模拟乘法器可以组成频谱搬移电路
模拟相乘器及基本单元电路
4.3.1 模拟相乘器的基本概念
3.基本性质 （1）ux 0，uy 为任意值；或 uy 0 ，ux 为任意值，uz 0
（2）ux C ，则 uz KCuy Cuy
【结论】uz 与uy 成线性关系。
（3）ux uy ，则 uz Kux2
抛物线
【结论】uz 与 ux 是平方律关系，即非线性关系。
X
YZ
工作象限
uy
+
++
I
-
+
-
II
-
-
+
III
II
I
0
ux
III IV
+
-
-
IV
如果：两个输入信号只能为单极性（同为正或同为负）的信号 的乘法器为“单象限乘法器”；一个输入信号适应两种极性，而一 个只能是一种单极性的乘法器为“二象限乘法器”；两个输入信号 都能适应正、负两种极性的乘法器为“四象限乘法器”。
ux 2UT
Ioux 2UT
+ ux
当 ux
2UT
52mV时有
th
因此差分放大器的跨导为
ux 2UT
ux 2UT
+
EC
RC
RC
ic1 - uo + ic2
+ube1-VT1 VT2 -ube+2
Io VT3
时变
gm
iod ux
Io 2UT
而恒流源的电流为
时变
Io
uy
ube3 RE
因此输出电压为
Ry
EC
i3
iB
RC
u+-o i4
VT3 VT4
基于模拟乘法器MC1496的频谱搬移电路设计
由 ＭＣ１４９６内部电路图可知，双差分放大器 Ｖ１～ Ｖ４ 连接方式为：Ｖ１ 和 Ｖ３、Ｖ２ 和 Ｖ４ 通过集电极相 连， Ｖ１ 和 Ｖ４、Ｖ２ 和 Ｖ３ 通 过 基 极 相 连。 这 种 连 接 方 式 决 定了第一对差分放大器的极性与第二对差分放大器的
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＣ１４９６；ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
在无线通信系统 中，频 谱 搬 移 电 路 是 不 可 缺 少 的 单元电路，它能够实 现 将 传 输 信 号 的 频 谱 在 频 率 轴 上 进行不失真的线性搬 移，即 传 输 信 号 经 频 谱 搬 移 电 路 后得到的已调信号的频谱结构能够不失真地复现低频 调制信号的频谱结 构。频 谱 搬 移 可 视 为 两 个 信 号 （调 制 信 号 和 载 波 信 号 ）相 乘 或 者 包 含 相 乘 的 过 程 ，其 中 集 成模拟乘法器是必不可少的元器件。
ＭＣ１４９６ 只 适 用 于 频 率 较 低 的 场 合 ，它 的 工 作 频 率 在１ ＭＨｚ以 下 。
图 １ 犕犆１４９６ 的 引 脚 和 内 部 电 路 图
１ 原 理 分 析
ＭＣ１４９６是根据双差分对模拟 相乘 器 基本 原 理 制 成的单片集成模拟相 乘 器，其 内 部 结 构 及 引 脚 图 如 图 １所示。它由差动放大器（Ｖ５、Ｖ６）和双差分放大器 Ｖ１ ～Ｖ４ 组成，Ｖ７、Ｒ１、Ｖ８、Ｒ２、Ｖ９、Ｒ３ 和 通 过 ５ 脚 外 接 电 阻 Ｒ５ 等组成 多 路 电 流 源 电 路。Ｒ５、Ｖ７、Ｒ１ 为 电 流 源 的基准电路，Ｖ８、Ｖ９ 分 别 供 给 Ｖ５、Ｖ６ 管 恒 定 电 流犐０／ ２，改变外接电阻 Ｒ５ 的大小，可用于调节犐０／２的 大 小。 工作时，载波信号加到 Ｖ１～Ｖ４ 的 输 入 端，调 制 信 号 加 到 Ｖ５、Ｖ６ 的输入端，其输出信号 只 包 含 和 频 与 差 频 分 量，而幅度受到了 调 制 信 号 的 调 制。 调 制 信 号 差 动 放 大器的两个发 射 极 分 别 引 出 外 接 引 线 端 和 ，两 端 之间可接入适当的反 馈 电 阻，使 调 制 信 号 输 入 幅 度 的 线性动态范围满足一 定 的 要 求，它 还 决 定 相 乘 器 的 增 益。Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９ 等组成具有负反 馈 电 阻 的 恒 流 源，Ｒ１、 Ｒ２、Ｒ３ 为负 反 馈 电 阻，它 们 的 作 用 是 展 宽 动 态 范 围，
集成电路模拟乘法器的综合应用
集成电路模拟乘法器的综合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得多，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。
