高频电子电路正弦波振荡器

关于高频电子电路正弦波振荡器

一、乘法器的工作象限

乘法器有四个工作区域，可由它的两个输入电压的极性确定。XYXmax-XmaxYmax-Ymax

输入电压可能有四种极性组合：XYZ

（+）·（-）=（-）第Ⅳ象限

（-）·（-）=（+）第Ⅲ象限

（-）·（+）=（-）第Ⅱ象限

（+）·（+）=（+）第Ⅰ象限

如果：两个输入信号只能为单极性的信号的乘法器为“单象限乘法器”；一个输入信号适应两种极性，而一个只能是一种单极性的乘法器为“二象限乘法器”；两个输入信号都能适应正、负两种极性的乘法器为“四象限乘法器”。

二、理想乘法器的基本性质1、乘法器的静态特性（1）继续返回第2页,共28页，2024年2月25日，星期天（3）当X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2，

输出与输入是平方律特性（非线性）。XYX=YX=-Y2、乘法器的线性和非线性

理想乘法器属于非线性器件还是线性器件取决于两个输入电压的性质。

一般：①当X或Y为一恒定直流电压时，Z=KCY=K`Y，乘法器为一个线性交流放大器。②当X和Y均不定时，乘法器属于非线性器件。（2）当X=C（常数），Z=KCY=K‘Y，Z与Y成正比（线性关系）XYC>0C<0继续返回第3页,共28页，2024年2月25日，星期天①基本电路结构是一个恒流源差分放大电路，不同之处在于恒流源管VT3的基极输入了信号uy(t)，即恒流源电流Io受uy(t)控制。

4.3.2模拟相乘器的基本单元电路1、二象限变跨导模拟相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由图可知：ux=ube1-ube2

根据晶体三极管特性，VT1、VT2集电极电流为：

VT3的集电极电流可表示为：可得：同理可得：式中，为双曲正切函数。

差分输出电流io为:ic1、ic2ic1ic2Io

0-3321-1-2继续返回休息1休息2可以看出，当ux<<2UT时，

ic1、ic2与近似成线性关系。

可近似为:差分放大电路的跨导gm为:uo恒流源电流Io为:（uy>0）

输出电压uo为:

由于uy控制了差分电路的跨导gm，使输出uo中含有uxuy相乘项，故称为变跨导乘法器。

变跨导乘法器输出电压uo中存在非相乘项，而且要求uy≥ube3，所以只能实现二象限相乘。

第4页,共28页，2024年2月25日，星期天RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io①基本电路结构VT1，VT2，VT3，VT4为双平衡的差分对，VT5，VT6差分对分别作为VT1，VT2和VT3，VT4双差分对的射极恒流源。

二、

吉尔伯特（Gilbert）乘法器1、Gilbert乘法单元电路

是一种四象限乘法器，也是大多数集成乘法器的基础电路。继续返回休息1休息2VT1VT2VT3VT4VT5VT6第5页,共28页，2024年2月25日，星期天RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6Io②工作原理分析

根据差分电路的工作原理：

又因，输出电压：

二、

吉尔伯特（Gilbert）乘法器+ux-+uy-+uo-iAiBi2i1i3i4i5i6当输入为小信号并满足：

而标度因子

Gilbert乘法器单元电路，只有当输入信号较小时，具有较理想的相乘作用,ux，uy均可取正、负两极性，故为四象限乘法器电路，但因其线性范围小，不能满足实际应用的需要。继续返回仿真休息1休息2第6页,共28页，2024年2月25日，星期天IoyIoyRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6RyVT5VT6Ry2、具有射极负反馈电阻的Gilbert乘法器

使用射极负反馈电路Ry，可扩展uy的线性范围，Ry取值应远大于晶体管T5,T6的发射极电阻，即有

静态时，i5=i6=IoY,当加入信号uy时，流过Ry的电流为：iAiB+ux-+uo-iY∴有如果ux<2UT=52mV时，返回仿真继续休息1休息2i5i6+uy-第7页,共28页，2024年2月25日，星期天RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIox3、线性化Gilbert乘法器电路

