模拟乘法器.docVIP

3.12模拟乘法器 实验目的 了解模拟乘法器的构成和工作原理。 掌握模拟乘法器在运算电路中的运用。 实验原理 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。 模拟乘法器的基本特性 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3-12-1所示。 若输入信号为, ,则输出信号为： =k 式中： k为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V. 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，用图3-12-2所示的工作象限来说明。 若信号、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、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。 集成模拟乘法器 集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍BG314集成模拟乘法器。 BG314内部结构如图3-12-3所示，外部电路如图3-12-4所示： 输出电压=k 式中 k=为乘法器的增益系数。 内部结构分析 a 当反馈电阻和足够大时，输出电压与输入电压、的乘积成正比，具有接近于理想的相乘作用； b 输入电压、均可取正或负极性，所以是四象限乘法器； c 增益系数k由电路参数决定，可通过调整电流源电流进行调节，BG314增益系数的典型值为k=0.1V; d k与温度无关，因此温度稳定性较好。 当然，乘法器的输入信号动态范围还是有限的。特别是当输入信号幅度增大而负反馈电阻、又不够大时，同时考虑到晶体管的电压——电流关系并不是完全理想的指数规律特性因素，输入信号动态范围受到限制。理论上讲，允许的输入信号电压的极限值为： 若取=1mA, =10kΩ,则输入信号动电压的极限值为10V. 外部电路参数确定 恒流源偏置电阻R和R的估算 为了减小功耗，并保证其内部晶体管工作正常，恒流源电流一般取在0.5~2 mA,取I=i =1mA，则R= R=-500Ω b. 反馈电阻、的估算 为使乘法器有满意的线性，应使、满足下列条件，即 ≤ ; ≤ 前已选定==1mA，再要求和的动态范围 ==±5V，则 == c. 负载电阻R的估算 取k=0.1V，则根据k=可求R. d. R的估算 由图3-12-3可知，当时，x通道差分对管的集电极电压应比高出2~3V，以保证输出级晶体管工作在放大区，则有： 乘除运算电路 利用模拟乘法器与集成运放相配合，可组成平方、除法、平方根等运算电路。 （1）平方运算 将相同的信号输入模拟乘法器的两个输入端，就构成了平方运算电路，如图3-12-5所示， （2）除法运算 图3-12-6为反相输入除法运算电路。 利用理想运放特性可得： 上式表明 的商成正比。在图3-12-6中还可看出，为了保证运算放大器处于负反馈工作状态，则可正可负，所以是二象限除法器。 （3）平方根电路 图3-12-7所示为平方根运算电路， ，从上式可以看出，只有为负值时，才能实现开方运算。若要对正输入信号开平方，可以加入反相器等环节。 实验任务 预习要求 了解集成模拟乘法器的基本结构及其内部结构 熟悉BG314外部电路参数的估算方法 设计任务 试设计一个的电路，其中 已知 -5V≤ k=0.1V 设计一个能实现加、减、乘、除四则运算的电路 实验报告要求 同实验2 思考题 1．用模拟乘法器如何实现开立方电路？ 仪器与器件 仪器：同实验2 器件：BG314 μA741 电阻若干