集成模拟乘法器及其应用-模拟电子技术课件

第六章集成模拟乘法器及其应用6.1集成模拟乘法器6.2集成模拟乘法器的应用电路6.3模拟乘法器调幅与解调电路的调整与测试下一页6.1集成模拟乘法器一、模拟乘法器的基本特性模拟乘法器有两个输入端、一个输出端。若输入信号为、，则输出信号为：YuXuOuYXOuKuuXYK模拟乘法器电路符号下一页上一页6.1.1集成模拟乘法器的基本工作原理二、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，它的基本原理电路如图6.1.2所示。图中v1、v2为特性相同的三极管，其，。v3为恒流管，当时，其集电极电流，当输入电压时，，差分放大电路输出电压。21be2be1berrr3BEYuuEY3CR/uI0uX2/III3C2E1E0uO下一页上一页当IE1、IE2比较小时，V1、V2管的输入电阻为：式中UT为温度的电压当量，在室温时XbeCOurRu3CT1ETbbbeIU2IU)1('rrmV26UTYXYXTECXT3CCXT3CCOuKuuuUR2RuU2IRuU2IRuTECUR2RK若差分放大电路输入电压为uX，则由图6.1.2可得输出电压为：下一页上一页图6.1.2模拟乘法器原理图ic2RC-+uo+VCCV1iE1iE2+-uXIC3+-uBE3+uY--VEEREic1RCV2V3下一页上一页6.1.2单片集成模拟乘法器采用两个差分放大电路可构成较理想的模拟乘法器，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平衡模拟乘法器。如图6.1.3所示（虚线框内）是根据双差分对模拟乘法器基本原理制成的单片集成模拟乘法器MC1496的内部电路。乘法器输出电压为增益系数为YXTYCOuuURRuTYCUR/RK下一页上一页图6.1.3MC1496型集成模拟乘法器+ux+vccRCRC126+uo-V1V2V3V48-10V5V6+-4uY123RY5V7R1V8R2500ΩR3500Ω14-VEER5V9IO/2IO/2下一页上一页双差分对模拟乘法器，与MC1496电路相同；线性动态范围扩展电路。4、8脚为uX输入端，9、12脚为uY输入端，2、14脚为输出端，其输出电压表示式为：yxyx0'YXCOuKuuuIRRR4u0'YXCIRRR4KMC1595集成模拟乘法器内部电路由两部分组成：下一页上一页图6.1.4MC1595外形图及外接电路489121214610511RYRX+-uX-+RC+VCCRCR1uo1337+-uY-VEER3R13I?O/2IO/21413121110981234567MC1595下一页上一页6.2集成模拟乘法器应用电路一、平方运算将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号，如图所示，就构成了平方运算电路，此时电路的输出电压等于2IYXOKuuKuuXYK平方运算电路uIuO6.2.1基本运算电路下一页上一页二、除法运算除法运算电路如图6.2.2所示。它由集成运放和模拟乘法器组成。由模拟乘法器可得211223OuuKRRKuuu2OOuKuu1123uRRuu1i2i1u0R2R1R3++-YXK∞u2下一页上一页三、平方根运算1Ou'u2OOKu'uKuK'uuIOOu1u0RRu′0YXK++-∞平方根运算电路下一页上一页四、压控增益考虑到模拟乘法器的输出电压，设电压为一直流控制电压，为输入电压，如图6.2.4所示，则有YXOuKuuXuXQUYuYXQOu)KU(uu0YXK+-UXQuXuY压控增益电路下一页上一页6.2.2倍频、混频与鉴相当图6.2.1所示平方运放电路输入相同的余弦波信号时，得若在图6.1.1所示模拟乘法器中，、均为余弦信号，如令，则模拟乘法器的输出电压等于tcostcosUKU21tcostcosUKUuKuuyxyxymxmyxymxmYxot2cos1KU21tcosKUu2im2im2OXuYutcosUu,tcosUuyymYxxmX一、倍频电路二、混频电路下一页上一页三、鉴相电路鉴相电路用来比较两输入信号的相位差，即它的输出电压与两输入信号的相位差成正比。用模拟乘法器构成的鉴相电路如图6.2.5(a)所示，令输入电压、分别为XuYutcosUutsinUuymyxmXsint2sinUKU21tcostsinUKUuKuuymxmymxmyxoymxmFomomymxmF0UKUA21UsinUsinUKUA21u经低通滤波器滤除高频分量，得：下一页上一页图6.2.5模拟乘法器的鉴相功能π-dar5.0uo(b)正弦鉴相特性0uo(c)三角形鉴相特性XYK低通滤波器u0′u0uxuy(a)原理框图K下一页上一页6.2.3调幅与解调信号可以用来传输信息，信息可用语言、文字、图象等来表达，也可用人们事先规定好的编码来表达。