集成模拟乘法器及其应用01
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，
8.6模拟乘法电路及其应用
当
若 若 若 若
，形成负反馈 ，形成正反馈 ，形成负反馈 ，形成正反馈 负反馈 使运放 工作在 线性区
当根运算电路 ① 平方运算符号 ② 电路组成 由“虚断”和“虚地” 有 ，则
可见，只有当
时才能实现平方根运算，
故该电路为负电压开方电路。
8．集成运算放大电路的基本应用
8.6 模拟乘法电路及其应用
模拟乘法电路的基本概念 （1）模拟乘法电路简介 模拟乘法电路（模拟乘法器），它是用来实现两个或多个模拟量的相乘。
（2）利用对数和指数运算电路实现乘法运算
模拟乘法电路的应用 （1）除法运算电路 乘法器与集成运放相结合，且乘法器作集成运放的反馈元件。 （2）运算关系
第6章 集成模拟乘法器及其应用
1 1 ′ ′ ′ uo = U cm (1 + ma cos Ωt ) cos ωct = U cm cos ωct + maU cm cos(ωc + Ω)t + maU ′ cos(ωt − Ω)t 2 2
第6章
集成模拟乘法器及其应用
6.2 集成模拟乘法器的应用
三、调幅与解调
5、用乘法器实现解调(检波) 采用乘法器实现解调(检波)
1 uo = KU xmU ym [cos(ω x + ω y )t + cos(ω x − ω y )t ] 2
和频 差频
第6章
集成模拟乘法器及其应用
6.2 集成模拟乘法器的应用
二、倍频、混频与鉴相 倍频、
3、鉴相电路
课程引入 教学目标 重点难点 教学内容
鉴相电路用来比较两个输入信号的相位差， 鉴相电路用来比较两个输入信号的相位差， 即它的输出电压与两输入信号之间的相位差 成正比，用模拟乘法器构成的鉴相电路。 成正比，用模拟乘法器构成的鉴相电路。
一、基本运算电路
2、除法运算器
课程引入 教学目标 重点难点 教学内容 思考练习
由集成运放和模拟乘法 器组成。 >0时 器组成。当u1>0时， <0， <0， uO<0，为使u3<0，则 >0； <0时 >0， u2>0；当u1<0时，uO>0， >0， 为使u3>0，则 u2>0 。 uo=-R2/KR1·u1/u2 条件：u3与u1必须反相 条件：
教学内容 思考练习
4.掌握调幅和解调的原理 。
第6章
集成模拟乘法器及其应用
重点难点：
课程引入 教学目标 重点难点 教学内容 思考练习
集成模拟乘法器的设计及应用
信息系统综合设计报告书课题名称集成模拟乘法器的设计及应用 姓 名 学 号 院、系、部电气工程系 专 业电子信息工程 指导教师石家庄铁道大学四方学院2011年12月30日 ※※※※※※※※※※※ ※※※※ ※※※※※※※※※ 2008级信息系统综合设计集成模拟乘法器的设计及应用一、设计目的掌握集成模拟乘法器（MC1496）的基本工作原理及构成的振幅调制、同步检波电路的原理。
二、设计要求振幅调制电路设计，改变滑动变阻器的值实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制同步检波电路设计三、设计原理1．MC1496集成模拟相乘器基本工作原理及内部结构集成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。
集成模拟乘法器MC1496是目前常用的平衡调制/解调器。
它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、动态增益控制等。
根据双差分对模拟相乘器基本原理制成的单片集成模拟相乘器MC1496是四象限的乘法器。
其内部电路如图1.(a)所示，其中 V7、R1、V8、R2、V9、R3和R5等组成多路电流源电路，V7、R5、R1为电流源的基准电路，V8、V9分别供给V5、V6管恒值电流I0/2，R5为外接电阻，可用以调节I0/2的大小。
由V5、V6 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，以扩大输入电压U2的动态范围。
Rc 为外接负载电阻。
根据差分电路的基本工作原理，可以得到)2/(1521T c c c U u th i i i =- (1.1.1))2/(1631T c c c U u th i i i =- (1.1.2))2/(2065T c c U u th I i i =- (1.1.3)式中 ic1、ic2、ic3、ic4、ic5、ic6 分别是三极管V1、V2、V3、V4、V5、V6 的集电集电流。
模拟集成乘法器.
