非线性电子电路实验指导书：集成电路模拟乘法器的应用.docx

非线性电子电路实验指导书：集成电路模拟乘法器的应用.docx集成电路模拟乘法器的应用
实验学时: 2学时
实验类型: 验证
实验要求: 必修
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、掌握利用乘法器实现混频,平衡调幅,同步检波,鉴频等几种频率变换电路的原理及方法。
二、实验内容
改变模拟乘法器外部电路,实现混频器电路,观察输出点波形,并测量输出频率。
改变模拟乘法器外部电路,实现平衡调幅电路,观察输出点波形。
改变模拟乘法器外部电路,实现同步检波电路,观察输出点波形。
改变模拟乘法器外部电路,实现鉴频电路,观察输出点波形。
三、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立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。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。
(1)MC1496的内部结构
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路和引脚如图7-1(a)(b)所示。其中、与、组成双差分放大器,、组成的单差分放大器用以激励~
。、及其偏置电路组成差分放大器、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、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。
(a)内部电路(b)引脚图
图7-1 MC1496的内部电路及引脚图
(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。
a、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7-1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
(7-1)
(7-2)

b、静态偏置电压的确定
一般情况下,晶体管的基极电流很小,对于图7-1(a),三对差分放大器的基极电流、、和可以忽略不记,因此器件的静态偏置电流主要由恒流源的值确定。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),由于是的镜像电流,所以改变电阻R5可以调节的大小,即
(7-3)
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也可以调节的大小,即
(7-4)
根据MC1496的性能参数,器件的静态电流小于4mA,一般取左右。
器件的总耗散功率可由下式估算
(7-5)
PD应小于器件的最大允许耗散功率(33mW)。
2、基本工作原理
设输入信号, ,则MC1496乘法器的输出U0与反馈电阻RE 及输入信号、的幅值有关。
(1)不接负反馈电阻(脚2和3短接)
、和皆为小信号时,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,则输出电压U0可近似表示为

(7-6)
式中,——乘法器的乘积系数,与器件外接元件参数有关,即
(7-7)
式中, ——温度的电压当量,当T=300K时,
——输出负载电阻。
式(7-6)表明,输入均为小信号时,MC1496可近似为一理想乘法器。输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频分量。
、为小信号,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,乘法器的输出电压可近似表示为

(n为奇数) (7-8)
输出信号中。包含,,,······,等频率分量。
(2)接入负反馈电阻
由于的接入,扩展了的线性动态范围,所以器件的工作状态主要由决定,分析表明:
a、当为小信号时,输出电压可表示为
(7-9)
式中: (7-10)
式(7-9)表明,接入负反馈电阻后,为小信号时,MC1496近似为一理想的乘法器,输出信号中只包含两个输入信号的和频与差频。
b、当为大信号时,输出电压可近似表示为
(7-11)
上式表明,为大信号时,输出电压与输入信号无关。
3、集成模拟乘法器