集成电路模拟乘法器的应用

课程设计任务书
题目集成电路模拟乘法器的应用
专业、班级学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
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 f c=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：
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年月日
目录
第一章mc1496的介绍
第一节模拟乘法器的内部结构及原理 (4)
第二节 mc1496的引脚图及其功能 (5)
第三节 mc1496的内部结构及原理 (6)
第二章 mc1496构成调幅器
第一节调幅器的基本介绍 (10)
第二节振幅调制器的原理图 (12)
第三节振幅调制器的数据说明 (14)
第三章 mc1496构成同步检波器
第一节同步检波器的基本介绍 (14)
第二节振幅同步检波器的原理图 (15)
第三节振幅同步检波器的数据说明 (16)
第四章设计体会 (18)
主要参考文献
振幅调制器的原理图
振幅同步检波器的原理图
摘要
集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器。

它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。

调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅按调制信号的规律变化。

把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上经过非线性变换电路，产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分就可实现调幅。

调制器主要由三部分构成：高频振荡器（产生5MH的正弦信号）、正弦RL信号发生器（产生1KH 的正弦信号）、mc1496构成的振幅调制部分。

检波是从调幅波中取出低频信号的解调过程。

它主要也由三部分组成：形成本地载波信号、mc1496构成的同步检波部分，LC二阶低通滤波器。

我们可用框图概括调制——解调的过程：
第一章mc1496的介绍
第一节 模拟乘法器的内部结构及原理
说明：VT1、VT2 与VT3、VT4 组成双差分放大器，VT5、VT6 组成的单差分放大器用以激励VT1~VT4。

VT7、VT8 及其偏置电路组成差分放大器VT5、VT6 的恒流源。

由单差分式模拟乘法器可知：v v K v 2
110=(K 1为常数) T T 65是一对差分放大器，作为上述两对放大器的电流源；T 7则作为T T 65的电流源，T 7与T 8组成景象电流源。

在这里，只要在v 1
、v 2
中其中有一个为零，那么就会导致输出v 0为零。

这是因为在T T 6
5中激起大小相等，相位相反的集电极交流电流1c i =I c +i ∆，3c i =I c -i ∆，ic =1c i +3c i =2 I c ，通过的总电流最
终只有直流部分，同理通过的总电流也为2 I c ，所以输出电压等于
0。

同理，可得当时，输出v 0=0。

所以只有当v 1、v 2
都不为0时，
令 ， 得
t V v m 011cos ω=t V m v Ω=cos 22
第二节 mc1496的引脚图及其原理
一． mc1496的引脚及内部结构
MC1496是目前常用的平衡调制/解调器。

它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。

它内部电路含有8 个有源晶体管，有两个输入端VX、VY和一个输出端VO。

一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。

MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。

其内部电路和引脚如图2-1(a)(b)所示。

其中VT1、VT2与VT3、VT4组成双差分放大器，VT5、VT6组成的单差分放大器以激励VT1～VT4。

VT7、VT8及其偏置电路组成VT5、VT6的恒流源。

1：SIG+ 信号输入正端 2: GADJ 增益调节端
3：GADJ 增益调节端 4: SIG- 信号输入负端
5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正电流输出端
7: NC 空脚 8: CAR+ 载波信号输入正端
9: NC 空脚 10: CAR- 载波信号输入负端
11: NC 空脚 12: OUT- 负电流输出端
13: NC 空脚 14: V- 负电源
第三节 mc1496的内部结构及原理和特性
一．mc1496内部结构
由图可见，电路中采用了以反极性方式连接的两组差分对（T1～T4），且这两组差分对的恒流源管（T5、T6）又组成了一个差分对，因而亦称为双差分对模拟相乘器。

其典型用法是：
⑻、⑽脚间接一路输入输入v1，⑴、⑷脚间接另一路输入v2，⑹、⑿脚分别经由集电极电阻R c 接到正电源+12V 上，并从⑹、⑿脚间取输出v o。

⑵、⑶脚间接负反馈电阻R t。

⑸脚到地之间接电阻R B，它决定了恒流源电流I7、I8 的数值，典型值为6.8kO。

⒁脚接负电源8V。

⑺、⑼、⑾、⒀脚悬空不用。

由于两路输入v1、v2 的极性皆可取正或负，因而称之为四象限模拟相乘器。

可以证明：
因而，仅当上输入满足v1≤V T (26mV)时，方有：
才是真正的模拟相乘器。

二．mc1496的特性
（一）.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2-1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=ν
4 , ν6=ν12 15V ≥ν 6
(ν12)-ν8 (ν10)≥2V 15V ≥ν8
(ν10)-ν 1 (ν4)≥2V 15V ≥ν 1 (ν4)- ν5≥2V
（二）静态偏置电流的确定
静态偏置电流主要由恒流源I 0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I 0是I 5的镜像电流，所以改变V R 可以调节I 0的大小，即
5007.050+-=≈R CC V V V I I
当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-V ee ，5脚通过一电阻V R 接地，所以改变V R 可以调节I 0的大小，即
5007.050+-=≈R ee V V V I I
根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA ，一般取mA I I 150=≈。

