MC1496集成電路模擬乘法器的應(yīng)用.doc

：一主要內(nèi)容用集成模擬乘法器MC1496設(shè)計(jì)調(diào)幅器和同步檢波器二基本要求1：電源電壓12v 集成模擬乘法器 MC1496 載波頻率 fc=5MHZ 調(diào)制信號(hào)頻率 f=1KHZ2：完成課程設(shè)計(jì)說明書，說明書應(yīng)含有課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，設(shè)計(jì)原理說明，設(shè)計(jì)原理圖，要求字跡工整，敘述清楚，圖紙齊備。3：設(shè)計(jì)時(shí)間為一周。三主要參考資料1:李銀華 電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo) 北京航天航空大學(xué)出版社2005.62:謝自美 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試 華中科技大學(xué)出版社2003.103:張肅文 高頻電子線路 高等教育出版社2004.11完 成 期 限： 2010.6.21-2010.6.27 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 王新金 2010年 6月20日目錄一 設(shè)計(jì)要求2二 設(shè)計(jì)的作用及目的2三 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn) 33.1 MC1496的工作原理及電路圖43.2調(diào)幅器的工作原理及電路圖53.3 檢波器的工作原理及電路圖6五 心得體會(huì)13六 參考文獻(xiàn)14 集成電路模擬乘法器的應(yīng)用一 設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)要求用集成模擬乘法器MC1496設(shè)計(jì)調(diào)幅器和同步檢波器，其具體要求如下：1. 電源電壓12v 2. 集成模擬乘法器 MC1496 3. 載波頻率 fc=5MHZ 4. 調(diào)制信號(hào)頻率 f=1KHZ二 設(shè)計(jì)作用及目的 通過本課題的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，鞏固所學(xué)理論知識(shí)，進(jìn)一步深入了解集成模擬乘法器的工作原理，掌握調(diào)幅器與檢波器的設(shè)計(jì)原理用來實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅、測量調(diào)幅系數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波形的變換，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。掌握這些后對(duì)調(diào)幅波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，采用設(shè)計(jì)的二極管包絡(luò)檢波器、低道濾波器電路來實(shí)現(xiàn)。了解二極管包絡(luò)檢波器、濾波器的主要指標(biāo)，對(duì)檢波頻率及波形進(jìn)行分析。在此次設(shè)計(jì)中，綜合運(yùn)用了所學(xué)知識(shí)，構(gòu)成了新的知識(shí)框架，提高了對(duì)知識(shí)的理解與實(shí)際運(yùn)用能力，進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則，提高了知識(shí)運(yùn)用的綜合能力。三 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)3.1 MC1496的工作原理及電路圖1)MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為MC1496的內(nèi)部電路及引腳圖MC1496是四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路圖和引腳圖如圖10-1所示。其中V1、V2與V3、V4組成雙差分放大器，以反極性方式相連接，而且兩組差分對(duì)的恒流源V5與V6又組成一對(duì)差分電路，因此恒流源的控制電壓可正可負(fù)，以此實(shí)現(xiàn)了四象限工作。V7、V8為差分放大器V5與V6的恒流源。2） 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)定(1)靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖10-1所示的內(nèi)部電路，應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時(shí)）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即8=10, 1=4, 6=1212V6(12)8(10)2V12V8(10)1(4)2.7V12V1(4)52.7V(2)靜態(tài)偏置電流的確定靜態(tài)偏置電流主要由恒流源I0的值來確定。當(dāng)器件為單電源工作時(shí)，引腳14接地，5腳通過一電阻VR接正電源+VCC由于I0是I5的鏡像電流，所以改變VR可以調(diào)節(jié)I0的大小，即當(dāng)器件為雙電源工作時(shí)，引腳14接負(fù)電源-Vee，5腳通過一電阻VR接地，所以改變VR可以調(diào)節(jié)I0的大小，即根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般取。