3.12模拟乘法器
一．实验目的
1． 了解模拟乘法器的构成和工作原理。 2． 掌握模拟乘法器在运算电路中的运用。
二．实验原理
集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。
1． 模拟乘法器的基本特性
模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图3-12-1所示。
u x
u y
o
图3-12-1 模拟乘法器的电路符号
若输入信号为x u , y u ,则输出信号o u 为：
o u =k y u x u
式中： k 为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V 1
.
根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图3-12-2所示的工作象限来说明。
图 3-12-2 模拟乘法器的工作象限
若信号x u 、y u 均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号x u 、y u 中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。
2． 集成模拟乘法器
集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍BG314集成模拟乘法器。
（1） BG314内部结构如图3-12-3所示，外部电路如图3-12-4所示：
1
8
43
7
6
5142+
9
121110
13
7
图3-12-3 BG314内部电路
+V CC
图3-12-4 外接电路
输出电压o u =k x u y u 式中 k=
y
x ox c
R R I R 2为乘法器的增益系数。
（2） 内部结构分析
a 当反馈电阻x R 和y R 足够大时，输出电压o u 与输入电压x u 、y u 的乘积
成正比，具有接近于理想的相乘作用； b 输入电压x u 、y u 均可取正或负极性，所以是四象限乘法器；
c 增益系数k 由电路参数决定，可通过调整电流源电流ox I 进行调节，
BG314增益系数的典型值为k=0.1V 1
;
d k 与温度无关，因此温度稳定性较好。 当然，乘法器的输入信号动态范围还是有限的。特别是当输入信号幅度增大而负反馈电阻x R 、y R 又不够大时，同时考虑到晶体管的电压——电流关系并不是完全理想的指数规律特性因素，输入信号动态范围受到限制。理论上讲，允许的输入信号电压的极限值为：max i u 若取ox I =1mA, x R =10kΩ,则输入信号动电压的极限值为10V. （3） 外部电路参数确定 a ． 恒流源偏置电阻R 3和R 13的估算 为了减小功耗，并保证其内部晶体管工作正常，恒流源电流一般取在0.5~2 mA,取I ox =i 3R =1mA ，则R 3= R 13= 3 7.0R EE i V V --500Ω b. 反馈电阻x R 、y R 的估算 为使乘法器有满意的线性，应使x R 、y R 满足下列条件，即 x i ≤ 32ox I ; y i ≤3 2 oy I 前已选定ox I =oy I =1mA ，再要求x u 和y u 的动态范围 max x u =max y u =±5V ，则 x R =y R = Iox Ux 3 2 max c. 负载电阻R c 的估算 取k=0.1V 1-，则根据k= y x ox c R R I R 2可求R c . d. R 1的估算 由图3-12-3可知，当m ax x x u u =时，x 通道差分对管B A V V 11和的集 电极电压应比max x u 高出2~3V ，以保证输出级晶体管工作在放大区，则有： ox x cc I V V u V R 2) 7.03(max 1++-= 3． 乘除运算电路 利用模拟乘法器与集成运放相配合，可组成平方、除法、平方根等运算电路。 （1）平方运算 将相同的信号输入模拟乘法器的两个输入端，就构成了平方 运算电路，如图3-12-5所示，2 I o ku u = （2 u o 图3-12-5 平方运算电路 ）除法运算 图3-12-6为反相输入除法运算电路。 U i2>0 图3-12-6 除法电路 u i1 利用理想运放特性可得： 2 1122 1212 121110i i o i o o o i u u kR R u u ku u i i R u i R u i - ===+= =联立以上四式可得： 上式表明 21i i o u u u 除以与的商成正比。在图3-12-6中还可看出，为了保证运算放大器处于负反馈工作状态，12i i u u 必须大于零，而则可正可负，所以是 二象限除法器。 （3）平方根电路 u o 图3-12-7 平方根运算电路 u i1 图3-12-7所示为平方根运算电路，k u u i o - = ，从上式可以看出，只有i u 为负值时，才能实现开方运算。若要对正输入信号开平方，可以加入反 相器等环节。 三．实验任务 1． 预习要求 （1） 了解集成模拟乘法器的基本结构及其内部结构 （2） 熟悉BG314外部电路参数的估算方法 2． 设计任务 （1） 试 设 计 一 个 2 i o u u =的电路，其中 )(10514.3sin 3sin 3V t t U u im i ??=Ω= 已知 -5V ≤V u x 5+≤V u V y 55+≤≤- k=0.1V 1- （2） 设计一个能实现加、减、乘、除四则运算的电路 四．实验报告要求 同实验2 五．思考题 1．用模拟乘法器如何实现开立方电路？ 六．仪器与器件 仪器：同实验2 器件：BG314 μA741 电阻若干 实验4位乘法器实验报告 姓名：X XX 学号：X XX 专业：计算机科学与技术课程名称：计算机组成同组学生姓名：无 实验时间：实验地点：指导老师：XXX 一、实验目的和要求 1.熟练掌握乘法器的工作原理和逻辑功能 二、实验内容和原理 实验内容： 根据课本上例3-7的原理，来实现4位移位乘法器的设计。 具体要求：1. 乘数和被乘数都是4位 2. 生成的乘积是8位的 3. 计算中涉及的所有数都是无符号数 4.需要设计重置功能 5.需要分步计算出结果（4位乘数的运算，需要四步算出结果） 实验原理： 1.