实验二 模拟乘法器幅度调制实验 AM
一、实验目的
1．学习幅度调制的原理。
2．掌握用集成模拟乘法器构成调幅电路的方法。 3．掌握集成模拟乘法器MC1496用于调幅电路的方法。 二、实验仪器与设备
1．THEX-1型实验平台、模拟乘法器幅度调制实验（AM） 2．20MHz双踪示波器、万用表 三、实验原理 （一）幅度调制原理
调幅就是用低频调制信号去控制高频振荡（载波）的幅度，使高频振荡的振幅呈调制信号的规律变化；而检波则是从调幅波中取出低频信号。振幅调制信号按其不同频谱的结构分为普通调幅（AM）信号，抑制载波的双边带调制（DSB）信号，抑制载波和一个边带的单边带调制（SSB）信号。
把调制信号和载波同时加到一个非线性元件上（例如晶体二极管和晶体三极管），经过非线性变换电路，就可以产生新的频率成分，再利用一定带宽的谐振回路选出所需的频率成分来实现调幅。设载波信号为?c(t)?Vcmcos?ct，调制信号为??(t)?V?mcos?t，则调幅信号的表达式为
?o(t)?Vcmcos?ct(1?mcos?t)?Vcmcos?ct?12mVcmcos(?c??)t?12mVcmcos(?c??)t
式中，m为调幅系数，m?V?mVcm；Vcmcos?ct为载波信号；12mVcmcos(?c??)t为上边带信号；12mVcmcos(?c??)t为下边带信号。它们的波形及频谱如图2-1所示。由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，因此，信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。为提高信息传输效率，广泛采用抑制载波的双边带或单边带振幅调制。双边带调幅波的表达式为
?（?12mVcm[cos(?c??)t?cos(?c??)t]?mVcmcos?ctcos?t Ot）单边带调幅波的表达式为?（?12mVcmcos(?c??)t或?（?12mVcmcos(?c??)t Ot）Ot）（二）集成模拟乘法器
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。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
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相乘的过程。由于采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单得多，而且性能优越，因而广泛应用于无线通信、广播电视等领域。集成模拟乘法器的常见产品有MC1495/1496、LM1595/1596等。
图2-1 （a）调幅波波形 （b）调幅波频谱
（三）MC1496应用介绍 1．内部电路介绍
MC1496是双平衡四象限模拟乘法器，其内部电路如图2-2所示。其中，T1、T2与T3、T4组成双差分放大器，集成极负载电阻是RC1、RC2。T5、T6组成的单差分放大器用于激励T1～T4。T7、T8及其偏置电路构成恒流源电路。引脚⑧与⑩接输入电压??，①和④接另一输入电压?y ，输出电压?o 从引脚⑥与○12输出。引脚②与③外接电阻RE，对差分放大器T5、T6产生电流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压?y 的线性动态范围。引脚○14为负电源端（双电源供电时），引脚⑤外接电阻R5，用来调节偏置电流I5及镜像电流I0的值。
图2-2 MC1496的内部电路及引脚图
2．静态工作点设置
（1）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。对于图2-2所示的内部电路，在应用时，静态偏
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置电压应满足下列关系： （2-1） V8?V10,V1?V4,V6?V12
?15V?(V6?V8)?2V???15V?(V?V)?2.7V??81?15V?(V?V)?2.7V?15??(2)静态偏置电流的确定
（2-2）
静态偏置电流主要由恒流源I0的值来确定。当器件为单电源工作时，引脚○14接地，⑤脚通过一电阻R5接正电源+VCC(+VCC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
I0?I5?调节I0的大小，即 静态偏置电流当器件为双电源工作时，引脚○14接负
电源-VEE（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
