multisim仿真教程模拟乘法器的基本概念与特性
模拟乘法器解读
第 6 章 集成模拟乘法器及其应用
引言
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。本章将以差分放大电路为基本单元电路的变 跨导模拟乘法器为例，讨论模拟乘法器的基本工作原 理及其应用。
K
RC 2R E U T
图6.1.3 MC1496型集成模拟乘法器
R5、V7、R1为电流源的基准电路，V8、V9均提供恒值电 流IO/2, 改变外接电阻R5的大小，可调节IO/2在的大小。 图中 2 、 3两脚，即 V5 、 V6 两管发射极上所跨接的电阻 RY ，除可调节乘法器的增益外，其主要作用是用来产 生负反馈，以扩大输入电压 uY 的线性动态范围。该 乘法器输出电压 uO 的表示式为
uX
uY
X
K Y uO
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。能够适应两个输入电压四种极性组合 的乘法器称为四象限乘法器；若只对一个输入电压能适 应正、负极性，而对另一个输入电压只能适应一种极性， 则称为二象限乘法器；若对两个输入电压都只能适应一 种极性，则称为单象限乘法器。 式( 6.1.1 )表示，一个理想的乘法器中，其输出 电压与在同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比， 而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。 对于一个理想的乘法器，当 uX、uY中有一个或两 个都为零时，输出均为零。但在实际乘法器中， 由于 工作环境、制造工艺及元件特性的非理想性，当 uX =0， uY=0时，uO≠0，通常把这时的输出电压称为输出失调电 压；当 uX=0，uY≠0(或 uY=0,uX≠0) 时，uO≠0，
模拟相乘器
扩大v1 、v2的动态范围，实现任意两个模拟 信号的相乘。
➢ 框图： 流控吉尔伯特电路
V－I 线性变换器
V－I 线性变换器
➢ 电路：
1) 流控吉尔伯特电路
➢ 电路：
➢ 实现：
i
iI
iII
1 iK
( iC5
iC6
)( ie7
ie8
)
[( iC5
iC6
)( ie7
ie8
)]
2) 电压—电流线性变换器
➢ 零输入响应 ： 零输入状态时，是非零的输出， 存在误差电压（输出失调电压和馈通误差电压）。
➢ 直流传输特性 （一个输入为直流时）
➢ 平方律特性（ vx vy 时 ）
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
误差分析（静态误差 (vx vy)） 引起误差原因：
AM AM A
2) 工作原理
➢
i
iI
iII
I0th
qv2 2kT
th
qv1 2kT
➢ 分类讨论
i) V1m>26mv, V2m>26mv 无意义，说明v2必须为小信号
ii) V1m<26mv, V2m<26mv 实现近似理想相乘
iii) 26mv<V1m<260mv , V2m<26mv iv) V1m≥260mv , V2m<26mv
3. 特点
3) 易于实现电流的存贮与转移
➢ 动态电流镜可作为偏置电流，或作为电流1：1拷贝、 倍乘或整除。
➢ 广泛用在开关电流滤波器、开关电流A/D、D/A转换 器中。
4) 便于实现电流与电压的线性与非线性转换
模拟乘法器原理
模拟乘法器原理乘法器是一种电路设计，用于将两个输入数相乘，并输出它们的乘积。
乘法器常用于数字信号处理、计算机和通信系统中。
乘法器的原理基于布尔代数和逻辑门。
它通常由多个逻辑门和触发器组成，以实现乘法运算。
乘法器的设计要考虑精度和运算速度。
一种常见的乘法器设计是Booth乘法器，它使用偏置编码技术来减少部分乘积的计算。
另一种常见的设计是Wallace树乘法器，它通过级联多个片段乘法器来提高速度。
乘法器的操作原理是分别将两个输入数的每个位进行乘法运算，并将结果相加。
具体步骤如下：1. 将两个输入数分别展开为二进制形式，对应位分别相乘。
最低位乘积直接输入到第一级部分乘积的输入。
2. 对每一位乘积进行部分乘积运算。
部分乘积运算是将当前位乘积和之前的部分乘积相加，并将结果输出到下一级。
3. 重复步骤2，直到所有位的乘积都被计算出来。
4. 对所有部分乘积进行累加，得到最终的乘积结果。
乘法器还需要考虑进位和溢出的问题。
在每一位相乘时，会产生进位位和当前位的乘积。
如果乘积超过了位数的范围，就会产生溢出。
乘法器的性能可以通过速度和面积这两个指标来评估。
速度是指乘法器完成一次乘法运算所需的时间，面积是指乘法器所占据的芯片空间大小。
总结来说，乘法器是一种常见的电路设计，用于将两个输入数相乘。
乘法器的原理基于布尔代数和逻辑门，它的设计考虑了精度和运算速度。
乘法器的操作原理是对输入数的每一位进行乘法运算，并将结果累加得到最终的乘积。
乘法器还需要考虑进位和溢出的问题。
乘法器的性能可以通过速度和面积来评估。
模拟乘法器及其应用
6.3.1 乘法器的工作原理 1．对数乘法器
