沈阳大学科技工程学院模拟乘法器1.课程设计目的随着电子技术的发展，集成模拟乘法器应用也越来越广泛，它不仅应用于模拟量的运算，还广泛应用于通信、测量仪表、自动控制等科学技术领域。

在本次课程设计实验中，通过对高频电子线路的振幅调制与解调，模拟乘法器的学习设计出由双差分对乘法器为主构成的乘法器常规调幅电路，通过对电路的设计，参数的确定，设计出了方案，按照设计的电路图在Multisim 仿真软件中画出具体的仿真电路图并进行了调试，观察实验结果并与课题要求的性能指标做了对比，最后对实验结果经行了分析总结。

2.设计方案论证2.1 乘法器常规调幅的设计作用随着电子技术的发展，集成模拟乘法器应用也越来越广泛，它不仅应用于模拟量的运算，还广泛应用于通信、测量仪表、自动控制等科学技术领域。

用集成模拟乘法器可以构成性能优良的调幅和解调电路，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。

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。

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。

2.2乘法器常规调幅设计调制就是指携带有用信息的调制信号去控制高频载波信号解调是调制的逆过程，将有用的低频信号从高频载波中还原出来。

调幅过程是非线性变换的过程。

普通调幅是用需传送的信息(调制信号))(t u Ω去控制高频载波)(t u c 的振幅，使其随调制信号)(t u Ω的规律而变化。

调幅时，载波的频率和相位不变，而振幅将随调制信号线性变化。

若载波信号为t U t u c cm c ωcos )(=，调制信号为)(t u Ω。

则普通调幅波的振幅为：)()(t u k U t U a cm cm Ω+=沈阳大学科技工程学院式中，a k 是一个与调幅电路有关的比例常数。

)(t U cm 称为包络函数，它反映了)(t u Ω的变化规律。

因此，调幅波的数学表达式为t t u k U t t U t u c a cm c cm A M ωωcos )]([cos )()(Ω+==2.3 乘法器框图及分析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。

图1 乘法器框图作调幅时，高频信号加到X 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，本实验电路中将载波信号加在X 端，调制信号加在Y 端。

调试时，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 Y 有关，否则输出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，本实验给出的是大信号。

信息传输系统中，调制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。

2.4电路设计基本思路及各部分结构原理差分放大器是基本放大电路之一，由于它具有抑制零点漂移的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算放大器的输入级。

本实验采用双差分对相乘器设计，其电路如下图图2 双差分放大器电路差分放大电路不仅具有放大作用，还具有乘法功能，所以它成为变跨导单片集成模拟乘法器的基本单元电路。

双差分电路由两对差分放大器组成第一对差分放大器Q11，Q9管，第二对差分放大器Q10，Q13管，Q14和1Q8分别是两对差分放大器的恒流源他们的输入电压为差模输入电压，输出集电极交叉连接，同时Q14，Q18又组成一对差分放大管。

本实验恒流源Io/2用Q17，Q19实现，二极管与电阻500Ω构成Q17与Q19的偏置电路，R7为反馈电阻,用于扩展输入信号的范围，计算电路参数，在Multism10中画出仿真电路图正确输入载波信号和调制信号即可进行设计电路仿真。

直流电源采用正负双极电源VCC=|VEE|，差分放大电路都具有放大差分信号，抑制共模信号的作用，实验设计电路中设计的输入信号是差模信号，5和8线输入的是输入信号，由于其幅值很小，在实际电路中采用负反馈技术来扩展它的动态范围R7为增益电阻，在这里起到负反馈的作用流过R7 的共模电流为0，给每管的负载为R7的一半，R4，R5 R6组成单端输出，利用这三个电阻的负反馈作用抑制共模信号，在设计电路中对差模视为短路，R3的作用是给内部差分对管提供恒流源的外接阻抗。

沈阳大学科技工程学院沈阳大学科技工程学院2.5乘法器常规调幅电路参数选择计算低频信号U Ωt U U m Ω=ΩΩcos Ft U m π2cos Ω=高频载波信号分别为 Fct U t w U Uc cm c cm π2cos cos ==式中，F 为输入信号频率，c F 为载波频率，设两者波形的初相角均为零。

将Uc 和ΩU 分别输入模拟乘法器的X 和Y 输入端，a U 为一固定的直流电压，要求a U ≥ΩU ，一般选取a U 为1V 。

由此可得输入端总的输入电压为Y U = a U +t U m ΩΩcos因此，模拟乘法器的输出电压U 。

=K X U Y U =K (a U +t U m ΩΩcos )t w U c cm cos= K t w t U U U U c a cm a cos ]cos )/(1[Ω+Ω= K t w t m U U c a cm a cos )cos 1(Ω+其中Ma 为调幅系数，由设计要求已知调幅系数为0.5，UΩm=500mv ,F=1.5KHz;cm U =100mv.Fc=10KHz.U 。

