基于BG314乘法器调幅电路的Multisim仿真.docx

基于Multisim乘法器混频电路的仿真研究刘婉茹;叶建芳;孙一萍【摘要】混频器是高频电路实验教学中的典型内容.针对传统实验室的不足,通过引用Multisim虚拟仿真技术,分析研究了模拟乘法器MC1496芯片构成的混频电路的性能.由于Multisim元件库中没有MC1496的模型,首先在创建MC1496芯片内部结构模型的基础上,设计了基于该模型的混频电路,并对其直流工作点、傅里叶变换、混频增益及ldB压缩电平等性能进行了仿真分析.结果表明,该电路模型能够客观地描述MC1496的基本特性,为运用该芯片完成各种功能电路的仿真研究奠定了基础,有效扩展了Multisim软件的使用范围,具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2016(032)010【总页数】3页(P48-50)【关键词】仿真;混频电路;模拟乘法器;Multisim软件【作者】刘婉茹;叶建芳;孙一萍【作者单位】东华大学信息学院,上海210620;东华大学信息学院,上海210620;东华大学信息学院,上海210620【正文语种】中文【中图分类】TP391.9在无线通信中，信号频率变换的重要性不言而喻。

信号的调制和解调可以将信号的频谱进行搬移从而实现信道的频分复用。

而混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。

目前，在高频电路实验的教学中，混频器已成为典型的教学内容。

随着电路复杂度的不断提高，掌握通信电子线路EDA技术也越来越重要。

美国NI公司的Multisim软件是一款专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件，具有强大的仿真分析能力[1,2]。

本文通过研究和反复地仿真尝试，提出了运用Multisim进行混频电路实验的方法。

在Multisim13.0仿真环境中准确构建了双差分对集成模拟乘法器MC1496模型的基础上，设计了基于该模型的混频电路，并对其性能进行了仿真分析，有效扩展了Multisim软件的应用范围。

仿真1.1.1 共射极基本放大电路按图7.1-1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等。

１. 静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管Ｑ１工作在放大状态。

２. 动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。

由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。

再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。

３. 参数扫描分析在图７.１－１所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻Ｒ１的阻值大小直接决定了静态电流ＩＣ的大小，保持输入信号不变，改变Ｒ１的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。

选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为Ｒ１，参数为电阻，扫描起始值为１００Ｋ，终值为９００Ｋ，扫描方式为线性，步长增量为４００Ｋ，输出节点５，扫描用于暂态分析。

４. 频率响应分析选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为１Hz，终止频率为１GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点５做输出节点。

由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压ＶＩ为幅值５mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为０.５Ｖ，中频电压放大倍数约为－１００倍，下限频率（Ｘ１）为１４.２２Hz，上限频率（Ｘ２）为２５.１２MHz，放大器的通频带约为２５.１２MHz。

由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻Ｒ３限定。

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 xu yo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：1843765142+9121110137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=yx ox cR 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。

