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
