1、學生學號實驗課成績毀旗?星三此專生實驗報實驗課程名稱高頻電子線路實驗開課學院信息工程學院-1指導教師姓名 學生姓名 學生專業班級2001420015學年 第學期實驗課程名稱：高頻電子線路實驗項目名稱模擬乘法器的綜合應用設計實驗實驗成績實驗者專業班級組另U25同組者無實驗日期2014年12月13日、實驗目的、意義1了解模擬乘法器(MC149的電路組成結構與工作原理。2 .掌握利用乘法器實現振幅調制、同步檢波、倍頻與混頻等幾種頻率變換電路的原理及-9 -設計方法。3 .學會綜合地、系統地應用已學到模、數字電與高頻電子線路技術的知識，掌握對振幅調制、同步檢波、混頻和倍頻電路的制作與仿真技術，提高獨立

2、設計高頻單元電路和解決問題的能力。二.設計任務與要求(1)設計任務：用模擬乘法器實現振幅調制 (含AM與DSB卜同步檢波、混頻、倍頻等頻率變換電路的設計,已知：模擬乘法器為1496,采用雙電源供電，Vcc=12V Vee=-8V.(2)設計要求: 全載波振幅調制與抑制載波振幅調制電路的設計與仿真:基本條件：1MHz/100mV 調制信號：1-3KHz/200mV,模擬乘法器采用 LM149&并按信號流程記錄各級信號波形。計算此條件時的AM調制信號的調制度 m=?,分析AM與DSB信號 m 100%寸，過零點的特性。 同步檢波器電路設計與仿真實現對DSB信號的解調?；緱l件；載波信號 UX f=

3、1MHZ /50-100mV,調制信號 Uy： f=2KHz/200mV，并按信號流程記錄各級信號波形。 混頻器電路設計與仿真實現對信號的混頻。基本條件：AM信號條件：(載波信號 UX f=1MHZ/50mV，調制信號 Uy： f=2KHz/200mV,M=30%中頻信號：465KHZ本地載波：按接收機制式自定。記錄各級信號波形。 倍頻器電路設計與仿真實現對信號的倍頻?；緱l件：Ux=Uy(載波信號 UX f=1MHZ /50mV)，并記錄各級信號波形。推證輸入、輸出信號的關系。 整理所測數據及波形，認真分析各種頻率變換電路工作原理，畫出所測波形，寫出符合 規范的綜合設計性實驗報告，并談談自己

4、的體會。三.實驗原理與電路設計仿真1、集成模擬乘法器1496的內部結構集成模擬乘法器是完成兩個模擬量(電壓或電流)相乘的電子器件。在高頻電子線路中, 振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過程，均可視為兩個信號相乘 或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現上述功能比采用分立器件如二極管和三極管要簡 單的多，而且性能優越。所以目前在無線通信、廣播電視等方面應用較多。集成模擬乘法器的 常見產品有 BG314 F1595、F1596、MC1495 MC1496集成模擬乘法器。(1) MC1496的內部結構LM1595 LM1596 等。下面介紹 MC1496*測1 IM-1142J

5、112-StewLlIl-411ewA5Th*0UTWI-6s-7A-如in-CARRIER MPUr-OfilLR HPUMC1496(a)1496內部電路(b)1496引腳圖圖1 MC1496的內部電路及引腳圖MC1496是目前常用的平衡調制/解調器。它的典型應用包括乘、除、平方、開方、倍頻、調制、混頻、檢波、鑒相、鑒頻、動態增益控制等。MC1496的和內部電路與外部引腳圖如圖1(a)(b)所示。它內部電路含有8個有源晶體管，引腳 8與10接輸入電壓VX、1與4接另一輸入電壓VY，6與12接輸出電壓 V0。一個理想乘法器的輸出為VO=KVXV,Y而實際上輸出存在著各種誤差，其輸出的關系為：