由
式中 由此可知，可利用对数电路、加法电路和反对数电 路实现的乘法运算功能。
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模拟电子技术基础
原理框图
பைடு நூலகம்
对数运算 对数运算
加法 运算
反对数运算
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模拟电子技术基础
T1
R1
–
A1
+
T2 R2
–
A2
+
对数乘法运算电路
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模拟电子技术基础
由以上各式得
式中
T1 +
+ _
T
2
+R
T4
T3
_
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模拟电子技术基础
T1 +
+ _
T
2
+R
T4
T3
_
A
+
接入差分比 例电路
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模拟电子技术基础
6.3.2 乘法器应用电路 1. 平方运算电路 K
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模拟电子技术基础
2． 开平方运算电路
幅度解调原理框图
K
低通 滤波器 音频信号
载波信号 调幅信号
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模拟电子技术基础
K
载波信号
调幅信号
低通 滤波器 音频信号
滤除高频信号
输出信号信号
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R3
R5
R4
–
A3
+
R6
T4
–
A4
+
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
Multisim仿真详解
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Multisim意为“万能仿真 ”
一、主要功能
直流工作点分析 交流分析 暂态分析 傅立叶分析 噪声分析 失真分析 直流扫描 灵敏度分析
参数扫描 温度扫描 零-极点分析 传输函数分析 最坏情况分析
……
二、主要特点
仿真的手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实 际情况非常接近；并且界面可视、直观。
注：电压表和电流表在指示器件库，而不是仪器 库中选择
四、定制Multisim用户界面
操作： 设置菜单栏Option /Preferences中各属性
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计算机辅助电路分析 Multisim仿真
Multisim 基础
Electronics Workbench (EWB)是加拿大IIT公 司于八十年代末、九十年代初推出的用于电路仿真与 设计的EDA软件，又称为“虚拟电子工作台”。
IIT公司从EWB6.0版本开始，将专用于电路仿真与 设计模块更名为MultiSim，大大增强了软件的仿真 测试和分析功能，大大扩充了元件库中的仿真元件数 量，使仿真设计更精确、可靠。
Multisim仿真教程剖析
例1. 求下图所示电路的节点电压U1.U2。
50
二 求戴维宁等效电路
基本操作: 1. 利用数字万用表测量电路端口的开路电压和短路电流 2. 求解出该二端网络的等效电阻 3. 绘制戴维宁等效模型
例2 求下图所示电路的戴维宁等效电路。
51
Req=16/6.333≈3Ω
添加输入/输出节点
函数信号 发生器
1kHz 0.4V
a 0.22μ C
b Vca
R 1k
c
荧光屏
Y1
Y2
双踪示波器
45
（一） 建立电路文件 （二） 从元器件库中调有所需的元器件 （三） 电路连接及导线调整 （四）为电路增加文本 （五）示波器的连接 （六）电路仿真
46
47
基于Multisim的电路分析
1 电阻电路分析
13
设置元件的识别、参数值 与属性、节点序号、引脚 名称和原理图文本等文字 的属性设置
14
设置显示窗口 图纸格式
设置窗口图纸的大小
选择窗口图纸的 缩放比例
15
设置导线的宽度 设置导线的自动 连接方式
16
选择文件自动保存功能 并设定保存时间间隔
设置存取文件路径 设置数字电路的 仿真方式
选择PCB的接地方式
设置分析类型 设置显示状态 设置电压幅值
设置标号
设置故障
2.直流电压源
20
3.交流电压源
设置最大值 设置有效值
设置频率 设置初相位
21
4.时钟电压源
实质上是一个频率、占空比及幅度皆可调的方波发生器
22
5.受控源
1）VCVS
23
2）VCCS
24
3）CCVS
multisim仿真教程模拟乘法器的基本概念与特性
内容提要
模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信
