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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。
模拟乘法器的应用——乘积型同步检波器一、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，VT1至VT6的基极均需外加偏置电压。
实验电路乘法器实现同步检波的原理同步检波分为乘积型和叠加型两种方式，它们都需要接收端恢复载波的支持，本实验采用乘积型同步检波。
乘积型同步检波是直接把本地恢复载波与调幅信号相乘，用低通滤波器滤除无用的高频分量，提取有用的低频信号，它要求恢复载波与发射端的载波同频同相，否则将使恢复出来的调制信号产生失真。
实验中，用MC1496/1596构成的振幅调制电路产生调幅信号，然后采用实验电路实现信号的解调。
本实验电路的输出电流中，除了解调所需要的低频分量外，其余所有分量都属于高频范围，很容易滤除，因此不需要载波调零电路，而且可采用单电源供电。
本电路可解调DSB 或SSB信号，亦可解调AM信号。
MC1496/1596的10脚输入载波信号，可用大信号输入，一般为100-500mV；1脚输入已调信号，信号电平应使放大器保持在线性工作区内，一般在100mV 以下。
实验七集成电路模拟乘法器的应用一、乘法器混频1、预调工作：参看附图G2a) 接好连接器J12，J13，J15，J19，J110构成混频电路；b) 按下开关K11；2、接输入信号；a) 从IN11脚输入频率为10.7MHz载波信号，大小为Vp-p=300mV的信号（由高频信号源部分产生参考高频信号源的使用）；b) 从IN13脚输入频率为10.245MHz的信号，此信号由“正弦波振荡器”单元的晶体振荡部分产生，从测试钩TT51引入；3、实验现象：在测试钩TT11脚测得信号的频率为455KHz（用频率计观测），大小为400mV（用示波器观测）。
二、乘法器调幅1、预调工作：参看附图G2a) 接好连接器J11，J14，J16，J17，J18（断开J12、J13、J15、J19、J110），构成调幅电路；b) 按下开关K11；2、接输入信号：a) 从IN11脚输入10.7MHz的载波信号，大小为Vp-p=1.2V，从高频信号源部分引入（参考高频信号源使用）；b) 从IN12脚输入频率为1KHz，大小为Vp-p=2V的正弦波调制信号，从低频信号源部分引入（参考低频信号源使用），改变调制信号的大小使调幅波不失真；3、实验现象：调节电位器W11，在测试钩TT11脚处用示波器可以观察到调制深度不同“有载波的调幅波”和“抑制载波的调幅波”，如图12所示。
图12三、乘法器同步检波1、预调工作：如附图G3所示a) 接好连接器J22，J24，J26（断开J21、J23、J25），构成检波电路；b) 按下开关K21；2、接输入信号：a) 从IN21脚输入10.7MHz的载波信号（幅度大小与平衡调幅的一样，相当于同步载波），由高频信号源提供（参考高频信号源使用）；b) 从IN23脚输入调幅波，此信号由“乘法器调幅”部分产生，由测试钩TT11输出；3、实验现象：在测试钩TT21脚处用示波器可以观察到检波后得到的正弦波，如图13所示。
实验题目：乘法器调幅（AM、DSB、SSB）、同步检波、混频及倍频实验原理：2TP3（2P3、2Q3）—载波（本振）信号输入端；2Q4—调制信号（或高频已调信号）输入端；2TP4—调制信号（或高频已调信号）输入端测试点；2TP5（2P5）—乘法器同相输出端；2TP5A—乘法器反相输出端；2TP6（2Q6）—2.5MHz带通滤波器输出；2W11—调制信号（或高频已调信号）输入端幅度调节；2W1—乘法器1、4输入端平衡调节；2W2—增益调节。
图3.1 乘法器调幅、混频实验电路图2TP9（2P9）—载波（本振）信号输入端；2TP10（2P10）—高频已调信号输入端；2TP11（2P11）—同步检波输出端；2W5—1、4输入端平衡调节。
图3.2 乘法器同步检波器电路图2TP7（2P7）—信号输入端；2TP8（2P8）—信号输出端；2W3—调节中心频率；2W4—调节输出幅度。
实验内容及步骤：一. 普通波调幅（AM ）1. 电路连接《调幅与调频接收模块》接±12V 电源电压；打开“乘法器调幅 混频”电路的电源开关（电源指示灯点亮）；2TP3接载波信号C u （20KHz ，100mV PP ）；2TP4接调制信号u Ω（1kHz 、300mVpp ）；用示波器同时观测C u 、u Ω和同相输出端（2TP5）。
注：C u 由示波器（Wave Gen ）提供；u Ω由信号源（F20A A 路）提供，并以u Ω所接示波器通道做触发源。
2. 电路调整调节2W11，使2TP4端幅度最大；调节示波器使波形清晰稳定；调节2W1，使2TP5输出信号为AM 已调波AM u （如图3.4）；调节2W2，使AM u 的波峰、波谷无压缩失真（2W1、2W2往往配合调节）。
3. 时域测量记录或存储C u 、u Ω和AM u 的时域波形，按图3.4计算调制度m ：图3.4 AM 波时域波形%100⨯+-=BA BA m4．频域测量①频谱仪射频输入（RF IN）接反相输出端2TP5A。
随着电子技术的发展，集成模拟乘法器应用也越来越广泛，它不仅应用于模拟量的运算，还广泛应用于通信、测量仪表、自动控制等科学技术领域。