6、VO=K(VX +VXOS(VY+VYOS +VZOX為了得到好的精度，必須消除VXOS VYOSf VZOX三項失調電壓。引腳2與3之間需外接電阻，對差分放大器 T5與T6產生交流負反饋，可調節乘法器的信號增益，擴展輸入電壓的線性動態范圍。各引腳功能如下:表1 MC1496引腳功能引腳功能引腳功能1SIG+信號輸入正端2GADJ增益調節端3GADJ增益調節端4SIG-信號輸入負端5BIAS偏置端6OUT+正電流輸出端7NC空腳8CAR+載波信號輸入正端9NC空腳10CAR-載波信號輸入負端11NC空腳12OUT-負電流輸出端13NC空腳14V-負電源(2) Multisim 建立MC1496

7、電路模塊啟動multisim11程序，Ctrl+N新建電路圖文件，按照MC1496內部結構圖，將元器件放到/輸出。電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵拖動，全部選中。被選擇的電路部分由周圍的方框 標示，表示完成子電路的選擇。為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入單擊Place / HB/SB Connecter命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出現輸入 /輸出符號,將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入 /輸出符號的子電路才能與外電路連接。單擊Place/Replace by Subcircuit命令，屏幕上出現 Subcircuit Name對話框，在對話框中 輸

8、入MC1496單擊OK完成子電路的創建選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標。雙擊子電路模塊，在出現的對話框中單擊Edit Subcircuit 命令，屏幕顯示子電路的電路圖,可直接修改該電路圖。MC1496內部結構multisim 電路圖和電路模塊如圖2所示。108 -1012IO10 -106104103101 102105-1014IOBIOS101 6-:M222JQ22N22Z2Q3C2H22221012皿陣Q4 2H22221042H222Z2ti2222101C1103101ID3iO21021050IO 5L01 rih5713如3 50(QQ7C2M2222qe2soo

9、n9O0Q0141014MC1496圖2 MC1496的內部電路及電路模塊引腳圖2、AM與DSB電路的設計與仿真調幅就是用低頻調制信號去控制高頻振蕩（載波）的幅度，使高頻振蕩的振幅按調制信號的規律變化。 把調制信號和載波同時加到一個非線性元件上（例如晶體二極管或晶體三體管 ），AM信號，抑制載波的雙經過非線性變換電路，就可以產生新的頻率成分，再利用一定帶寬的諧振回路選出所需的頻率 成分就可實現調幅。幅度調制信號按其不同頻譜結構分為普通調幅（ 邊帶（DSB信號，抑制載波和一個邊帶的單邊帶（ SSB信號。利用模擬乘法器相乘原理實現調幅是很方便的，工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸十3叫入載波信號

10、另一輸入端輸入調制信號i人J /）=匕葉cowl”，則經乘法器相乘，可得輸出抑制載波的雙邊帶調幅信號的表達為：V,O） = K心=Ki；* 3 % wsQf=J；歸皿如+F十一川二嶺脇叫綁若要輸出普通調幅信號，只要調節外部電路的平衡電位器，使輸出信號中有載波即可。輸 出信號表達式為:3所示5二丿：屛（1亠#川3客（”）85卸普通振幅調制電路的原理框圖與抑制載波雙邊帶振幅調制電路的原理框圖如圖XyX2乘法畧丟珂S丟司隔框羽 乘法器買現取邊調弒框a圖3普通振幅調制電路與抑制載波雙邊帶振幅調制電路原理框圖AM與DSB電路的設計4所示。查集成模擬乘法器 MC1496應用資料（附錄1）,得典型應用電路如

11、圖IPuf【|r51.1心 2/V3.3 k ornrr-L_1 L(Hh-T.TA-M；DR=- O-iTS IMy /疇 h訂 tU M. Ill A I. hl Jflr rr I Hil lh- it5.JirTriKL 三-_ h - -圖4 1496 構成的振幅調制電路電原理圖圖中載波信號經高頻耦合電容C1輸入到UC端，C3為高頻旁路電容，使交流接地。調制信號經高頻耦合電容 C2輸入到UQ端，C5為高頻旁路電容，使交流接地。調制信號UAmRb到地。因此，改變 R也可以調節1。的從（12）腳單端輸出。電路采用雙電源供電，所以腳接 大小，即:則：當VEE=-8V, l5=1mA寸，可算

