模擬乘法器MC1496的應(yīng)用研究

王 旭

（昆明冶金高等?？茖W(xué)校電氣學(xué)院，云南昆明, 650033）

0 引言

在通信領(lǐng)域電路中，大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的相乘器都是集成乘法器，它廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。模擬乘法器MC1496作為一種有源非線性器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）的相乘功能，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。在高頻電子線路中的振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個(gè)信號(hào)相乘或包含相乘的過程[1]。本文對(duì)普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅、同步檢波、混頻電路進(jìn)行了電路應(yīng)用設(shè)計(jì)，利用Multisim11軟件進(jìn)行了仿真測(cè)試，并分析比較測(cè)試結(jié)果。

1 模擬乘法器MC1496的工作原理

根據(jù)雙差分對(duì)模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器[2]，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可見圖1-1。該電路主要包括多路電流源電路，由等組成；基準(zhǔn)電路以為電流源；的恒值電流由分別供給，電流大小為并可通過外接電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。 通過接線端2和3接入兩管的發(fā)射極，利用其負(fù)反饋?zhàn)饔茫沟幂斎腚妷旱膭?dòng)態(tài)范圍得以擴(kuò)大為外接負(fù)載電阻。MC1496乘法器符號(hào)可見圖1-2所示。

由差分電路的基本原理可得

式中分別是三極管的集電極電流。指溫度的電壓當(dāng)量，一般在常溫T=300K下， 。由圖1-1可知，乘法器的差值輸出電流大小為

當(dāng)兩管發(fā)射極間跨接的負(fù)反饋電阻遠(yuǎn)大于管的發(fā)射結(jié)電阻時(shí)

將式(1-6)代入(1-5)可得

可見，輸出信號(hào)電流中包含兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的乘積。

圖1-1 模擬乘法器MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1-2 模擬乘法器MC1496符號(hào)

2 應(yīng)用研究

2.1 普通調(diào)幅電路設(shè)計(jì)

圖2-1 普通調(diào)幅系統(tǒng)框圖

圖2-2 模擬乘法器MC1496普通調(diào)幅電路

普通調(diào)幅系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，普通調(diào)幅電壓表達(dá)式，信號(hào)帶寬稱為調(diào)幅指數(shù)，表示載波信號(hào)幅值受調(diào)制信號(hào)控制后改變的程度大小，是調(diào)幅波的主要參數(shù)之一，一般 。AM調(diào)幅波的包絡(luò)反映與調(diào)制信號(hào)的變化成正比，可采用同步檢波或二極管包絡(luò)檢波[3]。普通調(diào)幅電路如圖2-2所示。

通過分析AM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，載波分量本身不反映調(diào)制信號(hào)的變化，其作用僅是通過乘法器將調(diào)制信號(hào)頻譜進(jìn)行了搬移，只有上、下邊頻分量才真正反映調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，但由于載波分量占用了發(fā)射功率的絕大部分，因此導(dǎo)致效率偏低。

通過適當(dāng)調(diào)節(jié)阻值可改變調(diào)幅指數(shù)，通過對(duì)示波器波形進(jìn)行觀察，=1.25時(shí)調(diào)制波形見圖2-3。當(dāng)＞1時(shí)，調(diào)制波形已失真，無法反映調(diào)制信號(hào)的波形變化規(guī)律。

2.2 雙邊帶調(diào)幅電路設(shè)計(jì)

雙邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)模型如圖2-4所示，DSB電壓表達(dá)式：，信號(hào)帶寬。雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）產(chǎn)生的直接方法就是將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘。DSB不含載波，它的包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號(hào)的變化，要想恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)必須采用同步檢波器。全部功率為邊帶占有，所以發(fā)射的全部功率都載有信息，功率利用率高于AM信號(hào)。圖2-5是MC1496雙邊帶調(diào)幅電路。