乘法器原理图 2.本实验的要求： 1.需要设计按钮和相应开关，来增加乘数和被乘数 2.每按一下M13，给一个时钟，数码管的左边两位显示每一步的乘 积 3.4步计算出最终结果后，LED灯亮，按RESET重新开始计算 三、主要仪器设备 1.Spartan-III开发板1套 2.装有ISE的PC机1台 四、操作方法与实验步骤 实验步骤： 1.创建新的工程和新的源文件 2.编写verilog代码（top模块、display模块、乘法运算模块、去抖动模块以及 UCF引脚） 3.进行编译 4.进行Debug 工作，通过编译。 5.. 生成FPGA代码，下载到实验板上并调试，看是否与实现了预期功能 操作方法： TOP: module alu_top(clk, switch, o_seg, o_sel); input wire clk; input wire[4:0] switch; output wire [7:0] o_seg; // 只需七段显示数字，不用小数点 output wire [3:0] o_sel; // 4个数码管的位选 wire[15:0] disp_num; reg [15:0] i_r, i_s; wire [15:0] disp_code; wire o_zf; //zero detector initial begin i_r <= 16'h1122; //0x1122 i_s <= 16'h3344; //0x3344 end alu M1(i_r, i_s, switch[4:2], o_zf, disp_code); display M3(clk, disp_num, o_seg, o_sel); assign disp_num = switch[0]?disp_code:(switch[1] ? i_s : i_r); endmodule 序言 在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些点参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所需技术要求的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。信号发生器即由此而来，作为电子设计中常用仪器仪表，信号发生器又称信号源，可以用来产生被测电路所需特定参数的电测试信号。根据输出波形的不同，信号源可以分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。例如当要求进行系统的稳定性测量时，需使用振幅、波形、幅值等能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。基于信号发生器的广泛使用，对信号发生器设计的研究就显得非常有意义。 本课题是利用VHDL语言来实现计费功能的，VHDL具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性,并且具有良好的电路行为描述和系统描述的能力,并在语言易读性和层次化、结构化设计方面,表现了强大的生命力和应用潜力,因此选用VHDL语言进行编程。 本次课程设计巩固和运用了所学课程，通过理论联系实际，提高了分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力，通过对一个函数信号发生器的设计，进一步加深了对计算机原理以及数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉了数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。进一步了解了计算机组成原理与系统结构，使自己对EDA技术的学习更深入，学会用VHDL语言去控制将会使我们对本专业知识可以更好地掌握。 现在的信号发生器设计有以下几种方法： (1) 模拟直接合成法。这种方法充分利用了乘法器、除法器、混频器、滤波器和快速开关构成合成信号发生器，但是它的缺点是带宽不够高，性能差，构成信号发生器的电路体积比较庞大，而且功耗较高。 3.12模拟乘法器 一．实验目的 1． 了解模拟乘法器的构成和工作原理。 2． 掌握模拟乘法器在运算电路中的运用。 二．实验原理 集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。 1． 模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图3-12-1所示。 u x u y o 图3-12-1 模拟乘法器的电路符号 若输入信号为x u , y u ,则输出信号o u 为： o u =k y u x u 式中： k 为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V 1 . 根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图3-12-2所示的工作象限来说明。 图 3-12-2 模拟乘法器的工作象限 若信号x u 、y u 均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号x u 、y u 中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。 2． 集成模拟乘法器 集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍BG314集成模拟乘法器。 （1） BG314内部结构如图3-12-3所示，外部电路如图3-12-4所示： 1 8 43 7 6 5142+ 9 121110 13 7 图3-12-3 BG314内部电路 模拟乘法器及其应用 摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance. 实验四8位乘法器实验 一、实验原理 8位乘法器，输入为两个8位信号，输出结果为16位。 