5模拟乘法混频
乘法器与混频器
乘法器与混频器前言之前有人问过我这样的问题：乘法器和混频器到底有什么关系，混频器能不能用作乘法器？这里介绍一下它们的原理和异同点，相信各位都能有所理解。
乘法器乘法器正如其名，是做乘法的电子器件。
主要用途有调幅、调频、数学运算等。
真正数学意义上的乘法器全称四象限模拟乘法器。
所谓“四象限”指乘法器的两个输入信号的符号可能为正也可能为负均为双极性信号，此时乘法器能实现真正的数学意义上的乘法运算。
如果其中一个信号为单极性信号而另一个为双极性，那么称其为二象限。
如果全为单极性信号则为一象限。
但是通常我们在设计电路时并不会太多地设计四象限电路，所以一、二象限的应用更多一些。
首先一个理想的乘法器的输出和两输入的乘积成比例，具有以下端口特性：Vout=K×VX×VYV_{out}=K \times V_{X} \times V_{Y} Vout =K×VX×VY当然并不局限于本例中的电压信号，电流信号也是可以的。
一开始的乘法器是基于对数放大器设计的，对数放大器和加法器就能构成乘法器。
Vout=log(VX)+log(VY)V_{out}=log(V_{X})+log(V_{Y})Vout=log(VX)+log(VY)但是这种结构的劣势也很明显。
对数放大器是基于PN结的，结果受温度影响较为明显。
同时这种结构较难设计高速电路，带宽比较受限。
而且这个结构只能实现一个象限内的运算。
后来一位叫巴里·吉尔伯特(Barrie Gilbert)的高人设计了名为吉尔伯特单元（Gilbert cell）的电路，这个电路直接改变了整个电子通信行业。
巴里·吉尔伯特（Barrie Gilbert，1937年6月5日至2020年1月30日）)，IEEE终身院士、美国国家工程院院士、同时也是ADI的首位院士（ADI Fellow）。
他于1937年出生于英国伯恩茅斯，1972年担任ADI公司的IC设计师，成为第一代研究员，1979年创建ADI首个远程设计中心，此后一直专注于高性能模拟IC的开发。
乘法器混频的实验报告
乘法器混频的实验报告乘法器混频的实验报告引言在无线通信中，频率的转换是一项重要的技术。
而乘法器混频器作为一种常见的频率转换器，被广泛应用于各种通信系统中。
本实验旨在通过搭建一个乘法器混频器电路并进行实际测试，验证其在频率转换中的性能和效果。
实验原理乘法器混频器是一种通过将输入信号与一个本地振荡器的频率相乘，从而实现频率转换的器件。
其工作原理基于非线性特性，通过将两个信号进行乘法运算，产生新的频率组合。
具体而言，乘法器混频器的输入包括本地振荡器的信号和待转换的信号，输出则是两个信号频率的和与差。
这种频率转换的过程可以用以下公式表示：f_out = |n * f_lo - m * f_in|其中，f_out为输出频率，f_lo为本地振荡器的频率，f_in为待转换信号的频率，n和m为整数。
实验步骤1. 准备工作：收集所需材料和仪器，包括乘法器混频器芯片、示波器、信号源等。
2. 搭建电路：按照乘法器混频器的电路图，连接各个元件和仪器。
确保连接正确并稳定。
3. 设置参数：调整示波器和信号源的参数，使其适应实验需求。
例如，设置本地振荡器的频率和待转换信号的频率。
4. 测试输出：将示波器连接到乘法器混频器的输出端口，观察并记录输出信号的波形和频谱。
5. 改变参数：尝试改变本地振荡器的频率和待转换信号的频率，观察输出信号的变化。
6. 分析结果：根据实验数据，分析乘法器混频器的性能和效果。
比较不同参数下的输出信号特点。
实验结果与讨论通过实验，我们得到了一系列乘法器混频器在不同参数下的输出信号数据。
根据这些数据，我们可以进行以下分析和讨论：1. 输出频谱：通过观察示波器上的频谱图，我们可以看到输出信号中包含了本地振荡器频率和待转换信号频率的和与差。
这证实了乘法器混频器的频率转换原理。
2. 非线性失真：在实际应用中，乘法器混频器可能会引入非线性失真。
这是由于乘法运算本身的非线性特性导致的。
在实验中，我们可以通过观察输出信号的波形来判断是否存在非线性失真。
应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计
编号题目应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计学生姓名学号专业班级指导教师2010年 5 月目录摘要 (3)第1章模拟相乘器 (4)1.1模拟相乘器的基本特性 (4)第2章混频器 (6)2.1混频概念和实现模式 (7)2.2混频干扰 (8)2.3模拟相乘器组成的混频电路 (13)第3章 MC1496的介绍 (16)3.1有关MC1496介绍 (16)3.2基本工作原理 (17)第4章设计总结 (19)结束语 (20)致谢 (21)参考文献 (21)应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计摘要模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。
工作象限是指容许输入变量的符号范围。
只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。
线性度是指相乘器的输出电压u O与输入电压ux(或uy)成线性的程度。
馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。
