模拟乘法器的应用

南京工程学院通信工程学院实验报告课程名称高频电子线路B实验项目名称模拟乘法器的应用实验学生班级电子信息141实验学生姓名洪子尧学号208140714实验时间2016.06.05实验地点信息楼高频电子线路实验室实验成绩评定指导教师签字年月日模拟乘法器的应用一、实验目的与要求1.进一步加深对模拟乘法器原理和功能的理解。2.学会应用模拟乘法器实现低电平调幅、同步检波、混频、倍频等功能，并学会这些功能电路的观测。二、实验仪器名称和型号直流稳压电源EM1715、高频信号发生器GFG813、低频信号发生器HC9205、示波器HC6504各一台，万用表1块，实验电路板1块.三、实验电路和测试电路本实验中，利用MC1496实现普通调幅、双边带调幅、混频、倍频和同步检波，实验电路如图5.6所示。图(a)中，R6、R7将正电源（+12V）分压后供给8脚与10脚作内部差分对管的基极偏置电压，R1~R4和Rp1将负电源分压后供给1脚和4脚偏置电压，调Rp1可使输出载波最小或提供普通调幅所需的直流电压UQ。Rr为乘法器恒流源外接偏置电阻，用以控制恒流源电路的电流值𝐼02，图中𝐼02≈1𝑚𝐴，这时MC1496各脚的直流电位分别为𝑈1≈𝑈4≈0𝑉，𝑈2≈𝑈3≈−0.7𝑉，𝑈5≈−11𝑉，𝑈6≈𝑈12≈7.7𝑉，𝑈8≈𝑈10≈6𝑉。（a）(b)图5.6乘法器应用电路(a)普通调幅、双边带调幅、混频和倍频(b)同步检波电阻Ry用以扩展输入信号𝑢𝑦的范围，其允许输入范围为−𝐼04≤𝑢𝑦𝑅𝑐≤𝐼04，但接入Ry将减小乘法器增益AM。实现双边带调制是，载波从𝑢𝑖端输入，调节Rp1使载漏最小，然后将调制信号从𝑢Ω端输入。若载波幅值𝑈𝑐𝑚26𝑚𝑉，则乘法器工作与小信号状态，从高通输出端可得单端输出的双边带信号为𝑢𝑜ℎ=𝑅𝑐2𝑅𝑦𝑈𝑇𝑢Ω𝑢𝑐当载波幅值𝑈𝑐𝑚26𝑚𝑉时，双差分对管工作在大信号开关状态，这时电路增益大且不受Ucm大小的影响，其单端输出表达式为𝑢𝑜ℎ=𝑅𝑐𝑅𝑦𝑢Ω(𝑡)𝐾2(𝜔𝑐𝑡)=𝑅𝑐𝑅𝑦𝑢Ω(𝑡)(4𝜋𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑡−43𝜋𝑐𝑜𝑠3𝜔𝑐𝑡+···)连接𝑢𝑜ℎ端和B端，使双端输出信号通过中心频率为𝑓0=𝜔𝑐2𝜋的增益为AT的带通电路，即可将上式中𝜔𝑐的高次谐波分量滤除，在带通输出端𝑢𝑜𝑏得到双边带输出信号为𝑢𝑜𝑏=8𝑅𝑐𝜋𝑅𝑦𝐴𝑇𝑢Ω(𝑡)𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑡调节Rp1，可将上述双边带调幅改变为普通调幅。实现倍频时，将输入信号𝑢𝑠同时加至𝑢𝑐和𝑢Ω端。从高通输出端输出。实现混频时，本振信号从𝑢𝑐端加入，而欲混频信号从𝑢Ω端加入，输出从带通输出端输出。图5.6（b）为双边带调制信号同步检波电路，图中MC1496的用法与图(a)相同。将同步信号加至𝑢r端，双边带调制信号加至𝑢s端后，则从MC1496的12脚可得乘法器输出为𝑢12=𝑅𝑐2𝑅𝑦𝑈𝑇𝑈𝑐𝑚𝑈𝑠𝑚𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑡𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑡𝑐𝑜𝑠Ω𝑡=𝑅𝑐2𝑅𝑦𝑈𝑇𝑈𝑐𝑚𝑈𝑠𝑚1+𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑐𝑡2𝑐𝑜𝑠Ω𝑡通过图5.6（b）所示低通滤波器，可得解调信号𝑢Ω′=𝑈Ω𝑚′𝑐𝑜𝑠Ω𝑡。四、实验内容、步骤1.静态观测找出有关调整元件和测试点的位置，按规定接通正电源（12V）、负电源（-12V），调节使𝑈1=𝑈4。然后测量MC1496各引脚对地的直流电位和电阻Rr上的压降，求出𝐼02，填入表5.1中，并与理论值进行比较。2.双边带调幅(1)在图5.6（a）中，载波输入端加500kHz、幅值20mV的余弦波，令𝑢Ω=0，调节Rp1使输出𝑢oh最小。