module mult8(out, a, b); //8位乘法器源代码 parameter size=8; input[size-1:0] a,b; //两个操作数 output[2*size-1:0] out; //结果 assign out=a*b; //乘法运算符 endmodule 本实验采用Chipscope-Pro生成VIO/ICON核，并插入到8位乘法器设计中，在线进行观测和调试。 二、实验目的 1. 熟悉ISE9.1 开发环境，掌握工程的生成方法； 2. 熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro 实验环境； 3. 了解Verilog HDL语言在FPGA 中的使用； 4. 通过掌握8位乘法器的Verilog HDL设计，了解数字电路的设计。 三、实验内容 1. 用Verilog HDL语言设计8位乘法器，进行功能仿真验证。 2. 使用chipscope-Pro 生成VIO/ICON 核，在线观测调试。 四、实验准备 1. 将USB 下载电缆与计算机及XUPV2Pro 板的J8 连接好； 2. 将RS232 串口线一端与计算机连接好，另一端与板卡的J11 相连接； 3. 启动计算机，当计算机启动后，将XUPV2Pro 板的电源开关SW11 打开到ON 上。观察XUPV2Pro 板上的＋2.5V，＋3.3V，＋1.5V 的电源指示灯是否均亮。若有不亮的，请断开电源，检查电源。 五、实验步骤 ⑴创建工程及设计输入 ①在E：\project\目录下，新建名为mult8的新工程； 器件族类型（Device Family）选择“Virtex2P”， 器件型号（Device）选“XC2VP30 ff896 -7”， 综合工具（Synthesis Tool）选“XST (VHDL/Verilog)”， 仿真器（Simulator）选“ISE Simulator” ②设计输入并保存。 ⑵功能仿真 ①在sources窗口sources for中选择Behavioral Simulation。 ②由Test Bench WaveForm 添加激励源，如图1所示。仿真结果如图2所示。 图1 波形激励编辑窗口 图2 仿真结果 从图中可以验证由Verilog HDL语言设计的8位乘法器的工作是正确的，不论是输入a的值变化还是输入b的值变化，输出值随之变化，为a与b的乘积。 ⑶生成核并添加核 本次试验内容为8位乘法器，不需要使用ILA核。因此下面使用核生成法生成一个ICON核，一个VIO核就可以了。 ①首先对生成的工程进行综合。 ②生成核 ③添加核 模拟乘法器的应用 ——乘积型混频器 学号：200800120228 姓名：辛义磊仪器编号：30 一、实验目的 1、掌握集成模拟乘法器的工作原理及其特点 2、进一步掌握集成模拟乘法器（MC1596/1496）实现振幅调制、同步检波、混频、倍频的电路调整与测试方法 二、实验仪器 低频信号发生器 高频信号发生器 频率计 稳压电源 万用表 示波器 三、实验原理与实验电路 集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可作为高性能的SSB乘法检波器、AM调制解调器、FM解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多数学运算，如乘法、除法、乘方、开放等。 MC1496的内部电路继引脚排列如图所示 MC1496型模拟乘法器只适用于频率较低的场合，一般工作在1MHz以下的频率。双差分对模拟乘法器MC1496/1596的差值输出电流为 MC1595是差值输出电流为 式中，错误！未找到引用源。为乘法器的乘法系数。 MC1496/1596使用时，VT 1至VT 6 的基极均需外加偏置电压。 实验电路 四、实验步骤 检查电路无误后接通电源，完成如下操作： 1、 当本振信号的频率为43 .4=L f MHz 、振幅为5 .0≤-p p V V ，输入信号的频率 为4 =C f MHz ，振幅为50 ≤-p p V mV 时，观察并测绘输入输出信号波形，记 录I L C f f f 、、。 2、当本振信号的频率为43.4=L f MHz 、振幅为5.0≤-p p V V ，输入信号的振幅为 50 ≤-p p V mV 时，改变输入信号频率C f （在3.9-4.1MHz 之间，每隔200kHz 测量 一次），测量输出信号的频率和幅度，记录在表格中，并由此计算带通滤波器的 通频带宽度。 f c 3.9MHz 4.0MHz 4.1MHz f 4.43 MHz 4.43 MHz 4.43 MHz v 500mV 500mV 500mV 3、保持两输入信号的频率及本振信号幅度不变，改变输入信号振幅V sm （峰峰值在40-100mV 之间变化）的大小，逐渐测量输入V sm 和中频输出V im 。将测量及计算结果填入表格中，并完成下列任务： ①计算混频增益A vc 。将混频电压增益A vc 定义为变频器中频输出电压幅值与输入信号幅值之比，以分贝表示为sm vc V V A Im lg 20= ②作出V sm 和V im 的关系曲线 V sm 40 mV 60 mV 80 mV 100mV V im 60mV 85mV 100mV 120mV 五、思考题 6.2 8位乘法器的设计 1.实验目的 （1）熟悉isEXPERT/MAX+plusisEXPERT/MAX+plus II/Foudation Series 软件的基本使用方法。 （2）熟悉GW48-CK EDA实验开发系统的基本使用方法。 （3）学习VHDL基本逻辑电路的综合设计。 2．实验内容 设计并调试好由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。此乘法器通过判断被乘数的位值为1还是零，并通过乘数的左移与上一次和相加的方法，实现了8位乘法的运算，并用GW48-CK EDA实验开发系统进行硬件验证。 3.实验条件 （1）开发设备：Lattice ispEXPERT。 （2）实验设备：GW48-CK EDA实验开发系统。 （3）拟用芯片：ispLSI1032E PLCC-84或EPF10K10LC84-3或XCS05/XL PLCC84以及运算控制电路和外部时钟。 4.