混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号，必须保持①调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。
②频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。
f I = f L - f C 或f I = f L+f C （其中f I表示中频频率，f L表示本振频率，f C表示载波频率。
一般取差频）在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。
例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。
模拟乘法混频实验报告
模拟乘法混频实验报告姓名：学号：班级：日期：模拟乘法混频一、实验目的1. 进一步了解集成混频器的工作原理2. 了解混频器中的寄生干扰二、实验原理及实验电路说明混频器的功能是将载波为vs （高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。
例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz 的已调波信号变换为中心频率为465KHz 的中频已调波信号。
此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。
混频器的电路模型如图1所示。
图1 混频器电路模型混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。
本振用于产生一个等幅的高频信号VL ，并与输入信号 VS 经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。
目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。
本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。
图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。
V sV图2 MC1496构成的混频电路MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。
本实验电路中采用＋12V，－8V供电。
R12（820Ω）、R13（820Ω）组成平衡电路，F2为4.5MHz选频回路。
本实验中输入信号频率为fs＝4.2MHz，本振频率fL＝8.7MHz。
为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此干扰不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。
模拟相乘器和混频器
三、二极管相乘器
2. 二极管平衡相乘器
② 工作原理
➢ V1m>>V2m，V1m>>VD(on)
v1控制 D1 、 D2开关工作
★ 若v1>0，D1、D2导通；若v1<0，D1、D2截止
i
iD1
- iD2
2v2 K1 ( 1t )
RD 2RL
v2K1(1t )
RL
➢ i 含频谱分量：ω2，ω1±ω2，3ω1±ω2 … …
三、二极管相乘器
2. 二极管平衡相乘器 ② 工作原理
➢ 实现相乘条件：
在RL两端并上LC带通滤波 (满足中心频率为ω1，BW3dB = 2ω2)
则：在负载上选出
iω1 ω2
2 RL π V1m
v1v2
➢
vo
iω1 ω2
RL
π
2 V1m
v1v2
三、二极管相乘器
1. 二极管双平衡相乘器（环形相乘器） ① 电路及特点
② 非线性传输特性 ③ 正弦信号传输特性
一、模拟相乘器的基本特性
3. 误差分析（静态误差 (vx vy)） 引起误差原因：
AM AM A
vx vx vxos voAMvxvy vo AMvxvy (vx vy )
vy vy vyos
(vx vy ) Avxvy vxF vyF voo N(vx vy )
➢ 若V1m≥260mv,
th
qv1 2kT
K2 ( ω1t
)
2．单差分对相乘器
1) 电路
v1=V1mcosω1t v2=V2mcosω2t
2) 工作原理
➢ iC3
v2
VBE( on ) RE
【VIP专享】模拟乘法混频实验报告
模拟乘法混频实验报告姓名：学号：班级：日期：模拟乘法混频一、实验目的1.进一步了解集成混频器的工作原理2.了解混频器中的寄生干扰二、实验原理及实验电路说明混频器的功能是将载波为vs（高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。
例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz的已调波信号变换为中心频率为465KHz的中频已调波信号。
此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。
混频器的电路模型如图1所示。
VsV图1 混频器电路模型混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。
