模拟乘法器应用
一、实验目的
1、进一步加深对模拟乘法器原理和功能的理解
2、学会应用模拟乘法器实现低电平调幅、同步检波、混频、倍频等功能，并学会这些功能
二、实验主要仪器和设备
直流稳压电源EM1715、高频信号发生器GFG813、低频信号发生器HC9205、示波器HC6504各一台，万用表一块，实验电路板一块。
三、实验原理
1、模拟乘法器的应用
模拟乘法器由于其相乘功能，因此能实现频谱迁移，在调制与解调，混频和倍频等方面得到广泛应用，其应用原理如下： （1）双边带调制
用乘法器实现双边带调制的原理框图如图1所示，图中A M 为乘法器增益，单位为1/V 。当输入端分别为加入载波信号 u c = U cm coswt 和调制信号u o = U om cos Ωt 时，输出端得到已调信号的双边带信号，即
()()[
]t t U t
t U u u A u c
c
om c m C M o ΩΩΩΩ-++=
==ωωωcos cos
cos cos 21
在图5.6所示的实验电路中，是U Ω = 0，只加载信号，调节MC1496（1）脚和（4）脚间的偏置电路使载波输出最小，则加上U Ω信号后， 就可以实现双边带调制。 （2）普通调幅
原理框图如图2所示，其输出
()()t
t m U
u A t
U U t U A u U u A u
c
a
Q
cm
M
m Q
c
M
M
Q c
M
o
ωωcos cos cos cos 1(ΩΩΩΩ+=
+=
+=
式中
U
U m
Q
m a
Ω=，为调制度。在图5.6中，调节点位器Rp1给MC1496的（1）
、（4）间提供合适的偏置，就可以实现普通调频。
图2 用乘法器实现普通调幅框图
u c
U Q
u Ωu o
（3）混频和倍频
用乘法器实现混频的原理框图如图3所示。当两输入端分别为加入信号电压Us =U sm cosw s t 和本振电压U L = U Lm cosw L t ，则输出电流i o 中将含有（ωL+ωS ） 和 (ωL –ωS)分量，通过中心角频率为ωi =ω1–ωs 的带通滤波器除其中的和频分量，则得到输出中频电压u1=u o =U m cos ω1t
用乘法器实现倍频的原理框图如图4所示。当两个输入端加入同一个信号电压u s =U sm cos ωs t 时，根据 Us 2 = U sm 2cos2w s t = 1/2U 2
sm （1 + 2cosw s t ）
则输出电流io 中将含有直流分量和二倍频分量。通过高频滤波器滤除其中的直流分量，则输出二倍电压uo = U cm cos ωs t
（4）同步检波
图5是实现对双边调制信号同步检波的原理。当输入调幅信号u s = U sm cosw c tcos Ωt 和载波信号u c = U sm cosw c t 时，相乘器将两输入信号进行相乘，即
通过低通滤波器滤除上式第二项高频分量，即可得到解调输出电压为
u ’o = U ’Ωm cos Ωt
图5 用乘法器实现同步江波框图
2、 集成模拟乘法器MC1496的使用方法 （1）电源供给与偏置电路
MC1496乘法器的管脚排列图与MC1596的相同，如图1所示。它可以双电源供电，也可以单电源供电，关键是外加偏置电路要适合，以保证其内部各三级管处于放大状态且有一定的动态范围。一般来说，在双电源供电时，T5, T6管的基极的直流点位近似为0V ，而双分差对管基极常被偏置在Vcc/2左右；在单电源供电时，1脚和4脚应为Vcc/3左右，8和10脚背偏置在Vcc 。
静态工作电流可通过5脚外接电阻Rr 来调整，一般Io/2为1mA 左右为宜。双电源时，Rr 接在5脚和地之间，单电源时，Rr
应接在
5脚和Vcc 端之间。 （2）输入、输出方式
U u s o
U L
u Ωo
u o 图3 用乘法器实现混频框图 图4 用乘法器实现倍频框图
MC1496相乘器的两对输入端均为双端差动输入方式，若改为单端输入，可通过变压器耦合或阻容耦合进行转换。但要求装换电路能平衡工作。同样，若双端输入转换为单端输出也是一样，要保证整个电路始终处于平衡状态。以抵消相乘器输出中不需要的谐波分量。
（3）平衡调节
Rp1, Rp2是平衡调节电位器，调制得当，可是的载波漏最小。
3、实验电路
本实验中，利用MC1496实现普通调幅、双边带调幅、混频、倍频和同步检波，实验电路如图6所示。
图（a）中，R6、R7将正电源分压共给8和10脚作为内部差分管的基极偏置电压，R1~R4和Rp1将负电源分压给1和4脚偏置电压，调Rp1可是输出载波最小或提供普通调幅所需的直流电压UQ。Rr为乘法器恒流源外接偏置电阻，用以控制恒流源电流的电流值Io/2，图中Io/2 = 1mA,这时MC1496各脚的直流点位分别为U1 = U4 = 0V, U1 = U3 = 0.7V, U5 = -11V, U6 = 7.7V, U8 = U10 = 6V.