号间的相乘功能，是一种普遍应用的非线性模
拟集成电路。本章介绍了模拟乘法器的基本概
念与特性，multisim2001模拟乘法器，以及模
拟乘法器组成的乘法与平方运算电路、除法与
开平方运算电路、函数发生电路、调幅电 路、振幅键控（ASK）调制电路、混频器 电路、倍频器电路、抑制载波双边带调幅 （DSB/SC AM）解调电路和功率测量电路 与计算机仿真设计方法。
模拟乘法器具有两个输入端口X和Y，及一个 输出端口Z（K*XY），是一个三端口非线性网络，
其符号如图6.1.1所示。 z
图6.1.1 模拟乘法器符号
一个理想的模拟乘法器，其输出端Z的瞬
时电压UO仅与两个输入端（X和Y）的瞬时电 压UX和UY的(波形、幅值、频率均是任意的)的
相乘积成正比，不含有任何其它分量。模拟乘
K ：输出增益，默认值1V/V。
Off ：输出补偿，默认值0 V。 Yoff ：Y补偿，默认值0V。 Xoff ：X补偿，默认值0V。 YK ：Y增益，默认值1V/V。 XK ：X增益，默认值1V/V。
点击控制类元器件库 的乘法器图标 ， 即可取出一个乘法器放置在电路工作区中，
双击乘法器图标，即可弹出乘法器属性对话框如 图6.1.2所示，可以在对应的窗口中对乘法器的参 数值、标识符等进行修改。
和平方律输出特性来描述。
当模拟乘法器两个输入信号中，有一个为恒定 的直流电压E，根据式（6.1.1）得到
或
UO＝(KE) UY UO＝(KE) UX
（6.1.2） （6.1.3）
上述关系称为理想模拟乘法器四象限输出 特性。由上式可知，模拟乘法器输入、输出电 压的极性关系满足数学符号运算规则；有一个 输入电压为零时，模拟乘法器输出电压亦为零； 有一个输入电压为非零的直流电压E时；模拟 乘法器相当于一个增益为Au=KE的放大器。
模拟乘法器作用及电路讲解
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。
用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅和检波电路，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。
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。
作调幅时，高频信号加到输入端，低频信号加到Y输入端；作检波时，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有关，否则输出Y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，检波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。
关键词：模拟乘法器，调幅器，检波器，MC1496目录第一章、集成模拟乘法器的工作原理 (2)第一节、模拟乘法器的基本特性 (2)一、模拟乘法器的类型 (2)第二节、变跨导模拟乘法器的基本工作原理 (2)第三节、单片集成模拟乘法器 (3)第二章、集成模拟乘法器的应用 (4)第一节、基本运算电路 (4)一、平方运算 (4)二、除法运算器 (5)三、平方根运算 (5)四、压控增益 (5)第二节、倍频、混频与鉴相 (6)一、倍频电路 (6)二、混频电路 (6)三、鉴相电路 (6)第三节、调幅与解调 (7)一、信息传输的基本概念 (7)二、调幅原理 (8)三、采用乘法器实现解调(检波) (10)第三章、MC1496模拟乘法器构成的振幅器 (10)第一节、振幅调制的基本概念 (10)第二节、抑制载波振幅调制 (13)第三节、有载波振幅调制 (14)第四章、MC1496模拟乘法器构成的同步检波器 (14)总结 (17)参考文献 (18)附录 (18)第一章、集成模拟乘法器的工作原理第一节、模拟乘法器的基本特性模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时值的乘积成正比，而且输入电压的波形、幅度、极性和频率可以是任意的。
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当模拟乘法器两个输入信号中，有一个为恒定 的直流电压E，根据式（6.1.1）得到
或
UO＝(KE) UY UO＝(KE) UX
（6.1.2） （6.1.3）
上述关系称为理想模拟乘法器四象限输出 特性。由上式可知，模拟乘法器输入、输出电 压的极性关系满足数学符号运算规则；有一个 输入电压为零时，模拟乘法器输出电压亦为零； 有一个输入电压为非零的直流电压E时；模拟 乘法器相当于一个增益为Au=KE的放大器。
入电压极性只能取单一极性（即只能是正或只能是 负），则ห้องสมุดไป่ตู้之为“二象限乘法器”；如果两输入电 压极性均可正、可负，则称之为“四象限乘法器”。 两个单象限乘法器可构成一个二象限乘法器；两个 二象限乘法器则可构成一个四象限乘法器.