则差分电路的跨导
电路中，恒流源电流I0为
I0
v y v BE RE
第4章 模拟集成乘法器 可见，当大小变化时，I0值变化，从而控制了差分电路的 跨导，此时输出电压为
iod g m v x
v0 iod RC g m v x RC
RC RC vx v y v BE v x 2VT RE 2VT RE
或 Z＝(KE)Y
上述关系称为理想模拟乘法器四象限输出特性，其曲线如图4.1.3所示。 由图可知，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 非零的直流电压正时，模拟乘法器相当于一个增益为Av＝KE的放大器。
第4章 模拟集成乘法器
模拟乘法器具有两个输入端口X和Y及一个输出端口Z，是一个三 端口非线性网络，其符号如图4.1.1所示。 一个理想的模拟乘法器，其输出端的瞬时电压仅与两输入端的 瞬时电压和[、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。模拟乘法器输出特性可表示为
v0 (t ) Kv x (t )v y (t )
图4－1－3 理想模拟乘法器四象限输出特性
图4－1－4 理想模拟乘法器平方律输出特性
第4章 模拟集成乘法器 4.1.2.2 平方律输出特性 当模拟乘法器两个输入电压相同，即X＝Y，则其输出电压为 Z＝KX2＝KY2 (4.1.5) 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 Z＝一KX2＝一KY2 (4.1.6) 上述关系称为理想模拟乘法器的平方律输出特性，其曲线如图 4.1.4所示。 由图可知，是两条抛物线。
1 ` 1 2 2 KVm KVm cos 2t 2 2
实验四 集成电路模拟乘法器的应用
实验四集成电路模拟乘法器的应用模拟乘法器是利用晶体管的非线性特性,经过电路上的巧妙设计,在输出中仅保留两路输入信号中由非线性部分产生的信号的乘积项,从而获得良好的乘积特性的集成器件。
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。
本实验仅介绍MC1496集成模拟乘法器。
一、实验目的1．了解模拟乘法器（MC1496）的组成结构与工作原理，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振幅调制(AM与DSB)、同步检波、混频、倍频等几种频率变换电路的原理及设计方法。
3．学会综合地、系统地应用已学到模电、数电与高频电子线路的知识，掌握对振幅调制、同步检波、鉴频、混频和倍频电路的设计与仿真技能，提高独立解决问题的能力。
二、实验设备与仪器高频实验箱 WHLG-2 一台数字双踪示波器 TDS-1002 一台高频信号发生器 WY-1052 一台数字万用表一块三、实验任务与要求1、模拟乘法器1496的构成、基本原理说明①集成模拟乘法器的内部结构MC1496集成模拟乘法器的内部电路结构和引脚排列如图4-1所示。
图4-1 MC1496的内部电路及引脚图MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。
其中V1、V2与V3、V4组成双差分放大器，V5、V6组成的单差分放大器用以激励V1～V4。
V7、V8及其偏置电路组成差分放大器V5、V6的恒流源。
引脚8与10接输入电压C u ，1与4接另一输入电压t u ，输出电压o u 从引脚6与12输出。
引脚2与3外接电阻R E ，对差分放大器V5、V6产生串联电流负反馈，以扩展输入电压y u 的线性动态范围。
实验七 集成电路模拟乘法器的应用
实验七集成电路模拟乘法器的应用一、乘法器混频1、预调工作：参看附图G2a) 接好连接器J12，J13，J15，J19，J110构成混频电路；b) 按下开关K11；2、接输入信号；a) 从IN11脚输入频率为10.7MHz载波信号，大小为Vp-p=300mV的信号（由高频信号源部分产生参考高频信号源的使用）；b) 从IN13脚输入频率为10.245MHz的信号，此信号由“正弦波振荡器”单元的晶体振荡部分产生，从测试钩TT51引入；3、实验现象：在测试钩TT11脚测得信号的频率为455KHz（用频率计观测），大小为400mV（用示波器观测）。