4．掌握二极管包络检波的原理及电路设计方法。
了解二极管包络检波电路中元件选择要求及对检波器性能的影响；学会检波器的检测方法。
二、实验设备与仪器通原与高频信号实验箱一台振幅调制、包络检波、同步检波电路模块一块信号发生器一台数字双踪示波器一台数字万用表一块计算机（MULTISIM仿真软件）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。
高频电子线路复习题-期末考试题库
高频电子线路复习题第一、二章绪论及选聘网络练习题1. 连续波三种调制方式为： 、 、 。
调频 调幅 调相；2. .无线电超外差调幅接收机电路包括：接收天线、高频小信号放大器、 、 、中频放大器、 、低频放大器、电源等。
3.当信号源频率ω ω0（回路谐振频率）时，并联谐振回路呈感性。
小于 或 ＜4. 并联谐振又称为 谐振。
品质因数为Q 的谐振回路的谐振电阻等于电感支路或电容支路电抗值的 倍。
电流 Q5、串联谐振又称为 谐振，若已知信号源电压振幅为S V ，回路品质因数为Q ，则谐振时回路中的回路元件上的电压=0L V , =0C V 。
并联谐振回路的相对通频带为 。
（4分）电压 s V jQ sV jQ - 07.02f f ∆或Q 1 （4分）6、晶体管单谐振回路放大器的矩形系数为：（2分）0.1010.72 ( )2r f K f ⋅∆==≈∆9.957、已知某晶体管的特征频率为300MHz ，则可估算此晶体管工作在10MHz 时的电流放大系数为 。
（2分）308、有一雷达接收机的中频为30MHz ，通频带为10MHz ，则所需中频回路的Q L 值为： ．（2分）3 （2分）9. LC 谐振回路的谐振频率为300kHz ，通频带为10kHz ，此回路的相对通频带为 。
1/3010. 已知一并联谐振回路的谐振频率和其通频带，欲展宽其通频带可以采用在现有谐振回路 。
两端并联电阻的方法并联谐振回路通频带展宽一倍的方法是在回路两端并联一个电阻，其阻值等于回路谐振电阻。
√11、有3级相同的单级增益为A 带宽为Δf 的单调谐回路组成的中放电路的总的增益和带宽分别为 和 。
A 3 0.51Δf （或Δf 21）12、选频网络的品质因数Q 值愈大，其选频能力愈强。
LC 回路的品质因数Q 值愈小，其选频能力愈强。
×13、选择性滤波器主要有 滤波器、 晶体滤波器、 滤波器和 波滤器。
（4分）LC 集中选择性 石英晶体 陶瓷 表面声波 （4分）14、例3.1.1 设某一串联谐振回路的谐振频率为600kHz ，它的L=150H μ，5R =Ω。
4.频谱搬移2
三、半导体器件的线性时变模型
1．二极管 当 v1 = V1mcos1t 足够 大时，二极管轮流工作在管 子的导通区和截止区，其伏 安特性可用自原点转折的两 段折线逼近。
导通区折线的斜率 g0 = (1/RD) ， 相应的增量电导特 性在 v > 0 区域内为一水平 线。
图 4-2-1
v1(t)作用下 I0(t)和g(t)的波形
p,q = | p1 q2|， (p，q = 0，1，2 ，) (4-2-5)
消除无用组合频率分量的措施： ① 器件特性：选有平方律特性的器件(如场效晶体管)； ② 电路：组成对称平衡电路，抵消部分组合分量； ③ 输入电压上：限制输入信号 v2 大小，使非线性器件 处于线性时变状态，组合分量最小。
v1 i iC1 iC2 ( A Bv 2 )th( ) 2VT
图 4-2-4
I0 受 v2 控制的差分对管
v1 i iC1 iC2 ( A Bv 2 )th( ) 2VT
令x1 =V1m /VT
x1 2 2 n 1 ( x1 ) cos(2n 1) 1 t th( cos 1 t ) 2 n 1
相应的傅里叶级数为
4 4 4 K 2 (1t ) cos1t cos 31t ( 1)n1 cos(2n 1)1t 3 ( 2n 1) n1
v1 i iC1 iC2 ( A Bv 2 )th( ) 2VT
x1 th( cos 1 t ) K 2 ( 1 t ) 2
n f (VQ v1 ) a n v1 n0
n 1 f (VQ v1 ) na n v1 n 1
n! n 2 f (VQ v 1) a n v1 n 2 ( n 2)!
