模擬乘法器MC1496的應用研究

王 旭

（昆明冶金高等?？茖W校電氣學院，云南昆明, 650033）

0 引言

在通信領域電路中，大多數(shù)實際應用的相乘器都是集成乘法器，它廣泛應用于信號處理、通信、自動控制等領域。模擬乘法器MC1496作為一種有源非線性器件，可以實現(xiàn)對兩個模擬信號（電壓或電流）的相乘功能，即輸出信號與兩輸入信號相乘積成正比。在高頻電子線路中的振幅調制、同步檢波、混頻、倍頻、鑒頻、鑒相等調制與解調的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程[1]。本文對普通調幅、雙邊帶調幅、同步檢波、混頻電路進行了電路應用設計，利用Multisim11軟件進行了仿真測試，并分析比較測試結果。

1 模擬乘法器MC1496的工作原理

根據(jù)雙差分對模擬相乘器基本原理制成的單片集成模擬相乘器MC1496是四象限的乘法器[2]，其內部電路結構可見圖1-1。該電路主要包括多路電流源電路，由等組成；基準電路以為電流源；的恒值電流由分別供給，電流大小為并可通過外接電阻進行調節(jié)。 通過接線端2和3接入兩管的發(fā)射極，利用其負反饋作用，使得輸入電壓的動態(tài)范圍得以擴大為外接負載電阻。MC1496乘法器符號可見圖1-2所示。

由差分電路的基本原理可得

式中分別是三極管的集電極電流。指溫度的電壓當量，一般在常溫T=300K下， 。由圖1-1可知，乘法器的差值輸出電流大小為

當兩管發(fā)射極間跨接的負反饋電阻遠大于管的發(fā)射結電阻時

將式(1-6)代入(1-5)可得

可見，輸出信號電流中包含兩個輸入信號電壓的乘積。

圖1-1 模擬乘法器MC1496的內部結構

圖1-2 模擬乘法器MC1496符號

2 應用研究

2.1 普通調幅電路設計

圖2-1 普通調幅系統(tǒng)框圖

圖2-2 模擬乘法器MC1496普通調幅電路

普通調幅系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，普通調幅電壓表達式，信號帶寬稱為調幅指數(shù)，表示載波信號幅值受調制信號控制后改變的程度大小，是調幅波的主要參數(shù)之一，一般 。AM調幅波的包絡反映與調制信號的變化成正比，可采用同步檢波或二極管包絡檢波[3]。普通調幅電路如圖2-2所示。

通過分析AM信號的頻譜結構，載波分量本身不反映調制信號的變化，其作用僅是通過乘法器將調制信號頻譜進行了搬移，只有上、下邊頻分量才真正反映調制信號的頻譜結構，但由于載波分量占用了發(fā)射功率的絕大部分，因此導致效率偏低。

通過適當調節(jié)阻值可改變調幅指數(shù)，通過對示波器波形進行觀察，=1.25時調制波形見圖2-3。當＞1時，調制波形已失真，無法反映調制信號的波形變化規(guī)律。

2.2 雙邊帶調幅電路設計

雙邊帶調幅波實現(xiàn)模型如圖2-4所示，DSB電壓表達式：，信號帶寬。雙邊帶調幅信號（DSB）產(chǎn)生的直接方法就是將調制信號與載波信號相乘。DSB不含載波，它的包絡已不再反映調制信號的變化，要想恢復出調制信號必須采用同步檢波器。全部功率為邊帶占有，所以發(fā)射的全部功率都載有信息，功率利用率高于AM信號。圖2-5是MC1496雙邊帶調幅電路。

圖2-3 與調幅波形關系

圖2-4 雙邊帶調幅波實現(xiàn)框圖

通過適當調節(jié)阻值并對示波器波形進行觀察，當阻值為原阻值1/2時，電路產(chǎn)生DSB波，即示波器可見如圖2-6所示波形。

圖2-6 DSB調制輸出波形圖

2.3 同步檢波電路設計

檢波一般指對振幅調制信號的解調過程，通常使用同步檢波和包絡檢波兩種方法。采用同步檢波方法可以直接反映調制信號的變化規(guī)律，而包絡檢波對抑制載波的雙邊帶信號或單邊帶振幅調制信號的包絡無法實現(xiàn)解調。

利用模擬乘法器實現(xiàn)同步檢波的系統(tǒng)框圖可見圖2-7所示。

圖2-7 模擬乘法器同步檢波系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)工作原理如下：在乘法器的一個輸入端輸入振幅調制信號，如抑制波的雙邊帶信號或單邊帶振幅調制信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘后，其輸出信號通過低通濾波器濾掉高頻分量，利用電容濾掉直流分量，剩下的即是所需要的低頻調制信號分量，從而實現(xiàn)對信號的解調[4]。

上圖中為同步信號，輸入乘法器MC1496

的8腳與10腳，因其值較大可使MC1496工作在雙向開關狀態(tài)。 為高頻調幅信號（單邊帶或雙邊帶信號），輸入MC1496的1腳與4腳，其幅值即使低至幾毫伏以下，也能使解調結果不失真。解調信號結果由MC1496的12腳輸出，并通過電容為輸出耦合低頻、隔除直流。MC1496通過5腳經(jīng)過接到正電源，采用單電源供電，為器件內部電路提供合適的靜態(tài)偏置電流。

設輸入信號為雙邊帶信號

分析上式（2-3），無論輸入信號為雙邊帶信號或單邊帶信號，輸出信號通過低通濾波器濾除高頻分量，即可獲得低頻信號輸出。同步檢波電路輸出波形見圖2-9所示。

2.4 混頻電路設計

通過在模擬乘法器輸入端分別加上兩個不同頻率的信號，兩信號相乘后再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，實現(xiàn)混頻，具體如下：

圖2-5 模擬乘法器MC1496雙邊帶調幅電路

圖2-8 模擬乘法器MC1496同步檢波電路

經(jīng)帶通濾波器后，取

在上圖2-10中，正弦波和高頻信號分別由MC1496的10腳（X輸入端）和1腳（Y輸入端）輸入，混頻后的中頻信號由6腳經(jīng)帶通濾波器輸出。電路中由構成選頻濾波回路，調節(jié)電阻阻值可控制1、4腳的直流電位差，以減小輸出信號的波形失真。

圖2-9 同步檢波電路輸出波形圖

圖2-10 模擬乘法器MC1496混頻電路

3 結論

利用電路設計與仿真軟件Multisim11，創(chuàng)建集成模擬乘法器MC1496電路模塊進行仿真測試，并通過模擬乘法器MC1496實現(xiàn)了普通調幅、雙邊帶調幅、同步檢波、混頻電路的電路應用設計，闡述了以上電路的設計思路并進行了仿真，對不同實驗結果進行比對及分析，加深了對模擬運算電路的理解和拓展了模擬乘法器MC1496的應用。

參考文獻

[1] 謝自美.電子線路設計實驗測試[M].武漢：華中科技大學出版社，2006.

[2] 林章．模擬相乘器MC1496的應用分析．閩江學院學報．2005年4月第25卷第2期：44-49．

[3] 樊昌信. 通信原理 (第六版）.北京：國防工業(yè)出版社，2006.2

[4] 張素文. 高頻電子線路（第五版）．北京：高等教育出版社，2009.5

[5] 聶典，丁偉． Multisim 10計算機仿真在電子電路設計中的應用[M]．電子工業(yè)出版社，2009：12-72．