除法器设计摘要: 本设计要求设计一个简单的除法器,根据要求采用乘法器BG314与运算放大器3554AM以及外部电源共同实现除法器功能.乘法器用以实现乘法运算,然后通过运算放大器工作于负反馈状态实现信号的放大,并由自制电源电路供电.通过对系统各模块进行仔细的分析,了解了各器件的性能与用途后,便可将其运用到自己的设计当中去.电路设计完成后,开始对系统进行测试,方法有两种,可以通过对系统电路在Multisim软件下仿真测试,也可以做出相应的印制电路板来进行测试.在本设计中,通过仿真测试与实物测试相结合的综合测试后,发现系统基本能达到设计要求.关键字: 乘法器运算放大器电源Multisim 印制电路板Summary: This design requests to design a simple division machine, adopting the multiplication machine BG314 and the operation enlarger 3554 AMses and the exterior power supplies according to the request to carry out the division machine function together.The multiplication machine carries out the multiplication operation in order to, then pass to operate the enlarger work to carry out the signal to enlarge in the negative feedback appearance, and from the self-control power supply electric circuit power supply.Pass to carry on the careful analysis to each mold of system piece, after understanding the function and uses of each machine piece, can make use of it to own design then in the middle.The electric circuit is after design complete, starting carrying on the test to the system, the method have two kinds of, can pass to imitate the true test to the system electric circuit under the software of Multisim, can also do a homologous of print and make circuit board to carry on the test.In this design, after passing to imitate the comprehensive test that the true test and real objects test combine together, discover that the system is basic and can attain design to request.Key word: The multiplication machine operation enlarger power supply Multisim prints to make the circuit board目录1、系统方案设计与论证 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 系统基本方案 (1)1.2.1 各模块方案选择与论证 (1)(1) 乘法器模块 (1)(2) 运算电路模块 (2)(3) 电源模块 (2)(4) 显示模块 (2)1.2.2系统各模块的最终方案 (3)2、系统的硬件设计与实现 (3)2.1 系统硬件的基本组成部分 (3)2.2 主要单元电路设计 (3)2.2.1 乘法器电路设计 (3)2.2.2 运算电路设计 (5)2.2.3 电源电路设计 (9)2.2.4 显示电路的设计 (13)3、系统测试与优化 (13)3.1 电源部分测试 (13)3.2 其他部分测试 (14)3.3 系统实现的功能 (15)4 结论 (15)4．1 评价 (15)4．2 心得 (15)5 参考文献 (16)6附录 (16)6.1 器件清单 (16)6.2 系统原理图 (16)1、系统方案设计与论证1.1 设计要求设计一个简单的除法器(Vx=0.2V V y=0.5V K=1 可用集成芯片做)1.2 系统基本方案根据题目要求,系统可以划分为集成乘法器模块、集成运算放大器模块和12V电源模块.模块框图如图1.2所示.为实现各模块的功能,分别做了几种不同的设计方案并进行了论证.图1.2 除法器基本模块方框图1.2.1 各模块方案选择与论证(1) 乘法器模块根据题目要求,模拟乘法器主要用于实现两个互不相关的模拟信号间的相乘的功能.对乘法器的选择有以下两种方案:方案一:采用集成模拟乘法器BG314. 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.该集成模拟乘法器不仅功能强大而且外部电路简单,工作原理易理解.方案二:采用分离元件组合电路.分离元件组合电路参数可自行调节,但是精度较差,在使用过程中难度较大.而且由于电路较复杂,增加了焊接的难度.根据以上论述,考虑到各方面的因素,在本设计中,采用简单、方便、可靠的集成模拟乘法器来实现.(2) 运算电路模块根据题目要求,运算电路主要用于实现信号的放大功能.对于运算放大器的选择有以下三种方案:方案一:采用单运放集成芯片3554AM.这是一款较老的芯片,在平时的电路设计当中常常要用到,主要是因为它是同类芯片当中功能相似但电路结构却相对简单的一种.方案二:采用单运放集成芯片LM741.这是曾经学到过的一种芯片,我们对它较熟悉,而且对其内部结构和功能也有所了解.它的各参数都较稳定,有较高的共模抑制比,也是需要15V的双电源供电.方案三:采用双运放集成芯片LM358.这也是一款较常用到的芯片,由于是双运放,所以功能也相应的有所加强,但是我们所用到的电路比较简单,结果可能使它的很多功能都没有得到运用,导致对资源的浪费.在本设计中,对各方案进行比较论证之后,我们采用熟悉简单而且性能优良的单运放集成芯片3554AM来实现对信号的放大.(3) 电源模块电源模块主要用于实现对各模块供电的功能.对于电源模块的选择有以下三种方案: 方案一:采用1.5V常用电池串接而成.这种方法简单易懂,但是精确度不够,稳定度也不高,当电池里面的电用光之后,便不在具有供电功能.方案二:采用直接购买电源的方法.在市场上可以直接买到相应的电源,但是考虑到经济上的原因,显然这并不合适.方案三:采用自制整流电路.这种方法简单可行,可以得到精确的电压值,而且稳定度高,可以长期使用.正好可以让自己所学的知识在实践中得到很好的运用.其方框图如图1.3所示:图1.3 整流电路方框图根据以上论述,考虑到经济、实用等方面因素,在本设计中选择方案三,采用自制整流电路来实现.(4) 显示模块根据不同的需要,显示模块可以有以下三种不同的方案可供选择:方案一:使用数码管显示时间和温度.数码管具有低功耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高低温等优点,对外界环境要求低,易于维护,同时其精度比较高,操作简单.另外,数码管采用BCD码显示数字,程序编译简单,资源占用较少.方案二:使用液晶显示屏显示. 液晶显示屏(LCD)具有轻薄短小,低耗电量,无辐射危险,平面直角显示以及影象稳定不闪烁,可视面积大等优势.方案三:采用数字电压表进行直接测量.数字电压表读数精确,是常用器件,使用起很方便.而且性能稳定,读数方便.根据以上论述,由于我们暂时对LCD还不是很熟悉,对其性能还不是很了解,而使用数码管会使电路变的复杂,而且还要通过编程来实现,因此我们在设计中选择直接用数字电压表进行测量显示读数.1.2.2 系统各模块的最终方案经过仔细的分析与论证,决定了系统各模块的最终方案如下:(1)乘法器模块:采用集成模拟乘法器BG314实现;(2) 运算电路模块: 采用单运放集成芯片LM741;(3) 电源模块: 采用自制整流电路实现;(4) 显示模块: 采用数字电压表进行直接测量.系统的基本框图如图1.4所示.图1.4 系统的基本框图模拟乘法器主要用于实现两个互不相关的模拟信号间的相乘的功能,而运算电路主要用于实现对信号的放大.其工作过程如下:电源加电后, 经过整流电路的整流以后可以得到运放所需要的+(-)15V电压,从乘法器输入端输入被处理电压,经过运放电路处理后便可在数字电压表上看到经过除法器处理过后的电压值了.2、系统的硬件设计与实现2.1 系统硬件的基本组成部分本题是一个除法器的综合设计,在设计中运用了模拟乘法器处理技术、电压整流技术. 2.2 主要单元电路设计2.2.1 乘法器电路设计(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2.1所示。

