实验四模拟乘法器应用实验讲稿.ppt

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1、实验四模拟乘法器应用实验第一页，讲稿共二十九页哦实验任务与要求n n实验目的 （1 1）了解模拟乘法器的工作原理（2 2）学会利用模拟乘法器完成平衡调制、混频、倍频、同步检波、鉴相及鉴频等功能。第二页，讲稿共二十九页哦实验仪器n n高频信号发生器高频信号发生器 QF1055A 一台一台;n n超高频毫伏表超高频毫伏表 DA22A 一台一台;n n频率特性测试仪 BT3C 3C 一台一台;n n直流稳压电源直流稳压电源 HY1711HY17112 一台一台;n n数字示波器数字示波器 TDS210 TDS210 一台.第三页，讲稿共二十九页哦实验任务与要求n n基本实验的实验线路及说明 实实验验

2、电电路路如如图图1 1所所示示。该该电电路路可可用用来来实实现现普普通通调调幅幅、平平衡衡调调制制、混混频频、倍倍频频、同同步步检检波波等等功功能能。图图中中R RL L为负载电阻，RB B是偏置电阻，R RE E是是负负载载反反馈馈电电阻阻，RW和和R R1 1、R R2 2组成平衡调节电路，调节R RW W，可可使使1 1、4 4两两脚脚的的直直流流电电位位差差为为零零，从从而而满满足足平平衡衡调调幅幅的的需需要要，若若1 1、4脚脚直直流流电电位位差差不不为为零零，则则1、4 4输输入入包包括括调调制制信信号号和和直直流流分分量量两两部部分分，此此时时可可实实现现普普通通调调幅幅波波，电

3、电感感L1 1和和C C1、C C2 2组组成成BPFBPF以混频输出所需的465KHz中中频频信信号号，同同步步检检波波可可用用前前边边的的限限幅幅器器(未未给给处处)和和模模拟拟乘乘法法器器及及低通滤波器（低通滤波器（L L2 2 C3 3 C4 4）构成。）构成。第四页，讲稿共二十九页哦图1.模拟乘法器应用电路一：振幅调制、混频等第五页，讲稿共二十九页哦 n n基本命题1.实实验验前前，所所有有实实验验先先进进行行计计算算机机仿仿真真，研研究究载载波波、调调制制信号大小及频率变化，直流分量大小对已调信号的影响。信号大小及频率变化，直流分量大小对已调信号的影响。2.2.用模拟乘法器MC15

4、96实实 现现 正正 弦弦 调调 幅幅。分分 别别 加加 入入fx x=500KHz，U Ux x=50mV=50mV，f fy y=10KHz，U Uy y=0.2V=0.2V的信号时调电位器RW W工作在不平衡状态时便可产生含载波的正弦调幅信号。a:a:保持Ux x（t t）不不变变，改改变变U Uy y值：50mV50mV、100mV、150V V、200mV、250mV时时，观观察察U Uo o(t)(t)的变化，并作出m mUy y(t)(t)关关系系曲曲线线（*m m指以调信号的调幅系数测试时可用公式m=(A-B)/(A+B)）b:b:保保持持U Uy(t)(t)不不变变，f fy

5、 y由由小小到到大大变变化化时时，输输出出波波形形又又如如何变化？何变化？第六页，讲稿共二十九页哦3.3.用模拟乘法器MC1596MC1596实现平衡调幅波。a a.调调平平衡衡：将将乘乘法法器器y y输输入入端端接接地地,即即U Uy(t)=0,x输输入入端端加加入入f fx x=500KHz,U=500KHz,Ux=50mV=50mV的 输 入 信 号,调调 电电 位位 器器R RW使使U Uo o(t)=0(t)=0。b b分分别别加加入入f fx=500KHz,U=500KHz,Ux x=50mV;f=50mV;fy y=50KHz,Uy y=200mV=200mV的的信信号号时时,微