VCC?0.7VR5?500?I0?I5?-VEE?0.7VR5?500?I0?I5?1mA根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般取 左右。
器件的总耗散功率可由下式估算：PD?2I5(V6?V14)?I5(V5?V14) （2-3） PD应小于器件的最大允许耗散功率（33mW）。 3．实验电原理图分析
实验电路如图2-3所示。其中，载波信号?c 经高频耦合电容C2从⑩脚（??端）输入，C3为高频旁路电容，使⑧脚交流接地。调制信号??经低频耦合电容C1从①脚（?y 端）输入，C4为低频旁路电容，使④脚交流接地。调幅信号?o 从○12脚单端输出。采用双电源供电方式，所以⑤脚的偏置电阻接地，可计算静态偏置电流I5或 I0，即 I0?I5??1mA。脚②与③间接入负反馈电阻R12以扩展调制信号??的线性动态范围，R12增大，线性范围增大，但乘法器的增益随之减小。 +12VR61KR81K-VEE?0.7VR5?500? TP1J1C30.1uD1LED(R)R91KR751TP2J2C20.1uU1MC14968R113.3K23R103.3KR12820KR135.6KGADJGADJ C11u载波输入CAR+CAR-SIG+SIG-VEEOUT+OUT-BIAS61251014BG12SC945音频输入C50.1uU2MC79082TP4-12VRW210KVin314J3GNDR351R1750R2750R451C41uR56.8K-8VC80.47uC70.47uD2LED(B)1调幅波输出RW110K图2-3 模拟乘法器幅度调制电原理图 R1430K四、实验步骤
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1．静态工作点的测量
电阻R6、R7、R8及R10、R11提供静态偏置电压，保证乘法器内部的各个晶体管工作在放大状态，所以阻值的选取应满足(2-1)(2-2)的要求。对于图2-3所示电路参数，静态时（?c????0），测量器件各引脚的电压如下：
引脚 ⑧ ⑩ ① ④ ⑥ ○12 ② ③ ⑤ ⑦ ○14 电压/V 6.0 6.0 0.0 0.0 8.6 8.6 -0.7 -0.7 - 6.8 0 -8.0
R1、R2与电位器RW1组成平衡调节电路，改变RW1的值可以使乘法器实现抑制载波的振幅调制或有载波的振幅调制。 2．抑制载波振幅调制
J2端输入载波信号?c (t)，其频率fc=5MHz，峰-峰值VCP-P=40mV（可以根据器件性能，增大）。J1端输入调制信号?? (t)，其频率f??1kHz，先使峰-峰值V?P?P?0。调节RW1，使输出?o =0
（此时V4=V1）。当逐渐增加V?P?P，则输出信号? O(t)的幅度也随之逐渐增大，当V?P?P为几百
毫伏时，出现如图2-4（a）所示的抑制载波的调幅信号；此时VOP?P约几十毫伏。若继续增大音频输出幅度，则出现过调制波形，此时调节RW1仍可得到平衡调幅波（但此时V4≠V1）。由于器件内部参数不可能完全对称，致使输出波形出现载波漏信号。脚①和④分别接电阻R3和R4，以抑制载波漏信号和改善温度性能。如果?o 的波形上、下不对称，则可在R3或R4或⑧脚的支路中串入100Ω电位器，调节该电位器即可改善波形对称性。
图2-4 （a）抑制载波的双边带调幅波 （b）有载波调幅波
3．有载波振幅调制
J2端输入载波信号?c (t)，fc=5MHz，VCP-P=40mV。V?P?P?0时，调节平衡电位器RW1,使输出信号? O(t)中有载波输出，此时，VOP?P约十几毫伏（此时V4≠V1）。再从J1端输入调制信号??，其中f??1kHz，当V?P?P由零逐渐增大时，则输出信号? O(t)的幅度也随之发生变化，当V?P?P为几百毫伏时，出现如图2-4（b）所示的有载波调幅信号的波形，调幅系数m
Vmmax?Vmminm?为 。 （2-4）
Vmmax?Vmmin
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式中，Vmmax为调幅波幅度的最大值；Vmmin为调幅波幅度的最小值。在做高频大系统实验时，应将输入载波?c (t)改换成频率fc=10MHz。 五、实验报告
1．根据调幅波的定义，推导调幅波的频谱表达式。并说明双边带调幅波、单边带调幅波、抑制载波振幅调制、有载波振幅调制的定义。
2．记录抑制载波振幅调制的?C、??、?O数据，记录输出波形图并计算调幅系数m。 ?C VCP-P ?? V?P?P ?O Vmmax Vmmin m 3．记录有载波振幅调制的?C、??、?O数据，记录输出波形图并计算调幅系数m。
?C VCP-P ?? V?P?P ?O Vmmax Vmmin m
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