用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅和检波电路，其电路元件参数通常采用器件典型应用参数值。
作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作解调时，同步信号加到X输入端，已调信号加到Y输入端。
调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。
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。
作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作检波时，同步信号加到X输入端，已调信号加到Y输入端。
调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。
还需注意：（1）Y端有关，否则输出波输入信号幅度不应超过允许的线性范围，其大小与反馈电阻RY形会产生严重失真；（2）X端输入信号可采用小信号（小于26mV）或者大信号（大于260mV），采用大信号可获得较大的调幅或解凋信号输出。
信息传输系统中，检波是用以实现电信号远距离传输及信道复用的重要手段。
由于低频信号不能实现远距离传输，若将它装载在高频信号上，就可以进行远距离传输，当使用不同频率的高频信号，可以避免各种信号之间的干扰，实现多路复用。
关键词：模拟乘法器，调幅器，检波器，MC1496第一章、集成模拟乘法器的工作原理 (2)第一节、模拟乘法器的基本特性 (2)一、模拟乘法器的类型 (2)第二节、变跨导模拟乘法器的基本工作原理 (2)第三节、单片集成模拟乘法器 (3)第二章、集成模拟乘法器的应用 (4)第一节、基本运算电路 (4)一、平方运算 (4)二、除法运算器 (5)三、平方根运算 (5)四、压控增益 (5)第二节、倍频、混频与鉴相 (6)一、倍频电路 (6)二、混频电路 (6)三、鉴相电路 (6)第三节、调幅与解调 (7)一、信息传输的基本概念 (7)二、调幅原理 (8)三、采用乘法器实现解调(检波) (10)第三章、MC1496模拟乘法器构成的振幅器 (10)第一节、振幅调制的基本概念 (10)第二节、抑制载波振幅调制 (13)第三节、有载波振幅调制 (14)第四章、MC1496模拟乘法器构成的同步检波器 (14)总结 (18)参考文献 (18)附录 (19)第一章、集成模拟乘法器的工作原理第一节、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。
一．模拟乘法器的类型理想乘法器—对输入电压没有限制，ux = 0 或uy= 0 时，uO= 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—ux = 0 ，uy= 0 时，uO¹ 0，此时的输出电压称为输出输出失调电压。
ux = 0，uy¹ 0 （或uy= 0，ux¹ 0）时，uO¹ 0，这是由于uy（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。
第二节、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O以差分放大电路具有乘法功能。
但u y必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。
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，称变当uY跨导乘法器 .第三节、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。
第二章、集成模拟乘法器的应用第一节、基本运算电路一、平方运算将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号，平方运算电路如下图所示：二、除法运算器由集成运放和模拟乘法器组成，除法运算电路如上图所示。
当u1> 0 时，u O < 0，为使u3< 0，则u2> 0 ；当u1< 0 时，uO> 0，为使u3> 0，则u2> 0 。
三、平方根运算四、压控增益改变直流电压U XQ的大小，就可以调节电路的增益。
第二节、倍频、混频与鉴相一、倍频电路当两个输入信号为同频率的信号即可实现两倍频作用。
如下图所示。
二、混频电路模拟乘法器的输出为两个输入信号的和频和差频信号，即实现了混频作用，若用滤波器取出和频（信或差频）号输出，就称为混频，电路如下图所示。
三、鉴相电路鉴相电路用来比较两个输入信号的相位差，即它的输出电压与两输入信号之间的相位差成正比，用模拟乘法器构成的鉴相电路如下图所示。
作出u o与φ的关系曲线称为鉴相特性曲线，当|φ|≤0.5rad（约30°）时，sinφ≈φ，鉴相特性接近于线性。
第三节、调幅与解调一、信息传输的基本概念(1)、对传输信号进行调制的原因A、根据电磁波理论，天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。
如声音信号的频率范围为 0.1 ~ 6 kHz。
设f = 1 kHz，λ=C/ƒ=3×108/103=3×105（m），显然，低频信号直接发射是不现实的。
B、使接收者能区分不同信号。
（2）、调制和解调调制(Modulation)—将低频信号装载于高频信号。