6、调R RW即即可可得得到到平平衡衡的的双双边边带带信信号号,描描绘绘U Uo o(t)(t)的的波形波形,要特别注意调制信号过零时载波倒相现象。要特别注意调制信号过零时载波倒相现象。c.c.保保持持U Ux x(t)不不变变，使使U Uy y(t)由由小小到到大大变变化化，观观察察Uo o(t)(t)的的变变化化，记记下下变变化化结结果果，并并测测出出最最大大不不失失真真的的Uo o(t)(t)所所对对应应的的U Uy y(t)(t)的大小。的大小。d.d.保持保持U Ux x(t)(t)不变，不变，f fy y变化时变化时Uo o(t)变化情况如何？4.4.用用MC1596实现实现倍倍频频:

7、调调整模整模拟拟乘法器仍工作在平乘法器仍工作在平第七页，讲稿共二十九页哦 衡状态，在衡状态，在x输入端和输入端和y y输入端同时加f fi i=200KHz=200KHz，Ui i=50mV信号，微调信号，微调R Rw w，用示波器双踪观察，用示波器双踪观察Uo(t)和和U Ui i(t)(t)的关系，即有的关系，即有f fo o=2fi i5.5.用MC1596MC1596实现混频实现混频:在乘法器输入端分别加入在乘法器输入端分别加入f fx x=565KHz=565KHz，U Ux x=50mV=50mV和和fy y=100KHz=100KHz，U Uy y=0.1V=0.1V信号，在信号

8、，在乘法器输出端接入乘法器输出端接入465KHz465KHz的带通滤波器，使可得到两信号的差频输出，实现混频作用，记录输出波形及频率值。6.6.用用MC1596MC1596实现同步检波实现同步检波:按原理电路(图图1)1)连接，连接，当输入端加入调幅波信号时，该信号载波频率为当输入端加入调幅波信号时，该信号载波频率为500KHz，大小为50mV，调制频率为，调制频率为1KHz1KHz，m=30%时，时，分别观察图中分别观察图中A、B B、C及输出及输出U Uo o(t)的波形。的波形。第八页，讲稿共二十九页哦扩展命题1.1.用模拟乘法器实现鉴频用模拟乘法器实现鉴频:实验电路如图2 2。输入信。

9、输入信号号U Us s其载频其载频f fc c=10.7MHz，调制频率，调制频率F=1KHzF=1KHz，频偏ffm=75KHz,=75KHz,载波幅度载波幅度Ucp.pcp.p=40mV,=40mV,观察观察U Uo o(t)(t)，并测出，并测出整个电路的特性曲线整个电路的特性曲线.即鉴频特性曲线即鉴频特性曲线(本实验用扫本实验用扫频仪进行频仪进行),),扫频仪的使用请参考本章第一节相关内扫频仪的使用请参考本章第一节相关内容。图容。图2 2给出的是用模拟乘法器给出的是用模拟乘法器MC1596MC1596实现的相位鉴频电路。其中C C1 1与并联谐振回路LCLC共同组成线共同组成线性移相网

10、络，将调频波的瞬间时频率变化转变为瞬时性移相网络，将调频波的瞬间时频率变化转变为瞬时相位的变化（即相位的变化（即FMFM波变为波变为FMFMPMPM）。）。MC1596MC1596的作用是将FMFM波与波与FMFMPMPM波相乘，输出端接集成的差分放波相乘，输出端接集成的差分放大器将双端输出变为单端输出，再经大器将双端输出变为单端输出，再经RC构成的构成的LPF输输出。出。第九页，讲稿共二十九页哦模拟乘法器应用电路二：鉴频器第十页，讲稿共二十九页哦2.2.如何用模拟乘法器实现自动增益控制？如何用模拟乘法器实现自动增益控制？3.3.平衡平衡调调制制过过程中会出程中会出现现哪几种不正常的波形？哪几