模拟乘法器有两个独立的输入量UX和UY， 输出量UO与UX和UY之间的传输特性既可以用 式VO＝KUX UY表示，也可以用四象限输出特性
第6章 模拟乘法器电路
内容提要
模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信
号间的相乘功能，是一种普遍应用的非线性模
拟集成电路。本章介绍了模拟乘法器的基本概
念与特性，multisim2001模拟乘法器，以及模
拟乘法器组成的乘法与平方运算电路、除法与
开平方运算电路、函数发生电路、调幅电 路、振幅键控（ASK）调制电路、混频器 电路、倍频器电路、抑制载波双边带调幅 （DSB/SC AM）解调电路和功率测量电路 与计算机仿真设计方法。
本章的重点是掌握模拟乘法器应用电路的 仿真设计与分析方法。模拟乘法器是构成应用 电路的基础，注意模拟乘法器与运算放大器的 结合，以及将模拟乘法器连接在运算放大器的
输入回路和负反馈回路上对电路功能的影响。
6.1模拟乘法器的基本概念与特性
6.1.1 通用模拟乘法器
模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟 集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的 模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运 算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、 通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进 行模拟信号的变换及处理。
K ：输出增益，默认值1V/V。
Off ：输出补偿，默认值0 V。 Yoff ：Y补偿，默认值0V。 Xoff ：X补偿，默认值0V。 YK ：Y增益，默认值1V/V。 XK ：X增益，默认值1V/V。
点击控制类元器件库 的乘法器图标 ， 即可取出一个乘法器放置在电路工作区中，
双击乘法器图标，即可弹出乘法器属性对话框如 图6.1.2所示，可以在对应的窗口中对乘法器的参 数值、标识符等进行修改。
＝UY＝Umcosωt时，则输出电压为
模拟乘法器是一种非线性器件，一般情况下，
它体现出非线性特性。例如，两输入信号为UX
＝UY＝Umcosωt时，则输出电压为
UO＝KUX UY＝KU2mcos2ωt＝KU2mcos2ωt＝
KU2mcos2ωt+KU2mcos22ωt
（6.1.6）
可见，输出电压中含有新产生的频率分量。
注意：一般情况下，线性迭加原理不适用于模 拟乘法器。
6.1.2 multisim2001模拟乘法器
在multisim2001模拟乘法器模型中，输出
电压：
U out K X K (U x X off ) YK (UY Yoff ) O ff
（6.1.7）
式中：Uout ：在Z（K*XY）端的输出电压。 UX ：在X端的输入电压。 UY ：在Y端的输入电压。
图6.1.2 乘法器设置对话框
法器输出特性可表示为:
UO＝KUX UY
（6.1.1）
式（6.1.1）中，K为相乘增益。
根据模拟乘法器两输入电压UX和UY的的极性，
乘法器有四个工作象限（又称区域）。如果两输 入电压都只能取同一极性（同为正或同为负）时， 乘法器才能工作，则称之为“单象限乘法器”； 如果其中一个输入电压极性可正、可负，而另一 个输
模拟乘法器具有两个输入端口X和Y，及一个 输出端口Z（K*XY），是一个三端口非线性网络，
其符号如图6.1.1所示。 z
图6.1.1 模拟乘法器符号
一个理想的模拟乘法器，其输出端Z的瞬
时电压UO仅与两个输入端（X和Y）的瞬时电 压UX和UY的(波形、幅值、频率均是任意的)的
相乘积成正比，不含有任何其它分量。模拟乘
当模拟乘法器两个输入电压相同，则其输 出电压为:
UO＝KUX 2＝KUY2
（6.1.4）
当模拟乘法器两个输入电压幅度相等而极性
相反，则其输出电压为
UO＝－KUX 2＝－KUY2
（6.1.5）
上述关系称为理想模拟乘法器的平方律输
出特性。
模拟乘法器是一种非线性器件，一般情况下，
它体现出非线性特性。例如，两输入信号为UX