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实验四 集成电路模拟乘法器的应用
一、实验目的
1、了解模拟乘法器（MC1496）的工作原理，掌握其调整与特性参数的测量方法。
2、掌握利用乘法器实验混频，平衡调幅，同步检波，几种频率变换电路的原理及方法。
二、实验原理及电路
1、 集成模拟乘法器的内部结构
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的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。
1) MC1496 的内部结构

图1 MC1496的内部电路及引脚图
MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。其内部 电路图和引脚图如图7-1(a)(b)所
示。其MC1496 是双平衡四象限模拟乘法器。其内部 电路图和引脚图如图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。引脚8与10接输入电压UX，1与4接另一输入电压Uy，输出电压U0从引脚6与12输出。引脚2与3外接电阻RE，对差分放大器VT5、VT6 产生串联电流负反馈，以扩展输入电压Uy 的线性动态范围。引脚14为负电源端（双电源供电时）或接地端（单电源供电使），引脚5外接电阻R5。用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
2）静态工作点设置
MC1496 可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电。器件的静态工作点由外接元件确定。
（1）静态偏置电压的确定
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

（2）静态偏置电流的确定
一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图1（a），三对差分放大器的基极
电流I8、I10、I1 和I4 可以忽略不记，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源I0 的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源（+UCC的典型值为+12V），由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0 的大小，当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-UEE（一般接-8V），5脚通过电阻R5接地，因此，改变R5也可以调节I0 的大小，根据MC1496 的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取I0=I5=1mA 左右。
2、基本工作原理
设输入信号ux=uxmcoswxt， uy=uymcoswyt，则MC1496乘法器的输出U0与反馈电阻RE及输入信号ux、uy 的幅值有关。
1）不接负反馈电阻（脚2和3短接）
（1）ux和uy皆为小信号(<26mV)时，由于三对差分放大器（VT1，VT2，VT3，VT4 及VT5，VT6）均工作在线性放大状态，MC1496可近似为一理想乘法器。输出信号U0 中只包含两个输入信号的和频与差频分量。
（2）uy为小信号，ux为大信号（大于100mV）时，由于双差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波。输出信号U0 中。包含w x±w y , 3w x±w y ,5w x±w y ,···,(2n −1)w x±w y 等频率分量。
2）接入负反馈电阻
由于RE的接入，扩展了uy的线性动态范围，ux为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号U0中只包含两个输入信号的和频与差频；当ux为大信号(>100mV)时，输出电压U0与输入信号ux无关。
3、集成模拟乘法器的应用举例
1）振幅调制
振幅调制是使载波信号的峰值正比于调制信号的瞬时值的变换过程。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。
（１）抑制载波振幅调制
ux 端输入载波信号UC（t），其频率fC=10.7MHz，峰—峰值UCP-P=40mV。uy端输入调制信号UΩ（t），其频率fΩ=1kHz，先使峰-峰值UΩP-P=0，再逐渐增加UΩP-P，则输出信号U0（t）的幅度逐渐增大，最后出现如图2（a）所示的抑制载波的调幅信号。
（2）有载波振幅调制
ux 端输入载波信号UC（t），fC=10.7MHz，UCP-P=40mV，调节平衡电位器，使输出信号U0（t）中有载波输出。再从uy 端输入调制信号，其fΩ=1kHz，当UCP-P 由零逐渐增大时，则输出信号U0（t）的幅度发生变化，最后出现如图2（b）所示的有载波调幅信号的波形。

图2 乘法器输出的调幅波
2）同步检波
振幅调制信号的解调过程称为检波。常用方法有包络检波和同步检波两种。由于有载波振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波进行解调，必须采用同步检波方法。
3）混频
用模拟乘法器实现混频，只要在ux 端和uy 端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频如10.7MHZ，再经过带通滤波器取出中频信号。
三、实验参考电路

图3 实验参考电路图
四、实验内容
1、混频器实验
参考图3，将连接器J12、J13、J15、J19 、J110连接好，J11、J14、J16、J17 、J18断开。此时由MC1496 构成的混频器电路。
1）接通电源开关K11，在不加入输入信号（uc、us=0）的情况下，测试MC1496各管脚的静态工作电压。
2）输入uc, fc=10.7MHz，大小为300mV（由高频信号源提供），从IN11 处输入us, fs=10.245MHz ，由正弦振荡电路产生（晶体振荡，参考正弦振荡单元），从IN13 处输入。用示波器和频率计在TT11 处观察输出波形，输出信号频率应为455KHz。
2、平衡调制实验
参考图3，断开J12、J13、J15、J19 、J110，连接好J11、J14、J16、J17、J18 由MC1496 构成的平衡调幅电路。
1）接通电源，当uc 、us =0 时，测试MC1496 各管脚电压。
2）产生抑制载波振幅调制。在ux端（IN11处）输入fc=10.7MHz的载波（由高频信号源提供），uy 端输入fΩ=1kHz 调制信号（低频信号源提供），调节可调电阻W11（逆时针调节）以及载波和调制信号振幅，使用示波器在TT11 处测试调幅信号。观察抑制载波的调幅信号和有载波振幅调制信号。
3、同步检波实验
参考图3，连接J22、J24、J26，由MC1496构成的同步检波电路。
1）按下K21接通+12，-12V电源，在uc，us 为0时，测试MC1496各管脚的电压看是否与调制部分基本相同。
2)从IN21处输入10.7MHz 的载波，（此信号与平衡调制实验中的载波信号为同一信号），在uy 端加入由平衡调制实验中产生的抑制载波调幅信号，即将TT11与IN23连接（TT11输出调幅波），这时从TT21处用示波器应能观察到解调信号波形，调节W21 可使输出波形幅度增大，波形失真减小。
五、实验报告内容
1、整理各项实验所得的数据，绘制出有关曲线和波形。
2、对实验结果进行分析。
六、实验仪器
1、双踪示波器 一台
2、频率特性测试仪一台
3、高频电路实验箱一套

注意： （1）高频信号源的使用：连接JF2、JF3、JF4，断开JF1，产生10.7MHz正弦信号，WF1调节信号振幅。
(2) 低频信号源的使用：连接JD1、JD4；断开JD2、JD3，产生500-2000Hz低频正弦信号，WD2调节信号振幅；WD6调节信号频率。
（3）频率计的使用：测高频（大于100KHz）信号时，连接JG2，断开JG3、JG4；测低频（小于100KHz）信号时，连接JG3、JG4，断开JG2。