11、种不正常的波形？试试分析原因。分析原因。4.调幅时出现的过调制波形如何？原因是？用实调幅时出现的过调制波形如何？原因是？用实验说明。验说明。整理所测数据及波形，认真分析各种频率变换，用坐标纸画出所测波形，写出规范的实验报告，并谈谈自己的体会。第十一页，讲稿共二十九页哦实验说明及思路提示n nMC1596(MC1496)MC1596(MC1496)MC1596(MC1496)MC1596(MC1496)电原理图和引脚图如图电原理图和引脚图如图电原理图和引脚图如图电原理图和引脚图如图3 3 3 3所示所示所示所示模拟乘法器的典型应用及仿真波形 1.1.平平衡衡调调制制抑抑制制载载波波调调制制(DS

12、B(DSBSC):SC):即即乘乘法法器器在在载载波波和和调调制制同同时时输输入入时时，通通过过平平衡衡调调整整（接接在在信信号号Uy通通路路的的电电位位器器），使使载载波波馈馈通通为为零零，输输出出端端只只有有两两输输入入信信号号的的乘乘积积项项，从从而而完完成成平平衡衡调调制制，实现框图如图实现框图如图4.4.第十二页，讲稿共二十九页哦图3.MC1596内部电路及引脚功能图如下：第十三页，讲稿共二十九页哦图4:平衡调制框图如下：由框图有：用图1进行平衡调幅仿真，其波形和频谱分别见图5(a).5(b)第十四页，讲稿共二十九页哦图5(a).双边带平衡调幅波形如下：第十五页，讲稿共二十九页哦图5

13、(b).双边带平衡调幅频谱如下：第十六页，讲稿共二十九页哦 *仿真条件：载波频率仿真条件：载波频率f fx=500KHZ,U=10mV.=500KHZ,U=10mV.调电位器调电位器工作在平衡状态调制频率工作在平衡状态调制频率fy10KHz,10KHz,调制电压调制电压U Uy=0.2V=0.2V2.2.普通调幅(AM)(AM)框图如图框图如图4 4。实验时乘法器因工作在不平衡状 态，从而y通道存在直流而输出调幅波通道存在直流而输出调幅波(关系同学们关系同学们可自行推导可自行推导),),仿真波形及频谱如图仿真波形及频谱如图6(a)、6(b)6(b)所示。所示。*仿真条件：载波仿真条件：载波U

14、Ucmcm50mV,fx x=500kHz,=500kHz,调制频率fy10KHZ,U Uy y=0.5V。第十七页，讲稿共二十九页哦图6(a).普通调幅波波形如下：第十八页，讲稿共二十九页哦图6(b).普通调幅波频谱如下：第十九页，讲稿共二十九页哦3.3.倍频原理框图如图倍频原理框图如图7 7所示（输入输出关系自行推导），仿真波形如图8 8所示。需注意的是，倍频实现时模拟乘法器必须工作在平衡状态。*仿真条件：U Ux x=U=Uy y=20mV=20mV,f,fx=f=fy y=200kHz,=200kHz,由图8 8看出看出,输输出其频率为出其频率为400KHz400KHz，实现了倍频作用

15、。，实现了倍频作用。图7.倍频实现原理方框图如下：第二十页，讲稿共二十九页哦图8.倍频波形对比图如下：第二十一页，讲稿共二十九页哦4.4.混频：原理框图如图混频：原理框图如图9 9，两路输入信号（其频率相，两路输入信号（其频率相差一个中频）经模拟乘器在输出端产生其差频分量，差一个中频）经模拟乘器在输出端产生其差频分量，该分量经过带通滤波器选择（中心频率为差频）即该分量经过带通滤波器选择（中心频率为差频）即完成混频作用完成混频作用.图9.混频实现框图如下：第二十二页，讲稿共二十九页哦5.5.同步检波：同步检波：原理框图如图原理框图如图1010。设输设输入的入的调调幅信号幅信号电压电压 经限幅后得