在本實(shí)驗(yàn)電路中VR用6.8K的電阻R15代替。3.2調(diào)幅器的工作原理及電路圖X通道兩輸入端8和10腳直流電位均為6V，可作為載波輸入通道；Y通道兩輸入端1和4腳之間有外接調(diào)零電路；輸出端6和12腳外可接調(diào)諧于載頻的帶通濾波器；2和3腳之間外接Y通道負(fù)反饋電阻R8。若實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅，可通過調(diào)節(jié)10k電位器RP1使1腳電位比4腳高，調(diào)制信號(hào)與直流電壓疊加后輸入Y通道，調(diào)節(jié)電位器可改變的大小，即改變調(diào)制指數(shù)Ma；若實(shí)現(xiàn)DSB調(diào)制，通過調(diào)節(jié)10k電位器RP1使1、4腳之間直流等電位，即Y通道輸入信號(hào)僅為交流調(diào)制信號(hào)。為了減小流經(jīng)電位器的電流，便于調(diào)零準(zhǔn)確，可加大兩個(gè)750電阻的阻值，比如各增大10。MC1496線性區(qū)好飽和區(qū)的臨界點(diǎn)在15-20mV左右，僅當(dāng)輸入信號(hào)電壓均小于26mV時(shí)，器件才有良好的相乘作用，否則輸出電壓中會(huì)出現(xiàn)較大的非線性誤差。顯然，輸入線性動(dòng)態(tài)范圍的上限值太小，不適應(yīng)實(shí)際需要。為此，可在發(fā)射極引出端2腳和3腳之間根據(jù)需要接入反饋電阻R8=1k，從而擴(kuò)大調(diào)制信號(hào)的輸入線性動(dòng)態(tài)范圍，該反饋電阻同時(shí)也影響調(diào)制器增益。增大反饋電阻，會(huì)使器件增益下降，但能改善調(diào)制信號(hào)輸入的動(dòng)態(tài)范圍。MC1496可采用單電源，也可采用雙電源供電，其直流偏置由外接元器件來實(shí)現(xiàn)。1腳和4腳所接對(duì)地電阻R5、R6決定于溫度性能的設(shè)計(jì)要求。若要在較大的溫度變化范圍內(nèi)得到較好的載波抑制效果（如全溫度范圍-55至+125），R5、R6一般不超過51；當(dāng)工作環(huán)境溫度變化范圍較小時(shí)，可以使用稍大的電阻。R1-R4及RP1為調(diào)零電路。在實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制時(shí)，R1和R2接入，以使載漏減?。辉趯?shí)現(xiàn)普通調(diào)幅時(shí)，將R1及R2短路（關(guān)閉開關(guān)S1、S2），以獲得足夠大的直流補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)范圍，由于直流補(bǔ)償電壓與調(diào)制信號(hào)相加后作用到乘法器上，故輸出端產(chǎn)生的將是普通調(diào)幅波，并且可以利用RP1來調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)的大小。5腳電阻R7決定于偏置電流I5的設(shè)計(jì)。I5的最大額定值為10mA，通常取1mA。由圖可看出，當(dāng)取I5=1mA，雙電源（+12V，-8V）供電時(shí)，R7可近似取6.8k。輸出負(fù)載為R15，亦可用L2與C7組成的并聯(lián)諧振回路作負(fù)載，其諧振頻率等于載頻，用于抑制由于非線性失真所產(chǎn)生的無用頻率分量。VT1所組成的射隨器用于減少負(fù)載變化和測量帶來的影響。3.3 檢波器的工作原理及電路圖調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過程，通常稱之為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波器，同步檢波器。同步檢波器利用一個(gè)和調(diào)幅信號(hào)的載波同頻同相的載波信號(hào)與調(diào)幅波相乘，再通過低通濾波器除高頻分量而獲得調(diào)制信號(hào)。如圖5-3所示，采用1496集成電路構(gòu)成解調(diào)器，載波信號(hào)VC經(jīng)過電容C5010加在、腳之間，調(diào)幅信號(hào)VAM經(jīng)電容C5011加在、腳之間，相乘后信號(hào)由(12)腳輸出，經(jīng)C5013、C5014、R5020組成的低通濾波器，在解調(diào)輸出端，提取調(diào)制信號(hào)。 MC1496構(gòu)成的解調(diào)器二極管包絡(luò)檢波器（大信號(hào)）當(dāng)輸入信號(hào)較大（大于0.5伏）時(shí)，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫?duì)振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，稱為大信號(hào)檢波。大信號(hào)檢波原理電路如圖5-4-a所示。檢波的物理過程如下：在高頻信號(hào)電壓的正半周時(shí)，二極管正向?qū)ú?duì)電容器C充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄。猿潆婋娏鱥D很大，使電容器上的電壓c很快就接近高頻電壓的峰值。充電電 流的方向如下圖所示。 二極管檢波器原理圖及波形圖這個(gè)電壓建立后通過信號(hào)源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時(shí)二極管導(dǎo)通與 否，由電容器C上的電壓c和輸入信號(hào)電壓i共同決定。