具有射极负反馈电阻的双平衡Gilbert乘法器，尽管扩大了对输入信号uy的线性动态范围，但对输入信号ux的线性动态范围仍较小，在此基础上需作进一步改进，下图为改进后的线性双平衡模拟乘法器的原理电路，其中VD1，VD2，VT7，VT8构成一个反双曲线正切函数电路。返回继续uxux'uyuoVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIox第8页,共28页，2024年2月25日，星期天RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6IoyIoyRyVD1VD2VT7VT8R1RxIoxIoxuxuyux'工作原理分析：i7ixi8iyiAiBVT7，VT8，Rx，Iox构成线性电压—电流变换器。∴有uo

而为二极管D1与D2上的电压差，即:

利用数学关系：，则上式可写成：（1）代入（2）可得：其中标度因子：

可见大大扩展了电路对ux和uy的线性动态范围，改变电阻Rx或Iox可很方便地改变相乘器的增益。

返回继续仿真+UD1-+UD2-iD1iD2休息2休息1第9页,共28页，2024年2月25日，星期天VT5VT6RyRcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyRy-EEVT7VT8VD4.4单片集成模拟乘法器及其典型应用

一、MC1496/MC1596及其应用uxuy1、内部电路结构

与具有射极负反馈的双平衡Gilbert相乘器单元电路比较，电路基本相同，仅恒流源用晶体管VT7，VT8代替，二极管VD与500电阻构成VT7，VT8的偏置电路。

反偏电阻Ry外接在引脚②、③两端，可展宽uy输入信号的动态范围，并可调整标度因子K。2、外接元件参数的计算iy+uy-①负反馈电阻Ry且应满足|iy|<Ioy若选择Ioy=1mA，Uym=1V（峰值）返回继续Ioy休息2休息1Ioy第10页,共28页，2024年2月25日，星期天RcRcEcVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VDRyR5-EE由右图电路可得：当时，③负载电阻Rc引脚⑥、⑨端的静态电压：U6=U9=Ec-Ioy·Rc，若选U6=U9=8V，Ec=12V，

则有：，标称值为3.9。②偏置电阻R10U6U9Ioy

返回继续仿真休息2休息1第11页,共28页，2024年2月25日，星期天

三、

MC1495/MC1595（BG314）及其应用1、内部电路结构vx++vy①内部电路如图所示，由线性化双平衡Gilbert乘法器单元电路组成。

输入差分对由T5，T6，T7，T8和T11，T12，T13，T14的达林顿复合管构成，以提高放大管增益及输入阻抗。

负反馈电阻RY，Rx，负载电阻Rc，恒流偏置电阻R3及RW5，R13及R1均采用外接元件。返回继续休息2休息1第12页,共28页，2024年2月25日，星期天vovx+-vy+-MC1595

（BG314）1214489125610117133R1RcRcR13RxRyVCCVEER3Rw52、外围元件设计计算如果设计一个上图所示的乘法器电路，并要求：输入信号范围为：

输出电压范围为：由以上的要求可知，乘法器的增益系数返回继续休息2休息1第13页,共28页，2024年2月25日，星期天①负电源的-VEE的选取

负电源应能确保输入信号Vx，Vy为最大负值时，电路仍能正常工作，以Vy输入端为例：当|Vy|=|Vym|=10V时，由右图的等效电路可以看出：VBE5VBE6VCE9VRe9若T5，T6，T9正常工作，且设VBE5=VBE6=0.7V，VCE9+VRE9≥2V（以保持T9工作于线性区）

则

故可取-VEE=-15V返回继续休息2休息1第14页,共28页，2024年2月25日，星期天②偏置电阻R3，R13的计算

恒流源偏置电阻R3，R13应保证能提供合适的恒流电流，使三极管工作在特性曲线良好的指数律部分，恒流源电流一般取0.5～2mA之间的电流值，现若取Iox=Ioy=1mA，以引脚③为例，设VD3=VD4=0.7V，如右图的等效电路可IoxIR3