16、到的电压为 模模拟拟乘法器乘法器输输出出U Uo o则为则为 从上式可以看出U Uo o(t)(t)中不仅有成分，还有成分，还有第二十三页，讲稿共二十九页哦 2c成成分分及及2c c+,2+,2c c,等等成成分分，只只要要通通过过低低通通滤滤波波器器便便可可以以得得到到只只有有成成分分的的调调制制信信号号，从从而完成了检波作用。而完成了检波作用。图10.同步检波的实现框图如下：第二十四页，讲稿共二十九页哦6.6.鉴鉴相相：所所谓谓鉴鉴相相就就是是相相位位检检波波，用用以以比比较较两两相相同同频频率的信号的相位差，原理框图如图率的信号的相位差，原理框图如图1111所示。所示。图图11.鉴相器实

17、现框图如下：u ux=ui i=Ui icoscosi it t uy y=KU=KUi icos(cos(i it+)t+)第二十五页，讲稿共二十九页哦 经经LPF后后:u:u0 0(t)=Kcos7.7.鉴鉴频频：鉴鉴频频是是调调频频的的逆逆过过程程，广广泛泛采采用用的的鉴鉴频频电电路路是是相相位位鉴鉴频频器器。其其鉴鉴频频原原理理是是：先先将将FMFM波波经经过过一一个个线线性性移移相相网网络络变变换换成成FMPMPM波波，然然后后再再与与调调频频波波经经乘积型鉴相器进行鉴相。实现框图如图乘积型鉴相器进行鉴相。实现框图如图12.12.图12.模拟乘法器实现鉴频框图如下：第二十六页，讲稿共

18、二十九页哦 设设 经移项后经移项后 乘法器的输出为 经经LPFLPF后：后：u0 0(t)=K(t)=Ksin()sin()从上式可以看出：输出信号是相移网络的相频特性从上式可以看出：输出信号是相移网络的相频特性()()的函数。当|()|0.4rad,sin()(),sin()(),即输出电压正比于()()，因为因为()()正比于输入调频波的频率变化，频正比于输入调频波的频率变化，频 第二十七页，讲稿共二十九页哦 率变化又正比于调制信号，从而有输出电压正比于调率变化又正比于调制信号，从而有输出电压正比于调制电压，实现了鉴频作用，即有：制电压，实现了鉴频作用，即有：u u0 0(t)=K(t)=

19、K u u(t)(t)模拟乘法器应用设计举例 模模拟拟乘法器乘法器应应用用设计设计包括：包括：a.a.模拟乘法器静态偏置的确定。b.b.完成各种应用电路的设计。完成各种应用电路的设计。n n静态偏置电压的确定：以静态偏置电压的确定：以MC1596MC1596为例为例1.1.静静态态偏置偏置电压电压的的设设置原置原则应则应保保证证每个晶体管工作每个晶体管工作在放大状在放大状态态。对对于于图图3 3所示的内部电路，应用时静压应满足下列关系，即U U8 8=U1010，U U1 1=U=U4 4，U6 6=U1212，另外晶体管的集、基极另外晶体管的集、基极间间的的电压应电压应大于或等于大于或等于2

20、V，小于或等于最大允许工作电压，工作电压，第二十八页，讲稿共二十九页哦 即满足：即满足：15V15V（U U6 6,U1212）-（U8,U1010）2V2V 15V（U U8 8,U10）-（U U1 1,U,U4 ）2.7V2.7V 15V15V（U U1 1,U,U4）-U-U5 52.7V2.7V 2.2.静态偏流的确定静态偏流的确定 静态时，因差分各管的基极偏流很小，因此静态时，因差分各管的基极偏流很小，因此 乘法器的静态偏置电流主要由恒流源I Io o的值确的值确 定。当器件单电源工作时，14脚接地，脚接地，5 5脚外 接偏置电阻到接偏置电阻到VccVcc，由于，由于I Io o是是I5 5的镜像电流，的镜像电流，所以改变电阻所以改变电阻R R5 5可以调节可以调节I Io o的大小，即即 I Io oII5 5=(12V-0.7)/(R5 5+500)当器件为双电源工作时，引脚当器件为双电源工作时，引脚14接负电源接负电源.U.UEE (一般接一般接-8V-8V），），5 5脚通过电阻R5 5接地，因此，接地，因此，第二十九页，讲稿共二十九页哦