实验设计 1）系统的原理框图 2）VHDL源程序 （1）选通与门模块的源程序ANDARITH.VHD LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY ANDARITH IS PORT(ABIN: IN STD_LOGIC; DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_vector(7 DOWNTO 0)); END ENTITY ANDARITH; ARCHITECTURE ART OF ANDARITH IS BEGIN PROCESS(ABIN,DIN)IS BEGIN FOR I IN 0 TO 7 LOOP DOUT(I)<=DIN(I)AND ABIN; END LOOP; END PROCESS; END ARCHITECTURE ART; (2)16位锁存器的源程序REG16B.VHD LIBRARY IEEE; 1.课程设计的内容和要求 内容：设计四位原码乘法器电路。 要求：1.有关资料，设计乘法器电路； 2.画出乘法器逻辑图； 3.在实验箱上完成乘法器电路的组装，调试，核对记录，测试有关数据， 通过老师当场验收； 4.完成课程设计报告。 1.课程设计原理 运用存储器的存储功能实现数字的存储。令电路的初始状态为000，000，000000。以二进制的形式输入数字，计算方式是以十进制数字乘法。输入的数字为三位数字，输出的是六位数字。先存储输入的乘数和乘积，然后再将乘积的导线端连到输出段，此时之前输入的乘积就可以在输出端显示。 此时序电路的真值表为： 1.课程设计思路 本次课程设计的题目为四位原码乘法器，利用真值表输入乘数时，需要存放数字，于是我查阅了一些资料，用存储器可以实现这一电路，所以本实验中用到的是INTEL 2114芯片。 具体实现过程如下图： a a b b F 32F 1 1.课程设计所需的器材 1.2114是一个容量为1K4位的静态RAM芯片，常用于寄存器。 其具体的引脚图为： 此芯片的电路图为： 2.数字电路实验箱 3.导线若干 1.课程设计实现 本次课程设计的题目是四位原码乘法器电路。 此部分只用到了2块INTEL2114芯片，具体连接如下： 1、先将这些芯片按在电路板上（注意不要插反，否者容易烧毁芯片）。 2、将两片芯片的A6和GND端，A7,A8,A9接地。 3、Vcc端接电压5V，cs接存储端，WE端接控制端。 4、两块芯片的A5,A4,A3组成一个乘数，A0,A1,A2组成另一个乘数。其中一块芯 片的I/O1,I/O2,I/O3,I/O4和另一块芯片的I/O1,I/O2组成要求的乘积。乘数与乘积的显示方式均为二进制，但是计算方法是以十进制数的乘法法则计算。 1.调试步骤及方法 在连接实验器件之前，要先检查如下实验器件： 1、检查芯片引脚是否有损坏。 2、检查电路板是否好用。 连接实验器件时要注意： 2严格按照电路图一步一步连接，以避免连接错误。 3导线要先连接电源测试是否导电。 连接好电路进行数据测试，输入001，010，000010，存储；001，101，000101，存储；001，111，000111，存储。将连在输入端的四个输出连接到输出端，并输入001，010，但是结果并不是000010，而是000100；再输入001，101，也没有得到000101的结果，而是000110的结果。检查线路，发现输出的线路错位，纠正后重新输入乘数，结果均得到计算结果。调试成功。 1.实验结果 连接好整个电路。A5A4A3和A2A1A0为输入端,即乘数，F5F4F3F2F1F0为输出端，即乘积。如下表： 8. 课程设计结果 输入000，000，000000，存储； 模拟乘法器调幅(AＭ、ＤＳB、SSB）实验报告 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: 实验十二模拟乘法器调幅(AM、DSB、SＳB） 一、实验目的 １．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅。抑止载波双边带调幅和单边带调幅的方法。 2.研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3．掌握调幅系数的测量与计算方法。 4.通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的波形。 5．了解模拟乘法器(ＭC1４96）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 二、实验内容 1．调测模拟乘法器MC１496正常工作时的静态值。 2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。 3.实现抑止载波的双边带调幅波。 4．实现单边带调幅。 三、实验原理 幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的4６５ＫHz高频信号,1ＫHz的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。 1.集成模拟乘法器的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量(电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器常见产品有BG314、Ｆ15９６、MC14９5、MC１496、LM１595、LM1596等。 (1)MC1496的内部结构 在本实验中采用集成模拟乘法器MＣ１496来完成调幅作用。MC１49６是四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图12-1所示。其中V1、V２与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方 式相连接，而且两组差分对的恒流源V５与Ｖ6又组成一对差分电路,因此恒流源的控制电压可 图1２-1 ＭC1４96的内部电路及引脚图 正可负，以此实现了四象限工作。Ｖ7、V8为差分放大器V５与V6的恒流源。 (2）静态工作点的设定 1)静态偏置电压的设置 实验十二模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB） 一、实验目的 1．