圖2-3 與調(diào)幅波形關(guān)系

圖2-4 雙邊帶調(diào)幅波實(shí)現(xiàn)框圖

通過適當(dāng)調(diào)節(jié)阻值并對(duì)示波器波形進(jìn)行觀察，當(dāng)阻值為原阻值1/2時(shí)，電路產(chǎn)生DSB波，即示波器可見如圖2-6所示波形。

圖2-6 DSB調(diào)制輸出波形圖

2.3 同步檢波電路設(shè)計(jì)

檢波一般指對(duì)振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)過程，通常使用同步檢波和包絡(luò)檢波兩種方法。采用同步檢波方法可以直接反映調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律，而包絡(luò)檢波對(duì)抑制載波的雙邊帶信號(hào)或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)同步檢波的系統(tǒng)框圖可見圖2-7所示。

圖2-7 模擬乘法器同步檢波系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)工作原理如下：在乘法器的一個(gè)輸入端輸入振幅調(diào)制信號(hào)，如抑制波的雙邊帶信號(hào)或單邊帶振幅調(diào)制信號(hào)，另一輸入端輸入同步信號(hào)（即載波信號(hào)），經(jīng)乘法器相乘后，其輸出信號(hào)通過低通濾波器濾掉高頻分量，利用電容濾掉直流分量，剩下的即是所需要的低頻調(diào)制信號(hào)分量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解調(diào)[4]。

上圖中為同步信號(hào)，輸入乘法器MC1496

的8腳與10腳，因其值較大可使MC1496工作在雙向開關(guān)狀態(tài)。 為高頻調(diào)幅信號(hào)（單邊帶或雙邊帶信號(hào)），輸入MC1496的1腳與4腳，其幅值即使低至幾毫伏以下，也能使解調(diào)結(jié)果不失真。解調(diào)信號(hào)結(jié)果由MC1496的12腳輸出，并通過電容為輸出耦合低頻、隔除直流。MC1496通過5腳經(jīng)過接到正電源，采用單電源供電，為器件內(nèi)部電路提供合適的靜態(tài)偏置電流。

設(shè)輸入信號(hào)為雙邊帶信號(hào)

分析上式（2-3），無論輸入信號(hào)為雙邊帶信號(hào)或單邊帶信號(hào)，輸出信號(hào)通過低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號(hào)輸出。同步檢波電路輸出波形見圖2-9所示。

2.4 混頻電路設(shè)計(jì)

通過在模擬乘法器輸入端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，兩信號(hào)相乘后再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)混頻，具體如下：

圖2-5 模擬乘法器MC1496雙邊帶調(diào)幅電路

圖2-8 模擬乘法器MC1496同步檢波電路

經(jīng)帶通濾波器后，取

在上圖2-10中，正弦波和高頻信號(hào)分別由MC1496的10腳（X輸入端）和1腳（Y輸入端）輸入，混頻后的中頻信號(hào)由6腳經(jīng)帶通濾波器輸出。電路中由構(gòu)成選頻濾波回路，調(diào)節(jié)電阻阻值可控制1、4腳的直流電位差，以減小輸出信號(hào)的波形失真。

圖2-9 同步檢波電路輸出波形圖

圖2-10 模擬乘法器MC1496混頻電路

3 結(jié)論

利用電路設(shè)計(jì)與仿真軟件Multisim11，創(chuàng)建集成模擬乘法器MC1496電路模塊進(jìn)行仿真測(cè)試，并通過模擬乘法器MC1496實(shí)現(xiàn)了普通調(diào)幅、雙邊帶調(diào)幅、同步檢波、混頻電路的電路應(yīng)用設(shè)計(jì)，闡述了以上電路的設(shè)計(jì)思路并進(jìn)行了仿真，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)及分析，加深了對(duì)模擬運(yùn)算電路的理解和拓展了模擬乘法器MC1496的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.

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[4] 張素文. 高頻電子線路（第五版）．北京：高等教育出版社，2009.5

[5] 聶典，丁偉． Multisim 10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社，2009：12-72．