乘法器常规调幅电路设计

辽宁工业大学高频电子线路课程设计（论文）

题目：乘法器常规调幅电路设计

院（系）：工程学院

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工程学院教研室：通信工程教研室学号学生姓名专业班级

课程设计

题目

乘法器常规调幅电路设计

课程设计（论文）任务设计内容：

1．采用乘法器常规调幅，并对已调波进行放大10倍

2．用EWB仿真，能够观察输入输出波形。

设计参数：

输入信号频率15000HZ，电压500mV左右，调幅系数为0.5，输入信号载波频率10000HZ，载波电压为100mV，放大倍数10左右。

设计要求：

1．分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 ．确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 ．设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4．组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指导

教师评语及成绩平时成绩（20%）：

答辩成绩（30%）：

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摘要

随着电子技术的发展，集成模拟乘法器应用也越来越广泛，它不仅应用于模拟量的运算，还广泛应用于通信、测量仪表、自动控制等科学技术领域。集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。

关键词：集成模拟乘法器；二极管；三极管；滑动变阻器

目录

第1章绪论 (1)

1.1乘法器常规调幅电路的概况 (1)

1.2设计的要求及技术指标 (1)

第2章乘法器常规调幅电路设计 (2)

2.1设计方案论证 (2)

2.2总体设计方案框图及分析 (2)

2.3乘法器常规调幅电路设计 (3)

第3章乘法器常规调幅电路整体电路设计 (5)

3.1乘法器常规调幅整体仿真电路图 (5)

3.2乘法器常规调幅电路参数计算 (6)

3.3电路仿真波形 (7)

3.4电路仿真结果分析 (8)

3.5电路性能分析 (9)

第4章课程设计总结 (10)

参考文献 (11)

附录：元器件清单 (12)

第1章绪论

1.1乘法器常规调幅电路的概况

用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅和解调电路，，其电路元件参数通常采用器件典型应用参数值。作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作解调时，同步信号加到X输入端，已调信号加到Y输入端。调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。

1.2设计的要求及技术指标

设计参数：输入信号频率15000HZ，电压500mV左右，调幅系数为0.5，输入信号，载波频率10000HZ，载波电压为100mV，放大倍数10左右。

设计要求：

1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2.确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

第2章 乘法器常规调幅电路设计

2.1设计方案论证

作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y 输入端；作解调时，同步信号加到X 输入端，已调信号加到Y 输入端。调试时，首先检查器件各管脚直流电位应符合要求，其次调节调零电路，使电路达到平衡。

还需注意：（1）Y 端输入信号幅度不应超过允许的线性范围，其大小与反馈电阻R Y 有关，否则输出波形会产生严重失真；（2）X 端输入信号可采用小信号（小于26mV ）或者大信号（大于260mV ），采用大信号可获得较大的调幅或解凋信号输出。信息传输系统中，调制是用以实现电信号远距离传输及信道复用的重要手段。由于低频信号不能实现远距离传输，若将它装载在高频信号上，就可以进行远距离传输，当使用不同频率的高频信号，可以避免各种信号之间的干扰，实现多路复用。

2.2总体设计方案框图及分析

图2.1 乘法器工作原理

x A M xy

y

Vx Vy

V o

集成模拟相乘器是通用的集成器件，广泛应用于信号处理，通信，自动控制等领域，它的电路如下图。有两个输入端口（X和Y），输入电压分别为Vx和Vy；一个输出端口，输出电压为V o。在理想的情况下：

V o=AmVxVy

其中，Vx和Vy极性是任意的，可正可负，因而又将这种相乘器称为四象限相乘器。

2.3乘法器常规调幅电路设计

图2.2 乘法器常规调幅电路设计

为使Vx 和Vy 在任意极性均能正常工作，实现四象限均可乘，可采用双平衡乘法器。上图为根据双平衡模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟乘法器MC1596内部电路图。MC1596相乘器用VT7,VT8,V0及相应的电阻等组成多路电流源电路，VT7,VT8分别给VT5,VT6提供恒流电流，R 为外接电阻。另外，由VT5,VT6两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻Ry ，利用 Ry 的负反馈作用可以扩大输入电压V2的动态范围。

电路满足深度负反馈条件，于是V2=VBE5+ieRy-VBE6 上式可简化为 V2= ieRy 而 i5-i6=2ie=2V2/Ry 此时V2允许的最大动态范围

通常把8，10端称为X 输入端，输入参考电压为V1；4，1端称为Y 输入端，输入参考电压为V2。

y 0y 02

22R I

V R I ≤≤-

第3章乘法器常规调幅电路整体电路设计

3.1乘法器常规调幅整体仿真电路图

图3.1乘法器常规调幅整体仿真电路图

根据乘法运算的代数性质，乘法器有四个工作区域，由它的两个输入电压的极性来确定，并可用X-Y平面中的四个象限表示。为使Vx和Vy 在任意极性均能正常工作，实现四象限均可乘，可采用双平衡乘法器。上图为根据双平衡模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟乘法器MC1596内部电路图。MC1596相乘

