集成模拟乘法器及其应用-集成电路

第6章 集成模拟乘法器及其应用
6.1集成模拟乘法器
教学要求：
1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；
2.理解变跨导模拟乘法器的基本原理；
3.了解单片集成模拟乘法器的外部管脚排列及外接电路特点。

一、集成模拟乘法器的工作原理
（一）模拟乘法器的基本特性
模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。

其符号如下图所示，K 为乘法器的增益系数。

1.模拟乘法器的类型
理想乘法器—对输入电压没有限制， u x = 0 或 u y = 0 时，u O = 0，输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的 。

实际乘法器—u x = 0 ， u y = 0 时，u O ¹ 0，此时的输出电压称为输出输出失调电压。

u x = 0，u y ¹ 0 （或 u y = 0，u x ¹ 0）时，u O ¹ 0，这是由于u y （u x ）信号直接流通到输出端而形成的，此时 的输出电压为u y （u x ）的输出馈通电压。

（二）变跨导模拟乘法器的基本工作原理
变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的基础上发展起来的，其基本原理电路如下图所示。

在室温下，K为常数，可见输出电压u
与输入电压u y、u x的乘积成正比，所以差分放大电路具有乘法功
O
能。

但u y必须为正才能正常工作，故为二象限乘法器。

当u Y较小时，相乘结果误差较大，因I C3随u Y而变，其比值为电导量，称变跨导乘法器 .
二、单片集成模拟乘法器
实用变跨导模拟乘法器由两个具有压控电流源的差分电路组成，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平
衡模拟乘法器。

属于这一类的单片集成模拟乘法器有MC1496、MC1595等。

MC1496内部电路如下图所示。

6.2 集成模拟乘法器的应用
教学要求 ：
1.掌握集成模拟乘法器的基本运算电路；
2. 理解倍频、混频与鉴相电路的特点；
3.掌握调幅和解调的原理。

一、基本运算电路
1.平方运算
将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号，平方运算电路如下图所示：
2.除法运算器
由集成运放和模拟乘法器组成，除法运算电路如上图所示。

当 u 1 > 0 时，u O < 0，为使 u 3 < 0，则 u 2 > 0 ； 当 u 1 < 0 时，u O > 0，为使 u 3 > 0，则 u 2 > 0 。

3.平方根运算
4.压控增益 改变直流电压U XQ 的大小，就可以调节电路的增益。

二、倍频、混频与鉴相
1.倍频电路
当两个输入信号为同频率的信号即可实现两倍频作用。

如下图所示。

2.混频电路
模拟乘法器的输出为两个输入信号的和频和差频信号，即实现了混频作用，若用滤波器取出和频（信或差频）号输出，就称为混频，电路如下图所示。

3.鉴相电路
鉴相电路用来比较两个输入信号的相位差，即它的输出电压与两输入信号之间的相位差成正比，用模拟乘法器构成的鉴相电路如下图所示。

作出u o与φ的关系曲线称为鉴相特性曲线，当|φ|≤0.5rad（约30°）时，sinφ≈φ，鉴相特性接近于线性。

三、调幅与解调
（一）信息传输的基本概念
1. 对传输信号进行调制的原因
(1)根据电磁波理论，天线尺寸大于信号波长的十分之一，信号才能有效发射。

如声音信号的频率范围为0.1 ~ 6 kHz。

设f = 1 kHz，λ=C/ƒ=3×108/103=3×105（m），显然，低频信号直接发射是不现实的。

(2)使接收者能区分不同信号。

2. 调制和解调
调制(Modulation)—将低频信号装载于高频信号。

解调(Demodulation)—将已调信号还原为低频信号。

3.调制(解调)的方式
调幅AM (检波) 、调频FM (鉴频) 、调相PM (鉴相)
4.信息传输系统
（二）调幅原理
用低频信号去改变高频信号的幅度，称为调幅。

经调幅后的高频信号称调幅信号，把没有调幅的等幅高频信号称为载波信号，它是运载低频信号的工具。

1.单频调制波形
2.采用乘法器实现调幅
采用模拟乘法器构成的调幅电路如下图所示。

调幅系数表示载波受低频信号控制的程度，为了不产生调幅失真，要求U YQ≧UΩm。

3.调幅波(已调波)频谱
4.双边带调幅和单边带调幅
由于载波本身不包含信息，为了提高设备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这种调制方式称为抑制载波双边带调幅，简称双边调幅，用DSB表示。

由于上、下边频带中的任何一个边频带以及功能包含调制信号的全部信息，因此为了节省占有的频带、提高波段利用率，可以只传送两个边带信号中的任何一个，称为抑制载波单边带调幅，简称单边调幅，用SSB表示。

（三）采用乘法器实现解调(检波)
调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，它是调幅的反过程。

第6章集成模拟乘法器及其应用
本章小结
1.集成模拟乘法器的工作原理；
2.模拟乘法器输出电压和输入电压的运算关系；
3.模拟乘法器在运算电路中的应用，在除法运算电路中进一步强调运算电路中必须引入负反馈；
4.了解调制的作用及调幅与解调的基本原理；
5.变跨导型模拟乘法器的工作原理；。