當(dāng)高頻信號(hào)的瞬時(shí)值小于c時(shí)，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會(huì)通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，調(diào)頻信號(hào)第二個(gè)正半周的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。如圖54b中的t1至t2的時(shí)間為二極管導(dǎo)通的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)又對(duì)電容器充電，電容器的電壓又迅速接近第二個(gè)高頻電壓的最大值。在圖54b中的t2至t3時(shí)間為二極管截止的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)電容器又通過負(fù)載電阻R放電。這樣不斷地循環(huán)反復(fù)，就得到圖54b中電壓c的波形。因此只要充電很快，即充電時(shí)間常數(shù)RdC很?。≧d為二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻）；而放電時(shí)間常數(shù)足夠慢，即放電時(shí)間常數(shù)RC很大，滿足RdC RC,就可使輸出電壓c的幅度接近于輸入電壓i的幅度,即傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期（放電時(shí)c的基本不變），所以輸出電壓c的起伏是很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號(hào)的形狀相同，故輸出電壓c就是原來的調(diào)制信號(hào)，達(dá)到了解調(diào)的目的。根據(jù)上述工作特點(diǎn)，大信號(hào)檢波又稱峰值包絡(luò)檢波。理想情況下，峰值包絡(luò)檢波器的輸出波形應(yīng)與調(diào)幅波包絡(luò)線的形狀完全相同。但實(shí)際上二者之間總會(huì)有一些差距，亦即檢波器輸波形有某些失真。本實(shí)驗(yàn)可以觀察到該檢波器的兩種特有失真：即惰性失真和負(fù)峰切割失真。惰性失真是由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C選得不合適，使放電時(shí)間常數(shù)RC過大引起的。惰性失真又稱對(duì)切割失真，如下圖所示。惰性失真示意圖如圖中t1-t2時(shí)間內(nèi)，由于調(diào)幅波的包絡(luò)下降，電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化，而輸入信號(hào)電壓i總是低于電容C上的電壓c，二極管始終處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓不受輸入信號(hào)電壓控制，而是取決于RC的放電，只有當(dāng)輸入信號(hào)電壓的振幅重新超過輸出電壓時(shí)，二極管才重新導(dǎo)電。為了避免這種失真，理論分析證明，RC的大小應(yīng)滿足下列條件式中ma是調(diào)制系數(shù)；max是被檢信號(hào)的最高調(diào)制角頻率。負(fù)峰切割失真是由于檢波器的直流負(fù)載電阻R與交流（音頻）負(fù)載電阻相差太大引起的一種失真。檢波器總是通過耦合電容CC與低頻放大器或其他電路相連接。如圖56所示。圖中CC是耦合電容，容量較大；ri2是下一級(jí)電路的輸入電阻（一般較小1K左右）。由圖可見：檢波器的直流負(fù)載電阻為R（RL）；由于CC的容量較大，對(duì)音頻（低頻）來說，可以認(rèn)為是短路。 接有交流負(fù)載的檢波器因此，檢波器的交流負(fù)載電阻R等于R與ri2的并聯(lián)值，即 顯然交、直流電阻是不同的，因而有可能產(chǎn)生失真。這種失真通常使檢波器音頻輸出電壓的負(fù)峰被切割，因而稱為負(fù)峰切割失真或底部切割失真，如下圖所示。 V maViVi V負(fù)峰切割失真為了避免這種失真，經(jīng)理論分析R和應(yīng)滿足下列條件適合于解調(diào)含有較大載波分量的大信號(hào)的檢波過程，它具有電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)如下圖所示，主要由二極管D5006及RC低通濾波器組成，它利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程實(shí)現(xiàn)檢波。 所以RC時(shí)間常數(shù)選擇很重要， RC時(shí)間常數(shù)過大, 則會(huì)產(chǎn)生對(duì)角切割失真。RC時(shí)間常數(shù)太小，高頻分量會(huì)濾不干凈。二極管包絡(luò)檢波器五 心得體會(huì) 通過本課題的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)手能力，鞏固所學(xué)理論知識(shí)，進(jìn)一步深入了解集成模擬乘法器的工作原理，在一定程度上掌握了調(diào)幅器與檢波器的設(shè)計(jì)原理用來實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波形的變換，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。掌握這些后對(duì)調(diào)幅波信號(hào)進(jìn)行解