器用VT7,VT8,V0及相应的电阻等组成多路电流源电路，VT7,VT8分别给VT5,VT6提供恒流电流，R为外接电阻。另外，由VT5,VT6两管的发射极引出接线端2和3，外接电阻Ry，利用Ry的负反馈作用可以扩大输入电压V2的动态范围。

3.2乘法器常规调幅电路参数计算

设低频信号UΩ和高频载波信号分别为：

UΩ= UΩmcosΩt =UΩmcos2πFt

Uc=Ucmcosωct=U cmcos2πFct

式中，F为输出信号频率，Fc为载波频率，为简化分析，设两者波形的初相角均为零。将Uc和UΩ分别输入模拟乘法器的X和Y输入端，Uyq为一固定的直流电压，要求Uyq≥UΩm。由此可得输入端总的输入电压为：

Uy= Uyq+UΩmcosΩt

因此，模拟乘法器的输出电压

U0=K UxUy=K(Uyq+ UΩmcosΩt) Ucmcosωct.。

= KUyqUcm(1+UcmcosΩt/Uyq) cosωct.

= KUyqUcm(1+MacosΩt) cosωct.

式中Ma为调幅系数，已知调幅系数为0.5，UΩm=500Mv ,F=15000Hz, Ucm=100Mv.

Fc=10000Hz.

U0=KUΩUc=K0.05cos2π15000tcos2π10000t

=0.5K0.05[cos2π(15000+10000)t+cos2π(15000-10000)t]

又因为要求对输出波形放大10倍，所以K我们取10，所以

U0=0.25[cos(50000πt)+ cos(10000πt)]

3.3 电路仿真波形

输入信号仿真波形：

图3.2 输入信号仿真波形

载波信号输入仿真波形：

图3.3 载波信号输入仿真波形

输出信号仿真波形：

图3.4输出信号仿真波形

3.4电路仿真结果分析

单频信号调幅后的高频已调波，由幅度为Ucm′、角频率为ωc的载频和两个幅度一样、角频率分别为(ωc+ Ω)、(ωc-Ω)的边频所组成，(fc+F)称上边频、(fc-F)称下边频，它们对称地排列在载频的两侧，相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。显然，载波分量并不包含信息，调制信号的信息只包含在上、下边频分量内，边频的幅度反映了调制信号幅度的大小，边频的频率虽属于高频的范畴，但反映了调制信号频率的高低。由于载波本身并不包含信息，因此为了提高设备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这种调制方式称为抑制载波双边带调幅，简称双边带调幅。

3.5电路性能分析

1. 集成模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件它是另一类使用很广泛的模拟集成电路，但它属于非线性模拟集成电路，对于理想乘法器，其输出电压与在同一时刻的两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压波形、幅度、极性和频率可以是任意的。差分放大电路不仅具有放大作用，还具有乘法功能，所以它成为变跨导单片集成模拟乘法器的基本单元电路。

2. 利用集成模拟乘法器可以构成乘法、平方、除法、平方根等运算电路，也可构成压控增益、倍频、混频、鉴相等电路。混频电路能获得两个输入信号的和频及差频信号输出，集成模拟乘法器混频电路具有良好的特性而被广泛采用。

3. 调制是实现电信号有效传输的重要手段。用待传输的低频信号去改变高频信号的幅度、频率和相位，分别称为调幅、调频和调相。经过调制后的高频信号称为已调波，而未被调制的高频信号称为载波信号。只取一个边带的调幅称为单边带调幅。调幅波的解调又称幅度检波，它是调幅的反过程，通过解调可获得原调制信号。采用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅与解调电路。

第4章课程设计总结

通过本次课程设计使我们对高频书中的乘法器调幅有了更深的了解，让我掌握了高频电子线路的设计方法，并将其与仿真联系起来，理论与实践相结合，培养我的设计能力。熟悉EWB仿真操作系统，及高频电子线路课程对我将来会有不少好处，我会用我最大的努力去学好这门功课，我也会珍惜每一次的课设的机会，而且通过本次课程设计使我明白了怎样使用EWB软件仿真，如何对参数的计算及元件的选取，如何对原理框图的设计和应用，但在设计中还有很多不足之处，如参数计算存在误差，仿真中出现波形失真，不过这都是我今后实践和学习的宝贵经验，以上的不足之处我一定会克服，争取在今后的实践中不再出现上述的情况。

参考文献

[1]杨霓清《高频电子线路》机械工业出版社.2007.2

[2]张肃文《高频电子线路》高等教育出版社（第四版）.2007

[3]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社（第四版）.2003

[4]黄亚平《高频电子线路》机械工业出版社.2004

[5]李新平《实用电子仿真技术》机械工业出版社.2003

[6]李东生《信号与电子系统原理及EWB仿真》中国科学技术大学.2003

[7]林春方《高频电子线路》电子工业出版社.2003

[8]杨宝清《实用电路手册》机械工业出版社.2002

[9]陈尔绍《电子控制电路实例》电子工业出版社.2003

附录：元器件清单

三极管8个

0.1uF电容2个

1uF电容1个

1K电阻6个

3.9K电阻2个

6.2K电阻1个

500欧电阻3个100欧电阻2个50K滑动变阻器1个二极管1个