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅。抑止载波双边带调幅和单边带调幅的方法。 2．研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3．掌握调幅系数的测量与计算方法。 4．通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅和单边带调幅的波形。 5．了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 二、实验内容 1．调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。 2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。 3．实现抑止载波的双边带调幅波。 4．实现单边带调幅。 三、实验原理 幅度调制就是载波的振幅（包络）随调制信号的参数变化而变化。本实验中载波是由晶体振荡产生的465KHz高频信号，1KHz的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。 1.集成模拟乘法器的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器常见产品有BG314、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。 （1）MC1496的内部结构 在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用。MC1496是四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图12-1所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方 式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可 图12-1 MC1496的内部电路及引脚图 正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。 （2）静态工作点的设定 1）静态偏置电压的设置 实验课程名称：_高频电子线路 五．实验原理与电路设计仿真 1、集成模拟乘法器1496的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。 （1）MC1496的内部结构 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。MC1496 的和内部电路与外部引脚图如图1(a)(b)所示。 (a)1496内部电路 (b)1496引脚图 图1 MC1496的内部电路及引脚图 它内部电路含有 8 个有源晶体管，引脚 8 与 10 接输入电压 VX、1与 4接另一输入电压VY，6 与12 接输出电压 VO。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、VYOS与 VZOX三项失调电压。引脚 2 与 3 之间需外接电阻，对差分放大器 T5与 T6产生交流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。 各引脚功能如下： 1：SIG+ 信号输入正端 2: GADJ 增益调节端 3：GADJ 增益调节端 4: SIG- 信号输入负端 5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正电流输出端 7: NC 空脚 8: CAR+ 载波信号输入正端 9: NC 空脚 10: CAR- 载波信号输入负端11: NC 空脚 12: OUT- 负电流输出端 13: NC 空脚 14: V- 负电源 （2）Multisim建立MC1496电路模块 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号， 实验三---集成乘法器幅度调制实验 高频实验报告实验名称：集成乘法器幅度调制实验 南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的 a) 通过实验了解集成乘法器幅度调制的工作原理，验证普通调幅波（AM ） 和抑制载波双边带调幅波（AM SC DSB -/）的相关理论。 b) 掌握用集成模拟乘法器MC1496实现AM 和DSB-SC 的方法，并研究调制信 号、载波信号与已调波之间的关系。 c) 掌握在示波器上测量与调整调幅波特性的方法。 二、实验基本原理与电路 1.调幅信号的原理 (一) 普通调幅波（AM ）（表达式、波形、频谱、功率） (1)．普通调幅波（AM ）的表达式、波形 设调制信号为单一频率的余弦波： t U u m Ω=ΩΩcos ,载波信号为 ： t U u c cm c ωcos = 普通调幅波（AM ）的表达式为AM u =t t U c AM ωcos )()cos 1(t m U a cm Ω+=t c ωcos 式中， a m 称为调幅系数或调幅度。 由于调幅系数a m 与调制电压的振幅成正比，即 m U Ω越大， a m 越大，调幅波 幅度变化越大， 一般 a m 小于或等于1。如果 a m >1，调幅波产生失真，这种情况称为过调幅。 未调制状态调制状态 m a Ucm ω0 Ω 图3-1 调幅波的波形 （2）. 普通调幅波（AM ）的频谱 普通调幅波（AM ）的表达式展开得： t U m t U m t U u c cm a c cm a c cm AM )cos(2 1 )cos(21cos Ω-+Ω++ =ωωω 它由三个高频分量组成。将这三个频率分量用图画出，便可得到图 国家电工电子实验教学中心 数字电子技术 实验报告 实验题目：1、2位乘法器 2、可控加法器 3、可控乘法器 4、数模转换电路 5、模拟转换电路 学院：电子信息工程学院 专业： 学生姓名： 学号： 任课教师： 2013 年12 月 3 日 1、设计任务要求 用加法器实现2位乘法电路。 