12、得：（MC1496器件的靜態電流一般取1。= l5= 1mA左右）3R95= ( 8-0.75 ) / (1X10 ) -500=6.75K Q 取標稱電阻，則 R9=6.8KQMC1496的腳外接電阻 RB對差分放大器 T5、T6產生電流負回授，可調節乘法器的增益，擴展輸入信號 UQ動態范圍。因為：UQW I 5RB式中I 5為5腳的電流，當選l5=1mA Uy=1V（峰值）時，由上式可確定 RB:RB UQ /I5=1/1X10-3=1KQ，即 R11=1KQo負載電阻RC的選擇由于共模靜態輸出電壓為：U6=U2=Vc（-I5R式中Ub、U2是6腳與12腳的靜態電壓。當選 U6=U2=8V

13、, VCc=12V, I 5=1mA時,R.= (V3C-U6)/I 5=(12-8)/(1X10-3)=4K Q,取標稱電阻 RL=3.9K Qo電阻 R1、 R2、 R3與 RC1RC2提供芯片內晶體管的靜態偏置電壓，保證各管工作在放大狀態。阻值的選取應滿足如下關系:V8V10,V1V4,V6V1215V(V6 V8)2V ,15V (V8 vi)2.7V ,15V(V1V5) 2.7V所以?。篟5=R6=1KQ R3=51 QR7=R8=R10=51Q,R4=R14=1hQ, WR1=50 KQ電阻R5 R6 WR1 R7和R8用于將直流負電源電壓分壓后供給MC1496的1、4腳內部的差

14、分對三極管基極偏置電壓。通過調節RP,可使MC1496的1、4端的直流電位差為零，即UQ輸入端只有調制信號輸入而沒有直流分量，則調幅電路的輸出為抑制載波的雙邊帶調幅波；若調 節RP,使MC1496的1、4端的直流電位差不為零，則電路有載波分量輸出，為普通調幅波。耦合電容與高頻電容的選擇電容C1與C2應選擇得使其電抗在載波頻率上低于5Q,即:5o1/ 3 C1=1/3 C2 5 Q所以取 C1=C3=0.1uf,C2=C5=4.7uf,由此得到實際的模擬乘法器1496構成的振幅調制電路與測量系統電原理圖，如圖11C3HHiMiiFluaIT=1巒F 吉;、JiUHzT f y Jitnt3rCJ

15、i7EG44TjrAmIK曲才HISRt tg.hill 馨0IT一雷a h LT；圖5 1496構成的振幅調制電路電原理圖AM與DSB電路的仿真1)全載波振幅調制(AM(1)按設計電路設置元件參數并用Multisim完成電路連接。12。(2)當電路平衡時，即 UQ =0,Uo=0 ,模擬乘法器1496的靜態特性數據如表表2靜態數據引腳(12)(14)電壓(V)5.995.99-0.01-0.01-6.857.95-0.64-0.647.95-866(3 )調R15 ( 99%,使模擬乘法器腳間電壓為+200mV,即電路不平衡。按設計要求加入信號，載波信號 UX f=1MHZ /100mV調制

16、信號 Uy： f=2KHz/2000mV,此時實現 AM調制。信號時域波形和頻域圖形如圖6所示。求出此條件時的 M=70%ma M 100%日寸同O.mofl漁進AO-UCKlvO.DUO V反向3O.OCO V0-QCM V0.000 V惺TTQ.CWQsO-QCW VQ.OOO VB寸間 4.000 ms-211.0 nV1希諂且2796 e辰向6.000 initlO-tiOl mVrai-r-2.OQQ ms-47. 2Oa pV2.ai6 mVFS-Tt-i希 iB B比例1 |1 V/Prv丫位H1-1電平AC 1 a h DC - 1 E-15振幅調制信號的解調過程稱為檢波。常用

17、方法有包絡檢波和同步檢波兩種。由于普通調幅波（AM信號的包絡直接反映了調制信號的變化規律,可以用二極管包絡檢波的方法進行解調。10所示。圖10同步檢波解調器電路原理框圖11X1 V.fVOV,1iivR1Vrtf仆nV2R1SSOkQC5ClT卜47uF丄2-a而雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規律，所以無法用包絡檢 波進行解調，必須采用同步檢波方法。MC1496莫擬乘法器構成的同步檢波解調器電路原理框圖其中y端輸入同步載波信號 UC，x端輸入已調波信號 US。解調器輸出信號經低通后輸出解調信號。其1496構成的同步檢波電路與外接元件參數與AM調制電路無異，僅需接一低

