电路中，构成调制、 解调或其它电路。本课程设计主要利用MC1496实现调幅和 同步检波。（一）调幅波的基本性质1、普通调幅（全载波调制I）普通调幅是用需传送的信息（调制信号）u湛t）去控制高 频载波uc（t）的振幅，使其随调制信号u（t）的规律而变化。调 幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随调制信号线性变化。若载波信号为气(t) = Ucm cos wct，调制信号为山。(t)。则普 通调幅波的振幅为：U cm (t) = U cm + kaU。(t)(6-1) 式中，是一个与调幅电路有关的比例常数。顿(t )称为包 络函数，它反映了ufi (t)的变化规律。因此，调幅波的数学表

7、 达式为%# ) = Ucm (t )C0S ct = Ucm + kaU。(t )cos /(6-2)(1)单频调制若调制信号为单频信号，即u。(t) = U Qm cos。t，则普通调 幅波的数学表达式为：Ucm (1 + ma cos。t) cos wct=Ucm cos wct + Ucmma cos。t cos wctkacmcm=Ucm cos W ct +U。m cos。田 cm cos W ctcm=U (t) + Uc (t) U (t)(6-3) 调制信号的 4为调幅c。 ccm式中，Ucm cos w ct为载波分量，不包含有用信息信息只包含在上下边频Ucmma cos。

8、t cos w ct札 mcm系数或调幅度，其值也可由调幅波包络；cm (t)的最值求出macm maxcm mincm maxcm min(6-4)普通调幅波的波形如图6-1所示。可以看出，已调幅波 的包络形状与调制信号一样。从调幅波的波形上看出包络的 最大值Ucm惊和最小值Ucm mn分别为:U cm max = U cm (1 + ma )U cm min = U cm (1 ma )普通调幅时ma 1，将会产 生过调幅失真，其波形如图6-2所示。由图可知，已调波包 络形状与调制信号不一样，不能反映调制信号的变化规律。图6-1普通调幅波的波形图图6-2过调制调幅波形多频调制若调制信号为多

9、频信号，即u。(t) = UQmCOS Oit + UQm2cos Q21 + + UQmn cos Ont 则普通调幅波的数学表示式为：nUAjMf)= Ucm (1 + E maj C0S O jt )C0S C(6-5)J =1式中，m疽kaU Q mjl Ucm为对第j个调制信号的调幅系数；Ucm cos oct为载波分量，有用信息包含在边带分量内。实际上， 调制信号是包含多个频率的复杂信号，如调幅广播所传送的 语音信号频率约为50Hz至4.5kHz，调制后，各个语音频率 产生成对等幅上、下边频，迭加后形成上、下边频带。从频 率角度看，调幅过程实质上是一种频谱搬移过程。经过调制 后，调

10、制信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下 边频带。2、抑制载波双边带调幅普通调幅虽然原理简单，接收端易提取同步信号，但由 于载波不包含有用信息，因此调制效率低，易造成能源浪费。为了提高调制效率，减小功率浪费，可以只发射上、下边频 而不发射载波，这种调幅方式称为抑制载波双边带调幅，用 DSB表示。由(6-3)式可知，单频抑制载波双边带调幅信号可表示 为UDSB)= Ucmma COS Q 河/kacmUQm C0S EUcm COS /cmcmka(6-6)由式(6-3)和(6-6)可知，双边带调幅信号的振幅为Ucmma cos Qt，而普通调幅信号的振幅为Ucm(1 + ma)cos Q

11、t，显然 双边带的振幅有正有负，而普通调幅波在 1时振幅不可 能出现负值。单频调制的双边带调幅波各信号波形如图6-3所示。化，但它已不能完全准确地反映低频调制信号的变化规律。 在调制信号的负半周，已调与原载波反相；在调制信号的正 半周，已调波与原载波同相；在调制信号的过零点处，调幅 信号发生1800相位突变。因为双边带信号不包含载波所以 发送的全部功率都载有信息，功率利用率高。采用乘法器实现调幅调幅器框图如下所示幅度调制就是载波的振幅调制信号控制周期的变化，由 MC1496构成调幅器，它将高频正弦波信号为载波信号输入 到Ux，并加在两组差动放大器T1、T4对地的输入端8和10 两端脚之间；同时

12、将低频正弦波信号作为调制信号加在差动 放大器T5、T6输入端1和4两端脚之间，将这两种信号输 入后，二者相乘为输出信号的全载波信号。采用模拟乘法器构成的调幅电路如下图所示集成模拟乘法器MC1496调幅器电路图（二）解调原理调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，它是调幅的反 过程。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波振 幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用 二极管包络检波的方法进行解调。而抑制载波的双边带或单 边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规 律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。 同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。利用模 拟乘

13、法器的相乘原理，实现同步检波是很方便的，其工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号us (t)= usmcoswctcosQ t，另一输入端 输入同步信号(即载波信号)uc (t)=ucmcoswc(t),经乘 法器相乘，可得输出信号U0 (t)。lie ft J =! K三HmaUtJiC 喝 WC4- ) tCO&Wct=A Keucos t-i K?临RhWS 机c十 Q)t7-17)-式中，第 皿是所需要的低额调制俏号务给，第-项为高频为房.也可以被 岐通澹波器滤掉，如果输入信号Us t)为有栽波振幅调制信号，同米信号为莪波信号Uc(t)，利用 乘法器的相昶原曜-同样也能实睨解蜩。设 吟：t) =Um生(1+mcosQt) toswc、比(t? =ncacoswjIfiiMtK电压山岗为Bo( t) = KfUi t) * E)=i-KEUwknj-1- KeHHI皿EsaH? Ke临+二 Keiq u5mUtm cos (2wc-i- ft ) t十KeE 岫11口 ES (2wc- Q)t部件：H,=Uc26mV. *=傀为大信 MU-1S1上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信 号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器 可滤掉直流分量及高频分量，从而实现