解调(Demodulation)—将已调信号还原为低频信号。
（3）、调制(解调)的方式调幅 AM (检波) 、调频 FM (鉴频) 、调相 PM (鉴相)（4）、信息传输系统二、调幅原理用低频信号去改变高频信号的幅度，称为调幅。
经调幅后的高频信号称调幅信号，把没有调幅的等幅高频信号称为载波信号，它是运载低频信号的工具。
（1）、单频调制波形（2）、采用乘法器实现调幅采用模拟乘法器构成的调幅电路如下图所示。
调幅系数表示载波受低频信号控制的程度，为了不产生调幅失真，要求U YQ≧UΩm。
（3）、调幅波(已调波)频谱（4）、双边带调幅和单边带调幅由于载波本身不包含信息，为了提高设备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这种调制方式称为抑制载波双边带调幅，简称双边调幅，用DSB表示。
由于上、下边频带中的任何一个边频带以及功能包含调制信号的全部信息，因此为了节省占有的频带、提高波段利用率，可以只传送两个边带信号中的任何一个，称为抑制载波单边带调幅，简称单边调幅，用SSB表示。
三、采用乘法器实现解调(检波)调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，它是调幅的反过程。
第三章、 MC1496模拟乘法器构成的振幅器第一节、振幅调制的基本概念振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。
通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。
设载波信号的表达式为t w u t u c cm c cos )(=，调制信号的表达式为)(t u c =t u m ΩΩcos ,则调幅信号的表达式为图3.1 振幅调制由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此信息的传输效率较低，称这种调制为有载波调制。
为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带调幅调制。
双边带调幅波的表达式为单边带调幅波的表达式为MC1496构成的调幅器电路图如下：图3.2 MC1496 构成的振幅调制器电路其中载波信号UC 经高频耦合电容C2 从ux 端输入，C3 为高频旁路电容，使8 脚接地。
调制信号UΩ经低频耦合电容C1 从uy 端输入，C4 为低频旁路电容，使4 脚接地。
调幅信号U0 从12 脚单端输出。
器件采用双电源供电方式，所以5 脚的偏置电阻R5 接地，可计算出器件的静态偏置电流I5 或I0，即脚2 与3 间接入负反馈电阻RE，以扩展调制信号的UΩ的线性动态范围，RE 增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减少。
电阻R6、R7、R8 及RL 为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足要求。
对于图3.2 所示电路参数，测量器件的静态（UC=0，UΩ=0）偏制电压为u8 u10 u1 u4 u6 u12 u2 u3 u56V 6V 0V 0V 8.6V 8.6V -0.7V -0.7V -6.8VR1、R2 与电位器RP 组成平衡调节电路，改变RP 可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制。
第二节、抑制载波振幅调制Ux 端输入载波信号Uc（t），其频率fc=20.945MHz，峰—峰值Ucp-p=40mV。
uy端输入调制信号UΩ（t），其频率fΩ=1kHz，先使峰-峰值UΩP-P=0，调节RP，使输出U0=0（此时U4=U1），在逐渐增加UΩP-P，则输出信号U0（t）的幅度逐渐增大，最后出现如图3.3（a）所示的抑制载波的调幅信号。
由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出出现漏信号。
脚1 和4 分别接电阻R3 和R4 可以较好地抑制载波漏信号和改善温度性能。
（a）抑制载波调幅波 (b) 有载波调幅波图3.3 乘法器输出的调幅波第三节、有载波振幅调制Ux 端输入载波信号Uc（t），其频率fc=20.945MHz，峰—峰值Ucp-p=40mV，调节平衡电位器Rp，使输出信号Uo（t）中有载波输出(此时U1和U4不相等)。
再从Uy端输入调制信号，其fo=1kHz，当Ucp-p由零逐渐增大时，则输出信号Uo（t）的幅度发生变化，最后出现如图3.3(b)所示的有载波调幅信号的波形，调幅系数m第四章、MC1496模拟乘法器构成的同步检波器振幅调制信号的解调过程称为检波。
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）= usmcoswctcosΩt，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）为U0 (t) =1/2K E UcmCOS (wc+Ω) t COSWc t=1/4K E UsmCOSΩt +1/4K E UsmUcmCOS (2Wc+Ω) t（条件：Ux=Uc<26mV, Uy=Us 为大信号）上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。