但在很多情况下，这些表达信息的语言、文字、图象、编码等不便于直接传输。因此在近代科学技术中，常用电信号来传送各种信息，即利用一种变换装置把各种信息转换为随时间作相应变的电压或电流进行传输，这种随信息作相应变化的电压或电流就是电信号。一、信息传输的基本概念下一页上一页图6.2.6所示为一远距离信息传输系统的组成框图，图中输入变换器主要将输入信息变换成低频电信号。发送设备将这些低频电信号进行某种处理，并以足够的功率送入信道，以实现信号的远距离传输，这种处理称为调制。发送设备的输出信号为高频已调信号。输入信息输入变换器发送设备信道接收设备输出变换器低频电信号已调信号低频电信号已调信号输出信息图6.2.6信息传输设备下一页上一页信道是信号传输的通道，又称传输媒介，不同的信道有不同的传输特性。利用导线（电线、电缆、光导纤维）来传输电信号的称为有线传输系统，利用空间电磁波来传输信号的称无线传输系统。接收设备和输出变换器与发送设备和输入变换器的作用相反，由信道传输过来的高频已调信号，由接收设备娶出并进行处理，恢复为与发送端相对应的低频电信号，这一过程称为解调。下一页上一页用待传输的低频信号去改变高频信号的幅度，称为幅度调制，简称调幅，用AM表示。用低频信号去改变高频信号的频率，则称为频率调制，简称调频，用FM表示；如用低频信号去改变高频信号的相位，则称为相位调制，简称调相，用PM表示。经过调制后的高频信号称为已调信号，而未被调制的高频信号是运载信息的工具，称为载波信号。下一页上一页二、调幅原理设低频信号和高频载波信号分别为式中F为低频频率，fc为高频载波频率。设两者波形的初相角均为零，其波形如图6.2.7(a)、(b)所示。uFt2cosUtcosUummtfcosUtcosUuccmccmc下一页上一页图6.2.7单频调制时的调幅波波形下一页上一页将uc和uΩ分别输入模拟乘法器的X和Y输入端，如图6.2.8所示，图中，UYQ为一固定的直流电压，要求UYQ》UΩM。由此可得Y输入端的总电压为因此，模拟乘法器的输出电压u0为令tcosUUumYQYtcostcosm1UKUtcostcosUU1UKUtcosUtcosUUKuKuucacmYQcYQmcmYQccmmYQYX0tcosm1Utcosm1UKUtUacmacmYQm下一页上一页由式可见，模拟乘法器的输出电压是一个幅度Um(t)随低频信号而变化的高频信号，波形如图6.2.7(c)所示。称它为普通调频波（简称AM波）。将式展开，并应用三角函数关系，则得被单频信号调幅后的高频已调波的频谱分布如图6.2.9所示。tcostUucm0ccmaccmaccmcacm0cosUm21cosUm21tcosUtcostcosm1Uu下一页上一页ffcfc+F02maUcm′Ucm2maUcm′fc+F幅度图6.2.9调幅波频谱XYKu0uc+-+-uΩuYQ图6.2.8调幅原理电路下一页上一页由于载波本身并不包含信息，因此为了提高设备功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这种调制方式成为抑制载波双边带调幅，简称双边带调幅，DSB表示。如图6.2.10所示：图6.2.10双边带调幅ucuΩu0u0′XYK带通滤波器下一页上一页三、解调图6.2.11为调幅波的解调原理图，图中为同步信号，要求；低通滤波器用以滤除检波后的各高频分量。若需要解调的调幅信号为双边带调幅信号，由此得输出电压为tcosUurrmrcrtcostcosUucimit2costcosUKU21tcosUKU21tcostUcostcosKUuKuucrmimrmimrrmcimri0uruΩu0uiXYK低通滤波器图6.2.11同步检波电路框图调幅波的解调又称幅度检波，简称检波，是调幅的反过程。下一页上一页6.3模拟乘法器调幅与解调电路的调整与测试6.3.1MC1496模拟乘法器调幅与解调电路一、调幅电路用MC1496构成的双边带调幅实用电路如图6.3.1所示。根据图6.3.1中负电源电压值及R5的阻值，可得，得到模拟乘法器各管脚的直流电位分别为mA12/I0V8.62/IRU,V1.82/IRVUU,V6UU,V7.0UU,V0UU0550CCC1261083241下一页上一页图6.3.1MC1496型模拟乘法器双边带调幅电路R+6V2KΩC30.1μF810R71423612145C1C4C5RCRCRYC2R8C6R5R6R4R2RPR1（-8V）-VEE（+12V）-VCC2I00.1μF10μFuxuy0.1μF0.1μF0.1μF51KΩ1KΩ3.9KΩ3.9KΩ2KΩ47KΩ10KΩ10KΩ51Ω51Ω6.8KΩucuΩ++-u0下一页上一页图6.3.2双边带调幅波波形下一页上一页实际应用中，为保证集成模拟乘法器MC1496能正常工作，各引脚的直流电位应满足下列要求：（一）（二）12610841UU,UU,UUV7.2UUV7.2UUV2UU54141108108126、、、、、、、上一页