集成电路模拟乘法器的应用
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一．主要内容
用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同步检波器
二．基本要求
1：电源电压12v 集成模拟乘法器 MC1496
载波频率 fc=5MHZ 调制信号频率 fΩ=1KHZ
2：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚，图纸齐备。
3：设计时间为一周。
三．主要参考资料
1:李银华 电子线路设计指导 北京航天航空大学出版社2005.6
2:谢自美 电子线路设计实验测试 华中科技大学出版社2003.10
3:张肃文 高频电子线路 高等教育出版社2004.11
完 成 期 限： 2010.6.21-2010.6.27
指导教师签名：
课程负责人签名： 王新金
2010年 6月20日
目录
一 设计要求…………………………………………………………………………2
二 设计的作用及目的……………………………………………………………2
三 设计的具体实现…………………………………………………………… … 3
3.1 MC1496的工作原理及电路图……………………………………………4
3.2调幅器的工作原理及电路图………………………………………………5
3.3 检波器的工作原理及电路图………………………………………………6
五 心得体会…………………………………………………………………………13
六 参考文献…………………………………………………………………………14
集成电路模拟乘法器的应用
一 设计要求
本设计要求用集成模拟乘法器MC1496设计调幅器和同步检波器，其具体要求如下：
电源电压12v
集成模拟乘法器 MC1496
载波频率 fc=5MHZ
调制信号频率 fΩ=1KHZ
二 设计作用及目的
通过本课题的设计，提高学生实际动手能力，巩固所学理论知识，进一步深入了解集成模拟乘法器的工作原理，掌握调幅器与检波器的设计原理用来实现全载波调幅、测量调幅系数，实现调幅波形的变换，学会分析实验现象。掌握这些后对调幅波信号进行解调，采用设计的二极管包络检波器、低道滤波器电路来实现。了解二极管包络检波器、滤波器的主要指标，对检波频率及波形进行分析。在此次设计中，综合运用了所学知识，构成了新的知识框架，提高了对知识的理解与实际运用能力，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则，提高了知识运用的综合能力。
三 设计的具体实现
3.1 MC1496的工作原理及电路图
1)MC1496的内部结构
图为MC1496的内部电路及引脚图
MC1496是四象限模拟乘法器，其内部电路图和引脚图如图10-1所示。其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源V5与V6又组成一对差分电路，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。V7、V8为差分放大器V5与V6的恒流源。
静态工作点的设定
(1)静态偏置电压的设置
静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集-基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对于图10-1所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即
ν8=ν10, ν1=ν4, ν6=ν12
12V≥ν6 (ν12)－ν8 (ν10)>2V
12V≥ν8 (ν10)－ν1 (ν4)>2.7V
12V≥ν1 (ν4)－ν5>2.7V
(2)静态偏置电流的确定
静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻VR接正电源+VCC由于I0是I5的镜像电流，所以改变VR可以调节I0的大小，即
当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-Vee，5脚通过一电阻VR接地，所以改变VR可以调节I0的大小，即
根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取。在本实验电路中VR用6.8K的电阻R15代替。
3.2调幅器的工作原理及电路图
X通道两输入端8和10脚直流电位均为6V，可作为载波输入通道；Y通道两输入端1和4脚之间有外接调零电路；输出端6和12脚外可接调谐于载频的带通滤波器；2和3脚之间外接Y通道负反馈电阻R8。若实现普通调幅，可通过调节10kΩ电位器RP1使1脚电位比4脚高 ，调制信号 与直流电压 叠加后输入Y通道，调节电位器可改变 的大小，即改变调制指数Ma；若实现DSB调制，通过调节10kΩ电位器RP1使1、4脚之间直流等电位，即Y通道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的电流，便于调零准确，可加大两个750Ω电阻的阻值，比如各增大10Ω。
MC1496线性区好饱和区的临界点在15-20mV左右，仅当输入信号电压均小于26mV时，器件才有良好的相乘作用，否则输出电压中会出现较大的非线性误差。显然，输入线性动态范围的上限值太小，不适应实际需要。为此，可在发射极引出端2脚和3脚之间根据需要接入反馈电阻R8=1kΩ，从而扩大调制信号的输入线性动态范围，该反馈电阻同时也影响调制器增益。增大反馈电阻，会使器件增益下降，但能改善调制信号输入的动态范围。
MC1496可采用单电源，也可采用双电源供电，其直流偏置由外接元器件来实现。
1脚和4脚所接对地电阻R5、R6决定于温度性能的设计要求。若要在较大的温度变化范围内得到较好的载波抑制效果（如全温度范围-55至+125），R5、R6一般不超过51Ω；当工作环境温度变化范围较小时，可以使用稍大的电阻。
R1-R4及RP1为调零电路。在实现双边带调制时，R1和R2接入，以使载漏减小；在实现普通调幅时，将R1及R2短路（关闭开关S1、S2），以获得足够大的直流补偿电压调节范围，由于直流补偿电压与调制信号相加后作用到乘法器上，故输出端产生的将是普通调幅波，并且可以利用RP1来调节调制系数的大小。