（三）mc1496模拟相乘器主要特性参数
理想的相乘器，当加入信号后，其输出端只应有乘积信号，而单个输入信号将被全部抑制掉。

但由于制造工艺和材料的限制，实际的相乘
器内部器件不可能完全一致，因而在输出端难免存在着一定的漏信号。

对漏信号的抑制能力，常用载漏抑制度和信漏抑制度来衡量。

1.MC1496主要参数（TA= 25℃）
2.载漏抑制度CFT
它是指调制信号电压VΩ=0，只加载波输入信号时，该载波信号电压V c 与输出漏载波电压V o之比值，常用分贝数表示，即
CFT(dB) =
信漏抑制度SFT它是指载波电压V c=0，只加调制输入信号时，该调制信号电压VΩ与输出漏调制电压V o之比值，即
SFT(dB) = 20lg
3. MC1496外接直流偏置的估算方法
MC1496可以采用单电源，也可以采用双电源供电，其直流偏置由外接元件来实现。

首先确定偏置电流I5，通常I5取值小于5mA，一般取I5＝1mA。

片脚5端的外接电阻R5可由下式定：
式中，V D是二极管正向压降，一般为0.7V左右。

如果是双电源供电，片脚5通过R5接地；如果单电源供电，片脚14接地，用R5所接的电源值代替到|V14|中去。

四组偏置电压应满足下列关系:
(V6，V12) > ( V8，V10) > ( V1，V4) >0 V14< 0
此外，还应保证各个晶体管的集-基极间电压大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。

一般令 V6 =V12, V8=V10, V1=V4,
15V≥(V6，V12) 并(V8，V10) ≥2V
15V≥(V8，V10) 并 (V1，V4)≥2.7V
15V≥(V1，V4) 并V5≥2.7V
第二章 mc1496构成调幅器
第一节振幅调制器的基本介绍
所谓调制, 就是用调制信号去控制高频载波的参数, 使载波信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信号的规律变化。

根据载波受调制参数的不同, 调制分为三种基本方式, 它们是振幅调制（调幅）、频率调制（调频）、相位调制（调相）, 分别用AM、FM、 PM表示，还可以有组合调制方式。

振幅调制与实现方法
(1) 振幅调制:所振幅调制与实现方法谓振幅调制, 就是用调制信号ＵΩ去控制高频载波信号Uc的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号ＵΩ的规律变化。

即调制信号Uc变化的周期与调制信号的周期相同，且幅度的变化与调制信号的振幅成正比
(2)振幅调制实现方法:实现振幅调制的方法就是利用非线性器件和线性时变器件实现信号的相乘运算。

而且是在时域信号上作相乘运算，在频域则是频率的加减运算，也就是实现现调制信号频谱的搬移抑制载波双边带振幅调制与实现方法
在全载波调制过程中,由于已调波中含有不携带信息的载波分量,故
调制效率较低.为了提高调制效率,在全载波调制的基础上抑制掉载波分量.使总功率全部包含在双边带中,就形成了抑制载波双边带调制信号,这种调制方式,称为抑制载波双边带调制。

简称DSB.
调制信号的过程如下图所示：
（a）调制信号
（b）高频载波
（c）已调波
乘法器调制原理
调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度,使振荡幅度随着调制信号瞬时值进行线性变化。

而载波的频率和初相位则保持不变。

实现调幅的方法很多，本实验采用MC1496集成模拟相乘法器来实现调幅。

如图所示：
第二节mc1496构成振幅调制器的部分原理图
一.mc1496振幅调制部分
电路说明：
（1）载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、10之间；载波信号Vc 经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高频旁路电容，使10脚交
流接地。

（2） RP 用来调节⑴、⑷端之间的平衡
（3）用RP在⑴、⑷端之间产生附加的直流电压，因而当Us端加入调制信号时即可产生AM 波
（4）供电（＋12V，－8V），所以5脚偏置电阻R15接地。

