模拟乘法器MC1496的应用研究

王 旭

（昆明冶金高等专科学校电气学院，云南昆明, 650033）

0 引言

在通信领域电路中，大多数实际应用的相乘器都是集成乘法器，它广泛应用于信号处理、通信、自动控制等领域。模拟乘法器MC1496作为一种有源非线性器件，可以实现对两个模拟信号（电压或电流）的相乘功能，即输出信号与两输入信号相乘积成正比。在高频电子线路中的振幅调制、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[1]。本文对普通调幅、双边带调幅、同步检波、混频电路进行了电路应用设计，利用Multisim11软件进行了仿真测试，并分析比较测试结果。

1 模拟乘法器MC1496的工作原理

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[2]，其内部电路结构可见图1-1。该电路主要包括多路电流源电路，由等组成；基准电路以为电流源；的恒值电流由分别供给，电流大小为并可通过外接电阻进行调节。 通过接线端2和3接入两管的发射极，利用其负反馈作用，使得输入电压的动态范围得以扩大为外接负载电阻。MC1496乘法器符号可见图1-2所示。

由差分电路的基本原理可得

式中分别是三极管的集电极电流。指温度的电压当量，一般在常温T=300K下， 。由图1-1可知，乘法器的差值输出电流大小为

当两管发射极间跨接的负反馈电阻远大于管的发射结电阻时

将式(1-6)代入(1-5)可得

可见，输出信号电流中包含两个输入信号电压的乘积。

图1-1 模拟乘法器MC1496的内部结构

图1-2 模拟乘法器MC1496符号

2 应用研究

2.1 普通调幅电路设计

图2-1 普通调幅系统框图

图2-2 模拟乘法器MC1496普通调幅电路

普通调幅系统框图如图2-1所示，普通调幅电压表达式，信号带宽称为调幅指数，表示载波信号幅值受调制信号控制后改变的程度大小，是调幅波的主要参数之一，一般 。AM调幅波的包络反映与调制信号的变化成正比，可采用同步检波或二极管包络检波[3]。普通调幅电路如图2-2所示。

通过分析AM信号的频谱结构，载波分量本身不反映调制信号的变化，其作用仅是通过乘法器将调制信号频谱进行了搬移，只有上、下边频分量才真正反映调制信号的频谱结构，但由于载波分量占用了发射功率的绝大部分，因此导致效率偏低。

通过适当调节阻值可改变调幅指数，通过对示波器波形进行观察，=1.25时调制波形见图2-3。当＞1时，调制波形已失真，无法反映调制信号的波形变化规律。

2.2 双边带调幅电路设计

双边带调幅波实现模型如图2-4所示，DSB电压表达式：，信号带宽。双边带调幅信号（DSB）产生的直接方法就是将调制信号与载波信号相乘。DSB不含载波，它的包络已不再反映调制信号的变化，要想恢复出调制信号必须采用同步检波器。全部功率为边带占有，所以发射的全部功率都载有信息，功率利用率高于AM信号。图2-5是MC1496双边带调幅电路。

图2-3 与调幅波形关系

图2-4 双边带调幅波实现框图

通过适当调节阻值并对示波器波形进行观察，当阻值为原阻值1/2时，电路产生DSB波，即示波器可见如图2-6所示波形。

图2-6 DSB调制输出波形图

2.3 同步检波电路设计

检波一般指对振幅调制信号的解调过程，通常使用同步检波和包络检波两种方法。采用同步检波方法可以直接反映调制信号的变化规律，而包络检波对抑制载波的双边带信号或单边带振幅调制信号的包络无法实现解调。

利用模拟乘法器实现同步检波的系统框图可见图2-7所示。

图2-7 模拟乘法器同步检波系统框图

该系统工作原理如下：在乘法器的一个输入端输入振幅调制信号，如抑制波的双边带信号或单边带振幅调制信号，另一输入端输入同步信号（即载波信号），经乘法器相乘后，其输出信号通过低通滤波器滤掉高频分量，利用电容滤掉直流分量，剩下的即是所需要的低频调制信号分量，从而实现对信号的解调[4]。

上图中为同步信号，输入乘法器MC1496

的8脚与10脚，因其值较大可使MC1496工作在双向开关状态。 为高频调幅信号（单边带或双边带信号），输入MC1496的1脚与4脚，其幅值即使低至几毫伏以下，也能使解调结果不失真。解调信号结果由MC1496的12脚输出，并通过电容为输出耦合低频、隔除直流。MC1496通过5脚经过接到正电源，采用单电源供电，为器件内部电路提供合适的静态偏置电流。

设输入信号为双边带信号

分析上式（2-3），无论输入信号为双边带信号或单边带信号，输出信号通过低通滤波器滤除高频分量，即可获得低频信号输出。同步检波电路输出波形见图2-9所示。

2.4 混频电路设计

通过在模拟乘法器输入端分别加上两个不同频率的信号，两信号相乘后再经过带通滤波器取出中频信号，实现混频，具体如下：

图2-5 模拟乘法器MC1496双边带调幅电路

图2-8 模拟乘法器MC1496同步检波电路

经带通滤波器后，取

在上图2-10中，正弦波和高频信号分别由MC1496的10脚（X输入端）和1脚（Y输入端）输入，混频后的中频信号由6脚经带通滤波器输出。电路中由构成选频滤波回路，调节电阻阻值可控制1、4脚的直流电位差，以减小输出信号的波形失真。

图2-9 同步检波电路输出波形图

图2-10 模拟乘法器MC1496混频电路

3 结论

利用电路设计与仿真软件Multisim11，创建集成模拟乘法器MC1496电路模块进行仿真测试，并通过模拟乘法器MC1496实现了普通调幅、双边带调幅、同步检波、混频电路的电路应用设计，阐述了以上电路的设计思路并进行了仿真，对不同实验结果进行比对及分析，加深了对模拟运算电路的理解和拓展了模拟乘法器MC1496的应用。

参考文献

[1] 谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

[2] 林章．模拟相乘器MC1496的应用分析．闽江学院学报．2005年4月第25卷第2期：44-49．

[3] 樊昌信. 通信原理 (第六版）.北京：国防工业出版社，2006.2

[4] 张素文. 高频电子线路（第五版）．北京：高等教育出版社，2009.5

[5] 聂典，丁伟． Multisim 10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M]．电子工业出版社，2009：12-72．