(2)在𝑢Ω输入端加10kHz、幅值500mV的余弦调制信号，用示波器观察𝑢oh信号，应为双边带调幅波，画出该波形并测其最大值，记录与表5.2中。如观测到波形如图5.7所示，则说明有载漏，应调整Rp1直到输出正常的双边带调幅波。(3)降低载波频率为100kHz，并微调使载频为调制信号频率的偶倍数，观察双边带调幅波的高频相位跳变现象，记录与表5.2中。(4)维持载波频率500kHz不变，增大其幅值使𝑈𝑐𝑚260𝑚𝑉，观察输出𝑢oh的包络波形和高频波形，并将𝑢oh的波形和幅值记录于表5.2中。继续增大Ucm，观察它对𝑢oh波形的形状、大小的影响。(5)连接B端与𝑢oh端，调节中周磁芯（若不便调节中周，则可调节载波频率），是带通滤波器输出端𝑢ob的波形幅值最大，则回路达到并联谐振，观察的包络波形和高频波形，记录波形和幅值于表5.2中，并将𝑢oh和𝑢ob的高频波形形状进行比较。3.同步检波(1)在图5.6（a）电路中，载波信号加500kHz、幅值500mV的余弦波，调制信号𝑢Ω加10kHz、幅值500mV的正弦波，高通输出𝑢oh为双边带调幅波。(2)将图5.6（a）载波输入端和图5.6（b）的同步信号输入端相连，调图5.6（b）的电位器Rp2使图5.6（b）中MC1496的12脚的载漏输出最小。(3)将图5.6（a）的𝑢oh输出端和图5.6（b）的DSB信号输入端相连。若检波电路能正常工作，这时应在输出端𝑢Ω′得到5kHz的低频解调信号𝑢Ω′。观测调制信号𝑢Ω、𝑢oh端已调信号的包络和解调输出信号𝑢Ω′的波形形状、大小和频率，记录与表5.3.4.普通调幅载波输入端加500kHz、幅值20mV的余弦波，𝑢Ω端加入10kHz、幅值200mV，调节Rp1，使𝑢oh输出为普通调幅波，且调制系数ma=50%。将波形、已调波最大峰值和最小峰值记录于表5.4。调节调制信号𝑢Ω大小，观测ma分别为100%和过调幅时的波形，并记录于表5.4。五、实验结果与分析表5.1MC1496静态工作电位Vcc/VVEE/VU1/VU2/VU3/VU4/VU5/VU6/VU8/VU10/VU12/V𝐼02/mA图(a)图(b)表5.2DSB调幅波观测测试内容载波输入𝑢𝐶调制信号输入𝑢Ω输出/kHzUcm/VF/kHzUΩm/V𝑢𝑜ℎ𝑢𝑜𝑏最大幅值/V波形最大幅值/V波形小信号调幅Ucm26mV12大信号调幅Ucm26mV12表5.3DSB调幅波同步检波电路观测调制信号𝑢Ω𝑢𝑜ℎ包络解调输出信号𝑢Ω′波形振幅/V频率/kHz表5.4普通调幅波的观测（测试条件：𝑓𝑐=500𝑘𝐻𝑧，𝑈𝑐𝑚=20𝑚𝑉，F=20kHz）调制信号幅值UΩm/mV调制系数ma/%输出𝑢𝑜ℎ波形最大峰值/V最小峰值/V20050100%过调制六、实验小结本次实验对模拟乘法器调幅电路进行了实验验证，取得了很大的收获。模拟乘法器电路实现了AM，DSB波的调制，实验结果与理论结果相一致，对于DSB波而言，它的调幅输出信号抑制了载波。相对于普通AM波而言，减少了了输出功率，提高了工作效率。对于普通AM波而言，值得注意的是对于调幅度m的选择，理论上m=100%时才能使输出的调幅波不失真，当m100%时出现失真。实际应用中一般m值选择在30%左右，确保在输出调幅波不失真的同时，也保证后级检波电路中避免出现对脚切割失真和底部切割失真。理论上要输出SSB电路，只需要在DSB波电路中再加一级滤波电路，由于带宽小，故而要求滤波电路的品质因数很高，故采用晶振来滤除一条边带。SSB的优点在于节省了带宽，但是电路性能要求很高，费用昂贵。总的来说，通过本次试验，加深了对调幅电路的了解。本次试验给我们带来了巨大的收获。七、参考资料[1]耿苏燕，刘静波.《高频电子线路实验与课程设计指导书》[M].南京：南京工程学院，2014.[2]胡宴如，耿苏燕.《高频电子线路》[M].北京：高等教育出版社，2015.[3]旺胜宁，程东红.《电子线路(第四版)》[M].北京：高等教育出版社，2003.