2、设计方案及论证 （1）任务分析： ①设计乘法运算，运用所学的知识，即可转换为累加的情况。其中用到全加器的知识，不过，要在其基础上考虑进位，即所谓的级联。 ②A-B=A+(-B) = (A+(-B))补=A补+（-B）反+1 ③S3=A1A0B1B0 S2=A1A0B0+A1A0B1 S1=A1A0B1+A0B1B0+A1B1B0+A1A0B0 S0=A0B0 （2）方案比较 方案一： 1.设两位二进制分别为A1A0和B1B0，输出为S3S2S1S0 2.可以用与门（74LS08） 式1 方案一公式 方案二： 见真值表： 表一真值表根据真值表画卡诺图列出表达式为： S3=A1A0B1B0 S2=A1A0B0+A1A0B1 S1=A1A0B1+A0B1B0+A1B1B0+A1A0B0 S0=A0B0 通过真值表的分析和卡诺图的简化，得出逻辑表达式。然后运用逻辑门进行连接，即可得到所需的电路了。 比较方案： 通过对比方案一和方案二，方案二单纯利用基本逻辑门完成此多功能运算电路的电路图需要的逻辑门种类多，且逻辑门个数很多，有几个门还没有接触，其插线复杂，占用空间大，不适合在实际操作中实现，故排除此种方案。方案一所用晶体模块都学过，用起来也比较方便，而且能巩固学过的知识。综合以上，我们小组选择方案一。 （3）系统结构设计 在我们小组的方案中，连续两次用到了全加器，联想到集成块方面的知识，级联全加器可以用74LS183代替，这种双全加器具有独立的全加和与进位输出，即可将每个全加器单独使用，又可将一个全加器的进位输出端与另一个进位输出端连接起来，组成2位串行加法器。此处即用到它的第二个功能。这种集成全加器级联方便，使用时分灵活。具体原理图如下： 图一原理图 （4）具体电路设计 运算器部件实验：Booth乘法器 班级：软件工程 一、实验目的 理解并掌握乘法器的原理。 二、实验原理 Booth算法是一种十分有效的计算有符号数乘法的算法。算法的新型之处在于减法也可用于计算乘积。Booth发现加法和减法可以得到同样的结果。因为在当时移位比加法快得多，所以Booth发现了这个算法，Booth算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束三种，如下图所示 当然一串0或者1的时候不操作，所以Booth算法可以归类为以下四种情况： Booth算法根据乘数的相邻2位来决定操作，第一步根据相邻2位的4中情况来进行加或减操作，第二部仍然是将积寄存器右移，算法描述如下： （1）根据当前为和其右边的位，做如下操作： 00: 0的中间，无任何操作； 01: 1的结束，将被乘数加到积的左半部分； 10：1的开始，积的左半部分减去被乘数； 11: 1的中间，无任何操作。 （2）将积寄存器右移1位。 因为Booth算法是有符号数的乘法，因此积寄存器移位的时候，为了保留符号位，进行算术右移。同时如果乘数或者被乘数为负数，则其输入为该数的补码，若积为负数，则输出结果同样为该数的补码。 三、实验步骤 （1）打开QuartusII （2）将子板上的JTAG端口和PC机的并行口用下载电缆连接，打开试验台电源。 （3）执行Tools→Programmer命令，将booth_multiplier.sof下载到FPGA 中。 （4）在实验台上通过模式开关选择FPGA-CPU独立调试模式010. （5）将开关CLKSEL拨到0，将短路子DZ3短接且短路子DZ4断开，使FPGA-CPU 所需要的时钟使用正单脉冲时钟。 四、实验现象 五、具体代码实现 端口声明： port ( clk: in std_logic; md : in std_logic_vector(3 downto 0); mr : in std_logic_vector(3 downto 0); 《模拟和数字电路实验(I)》教学大纲 《模拟和数字电路实验I》中实验教学内容分低频电路和高频电路，根据教学要求，制定本大纲。本大纲适用电子科学与信息专业本科生，其它专业的相关课程可以参考本大纲。 《模拟和数字电路实验I》课程计划1.5个学分，48课时，低频电路实验部分计划36学时，高频电路实验部分计划12学时。实验内容在保留了传统的验证性实验的基础上，增设了计算机仿真实验，如EWB，PSPICE等操作软件的应用。 实验课程名称：模拟和数字电路实验I实验课程性质：专业基础 实验室名称：模拟电路实验室本大纲主撰人：钱晓英 实验课程编号： 适用专业：电子科学与信息专业 开设实验项目数：17个 一、实验教学目标与要求： 1．巩固和加深电子线路的基础理论和基本概念，学会灵活应用电子线路的技能。 2．熟悉常用电子元件和器件的性能，掌握基本测量方法和使用方法。 3．通过实验能正确且较熟练地掌握常用仪器如示波器、毫伏表、高、低频信号发生器、失真度仪、数字式频率计、晶体管特性图示仪……等基本工作原理和性能，掌握调节和使用方法。 4．掌握电子线路基本参数的测量原理和方法。 5．掌握电子线路安装、调整技术，培养分析、判断电路故障的能力和解决问题的方法。6．了解EDA知识，掌握用EWB、PSPISE等软件分析电路的方法。 二、考核办法： 1、实验成绩由两部分组成：平时分和考试分。 2、平时分占总分的70℅。平时分的考核标准为实验内容的完成情况，实验报告情况。 3、考试分占总分的30℅。考试形式可以是操作考试，也可以是笔试。 三、课程内容和课时分配 注：实验项目19个，54课时，打“*”为选做项目，可以根椐要求选择，完成48课时的教学任务。 二、实验教科书、参考书 （一）教科书 1、《TPE—A型系列模拟电路实验箱》使用说明书 2、《模拟电路实验指导书》清华大学科教仪器厂 （二）参考书 1、《模拟电子线路》华中师范大学物理系万嘉若林康运等编 2、《综合电子技术问答》汪源睿编著科学出版社 3、《电子技术基础》（模拟部分）华中工学院电子教研室康华光高等教育出版社 4、《模拟电子技术基础简明教程》清华大学电子学教研室编 5、《电子线路（非线性部分）》谢嘉奎宣月清编 2003年7月订 实验四集成电路模拟乘法器的应用 模拟乘法器是利用晶体管的非线性特性,经过电路上的巧妙设计,在输出中仅保留两路输入信号中由非线性部分产生的信号的乘积项,从而获得良好的乘积特性的集成器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多,而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。