应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

编号

题 目 应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计

学生姓名

学 号

专 业

班 级

指导教师

2010年 5 月

目录

摘 要 ....................................................................................................................................... 3

第1章 模拟相乘器 ............................................................................................................. 4

1 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

1.1模拟相乘器的基本特性 ................................................................................................... 4

第2章 混频器 ..................................................................................................................... 6

2.1混频概念和实现模式 ....................................................................................................... 7

2.2混频干扰 ........................................................................................................................... 8

2.3模拟相乘器组成的混频电路 ......................................................................................... 13

第3章 MC1496的介绍 ......................................................................................................... 16

3.1有关MC1496介绍 ........................................................................................................... 16

3.2基本工作原理 ................................................................................................................ 17

第4章 设计总结 ................................................................................................................. 19

结束语 .................................................................................................................................... 20

致谢 ....................................................................................................................................... 21

参考文献 ............................................................................................................................... 21

应用模拟乘法器实现混频电路的系统仿真设计

摘要

2 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。工作象限是指容许输入变量的符号范围。只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。线性度是指相乘器的输出电压uO与输入电压ux(或uy)成线性的程度。馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。 混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号，必须保持 ①调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。

②频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变

混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。

fI = fL - fC 或fI = fL+fC （其中fI表示中频频率，fL表示本振频率，fC表示载波频率。一般取差频）

在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。

由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。

关键词：模拟相乘器；混频电路

第一章 模拟乘法器

3 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

1.1模拟乘法器的基本特性

1. 基本概念

含义：可实现任意两个互不相关模拟信号相乘的三端口的非线性电子器件 （AM为相乘增益，亦称比例系数或标尺因子） v0??AMv1v2模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图1所示。

Ux

K Uy

Uo

图1模拟乘法器电路符号

若输入信号为ux, uy,则输出信号uo为：

uo=k uy ux (k为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V?1.)

根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，如图2所示的工作象限来说明。

II

(-) (+)=(-) I

(+) (+)=(+)

III (-) (-)=(+) IV (+) (-)=(-)

图2模拟乘法器的工作象限

若信号ux、uy均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号ux、uy中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象

4 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。

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，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，这是由于uy（或ux）信号直接流通到输出端而形成的，称这时的输出电压为uy（或ux）的输出馈通电压。输出是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。 2．传输特性

① 直流和低频传输特性

零输入响应 ：零输入状态时，是非零的输出，存在误差电压（输出失调电压和馈通误差电压）

直流传输特性 （一个输入为直流时） 平方律特性 （V1=V2） ② 非线性传输特性 ③ 正弦信号传输特性

第二章 混频器

2.1混频原理及特点

混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。

fI = fL - fC 或fI = fL+fC （其中fI表示中频频率，fL表示本振频率，fC表示载波频率。

一般取差频）

图7是混频电路组成原理图。混频电路的输入是载频为fc的高频已调波信号us(t)和频率为fL的本地正弦波信号(称为本振信号)uL(t), 输出是中频为fI的已调波信号uI(t)。通常取fI=fL-fc。以输入是普通调幅信号为例,若us(t)=Ucm［1+mauΩ(t)］cos2πfct,

5 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

① 中频干扰(p=0,q=1) fn= fI (中频直通)

中频干扰一旦进入混频器输入端，混频器无法将其削弱或抑制，它具有比有用信号更强的传输能力。因为对于中频干扰来讲，混频器实际上起到了中频放大器的作用。所以要求中频抑制比大于等于30dB。