4.1 仿真设计1、用网孔法和节点法求解电路。

如图4.1-1所示电路：3Ω（a）用网孔电流法计算电压u的理论值。

（b）利用multisim进行电路仿真，用虚拟仪表验证计算结果。

（c）用节点电位法计算电流i的理论值。

（d）用虚拟仪表验证计算结果。

解：电路图：（a）i1=2 解得 i1=25i2-31-i3=2 i2＝1i3=-3 i3=-3 u=2 v（b）如图所示：（c）列出方程4/3 U1- U2=2 解得 U1＝3 v U2=2 v2A1Ω_+_+u1Ω2V-3A图4.1-1i2U 1- U 2=2 i=1 A结果：计算结果与电路仿真结果一致。

结论分析：理论值与仿真软件的结果一致。

2、叠加定理和齐次定理的验证。

如图4.1-2所示电路：(a)使用叠加定理求解电压u 的理论值；(b)利用multisim 进行电路仿真，验证叠加定理。

(c)如果电路中的电压源扩大为原来的3倍，电流源扩大为原来的2倍，使用齐次定理，计算此时的电压u ；(d)利用multisim 对（c ）进行电路仿真，验证齐次定理。

电路图：（a ） I 1=27 I 2-2 I 1- I 3=03 I 3- I 2-2 I 4=0 解得 U 1=7（V ） I 4=-3 U 1U 1=2（I 1- I 2）如图所示电压源单独作用时根据网孔法列方程得：3 I 1-2 I 2- I 3=4 I 2=-3 U 27 I 3 - I 1=0 解得 U 2=9（V ） U 2=4-2 I 3所以 U= U 1+ U 2=16（V ） （b ）如图所示。

2Ω 1Ω 2Ω 4Ω 2A 3u + 4V - + u-图4.1-2（c）根据齐次定理，U=2U1+3U2=14+27=41 v（d）结果：理论值与仿真电路计算的值一样。

结论分析：齐次定理和叠加定理成立。

三、替代定理的验证。

（a）求R上的电压u和电流I的理论值；（b）利用multisim进行电路仿真，分别用相应的电压源u和电流源I替代电阻R，分别测量替代前后支路1的电流i1和支路的电压u2，验证替代定理。