电阻Ry用以扩展输入信号uy端输入，调节Rp1使载漏最小，然后调节信号从uo端输入。若载波幅值U CM < 26mV,则乘法器工作于小信号状态，从高通输入端可得单端输出的双边信带信号为
U on = R C uΩu c/2R y U T (4.1)
当载波幅值U cm= 260mV时，双差分对管工作在大信号状态，这时电路增益大且不受U cm大小影响，其单端输出表达式为
U oh = R c uΩ(t)K2(w c t)/R y = R C uΩ(t)(4*cosw c t/pi – 4*cos3w c t/3pi +……)/R y(4.2)
连接Uab端和B端，使双端输出信号通过中心频率为fo = wo/2pi的增益A T的带通电路，即可将上式中Wc的高次谐波分量滤除，在带通输出端u ab得到双边带输出信号为u ab = 8R C A T uΩ(t)cosw c t/pi*R y (4.3)
调节Rp1,可将上述双边带调幅改变为普通调幅。
实现倍频时，可将输入信号us同时加至uc和uo端。从高通输出端输出。
实现混频时，本振信号从uc端加入，而欲混频信号从uo端加入，输出从带通输出端输出。图6（b）为双边调制信号同步检波电路，图中MC1496的用法与图（a）相同。将同步信号加至uc端，双边带调制信号加至us端，则从MC1496的12脚可得乘法器输出为：U12 = R c U cm U sm cos2w c tcosΩt/2R y U T
= (R C U cm U sm/2R y U T)(1 + cos2w c t)cosΩt/2 （4.4）
通过图6（b）所示低通滤波器，可得调制信号 u o’ = U’Ωm cosΩt
(b)
图6乘法器应用电路
(a)普通调幅、双边带调幅、混频和倍频 (b)同步检波
四、实验方法与步骤
1、静态观测
找出有关调整元件和测试点的位置，按规定接通正电源、负电源，调节使U1 = U4。然后测量MC1496各引脚对地的直流点位和电阻Rr的压降，求出Io/2，填入表5.1 中，并与理论值比较。
2、双边带调幅
（1）在图6中，载波输入端加2MHz、幅值20mVde 载波信号uc、令uo = 0，调节Rp1使输出uoh最小。在调节信号输入端加50KHz、幅值0.5V的调制信号uo，用示波器同时观察uo和uoh信号，应为双边带调幅波，画出波形并侧其最大幅值，记录与表
5.2中。如观测到波形如图7所示，则说明有载漏，应调整Rp1直到输出端输出正
常的双边带调幅波。
（2）降低载波频率为500khz，并微调是载波频率为调制信号的偶数倍，观察双边带调幅波相位跳变现象，记录与表5.2中。
（3）维持载波频率500khz不变，增大其幅值Ucm > 260mV,观察输出uoh的包络波形和高频波形，并将uoh的波形和幅值记录与表5.2中。继续增大Ucm，观察它对uoh 波形的形状、大小的影响。
（4）连接B段玉uoh端，调节中周磁芯，是带通滤波器输出端uob的波形幅度最大，则回路调谐在500hkz频率上，观察uob的包网络波形和高频波形，记录uvob波形和幅值与表5.2中，并比较uoh和uob高频波形的形状。
图7 有载漏使得双边带调幅波
3、普通调幅
载波输入为500khz、幅值20mV，调制信号输入为1khz，幅值200mV，调节Rp1，使uoh 输出为普通调幅波，且调制系数ma = 50%。将波形、已调波包络峰峰值和载波峰峰值记录与表5.3中。
调节调制信号uo大小，观察ma分别为100%和过调幅时波形，并记录波形与5.3中。
4、混频
使B端与uoh端处于相连状态，然后在载波输入端加入500khz、幅值50mV的中频信号，用示波器观察带通滤波器输出uob波形。调节中周磁芯，使uob最大，说明回路已调谐在500khz的中频上。然后调节Rp1是uob最小，这样就使载漏最小。在载波输入端加2MHz、调幅50mV的本振信号uL，信号输入端加1.5MHz、幅值50mV的混频信号us，并微调us信号频率，使uob最大。用双踪示波器同时观察us和uob波形，测量us和uob的频率，并记录于表5.4中。
5、倍频
载波输入端加500khz、幅值20mV的正弦信号us，令uo = 0，调节Rp1使高通输出uoh 最小，然后将上述正弦信号亅同时加到载波输入端和信号输入端，用双踪示波器同时观察us和uoh波形，测量us和uoh的频率并记录于表5.4中。
表 5.4 混频及倍增电路输入、输出信号频率的比较
3、同步检波
在图6（a）中，载波输入端加2MHz，幅值0.5V的载波信号uc，信号输入端加5khz、幅值0.5V的调制信号uo，调节Rp1使高通输出uoh端输出双端带调幅波。然后，连接图6（a）载波输入端和图6（b）的同步输入端，调节图6（b）的点位器Rp2使图6（b）中MC1496的12脚的载漏输出最小。再连接图6（a）的uoh输出端和图6（b）的DSB信号输入端，若检波电路工作正常，这时应在输出端uo得到5khz的低频解调信号。观测并记录记录原始调制信号uo、uoh端已调信号的包络合解调输出信号uo’的波形的形状、大小和频率，并加以比较。
五、实验数据处理
表 2 DSB调幅波观测
表3 普通调幅波的观测(测试条件：f c = 500khz, U cm = 20mV, F = 1KHz)
实验体会：
从理论到实践。
在整整两天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西。
同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次实验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的。
只有理论知识是远远不够的。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来。从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在实验中可以说是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
通过实验提高了我对高频电子元器件的应用能力，设计和调试能力，提高了综合应用高频电子器件的能力。
课程设计师直接提高我们应用能力的重要的手段，我们应该全面应用每一次的实验和课程设计的机会去提高我们的能力。