二、乘法器调幅1、预调工作：参看附图G2a) 接好连接器J11，J14，J16，J17，J18（断开J12、J13、J15、J19、J110），构成调幅电路；b) 按下开关K11；2、接输入信号：a) 从IN11脚输入10.7MHz的载波信号，大小为Vp-p=1.2V，从高频信号源部分引入（参考高频信号源使用）；b) 从IN12脚输入频率为1KHz，大小为Vp-p=2V的正弦波调制信号，从低频信号源部分引入（参考低频信号源使用），改变调制信号的大小使调幅波不失真；3、实验现象：调节电位器W11，在测试钩TT11脚处用示波器可以观察到调制深度不同“有载波的调幅波”和“抑制载波的调幅波”，如图12所示。
图12三、乘法器同步检波1、预调工作：如附图G3所示a) 接好连接器J22，J24，J26（断开J21、J23、J25），构成检波电路；b) 按下开关K21；2、接输入信号：a) 从IN21脚输入10.7MHz的载波信号（幅度大小与平衡调幅的一样，相当于同步载波），由高频信号源提供（参考高频信号源使用）；b) 从IN23脚输入调幅波，此信号由“乘法器调幅”部分产生，由测试钩TT11输出；3、实验现象：在测试钩TT21脚处用示波器可以观察到检波后得到的正弦波，如图13所示。
模拟乘法器及其应用
ωs >> Ω
UΩm 调 系 ： = 幅 数 m Usm
调 波 uo =Usm ( + mcosΩ )cosωst 幅 ： 1 t
=Usm cosωst + m sm cosΩ cosωst U t 1 =Usm cosωst + m sm cos( s +Ω t U ) ω 2 1 + m sm cos( s −Ω t U ω ) 2
2 2
1 = KU 2 1 u o = KU 2
Sm
(1 + cos 2 ω s t ) cos 2 ω s t
2 Sm
§4 其他应用
ui E x y K
uo
可控增益 放大器
uo = (K )ui E
绝对值电路
ui x y -K
uo
A
uo'
压控方波三角 波发生器
C Uc
UZ
uo1 = ± KU CU Z 可改变积分电容的充放电速率， 从而通过模拟乘法器实现频率可调
若 通 波 中 频 为 l −ωs， 宽 于 Ω 带 滤 器 心 率 ω 带 大 2 ， 1 则 uo = K SmULm (1+mcosΩ )cos(ωl −ωs )t 有 U t 2
五 倍频
us
x y K
' uo
uo
高通滤波器
us = U
'
Sm
cos ω s t
2 Sm
u o = KU
cos ω s t
uo ' = KuiuR = KUsmURm (1+ mcosΩt) cos2 ωst 1 1 = KUsmURm (1+ mcosΩt)( + cos2ωst) 2 2 1 1 1 = KUsmURm (1+ cos2ωst + mcosΩt + mcosΩt cos2ωst) 2 2 2 1 1 = KUsmURm[1+ cos2ωst + mcosΩt 2 2 1 1 + mcos(2ωs + Ω)t + mcos(2ωs − Ω)t] 4 4
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集成模拟乘法器及其应用
内容简介
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，同时也广泛用于电子测量仪表、通信系统，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。
知识教学目标
了解集成模拟乘法器的基本工作原理和单片集成模拟乘法器的简单应用。
技能教学目标
会进行模拟乘法器调幅电路的调整和测试。
本章重点
集成模拟乘法器的基本特性。
本章难点
集成模拟乘法器的基本运算电路。
6.1 集成模拟乘法器
6.1.1 集成模拟乘法器的基本工作原理
一、模拟乘法器的基本特性
模拟乘法器的电路符号如图6.1.1所示，它有两个输入端、一个输出端。