模拟乘法器综合应用实验-调制与解调
振幅调制AM (调幅) 调幅) 制FM (调频) 相位调制PM 调相) 相位调制PM (调相) 厚德博学 追求卓越
三,实验应知知识
七,振幅调制与实现方法
所谓振幅调制(AM), 就是用调制信号u 去控制高频载波信号uc 所谓振幅调制(AM), 就是用调制信号uΩ去控制高频载波信号uc 的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号u 的规律变化. 的振幅,使载波信号的振幅按照调制信号uΩ的规律变化.即已调制 信号u 变化的周期与调制信号u 的周期相同, 信号uAM变化的周期与调制信号 Ω的周期相同,且幅度的变化与调 制信号的振幅成正比. 制信号的振幅成正比.
四,调制系统需掌握的主要技术
高频电子线路》中所讲授的调制技术,是用取值连续(模拟) 《高频电子线路》中所讲授的调制技术,是用取值连续(模拟)的基带信 号去控制正弦载波的参数(振幅,频率和相位)的模拟调制系统. 号去控制正弦载波的参数(振幅,频率和相位)的模拟调制系统.需掌握的主要 技术与应知的主要参数有: 技术与应知的主要参数有:
载波分量 : 含传输信息 载波 从有效地利用发射机功率来看,全载波调幅波是很不经济的. 从有效地利用发射机功率来看,全载波调幅波是很不经济的. 下边频分量 上边频分量
调制信号 可见,调幅波并不是一个简单的正弦波,包含有三个频率分量: 可见,调幅波并不是一个简单的正弦波,包含有三个频率分量: 在全载波调幅波中,载波是不含传送信息的 但它至少占有2/3 载波是不含传送信息的,但它至少占有 在全载波调幅波中 载波是不含传送信息的 但它至少占有 ( ω
即实现频分复用. 即实现频分复用.
厚德博学 追求卓越
高频电子线路填空题
高频电子线路填空题1.通信系统由输入变换器、发送设备、信道、接收设备以及输出变换器组成。
2.在通信系统中，共用的基本单元电路除高频小信号放大器、高频功率放大器和正弦波振荡器以外，还有调制和解调、混频和反馈控制电路等。
3.RC相移振荡器中放大器应采用反相放大器；至少要三节基本RC相移网络。
4.LC串联谐振回路中，当工作频率小于谐振频率时，回路呈容性，LC并联谐振回路中，当工作频率小于谐振频率时，回路呈感性。
5.LC谐振回路有串联谐振和并联谐振两种谐振方式。
6.LC串联谐振回路品质因数（Q值）下降，频带变宽，选择性变差。
7.谐振功率放大器中，LC谐振回路既起到阻抗匹配又起到选频滤波作用。
8.要产生较高频率信号应采用、LC 振荡器，要产生较低频率信号应采用RC 振荡器，要产生频率稳定度高的信号应采用石英晶体振荡器。
9.三端式振荡电路是LC正弦波振荡器的主要形式，可分为电容三端式和电感三端式两种基本类型。
10.发射机的中间级高频功率放大器，应工作于过压状态。
因为过压状态输出电压平稳且弱过压时，效率最高。
11.高频功率放大器的三种工作状态，分别为过压、临界、欠压。
12.发射机的末级高频功率放大器，应工作于临界状态，因为临界状态输出功率最大。
13.为了有效地实现基极调幅，调制器必须工作在欠压状态，14.集电极调幅应使放大器工作在过压状态，调幅系数必须> 1。
15.为了有效地实现基极调幅，调制器必须工作在欠压状态，为了有效地实现集电极调幅，调制器必须工作在过压状态。
16.某高频功率放大器原来工作在临界状态，测得Ucm=22v，Ico=100mA，RP=100Ω，Ec=24v，当放大器的负载阻抗RP变小时，则放大器的工作状态过渡到欠压状态，回路两端电压Ucm将减小，若负载阻抗增加时，则工作状态由临界过渡到过压状态，回路两端电压Ucm将增大。
17.丙类高频功率放大器的最佳工作状态是临界工作状态，这种工作状态的特点是输出功率最大、效率较高和集电极电流为尖顶余弦脉冲波。