本实验仅介绍MC1496集成模拟乘法器。 一、实验目的 1．了解模拟乘法器（MC1496）的组成结构与工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。 2．掌握利用乘法器实现振幅调制(AM与DSB)、同步检波、混频、倍频等几种频率变换电路的原理及设计方法。 3．学会综合地、系统地应用已学到模电、数电与高频电子线路的知识，掌握对振幅调制、同步检波、鉴频、混频和倍频电路的设计与仿真技能，提高独立解决问题的能力。二、实验设备与仪器 高频实验箱 WHLG-2 一台 数字双踪示波器 TDS-1002 一台 高频信号发生器 WY-1052 一台 数字万用表一块 三、实验任务与要求 1、模拟乘法器1496的构成、基本原理说明 ①集成模拟乘法器的内部结构 MC1496集成模拟乘法器的内部电路结构和引脚排列如图4-1所示。 图4-1 MC1496的内部电路及引脚图 MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。引脚8与10接输入电压C u ，1与4接另一输入电压t u ，输出电压o u 从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻R E ，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压y u 的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电时），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I 5及镜像电流I 0的值。 ② 集成模拟乘法器的1496偏置电压与电流的确定 ● 静态偏置电压的确定 静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集—基极间的电压应大于或等于2V ，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对于图4-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即: 12641108,,u u u u u u === ?? ? ?? ≥-≥≥-≥≥-≥V u u u V V u u u u V V u u u u V 7.2),(157.2),(),(152),(),(1554141108108126 ● 静态偏置电流的确定 一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图4-1，三对差分放大器的基极电流I 8、I 10、I 1和I 4可以忽略不计，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R 5接正电源（+U CC 的典型值为+12V ），由于I 0是I 5的镜像电流，所以改变电阻R 5可以调节I 0的大小，即： 当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-U EE (一般接-8V)，5脚通过一电阻R 5接地，因此，改变R 5也可以调节I 0的大小，即： 则： 当V EE =-8V ，I 5=1mA 时，可算得： R 5={（8-0.75）/（1X10-3 ）}-500=6.75K Ω 取标称电阻，则R5=6.8K Ω 根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA ，一般取mA I I 150==左右。 此时,器件的总耗散功率可由下式估算: ) ()(214551465u u I u u I P D -+-= PD 应小于器件的最大允许耗散功率（33mW ）。 ● 负载电阻RC 的选择 Ω +-= ≈5007.0550R V u I I CC Ω +--= ≈5007.0550R V u I I EE Ω--= 5007 .05 5I V R EE 模拟乘法调幅（AＭ、ＤＳB） 实验报告 姓名： 学号： 班级： 日期： 模拟乘法调幅（A Ｍ、ＤＳB ）模块4 一、实验目的 1、掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑止载波双边带调幅方法。 2、研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。 3、掌握调幅系数的测量与计算方法。 4、通过实验对比全载波调幅、抑止载波双边带调幅波形。 5、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握调整与测量其特性参数的方法。 6、掌握用集成模拟乘法器构成调幅与检波电路的方法。 二、实验原理 调幅与检波原理简述： 调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。 本实验中载波是465KHz 高频信号，10KHz 的低频信号为调制信号。 集成四象限模拟乘法器MC1496简介： 本器件的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频动态增益控制等。它有两个输入端VX 、VY 和一个输出端VO 。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY ，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K （VX +VXOS ）（VY+VYOS ）+VZOX 。为了得到好的精度，必须消除VXOS 、VYOS 与VZOX 三项失调电压。集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器，内部电路含有8 个有源晶体管。 