本振用于产生一个等幅的高频信号VL，并与输入信号VS经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。
目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。
本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。
图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。
五、实验注意事项1、测量时应用双踪同时观察本振-载波，载波-中频，以便比较。
2、本实验用到晶振输出信号。
因此，在进行本实验前必须调整好晶振的输出，使之满足本实验的要求。
六、思考题1、除乘法器外，还有哪些器件可组成混频器？试举例说明。
混频器常用的非线性器件还有二极管、三极管、场效应管等。
2、分析寄生干涉的原因，并讨论预防措施。
原因：干扰频率通过寄生通道形成。
混频器件工作在非线性状态，不可避免地存在干扰和噪声作用在混频器上。
它们和输入信号电压VS、本振电压VL之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。
预防措施：减少非线性失真的各种组合频率干扰，选择器件特性接近平方律或近似理想相乘器。
模拟乘法器调幅、检波混频实验内容
模拟乘法器调幅、检波、混频实验内容一．调幅与检波（电源电压±12V ）1.普通调幅（AM ）的产生与检波电路连接：用导线连接2P3和2P9、2P5和2P10；载波u C 输入端（2TP3）由示波器提供 100KHz 、200mV PP ，调制信号u Ω输入端（2TP4）由信号源提供10KHz 、400mV PP ；示波器同时连接u C 、u Ω（Triger ）、AM 调幅输出2TP5和检波输出u o （2TP11）。
调试方法：调节平衡（2W1）和增益（2W2），在2TP5端得到下图所示AM 波；再调节 2W5，在2TP11端得到下图所示检波输出u o 波形。
记录u C 、u Ω、u AM 和u o （2TP11）的波形及频率。
用频谱仪射频输入（RF IN ）观察并记录信号u C 、u Ω、u AM 和u o （2TP11）的 频谱。
u Ω和u o 中心频率【FREQ 】10KHz ，u C 100KHz ，并激活频标【Marker 】即可。
u AM 中心频率100KHz ，扫宽【Span 】50 KHz ，然后，再激活频标2、3。
【Marker 】→[频标 2]→[常态频标] →[频标3] →[常态频标]，用大旋转移动频标2、3至两个边频峰值点→[频标列表 开启]。
计算调制度20210m ∆=，式中Δ为载波与边频的幅度差值。
2. 抑制载波的双边带调幅（DSB ）的产生与检波在AM 调幅状态下，调节平衡2W1，即可在2TP5端得到DSB 调幅波，同时在2TP11端得到检波输出u o波形，如下图所示（必要时再调节2W2和2W5）。
用频谱仪观察并记录2TP5端DSB信号频谱（频谱仪操作同AM调幅）。
3. 抑制载波的单边带调幅（SSB）的产生与检波（选做）电路连接：用导线连接2P5和2P7、2P8和2P10，载波信号u C不变，调制信号uΩ频率4KHz；示波器连接uΩ、DSB调幅输出2TP5、SSB调幅输出2TP8和检波输出u o（2TP11）。
高频实验报告--实验五 模拟乘法混频
3．将频率 f S 4.19MHz （幅度 VSp-p=300mV 左右）的高频信号（由 3 号板提 供）从相乘混频器的输入端 J7 输入，用示波器观察 J9 处中频信号波形的变化。 4．用示波器观察 TH8 和 TH9 处波形。 5．改变高频信号电压幅度，用示波器观测，记录输出中频电压 V i 的幅度， 并填入下表。 VSP-P(mV) ViP-P(mV) 改变本振信号电压幅度，用示波器观测，记录输出中频电压 V i 的幅值， 并填入下表。 VLP-P(mV) ViP-P(mV) 7．用频率计测量混频前后波形的频率。 8．镜象干涉频率的观测（需外接信号源代替③号板） 缓慢将高频信号发生器的输出频率从 4.2MHz 调至 13.2MHz， 用示波器的双路 观测载波－中频波形变化，并验证下列关系： f 镜象- f 载波=2 f 中频 9.混频的综合观察（需外接信号源代替③号板） 令外接信号源输出一个由 1K 音频信号调制的载波频率为 4.2MHz 的调幅波， 作为本实验的射频输入，本振信号不变，用示波器对比观察 J9 处的调制信号波 形。 200 300 400 500 600 200 300 400
R1 2 8 20 C1 1 R1 3 8 20
F2 4 .5 M R1 7 1K
J8
0 .1 u R2 0 5 10 C1 5 0 .1 u C1 6 0 .1 u
-1 2 V
D2 8 .2 V
图 5-3
MC1496 构成的混频电路
四、实验步骤
1．打开电源开关，观察对应的发光二极管是否点亮，熟悉电路各部分元件 的作用。 2．用实验的信号源做本振信号，将频率 f L 8.7MHz （幅度 VLp-p=600mV 左 右）的本振信号从 J8 处输入（本振输入处） ，在相乘混频器的输出端 J9 处用双 踪示波器观察输出中频信号波形。
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模拟乘法混频
一、实验目的
1. 进一步了解集成混频器的工作原理
2. 了解混频器中的寄生干扰
二、实验原理及实验电路说明