模拟乘法器应用及调幅电路
Ω1 Ω2 Ω3 Ω4
相
对
振
幅 载频
ωω0-
Ω3ω0+
Ω3 ω ω0+
Ω4 ωoω0–
Ω4 ω0-Ω2ω0+
Ω1 ω0-Ω1
ω0+
Ω2 (a) 调幅前后的频谱图 ω
ωi+
Ω4ωiωi –Ω4ω
+–
VBTvbΩ+
–
+–
– +
VB(t)
Vccvc(t) t
0
EbIc1Ebmin欠压区 过压区
Ic1ic1ub0
0
t
t
Eb0EbmaxEbcr 图6-5a 基极调幅电路 图6-5b基极调幅波形
如图6-5所示集电极调幅电路以载波作为激励信号基极电压随调制信号变化基极调幅电路是工作在欠压状态下的谐振功率放大器。优点是所需要信号源功率小缺点是集电
2、振幅调制方法与电路
调幅电路的原理框图分别如图6-2 (a)(b)(c)所示。 带
通
v AM(t)
ωovΩ(t)
V0(t) vΩ(t)
vDSB(t)
vo(t) (a)普通调幅波实现框图 (b)抑制载波的双边带调幅波
极效率不高。 3、模拟乘法器实现调幅信号的方法
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离器件如二极管和三极管
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sin 0 t
4 4 4 sin 30 t sin 50 t sin(2n 1)0 t 3 5 (2n 1)
式中，ω=2πfo=2π/T，按上式可画出相应的频谱， 如图6-3（b）所示。 其中直流分量对应ω=0的那条谱线。由于u（t）有 无限多项，因此谱线也有无限多条（图中只画出六条 谱线）。但随着f的升高，谱线的长度迅速减小。
15
频率变换电路的分类：
1、频谱搬移电路 即将输入信号频谱沿频率轴进行不失真的搬移， 搬移前后各频率分量的相对大小和相互间隔（即频 谱内部结构）保持不变。 包括调幅、检波和变频电路。
2、频谱非线性变换电路
即将输入信号频谱进行特定的非线性变换电路。 包括调频和鉴频、调相和鉴相电路等。
16
频率变换电路的一般组成模型：
6
一个信号的表示方法大致有三种：
一、信号的数学表达式;（时域） 二、信号的波形；（时域） 三、信号的频谱。（频域）
7
这三种表示方法在本质上是相同的，故可由其 中一种表示方法得到其他两种表示方法。 优点：数学表达式表示信号清楚、准确；
波形和频谱表示信号直观。
缺点：复杂的信号或无规律的信号，要写出它 的数学表达式或画出它的波形很困难； 解决：用频谱来表示这种信号既容易、又方便。 因此用信号的频谱可以表示任何一种信号。
非线性器件
滤波器
图中的非线性器件可以采用二、三极管、场 效应管、差分对管以及模拟乘法器等。 滤波器起着滤除通带以外频率分量的作用， 只有落在通带范围的频率分量才会产生输出电压。
17
§ 4.1.2模拟乘法器及其典型应用
随着集成技术的发展和应用的日益广泛，集成模 拟乘法器已成为继集成运放后最通用的模拟集成电路 之一，本节将对模拟乘法器的基本概念和应用进行简
图6-1 （a）单频信号的波形 （b）单频信号的频谱
9
[例4-2] 某电压信号的频谱如图6-2（a）所示， 试求它的数学表达式，并画出它的波形（设fc》F）。 解: 设ωc=2πfc，Ω=2πF，由图6-2（a）可以得到该电 压信号的数学表达式:（注：式中每项也可写正弦形 式） u(t ) 4cos ct cos(c )t cos(c )t
14
二、频率变换
频率变换：又称为频谱变换。所谓频率变换，是指输 出信号的频率与输入信号的频率不同，而且满足一定的变 换关系。 从频谱的角度来看，调制是把低频的调制信号频谱 变换为高频的已调波频谱； 解调恰与调制相反，它把高频的已调波频谱变换为低 频的调制信号频谱； 变频则把高频的已调波频谱变换为中频的已调波频谱。 因此，调制、解调和变频电路都属于频谱变换电路。