同理可求出R13=13.8，一般R3采用10固定电阻和6.8电位器的串联，以便通过调Iox来控制增益参数K。返回继续休息2休息1第15页,共28页，2024年2月25日，星期天+vx

-③负反馈电阻Rx和Ry的计算如右图所示电路可得：同理可得：④负载电阻Rc

由于增益系数：ixmaxixmaxixmaxixmaxixmax⑤电阻R1取引脚①的电压为+9V，则返回继续V1第16页,共28页，2024年2月25日，星期天3、失调误差电压及其调整

实际乘法器电路由于工艺技术、元器件特性的不对称，不可能实现理想相乘，会引入乘积误差，若设乘法器工作在直流输入时，输出电压可表示为：

其中：△K：增益系数误差，可通过IR3的调整使其误差值达最小值；XIO：乘法器X通道输入对管不对称引起的输入失调电压；

YIO：乘法器Y通道输入对管不对称引起的输入失调电压；

Zos：负载不匹配引起的输出失调电压。①输出失调误差电压Zoo定义：当X=Y=0时的输出电压称为输出失调误差电压Zoo。

Zoo=±KXIOYIO+Zos，忽略了二阶小量项（△K·XIO，△KYIO）。

输出失调误差电压Zoo，可借助外电路予以调零，以补偿输出失调电压，下图给出两种输出失调调零电路。返回继续第17页,共28页，2024年2月25日，星期天

图（a）通过调节电位器Wz，调整乘法器输出端集电极负载电阻，实现输出失调电压的调零。①输出失调误差电压Zoo返回继续休息2休息1第18页,共28页，2024年2月25日，星期天

图（b）利用电位器Wz调节A的负相端电位来实现失调误差电压的调零。①输出失调误差电压Zoo返回继续休息2休息1第19页,共28页，2024年2月25日，星期天②X（或Y）馈通误差电压KYIOX（或KXIOY）

实际乘法器中当一个输入端接地，另一输入端加入信号电压时，其输出往往不为零，这个输出电压称为线性馈通误差电压。

它是由于输入接地端存在输入失调电压而引起的，线性馈通误差电压可通过输入端的外接补偿网络来进行调零，线性馈通误差电压调零电路如下图所示。返回继续休息2休息1第20页,共28页，2024年2月25日，星期天

同理，可借助调节输入失调电位器Rwy引入一补偿电压（引脚12对地电压），使输出电压为零，使Zoy调零。

当输入电压X=0时，乘法器在输入电压Y的作用下，输出电压Z|x=0=±KYXIO，借助调节输入失调电位器Rwx引入一个补偿电压（即引脚⑧对地直流电压），使输出电压为零。返回继续休息2休息1第21页,共28页，2024年2月25日，星期天4、乘法器的调整步骤：

乘法器在使用前应仔细调整，才能使电路具有良好的性能。（1）线性馈通误差电压调零电位器Wz，Rwx，Rwy先置于中间位置：X输入端④脚接地，从Y输入端⑨脚输入频率为15KHZ，幅度为1Vpp的正弦波，调节Rwx，⑧脚会产生附加补偿电压，从而使Vo=0；然后⑨脚接地，④脚输入同样的正弦信号，调节Rwy，11脚会产生附加补偿电压，使Vo=0。（2）输出失调误差电压调零④、⑨脚均短接到地，调节Wk值，使Vo=0，反复上述两步骤，直到上述三种情况下，Vo均为零，或最小值。（3）增益系数K的调整④、⑨脚均加入5V直流电压，调Wk值，改变Iox，使Vo=+2.5V。④、⑨引脚改接-5V直流电压，若此时Vo=2.5V，则调整结束。如Vo≠2.5V,则应重复步骤（1）～（3）直到精度最高为止。返回继续休息2休息1第22页,共28页，2024年2月25日，星期天4.5模拟集成乘法器在运算电路中的应用

一、乘法与平方运算电路当Vx=Vi1，Vy=Vi2若Vi1=Vi2=Vi，则有Vo=实用电路如下图所示：

则有Vo=Kvi1vi2

；其中：vi1vi2返回继续休息2休息1第23页,共28页，2024年2月25日，星期