大连理工大学本科实验报告课程名称：Multisim电子仿真实验学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：电子班级：0904学号：学生姓名：2011年11 月9 日网络表报告网络页面元件引脚0 调幅电路GND 10 调幅电路GND 10 调幅电路R1 20 调幅电路GND 10 调幅电路C3 20 调幅电路C2 20 调幅电路C1 20 调幅电路R2 10 调幅电路T4 00 调幅电路XSC1 41 调幅电路Q1 C1 调幅电路T4 32 调幅电路R2 32 调幅电路R2 22 调幅电路C2 12 调幅电路Q1 E3 调幅电路Q1 B3 调幅电路V1 14 调幅电路C4 14 调幅电路T4 45 调幅电路C1 15 调幅电路C3 15 调幅电路R1 15 调幅电路V1 25 调幅电路R3 26 调幅电路T4 26 调幅电路V2 16 调幅电路C4 27 调幅电路XSC1 17 调幅电路T4 1VCC 调幅电路R3 1VCC 调幅电路V2 2VCC 调幅电路VCC VCC材料清单数量描述参考标识封装1 BJT_NPN, 2N6487 Q1 Generic\TO-220AB 1 TS_XFMR-TAP T4 Generic\XFMR_5PIN调幅电路的对照报告参考标识描述系列封装页面0GROUND POWER_SOURCES-VCC VCC POWER_SOURCES-V1AC_VOLTAGE SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-调幅电路C2100nF CAPACITOR-调幅电路C1100nF CAPACITOR-调幅电路C425pF CAPACITOR-调幅电路R2100ΩPOTENTIOMETER-调幅电路Q12N6487BJT_NPN TO-220AB调幅电路C3100nF CAPACITOR-调幅电路R1100ΩRESISTOR-调幅电路R3100ΩRESISTOR-调幅电路V2AC_VOLTAGE SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-调幅电路T4TS_XFMR-TAP TRANSFORMER XFMR_5PIN调幅电路直流工作点分析V(7)-2.41524V(6)12.00000V(4)-6.88715V(1) 2.55643V(vcc)12.00000V(5) 3.38722V(3) 3.38722V(2) 2.61281I(v1)-52.25558 mI(v2)-618.39819 n原始电路原理图调幅电路的瞬态分析结果结果分析：此时电路能够实现调幅功能放大后的效果：读取峰值：160.633mv读取谷值：82.795mv 周期：1ms结果分析：此时可以计算得到调幅系数m=（峰值-谷值）/（峰值+谷值）=0.32无载分析电路图：分析所得结果：峰值：127.072mv 周期：0.067ms 参数扫描分析电路图：参数扫描分析结果:结果分析：平滑线为R2=100Ω的扫描结果，带有三角标识的曲线为R2=0Ω时的扫描结果，分析可知，当R2取较大值时，集电极输出的电压较大。

基于乘法器调幅电路设计与仿真朱彩莲【摘要】The realization of modulation signal and spectrum analysis is difficult in high frequency electronic technology. According to the theory of amplitude modulation circuit,visually using multiplier to realize signal amplitude modulation,by setting the different input signal achieve normal amplitude modulation and Balance amplitude modulation.And through the oscilloscope observe modulated signal waveform,of the different situations, Fourier analysis function provided by Multisim analysis of the modulation signal spectrum, simulation analysis was carried out on the circuit. The simulation results show that using multiplier can realize signal amplitude modulation.%高频电子技术中，调制信号的实现和波形的频谱分析是难点。

根据调幅电路的理论知识，直观地用乘法器来实现信号的调幅，通过设置不同的输入信号来实现信号的正常调幅和平衡调幅。

并通过示波器观察不同情况下调制后的信号波形，通过Multisim提供的傅里叶分析功能分析调制信号的频谱图，实现对电路进行仿真分析。

摘要M u l t i s i m是美国国家仪器（N I）有限公司推出的以W i n d o w s 为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作，包含电路原理图图形及电路硬件描述语言的输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

课程设计的主要内容是基于M u l t i s i m对普通调幅波电路原理的分析，并且进行仿真及P C B板的设计，在仿真环境中创建集成模拟乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成电路的设计与仿真。

关键词：Multisim；PCB；模拟乘法器；MC1496第二章绪论2.1 Multisim简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力[1]。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。