模拟乘法器应用及调幅电路

实验六 模拟乘法器应用及调幅电路

一、实验目的

1、掌握AM 、DSB 和SSB 调制的原理与性质；

2、掌握模拟乘法器(MC1496)的工作原理及其调整方法；

3、研究已调波与调制信号和载波信号的关系；

4、掌握利用晶体三极管进行集电极调幅的原理；

二、实验仪器

1、模拟示波器（注意） 一台

2、稳压电源 一台

3、频谱分析仪 一台

4、高频毫伏表 一台

5、万用表 一台

6、高频函数信号发生器 一台

7、低频信号源 （注意） 一台

8、实验板（正弦、功率放大、调幅） 三块

三、实验原理和相关知识

调制：就是将所要传送的信号“加载”到高频振荡信号上。“加载”过程实际就是利用信号控制高频振荡信号的某个参数（幅度、频率、相位），使该参数随信号变化而变化，这就是调制过程。

调制方式包括连续波调制和脉冲波调制。模拟连续信号的调制实际上就是连续波调制。调制过程中，如果用发送信号控制高频振荡信号（载波）的幅度、频率或者相位。我们分别将之称为调幅、调频和调相。

时域上，调幅波使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。频域上，频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上线性搬移。

调幅，混频，检波前后的频谱图如图6-1所示：

o

1 23404o 0 4 02

02

(a) 调幅前后的频谱图

i 4

i

i 4

s 4s s 40

(b) 混频前后的频谱图

i 4

i i 41234

(c) 检波前后的频谱图 图6-1频谱搬移电路的频谱图

1、振幅调制原理

在幅度调制过程中，根据所取出已调信号的频谱分量不同，分为普通调幅（标准调幅，AM ）、抑制载波的双边带调幅（DSB ）、抑制载波的单边带调幅（SSB ）等。它们的主要区别是产生的方法和频谱结构。注意比较各自特点及其应用。

表6-1 各种调幅波的特点和比较

如果把已调调幅波加到负载电阻R 上，则载波和边频都将给电阻传送功率，它们的功率分别表示为：

载波功率： R

V P o

oT 2

21= (6-1)

每个边频功率（上边频或下边频）：

oT

a o a SB SB P m R V m P P 222

14

12121=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛== (6-2)

上、下边频总功率： oT a SSB DSB P m P P 2

2

12=

= (6-3) 称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度，一般a m 10≤

调幅电路的原理框图分别如图6-2 (a)(b)(c)所示。

o

v 0

(a)普通调幅波实现框图 (b)抑制载波的双边带调幅波

v

(c) 单边带调幅波实现框图 图6-2 实现调幅的原理框图

幅度调制电路按输出功率的高低，可分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路包括：(1)简单的二极管调幅电路；(2).平衡调制器；(3)环形调制器。高电平调幅电路 根据调制信号控制方式的不同，可分为基极调幅和集电极调幅。 (1)集电极调幅电路

集电极调幅电路如图6-3所示。

v b (t)

c

6-3 集电极调幅的基本电路

(a )

t

(b )

t

t

t t

u C E c0＋u Ω

E c0

0i c

0i c10

I c1

0E c u Ω

t

I c1E c0临界

欠压区

过压区

6-4 集电极调幅的基本电路

如6-3所示，集电极调幅电路以载波作为激励信号，集电极电源电压随调制信号变化，工作在过压状态的高频谐振功率放大器。其优点是集电极效率高，缺点是已调波的边带功率由调制信号供给，所以需要大功率信号源。 (2) 基极调幅电路

B t

0E b I c1

E bmin

欠压区过压区

I c1

i c1

u b

t

t

E b0E bmax E bcr

图6-5a 基极调幅电路 图6-5b 基极调幅波形

如图6-5所示，集电极调幅电路以载波作为激励信号，基极电压随调制信号变化，基极调幅电路是工作在欠压状态下的谐振功率放大器。优点是所需要信号源功率小，缺点是集电极效率不高。

3、模拟乘法器实现调幅信号的方法

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。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。目前无线通信、广播电视等方面应用较多。

MC1496的内部结构及引脚图见实验五，为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，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=ν1215V ≥ν6 (ν12)-ν8 (ν10)≥2V

15V ≥ν8 (ν10)-ν1 (ν4)≥2V 15V ≥ν1 (ν4)- ν5≥2V

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：

500

7.050+−=

≈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=≈用MC1496集成电路构成的调幅器电路图如图6-6所示。

信号输出

60 mV u C (t )

(b )

6-6 利用集成模拟乘法器产生AM 信号的外围电路

四、实验步骤

（一）、乘法器调幅（AM 、DSB 、SSB ） 实验原理图如图6-7所示。