电阻R1、R2、R4、R5、R6为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体
管工作在放大状态。

载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚8、
10之间；载波信号Vc经高频耦合电容C1从10脚输入，C2为高
频旁路电容，使8脚交流接地。

调制信号加在差动放大器V5、V6
的输入端，即引脚1、4之间，调制信号VΩ经低频偶合电容E1
从1脚输入。

2、3脚外接1K Ω电阻，以扩大调制信号动态范围。

当电阻增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。

已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚6、12之间）输出。

二.高频振荡电路部分
f
c =C L π21=6
101.010220219-⨯⨯⨯-π=5MHZ
三．产生1KHZ 信号电路部分
如图所示为1kHz 正弦波振荡电路。

该电路是在双T 电路基础上应用普通的741运算放大器产生1000Hz 正弦波输出。

第三节振幅调制器的数据说明
在乘法器的一个输入端输入载波信号v( t)= V cm cosWt ，另一输
入端输入调制信号，则经乘法器相乘，可得输出抑制载波的双边带调幅信号的表达式为：
若要输出普通调幅信号，只要调节外部电路的平衡电位器，使输出信号中有载波输出即可。

即相当于输出信号表达式为：
第三章 mc1496构成同步检波器
第一节同步检波器的基本介绍
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。

根据是否需要同步信号，检波可分为同步检波和包络检波。

同步检波是指作用于检波器上的两个高频信号不但频率相同，而且
相位基本相同。

即这两个高频信号是完全同步的。

同步检波器不仅可用
于普通调幅波信号的解调，而且可解调双边带调制信号和单边带调制信
号。

乘法器同步检波电路方框图如下图所示：
图中普通调幅信号Uam加到乘法器Uy端（1脚）；同步参考信号Uc 是输入调幅波信号经限幅器后得到的，加至乘法器的Ux端（8脚）。

当Uc与Uam相乘时，即产生原调制信号分量和其他谐波组合频率分量，经低通滤波器后，就可以得到还原的低频调制信号。

同步检波也称乘积检波。

它在广播、彩色电视、通信及仪表测量中得到广泛的应用。

第二节振幅同步检波器的原理图
一．mc1496构成同步检波的电路
本电路是用乘法器1496和外围电路组成，采用＋12v单电源供电。

原理：有上图可看出，同步检波器与振幅调制器的电路相似，只是同步检波器载引脚12输出端加上了一个晶体滤波器，取得所要的信号。

如果没有滤波器的加入，输出的波形将不会是标准的正弦波。

二．本地载波形成电路
本自己振荡电路中要求f
o
=5MHZ-1KHZ=499KHZ，由C3和L?来决定，
取L?=0.04uH，得到f
o =
3
2
1
?C
L
=499KHZ
第三节振幅同步检波器的数据说明
在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号us（t）= usmcoswctcosΩt，另一输入端输入同步信号（即载波信号）uc（t）=ucmcoswc(t)，经乘法器相乘，由式可得输出信号U0（t）为
上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可
用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。

若输入信号US（t）为单边带振幅调制信号，即us（t）= 1/2 usmcos（wc+n）t，则乘法器的输出U0（t）为
上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。

如果输入信号US（t）为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号UC（t）,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。

上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调。

第四章设计体会
这次的课程设计，总的来说，收获很大。

整个设计过程我独立的思考，遇到问题细细的研究，通过查阅资料和与同学的讨论研究来解决，因此最终方案的确立对我来说有着很大的意义。

独立的思考，独立的面对并解决设计过程中出现的一些难点，对我以后的设计生涯有很大的意义，让我在以后的工作面对设计时更加的从容，更加的有信心。

同时我也明白了，在设计中遇到问题时一定不能着急，不能烦躁，要细细的思考，慢慢的推敲，一点一点的去发现，然后通过查询资料或者对过去知识的梳理逐渐的去解决，耐心和谨慎永远是学科学做设计的人的最重要的法则。

另外，我还学会了如何在图书馆那如海的书籍中去寻找自己需要的书籍以及如何利用网络引擎来寻找答案，查找资料也是一件耐心的工程，另外在查找资料过程中对有用资料的记录也是一种非常实用地方法。

这次设计，我认为过程比结果重要，在其中学到了好多课外知识同时也对课本进行了复习，懂得了课本上的知识很重要，还有图书馆资料和网上的值得学的东西太多了，以后的学校生活要加强这方面的应用。

总之，这次设计让我受益匪浅。

主要参考文献
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。