8
[例4-1]某电压信号的数学表达式为:u(t)=3sinω 0t(V) 试画出它的波形和频谱。 解：这是一个单一频率的正弦信号，其频率 f0= ω0/2π ， 其波形如图6-1（a）所示。 由于振幅Um=3V，故其频谱如图6-1（b）所示。
u/V 3 0 1/f0 （a） Um/V
3 t
0 f0 （b） f
单的讨论。
18
一、模拟乘法器
模拟乘法器简称乘法器，是一种实现两个模拟 信号相乘的电路，其符号如图6-5所示。
KM uX uY KMXY X (Z） Y
u0
uX
u0
uY
图6-5模拟乘法器的符号
19
模拟乘法器数学表达式：
由图可以看出，模拟乘法器有两个输入端 X、Y 和一个输出端 Z 。若输入信号分别用 ux 、 uY 表示， 输出信号用uo表示，则:
任务4.1
频率变换及模拟乘法器
1
任务4.1 频率变换及模拟乘法器
4.1.1频率变换的基本概念与信号的表示 4.1.2模拟乘法器及其典型应用 4.1.3频谱搬移的实现原理
2
本讲导航
教学内容 4.1 .1频率变换的基本概念与信号的表示 4.1.2 模拟乘法器及其典型应用 教学目的
1. 掌握频率变换的基本概念与信号的表示
12
U m/V 4/π
1
0
4/3π 4/5π 4/7π 4/9π
ω
ω 0 3ω 0 5ω 0 7ω 9ω 0 0 （b）
（b）信号的频谱
13
小结：
本节重点是信号的频谱。 画频谱时应先写出信号的数学表达式，然后把它 展开，若展开式中有 n项不同频率，不同振幅的正弦 分量相叠加，则频谱中的谱线就有n条。
2. 理解模拟乘法器及其典型应用
3
教学重点
1. 频率变换的基本概念与信号的表示（频谱）
2. 模拟乘法器及其典型应用
教学难点
模拟乘法器应用电路的分析方法
4
§4.1.1频率变换的基本概念与信号的表示
在通信和电子技术中，频率（或频谱）
变换是很重要的概念。本章先简单介绍频率
变换的基本概念，接着讨论实现频率变换的 最重要的器件——集成模拟乘法器及其简单 的应用，最后分析频谱搬移实现原理。
5
一、信号的频谱
信号的频谱：指组成信号的各个频率正弦分量 按频率的分布情况，即用频率f（或角频率ω）作为 横坐标、用组成这个信号的各个频率正弦分量的振 幅Um作为纵坐标作图，就可以得到该信号的频谱图， 简称频谱。 用频谱表示信号的优点是：可以更直观地了解 信号的频率组成和特点，例如信号的频带宽度（带 宽）等。
u0 KM uX uY
式(6-1)
式中，KM为比例系数，称为模拟乘法器的相乘增益, 其量纲为V-1。
20
模拟乘法器的分类：
1、单象限乘法器
要求两个输入电压均为为单极性（二者分别为某 一极性）的乘法器。 2、二象限乘法器 只要求一个输入电压为单极性，而允许另一个 输入电压的极性可正可负的乘法器。 3、四象限乘法器 两个输入电压的极性可正可负的乘法器。
4cos ct 2cos ct cos t
4(1 0.5cos t )cos ct (V )
u/V 6 0 6 （b）
t
图6-2（a）信号的频谱 （b）信号的波形
10
[例4-3]一周期性方波（矩形脉冲）波形如图6-3（a） 所示，写出相应的数学表达式，并画出它的频谱。
u/V 2 0
T/2
T 3T/2 （a）
2T 5T/2
t
图6-3 a）信号的波形 解： 图6-3（a）所示波形的数学表达式为 2 u（t）= 0 nT≤t≤（n+1/2）T （n为整数） （n+1/2）T≤t≤（n+1）T
11
为了画出它的频谱，需应用傅立叶级数的理论把上 述分段函数式展开成幂级数的形式：
u (t ) 1 4