MC1496的内部原理图和管脚功能如下图所示： MC1496各引脚功能如下： 1）、SIG+ 信号输入正端 2）、GADJ 增益调节端 3）、GADJ 增益调节端 4）、SIG- 信号输入负端 5）、BIAS 偏置端 6）、OUT+ 正电流输出端 7）、NC 空脚 8）、CAR+ 载波信号输入正端 9）、NC 空脚 10）、CAR- 载波信号输入负端 11）、NC 空脚 12）、OUT- 负电流输出端 13）、NC 空脚 14）、V- 负电源 实验电路说明 用MC1496集成电路构成的调幅器电路如下图所示 14131211109876 54 32 1SIG+GADJ GADJ SIG-BIAS OUT+NC V-NC OUT-NC CAR-NC CAR+ 126 23 14 51 1084 第6章 集成模拟乘法器及其应用 6.1集成模拟乘法器 教学要求： 1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理； 2.理解变跨导模拟乘法器的基本原理； 3.了解单片集成模拟乘法器的外部管脚排列及外接电路特点。 一、集成模拟乘法器的工作原理 （一）模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。其符号如下图所示，K 为乘法器的增益系数。 1.模拟乘法器的类型 理想乘法器—对输入电压没有限制， u x = 0 或 u y = 0 时，u O = 0，输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的 。 实际乘法器—u x = 0 ， u y = 0 时，u O 1 0，此时的输出电压称为输出输出失调电压。u x = 0，u y 1 0 （或 u y = 0，u x 1 0）时，u O 1 0，这是由于u y （u x ）信号直接流通到输出端而形成的，此时 的输出电压为u y （u x ）的输出馈通电压。 （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基础上发展起来的，其基本原理电路如下图所示。 在室温下，K为常数，可见输出电压u 与输入电压u y、u x的乘积成正比，所以差分放大电路具有乘法功 O 能。但u y必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。当u Y较小时，相乘结果误差较大，因I C3随u Y而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器 . 二、单片集成模拟乘法器 实用变跨导模拟乘法器由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平 衡模拟乘法器。属于这一类的单片集成模拟乘法器有MC1496、MC1595等。MC1496内部电路如下图所示。 课程设计任务书 题目集成电路模拟乘法器的应用 专业、班级学号姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一．主要内容 用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同步检波器二．基本要求 1：电源电压12v 集成模拟乘法器 MC1496 载波频率 f c=5MHZ 调制信号频率 fΩ=1KHZ 2：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。 三．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2005.6 2:谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.10 3:张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11 完成期限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 年月日 目录 第一章mc1496的介绍 第一节模拟乘法器的内部结构及原理 (4) 第二节 mc1496的引脚图及其功能 (5) 第三节 mc1496的内部结构及原理 (6) 第二章 mc1496构成调幅器 第一节调幅器的基本介绍 (10) 第二节振幅调制器的原理图 (12) 第三节振幅调制器的数据说明 (14) 第三章 mc1496构成同步检波器 第一节同步检波器的基本介绍 (14) 第二节振幅同步检波器的原理图 (15) 第三节振幅同步检波器的数据说明 (16) 第四章设计体会 (18) 主要参考文献 振幅调制器的原理图 振幅同步检波器的原理图 摘要 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。 调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化。把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上经过非线性变换电路，产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。调制器主要由三部分构成：高频振荡器（产生5MH的正弦信号）、正弦RL信号发生器（产生1KH 的正弦信号）、mc1496构成的振幅调制部分。 检波是从调幅波中取出低频信号的解调过程。它主要也由三部分组成：形成本地载波信号、mc1496构成的同步检波部分，LC二阶低通滤波器。我们可用框图概括调制——解调的过程：计组-4位乘法器实验报告
数字电路课程设计实验报告1
模拟乘法器实验
模拟乘法器及其应用
4FPGA实验报告8位乘法器—徐艺萍
8.模拟乘法器的应用-乘积型混频器
8位乘法器实验报告
四位原码乘法器
模拟乘法器调幅AM、DSB、SSB实验报告
模拟乘法器调幅(AM、DSB、SSB)实验报告
模拟乘法器1496实验报告
实验三---集成乘法器幅度调制实验
2位乘法电路
Booth乘法器实验报告
模拟和数字电路实验(I)教学大纲
实验四 集成电路模拟乘法器的应用
模拟乘法器调幅实验报告
集成模拟乘法器及其应用-集成电路
集成电路模拟乘法器的应用
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