18、通濾波器實際設計電路如圖 11所示。圖11同步檢波器電路同步檢波器電路仿真1、按設計電路設置元件參數并用EWB完成電路連接。2、調RW1使電路平衡時，即 Uc=in =0,Uo=03、按設計要求加入信號，（載波信號 UX f=1MHZ /50mV 調制信號 Uy： f=2KHz/200mV）,a .按已知條件產生 DSB信號b.按同步檢波工作原理加入信號，得實驗數據如圖12所示。1 1 *+ln nnn -q謹謔 曲 門 nnn n nnn 7?邇這 U門 non Vn nnn vT2 *LJ pJ MJJ AS.MO msLH RJ LJU T2.023 rVTJ U LJU V1.231

19、ljVJ UTJhJ V fil.OlTuVu mu/ V 棚.5右fi nV你TVT嚴T S.DOD itA:LD衛2 PV1,23 tuVe3.D17ijVnVcro廠發褐02M nV/Divo眥例電平CAC III Q lllfpg _J(T t? (T忑陀赫卷1自卸r證I圖12同步檢波器電路仿真波形(3)混頻器電路設計與仿真混頻電路的作用是在本地振蕩電壓的作用下，將載頻為fc的高頻已調信號不失真地變換為載頻為f的中頻已調信號。13所示:由于乘法器可以產生只包含兩個輸入信號之和頻及差頻分量的輸出信號，所以用模擬乘法器和帶通濾波器可以方便地實現混頻功能。其原理框圖如圖V4*帶通濾波器1乘法

20、器混頻原理框圖圖13乘法器混頻原理框圖用模擬乘法器實現混頻，就是在Ux端和Uy端分別加上兩個不同頻率的信號，相差一中頻,再經過帶通濾波器取出中頻信號?；祛l器電路設計由1496模擬乘法器構成混頻電路和外接元件參數與AM調制電路無異，僅輸出端需接465KHZ諧振回路，其設計的電路如圖14所示。但必須保證模擬乘法器工作在平衡狀態。11C3*iknR1laC W-144lie.：3湖1?VI:Il id12 VgKXR*3U孑林DbMif r、MHWiiirLViT戶iuF；2 簾* jKklQ2mi YSZ2丄a，阿3H3EHX-t1ME 砂芮WrTHTuT卜luF啊kD1iiHIt亠V2pr=Lf

21、?pF旳出 I M2AH-3圖14乘法器混頻電路正弦波由10端（X輸入端）注入，高頻信號源輸出的正弦波由1端（丫輸入端）輸入，混頻后的中頻電壓由6端經帶通濾波器輸出，其中8C、2L、5C、17R構成一選頻濾波回路，調節2可變電阻12R能使1、4腳直流電位差為零，可以減小輸出信號的波形失真，使電路平衡。在、3腳之間加接電阻，可擴展輸入信號SU的線性范圍?；祛l器電路仿真1、按設計電路設置元件參數并完成電路連接。2、調RW1使電路平衡時，即 Uc=in =0,Uo=03、按設計要求加入信號，得實驗數據如圖15所示-17 -命耒JB繪畑：2iT1 *1 *T/祠亙T2”Tl圧ra口.ODD SD.DO

22、D V .O Vfi.OOU mi11-脛a uv1.073 UV5,00口IJK衛 UViS.S R(7匕仟y 130 UV/DIVla-B A500 mVJOlvjTH5帯卜15AC I 口 IDUEn匸Q二I Efi J問帥岀忡I hoo us./DfvthPPl Ig舌 oI s .加鞍1屮I A IExt. T唱ObL圖15乘法器混頻電路波形（4）倍頻器電路設計與仿真倍頻器電路設計Ux Xy-16所示:由模擬相乘器構成的倍頻器電路原理框圖如圖當輸入信號為:UxUy Ui ,即模擬相乘器接成如圖 16所示， 就構成了平方運算電路，其輸出與輸入的關系是:uo KUxUy Kui2如果 ux uy ui uim si nwt則有 u。K(uim si nwt)2 Kuim