若
输入信号为u
x 、u
Y
，则输出信号u
o
为
式中，K称为乘法器的增益系数，单位为V-1。
图6.1.1 模拟乘法器电路符号
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图。
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u
x 、u
Y
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u
x
=0，
u Y =0时，u
≠0，通常把这时的输出电压称为输出失调电压；当u
x
=0，u
Y
≠0(或
u Y =0，u x ≠0)时，u 0≠0，称这时的输出电压为u Y (或u x )的输出馈通电压。
输出失调电压和输出馈通电压越小越好。
此外，实际乘法器中增益系数K 并不能完全保持不变，这将引起输出信号的非线性失真，在应用时需加注意。
二、变跨导模拟乘法器的基本工作原理
图6.1.2 模拟乘法器原理图
变跨导模拟乘法器是在带电流源差分放大电路的基础上发展起来的，它的基本原理电路如图6.1.2所示。
图中V 1、V 2为特性相同的三极管，其β1=β2=β, r be1=r be2=r be 。
V 3为恒流管，当
时，其集电极电流
，当输入电
压u x =0时，I E1=I E2=I c3/2，差分放大电路输出电压u 0=0。
若差分放大电路输入电压为u x ，则由图6.1.2可得输出电压u 0为
当I E1、I E2比较小时，V 1、V 2管的输入电阻r be 可近似为
其中
在室温下，K为常数，可见输出电压u
o 与输入电压u
X
、u
Y
的乘积成比例，就
是说图6.1.2所示差分放大电路具有乘法功能。
但u
Y
必须为正才能正常工作，故
为二象限乘法器，其次，u
X
小时误差比较大。
因此，该电路的乘法性能是不够理
想的。
由于这种乘法器电路中，V
3管的电流I
c3
随U
Y
而变化，导致V
1
、V
2
管的跨
导g
m
变化，因此称为变跨导模拟乘法器。
6.1.2单片集成模拟乘法器
图6.1.3 MC1496型集成模拟乘法器
采用两个差分放大电路可构成较理想的模拟乘法器，称为双差分对模拟乘法器，也称为双平衡模拟乘法器。
图6.1.3所示(虚线框内)是根据双差分对模拟乘
法器基本原理制成的单片集成模拟乘法器MCl496的内部电路。
图中，V
1、V
2
、V
5
和V
3、V
4
、V
6
分别组成两个基本模拟乘法器，V
7
、V
8
、V
9
、R
5
等组成电流源电路。
R 5、V
7
、R
1
为电流源的基准电路，V
8
、V
9
均提供恒值电流I
／2，改变外接电阻R
5
的大小，可调节I
0／2的大小。
图中2、3两脚，即V
5
、V
6
两管发射极上所跨接的
电阻R
Y
，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u
Y 的线性动态范围。
该乘法器输出电压u
o
的表示式为
其增益系数为
式(6.1.6)中u
X 必须为小信号，其值应小于U
T
(≈26mV)；因电路采用了负反馈
电阻R
Y ，u
Y
的线性动态范围被扩大了，它的线性动态范围为
也就是说，的最大线性动态范围决定于电流源I
0／2与负反馈电阻R
Y
的乘积。
对u
X 也可以采用线性动态范围扩展电路，使之线性动态范围大于U
T
，MCl595
集成模拟乘法器就属于这种类型。
其内部电路由两部分组成：一部分为双差分对模拟乘法器，与MCl496电路相同；另一部分为u
X
线性动态范围扩展电路。
MCl595
外接电路及外形图如图6.1.4所示。
4、8脚为u
X 输入端，9、12脚为u
Y
输入端，
2、14脚为输出端，其输出电压u
表示式为
其增益系数
图6.1.4 MCl595外接电路及外形图
通过调节I
0/的大小(由微调R
3
的阻值实现)可以改变增益系数，MCl595增益系
数的典型值为0.1V-1。
R
X 、R
Y
为负反馈电阻，用以扩大u
X
、u
Y
的线性动态范围，
u X 、u
Y
的线性动态范围分别为。