5脚电阻R7决定于偏置电流I5的设计。I5的最大额定值为10mA，通常取1mA。由图可看出，当取I5=1mA，双电源（+12V，-8V）供电时，R7可近似取6.8kΩ。
输出负载为R15，亦可用L2与C7组成的并联谐振回路作负载，其谐振频率等于载频，用于抑制由于非线性失真所产生的无用频率分量。VT1所组成的射随器用于减少负载变化和测量带来的影响。
3.3 检波器的工作原理及电路图
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称之为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器，同步检波器。
= 1 \* GB3 ①同步检波器
利用一个和调幅信号的载波同频同相的载波信号与调幅波相乘，再通过低通滤波器除高频分量而获得调制信号。如图5-3所示，采用1496集成电路构成解调器，载波信号VC经过电容C5010加在⑧、⑩脚之间，调幅信号VAM经电容C5011加在①、④脚之间，相乘后信号由(12)脚输出，经C5013、C5014、R5020组成的低通滤波器，在解调输出端，提取调制信号。
MC1496构成的解调器
= 2 \* GB3 ②二极管包络检波器（大信号）
当输入信号较大（大于0.5伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。
大信号检波原理电路如图5-4-a所示。检波的物理过程如下：在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流iD很大，使电容器上的电压υc很快就接近高频电压的峰值。充电电 流的方向如下图所示。
二极管检波器原理图及波形图
这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管导通与否，由电容器C上的电压υc和输入信号电压υi共同决定。当高频信号的瞬时值小于υc时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。如图5—4—b中的t1至t2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。在图5—4—b中的t2至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图5—4—b中电压υc的波形。因此只要充电很快，即充电时间常数Rd·C很小（Rd为二极管导通时的内阻）；而放电时间常数足够慢，即放电时间常数R·C很大，满足Rd·C<< RC,就可使输出电压υc的幅度接近于输入电压υi的幅度,即传输系数接近1。另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期（放电时υc的基本不变），所以输出电压υc的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压υc就是原来的调制信号，达到了解调的目的。
根据上述工作特点，大信号检波又称峰值包络检波。理想情况下，峰值包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同。但实际上二者之间总会有一些差距，亦即检波器输波形有某些失真。本实验可以观察到该检波器的两种特有失真：即惰性失真和负峰切割失真。
惰性失真是由于负载电阻R与负载电容C选得不合适，使放电时间常数RC过大引起的。惰性失真又称对切割失真，如下图所示。
惰性失真示意图
如图中t1-t2时间内，由于调幅波的包络下降，电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化，而输入信号电压υi总是低于电容C上的电压υc，二极管始终处于截止状态，输出电压不受输入信号电压控制，而是取决于RC的放电，只有当输入信号电压的振幅重新超过输出电压时，二极管才重新导电。为了避免这种失真，理论分析证明，R·C的大小应满足下列条件
式中ma是调制系数；Ωmax是被检信号的最高调制角频率。
负峰切割失真是由于检波器的直流负载电阻R与交流（音频）负载电阻相差太大引起的一种失真。
检波器总是通过耦合电容CC与低频放大器或其他电路相连接。如图5—6所示。图中CC是耦合电容，容量较大；ri2是下一级电路的输入电阻（一般较小1KΩ左右）。由图可见：检波器的直流负载电阻为R（RL）；由于CC的容量较大，对音频（低频）来说，可以认为是短路。
接有交流负载的检波器
因此，检波器的交流负载电阻RΩ等于R与ri2的并联值，即
显然交、直流电阻是不同的，因而有可能产生失真。这种失真通常使检波器音频输出电压的负峰被切割，因而称为负峰切割失真或底部切割失真，如下图所示。
VΩ
maVi
Vi V
负峰切割失真
为了避免这种失真，经理论分析R和应满足下列条件
适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波过程，它具有电路简单，易于实现，本实验如下图所示，主要由二极管D5006及RC低通滤波器组成，它利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程实现检波。 所以RC时间常数选择很重要， RC时间常数过大, 则会产生对角切割失真。RC时间常数太小，高频分量会滤不干净。
二极管包络检波器
五 心得体会
通过本课题的设计，增强了我的实际动手能力，巩固所学理论知识，进一步深入了解集成模拟乘法器的工作原理，在一定程度上掌握了调幅器与检波器的设计原理用来实现全载波调幅，实现调幅波形的变换，学会分析实验现象。掌握这些后对调幅波信号进行解调，采用设计的二极管包络检波器、低道滤波器电路来实现。在此次设计中，我综合运用了所学知识，构成了新的知识框架，提高了对知识的理解与实际运用能力，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则，提高了知识运用的综合能力。本次课程设计，我获益匪浅！
六 参考文献
1:李银华 电子线路设计指导 北京航天航空大学出版社2005.6
2:谢自美 电子线路设计·实验·测试 华中科技大学出版社2003.10
3:张肃文 高频电子线路 高等教育出版社2004.11
集成电路模拟乘法器的应用.doc