克服办法：提高输入回路的选择性，加中波陷波电路。 ② 镜像干扰(p=1,q=1) fn= fL+fI=fc +fI

镜像干扰只要能进入输入回路到达混频器输入端，就具有与有用中频通道相同的变换力，混频器无法将其削弱或抑制。

将上式变换，可得：fc?qp?1fn?fI pp该式说明，当干扰电台fn的频率一定时，只要接收机调谐在满足上式计算出的频率上，则该干扰电台就会形成寄生通道干扰。

例如，中波收音机中，在混频器输入端有干扰电台 fn=1000KHZ作用，根据上式求出收音机调谐在下列几个频率上时，会使该干扰形成寄生通道干扰。

当p=1,q=2时，fc=2fn-2fI=2000-930=1070KHZ 当p=2,q=2时，fc=fn-1/2fI=1000-465/2=767.5

对应于其它不同的p、q值，得到的fc均在接收机频率范围（中波广播为535～1605KHZ）之外，不会形成干扰。 （3）克服办法：

①Q和VLM的大小，使g(t)?uL(t) ②提高输入回路选择性，加陷波器。 ③提高fI,使fn与fc间距加大。 三.非线性失真

包络失真和强信号阻塞（u态），交叉调制（三次方以上各项），互相调制（平方项以上），混频器、放大器中均有存在。 克服方法：

①选平方律特性的器件

11 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于

衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

②Q合理选，使其工作在平方律区域 ③加负反馈扩大动态范围 ④采用组合电路

设输入信号为vS=VS coswSt,本机振荡信号为vL=VLcoswLt 由相乘混频的框图可得输出电压

v0 =1/2 KFKMVLVScos(wL-wS)t

=V0cos(wL-wS)t

式中 v0 =1/2 KFKMVLVS

定义为混频增益AM为中频电压幅度V0与高频电压VS之比，就有 AM=V0/VS=1/2KFKMVL

下图为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成

2.3混频电路

图11 MC1496构成的混频电路

上图为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。本实验中输入信号频率为fS＝10MHz(由DDS信号发生器输出)，实验箱自己提供的信号源作为本振信号，其频率fL＝16.465MHz。

为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入

12 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

信号电压VS和本振电压VL外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合信号频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的接收。干扰影响最大的是中频干扰和镜象干扰。

MC1496采用双电源+12V，-12V供电。R12，R13组成平衡电路，J7为本振信号输入端；J8为接收信号输入端；F2为中心频率为4.5MHz带通滤波器。输入信号频率fs=4.5MHZ,本振频率fL=8.7MHZ。电路的作用是将中心频率为fs的信号，变换为中心频率为fI的信号。电路的基本工作过程是，接收到的频率为fs的信号和频率为fL的本振信号分别加到非线性集成模拟相乘器的两个相乘端，相乘的结果经过晶体滤波器，选出其中的fI信号，实现了频率变换的功能。 电路仿真如下：

当载波频率 fc=1MHz ，振幅25mV，调制频率 F=10kHz ，振幅50mV， 时，显示输出得到双边带的调幅波波形，及调幅波的频谱。

、

取 10kΩ

13 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

（2） 当载波频率 fc=1MHz ，振幅25mV，调制频率 F=10kHz ，振幅120mV， 10kΩ

时，显示输出普通调幅波波形，及调幅波的频谱。

第三章 MC1496的介绍

3.1关于MC1496的介绍

14 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

(a) 内部电路 （b）引脚图

图16 MC1496的内部电路及引脚图

工作电压VEE=-8V；载波抑制大于50dB；平衡式输入和输出，带宽大于80MHZ；输入偏置12uA；输入失调电流0.7uA；输出失调电流14uA；CMRR=85Db；电源电流3.0mA。

（2）静态工作点设置

MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电。器件的静态工作点由外接元件确定。

ａ、静态偏置电压的确定

静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集—基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，对于图16所示的内部电路，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即

u8?u10,u1?u4,u6?u12 (3-1)

15V?(u6,u12)?(u8,u10)?2V?? 15V?(u8,u10)?(u1,u4)?2.7V? (3-2)

?15V?(u1,u4)?u5?2.7V?