=K c U U Ω =K0.5 cos2π15000t .0.1cos2π10000t=0.25(cos3000πt+cos20000πt)根据要求对输出波形放大10倍，所以K 取10，所以U 。

=0.25[cos (23000πt)+ cos (17000πt)]对于其它参数根据资料查询可知K=)/()(2t X c V R R aR3的取值可由下面方程决定0-（-VEE ）=（3β+βb I ）R3+Vbe+（1+β）IbR2c I 的取值可根据电路具体情况取值，c I =（VEE-be V ）/(R3+R6),所以取R3为1KΩ。

估算R1和R2，R1=R2，集电极电位约为Vcc —IcR1，基极电位通过外接电阻设定约为0.5Vcc 为了保证T1，T2和T3，处于放大状态则Vcc-IcR1≥0.5V cc ，于是R1≤0.5V cc /Ic=6KΩ，选取R1和R2为1KΩ，Rx为增益控制电阻，暂取500Ω选取Vcc=12V，Vee=-12V,比例电流源射极电阻均取500Ω。

2.6乘法器常规调幅电路设计图3 乘法器常规调幅电路沈阳大学科技工程学院2.7设计电路仿真实现乘法器常规调幅仿真电路图图4 乘法器常规仿真电路图沈阳大学科技工程学院仿真实现结果（1）输入信号仿真波形图5 仿真波形(2）载波信号输入仿真波形图6 载波信号输入仿真波形沈阳大学科技工程学院(3) 输出仿真波形图7 输出仿真波形(4) 调幅波的频谱图8调幅波的频谱沈阳大学科技工程学院沈阳大学科技工程学院(5) AM 波的频谱图9 AM 波的频谱3．设计结果与分析3.1设计电路仿真结果分析用调制信号去改变载波信号的振幅，使其振幅不再是恒指而是随着调制信号成比例变化，m a 为调幅系数，由于m a ≤1，则（1+m a cosΩt ）≥0始终为正，所以这时AM 波的包络与U Ω（t ）成正比关系AM 波的最大值)1(max a cm m U U +=，AM 波的最小值)1(min a m U -=，从而的调幅系数为)/()(min max min max U U U U m a --=，可见m a 越大，AM 波的包络起伏越大，但当m a >1时由于（1+m a cosΩt ）不在始终为正，会出现负值，这时AM 波的包络与U Ω成正比关系，这种情况称为过调，对AM 波来说应尽量避免过调出现。

单频信号调幅后的高频已调波，由幅度为cm U 、角频率为ωc 的载频和两个幅度一样、角频率分别为(ωc+ Ω)、(ωc -Ω)的边频所组成，)(F f c + 称上边频、)(F f c -称下边频，它们对称地排列在载频的两侧，相对于载频的位置仅取决于调制信号的频率。

显然，载波分量并不包含信息，调制信号的信息只包含在上、下边频分量内，边频的幅度反映了调制信号幅度的大小，边频的频率虽属于高频的范畴，但反映了调制信号频率的高低。

由于载波本身并不包含信息，因此为了提高设备的功率利用率，可以不传送载波而只传送两个边带信号，这种调制方式称为抑制载波双边带调幅，简称双边带调幅。

m a等于1时仿真波形图10 仿真波形m a大于1时的仿真波形图11 仿真波形ma>1沈阳大学科技工程学院3.2仿真电路设计失真分析由于通过对仿真电路图进行分析发现此设计电路的仿真输出波形存在一定的失真，其产生失真的原因主要是因为电路设计存在一定的缺陷，模拟乘法器的输出电压含有调制频率与载波频率的“和”频与“差”频分量，即双边带调幅波产生，同时也会有奇次谐波与调制频率的“和”频与“差”频，所以，输出端应该想办法滤除这些无用的分量。

电路还有很多地方需要改善，此设计电路存在相对优缺点，优点是电路设计图相对简单，主要采用双差分对乘法器，相似于MC1496内部结构，即采用芯片实物相连更加简单，成本相对较低，缺点是仿真波形存在失真，还需要改善。

4．设计体会集成模拟乘法器是实现两个模拟量相乘功能的器件它是另一类使用很广泛的模拟集成电路以构成乘法、平方、除法、平方根等运算电路，也可构成压控增益、倍频、混频、鉴相等电路。

混频电路能获得两个输入信号的和频及差频信号输出，集成模拟乘法器混频电路具有良好的特性而被广泛采用。