混频器的功能是将载波为vs （高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。
例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz 的已调波信号变换为中心频率为465KHz 的中频已调波信号。
此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。
混频器的电路模型如图1所示。
图1 混频器电路模型
混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。
本振用于产生一个等幅的高频信号VL ，并与输入信号 VS 经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。
目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。
本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。
图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。
V
s
V
+12
-12
J7J8
J9
C12104
C11104
C7104
C15104
C8104
R101K
R11200
R12820
R13820
R71K
R14100
R153.3K
R163.3K
R216.8K
R20510
R171k
F24.5M
D28.2V
C16104
TH6
TH7
TH8
TH9
TP5
SIG+
1
G N A D J
2
G N A D J
3
SIG-
4
B I A S
5
OUT+6NC 7CAR+8
NC 9CAR-
10
NC 11OUT-12
NC 13V E E
14
U1
MC1496
图2 MC1496构成的混频电路
MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。
本实验电路中采用＋12V ，－8V 供电。
R12（820Ω）、R13（820Ω）组成平衡电路，F2为4.5MHz 选频回路。
本实验中输入信号频率为 fs ＝4.2MHz ，本振频率fL ＝8.7MHz 。
为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压VS 和本振电压VL 外，不可避免地还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的，因此干扰不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。
三、 实验仪器与设备 高频电子线路综合实验箱； 高频信号发生器； 双踪示波器； 频率计。
四、实验步骤
1. 打开本实验单元的电源开关，观察对应的发光二极管是否点亮，熟悉电路各部分元件的作用。
2、用实验箱的信号源做本振信号，将频率L f =8.7MHz （幅度V LP-P ＝300mV
左右）的本振信号从J8处输入（本振输入处），用示波器观察J9处中频信号波形。
3、将频率fs=4.19MHz（幅度Vsp-p=300mv左右）的高频信号（由3号板提供）从相乘混频器的输入端J7输入，用示波器观察J9处中频信号波形的变化。
4、用示波器观察 TH8和TH9处波形。
5、改变高频信号电压幅度，用示波器观测，记录输出中频电压V i的幅值，并填入下表。
V SP-P（mV）30 60 88 120 148
V iP-P（mV）92 174 240 296 336
结论：
6、改变本振信号电压幅度，用示波器观测，记录输出中频电压V i的幅值，并填入下表。
V Lp-p（mV）200 300 400 500 600 700
V ip-p（mV）340 376 376 380 380 380 结论：
7、用频率计测量混频前后波形的频率。
混频前：4.19MHz，混频后：4.5059MHz。
8、混频的综合观测（需外接信号源）
令高频信号发生器输出一个由1K音频信号调制的载波频率为4.2MHz 的调幅波，作为本实验的载波输入，外接信号源输出8.7MHz的本振信号，用示波器对比观察J9处和调制信号的波形。
五、实验注意事项
1、测量时应用双踪同时观察本振-载波，载波-中频，以便比较。
2、本实验用到晶振输出信号。
因此，在进行本实验前必须调整好晶振的输出，使之满足本实验的要求。
六、思考题
1、除乘法器外，还有哪些器件可组成混频器？试举例说明。
答：混频器常用的非线性器件还有二极管、三极管、场效应管等。
2、分析寄生干涉的原因，并讨论预防措施。
原因：干扰频率通过寄生通道形成。
混频器件工作在非线性状态，不可避免地存在干扰和噪声作用在混频器上。
它们和输入信号电压VS、本振电压VL之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。
预防措施：减少非线性失真的各种组合频率干扰，选择器件特性接近平方律或近似理想相乘器。
七、实验总结
1、本振频率与载波频率和镜象干扰频率之间的关系
f镜象—f载波=2 f中频
本实验中，f中频=f本振—f载波
则有2 f本振= f镜象+f载波
2、归纳信号混频的过程
所谓混频，就是利用非线性元件，把两个不同频率的电信号进行混合，通过选频回路得到第三个频率的信号的过程。