ｂ、静态偏置电压的确定

一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图16（a），三对差分放大器的基极电流I8、

I10、I1和I4可以忽略不记，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源I0的值确定。当器件为

15 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于

衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源（+UCC的典型值为+12V），由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0的大小，即

I0?I5?uCC?0.7V (3-3)

R5?500?当器件为双电源工作时，引脚14接负电源-UEE（一般接-8V），5脚通过电阻R5接地，因此，改变R5也可以调节I0的大小，即

I0?I5??uEE?0.7VR5?500? (3-4)

根据MC1496的性能参数，器件的静态电流小于4mA，一般取I0?I5?1mA左右。 器件的总耗散功率可由下式估算

PD?2I5(u6?u14)?I5(u5?u14) (3-5)

PD应小于器件的最大允许耗散功率（33mW）。

3.2基本工作原理

设输入信号Ux?Uxmcos?xt， Uy?Uymcos?yt，则MC1496乘法器的输出U0与反馈电阻RE 及输入信号Ux、Uy的幅值有关。

（1）不接负反馈电阻（脚2和3短接）

a、Ux和Uy皆为小信号??26mV?时，由于三对差分放大器（VT1，VT2，VT3，VT4及VT5，

VT6）均工作在线性放大状态，则输出电压U0可近似表示为

U0? ?I0RLUxUy?K0UxUy 22UT1K0UxmUym[cos(wx?wy)t?cos(wx?wy)t] （3-6） 2式中，K0——乘法器的乘积系数，与器件外接元件参数有关，即 K0?I0RL22UT （3-7）

KT?26mV q式中， UT——温度的电压当量，当T=300K时，UT?16 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

RL——输出负载电阻。

式（3-6）表明，输入均为小信号时，MC1496可近似为一理想乘法器。输出信号U0中只包含两个输入信号的和频与差频分量。

b、Uy为小信号，Ux为大信号（大于100mV）时，由于双差分放大器（VT1、VT2和VT3、VT4）处于开关工作状态，其电流波形将是对称的方波，乘法器的输出电压U0可近似表示为

U0?K0UxUy?K0Ugm?An[cos(nwx?wy)t?cos(nwx?wy)t]（n为奇数） （3-8）

n?1?输出信号UO包含wx?wy,3wx?wy,5wx?wy,······,(2n?1)wx?wy等频率分量。

（2）接入负反馈电阻

由于RE的接入，扩展了Uy的线性动态范围，所以器件的工作状态主要由Ux决定，分析表明：

ａ、当Ux为小信号

U0???2?V6m时，输出电压U0可表示为

RL1UxUy?KEUxmUym[cwox?sw(y)t?cowswy)t] （3-9） x?(REUT2式中：KE?RL （3-10） REUT式（3-9）表明，接入负反馈电阻RE后，Ux为小信号时，MC1496近似为一理想的乘法器，输出信号U0中只包含两个输入信号的和频与差频。

ｂ、当Ux为大信号??100mV?时，输出电压U0可近似表示为 U0?2RLUy (3-11) RE上式表明，Ux为大信号时，输出电压U0与输入信号Ux无关。

第四章 设计总结

我们的设计是关于高频电子技术中的模拟相乘器部分。在高频电子线路中，振幅调制、

17 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量电压或电流相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。使用乘法器克服了器件的诸多不足之处，适用于电压控制放大器、可变滤波器、多通道功率计算以及低频解调器等电路。非常适合于产生复杂的要求高的波形，尤其适用于高精度CRT显示系统的几何修正。在对这些理论知识了解的基础上，再结合实践，我们最终完成了此项任务。

结束语

18 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首三年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦

的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步 不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。

19 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，

而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。

致谢

最后还要特别感谢导师对我的指导，可以这么说，没有我的导师，我的毕业论文不会那么顺利地完成。导师给了我们巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激。导师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。

因而，在有限的人生中追求人生的无限的过程中，导师是值得感谢的人，真心地祝愿我的导师身体健康、工作顺利，在学术研究上取得更为辉煌的成就，为我等晚辈做出更好的引航作用！

参考文献

[1]《Mlutisim电路设计及仿真入门与应用》 郑步生，吴渭 主编 [2]《EDA技术基础》 郭勇，许戈，刘豫东 主编 [3]《高频电子技术》 胡宴如 主编 [4]《高频电路实验与仿真》 于海勋，郑长明 主编

20 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8oba.html