基于MC1496的混頻器的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系.基于 MC1496的混頻器的設(shè)計(jì)一、概述混頻器在高頻電子線路和無(wú)線電技術(shù)中，應(yīng)用非常廣泛，在調(diào)制過(guò)程中，輸入的基帶信號(hào)都要經(jīng)過(guò)頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻的已調(diào)信號(hào)。在解調(diào)過(guò)程中，接受的已調(diào)高頻信號(hào)也要經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)換， 變成對(duì)應(yīng)的中頻信號(hào)。 特別是在超外差式接收機(jī)中，混頻器應(yīng)用比較廣泛，如 AM廣播接收機(jī)將已調(diào)信號(hào)535KHZ-1605KHZ要變成 465KHZ的中頻信號(hào)，電視接收機(jī)將48.5M-870M的圖像信號(hào)要變成38M的中頻圖像信號(hào)。 再發(fā)射機(jī)中， 為提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級(jí)式發(fā)射機(jī)。用一個(gè)

2、頻率較低的石英晶體振蕩器為主振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)， 然后經(jīng)過(guò)頻率的加減乘除運(yùn)算變換成射頻，所以必須使用混頻電路。由此可見(jiàn)，混頻電路是電子技術(shù)和無(wú)線電專(zhuān)業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。關(guān)鍵詞： 模擬相乘器 MC1496；混頻電路1 混頻器1.1基本概念混頻是將已調(diào)波中載波頻率變換為中頻頻率，而保持調(diào)制規(guī)律不變的頻率變換過(guò)程。f I = f L -f C 或 f I = f L+f C （其中 f I 表示中頻頻率， f L 表示本振頻率， f C 表示載波頻率。一般取差頻 ）圖 1是混頻電路組成原理圖?；祛l電路的輸入是載頻為f的高頻已調(diào)波信號(hào) u (t) 和cs頻率為 f L 的本地正

3、弦波信號(hào) ( 稱(chēng)為本振信號(hào) )u L(t),輸出是中頻為 f I 的已調(diào)波信號(hào) uI (t) 。通常取 fI=f-f 。以輸入是普通調(diào)幅信號(hào)為例 , 若 u (t)=U1+mu (t) cos2 ft,本振Lcscma c信號(hào)為 uL(t)=U Lmcos2f Lt, 則輸出中頻調(diào)幅信號(hào)為uI (t)=U Im1+mu(t) cos 2fIt ?？蒩 見(jiàn) , 調(diào)幅信號(hào)頻譜從中心頻率為 f c 處平移到中心頻率為 f I 處, 頻譜寬度不變 , 包絡(luò)形狀不變。 圖 2 是相應(yīng)的頻譜圖。.圖 1 混頻電路原理圖(a)(b)f cf LffI = f L-f c圖 2圖 2 中（ a）混頻前（ b）

4、混頻后中頻調(diào)幅波上下邊帶與原調(diào)幅波上下邊帶是倒置的本地振蕩信號(hào)為高頻等幅波f fcfLfCfL KfC f或 fIfC KfI fCfL雖然混頻電路與調(diào)幅電路、檢波電路同屬于線性頻率變換電路,但它卻有兩個(gè)明顯不同的特點(diǎn) : 混頻電路的輸入輸出均為高頻已調(diào)波信號(hào)。由前幾節(jié)的討論可知,調(diào)幅電路是將低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻段,檢波電路是將高頻已調(diào)波信號(hào)搬移到低頻段,而混頻電路則是將已調(diào)波信號(hào)從一個(gè)高頻段搬移到另一個(gè)高頻段。 混頻電路通常位于接收機(jī)前端,不但輸入已調(diào)波信號(hào)很小,而且若外來(lái)高頻干擾信號(hào)能夠通過(guò)混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡(luò),則也可能進(jìn)入混頻電路。選頻網(wǎng)絡(luò)的中心頻率通常是輸入已調(diào)波信號(hào)的載頻?；祛l電

5、路中的非線性器件對(duì)于實(shí)現(xiàn)頻譜搬移這一功能是必不可少的。但是另一方面 ,其非線性特性不但會(huì)產(chǎn)生許多無(wú)用的組合頻率分量,給接收機(jī)帶來(lái)干擾,而且會(huì)使中頻分量的振幅受到干擾 ,這兩類(lèi)干擾統(tǒng)稱(chēng)為混頻干擾。它們都會(huì)使有用信號(hào)產(chǎn)生失真。由于以上兩個(gè)特點(diǎn) ,混頻電路的干擾來(lái)源比其它非線性電路要多一些。分析這些干擾產(chǎn)生的具體原因 ,提出減小或避免干擾的措施,是混頻電路討論中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。.1.2 變頻干擾（哨聲干擾）信號(hào)本振（交叉（寄生（本振調(diào)制）通道）噪聲）干擾噪聲（互相調(diào)制）（倒易混頻）圖 1-2 混頻干擾分類(lèi)及其名稱(chēng)示意圖哨叫干擾是由于變頻器不滿(mǎn)足時(shí)變參量線性電路條件而形成。這是，信號(hào)本身的諧波不可忽略

6、，其產(chǎn)生干擾的條件是 pwl qwc =wI+W式中， W是可聽(tīng)的音頻頻率。上式包括以下四種情況PwL-qwc =wI+W-pwL+qwc=wI+WpwL+qwc =wI+W-pwL-qwc=wI+W如取 wI= wL-wc, 則第三種情況是不可能的，第四種情況是不存在的。而是第一、二種情況可寫(xiě)成 pwL -qwc=(wI +W)通常 Wi W,因此上式可化簡(jiǎn)為wc(p1 1)wI /(q-p)上式表明，當(dāng)信號(hào)頻率wc 和已選定的中頻頻率wI 滿(mǎn)足上式關(guān)系時(shí)，就可能產(chǎn)生干擾哨叫聲。若 p 和 q 取不同的正整數(shù)，則可產(chǎn)生干擾哨聲的信號(hào)頻率就會(huì)有無(wú)限多個(gè)，并且其值均接近于wI 的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。

7、但實(shí)際上，一旦任何一部接收機(jī)的工作頻率段都是有限寬的；二因混頻器管集電極電流組合中組合頻率分量的振幅總是隨著（p+q）的增加而迅速地減小，因而只有對(duì)應(yīng)于p 和 q 值較小的信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾哨聲，而對(duì)應(yīng)于 p 和 q 較大的信號(hào)所產(chǎn)生的干擾哨聲均可忽略。由此可見(jiàn)，減少干擾噪聲的方法是合理選擇中頻頻率，將產(chǎn)生最強(qiáng)的干擾哨聲的頻率移到接收頻段以外。其次是限制信號(hào)和本振電壓的振幅不宜過(guò)大。寄生通道干擾寄生通道干擾是由于變頻器必須工作在非線性狀態(tài)而形成的。如果變頻器前的高頻放大器也具有非線性特性，則當(dāng)頻率為wM的干擾信號(hào) Vm(t) 通過(guò)放大器是，產(chǎn)生了wM的各次.諧波，用 qwM表示， q=0,

8、1,2 ，.他們與本振信號(hào)各次諧波差排，如滿(mǎn)足pwL qwMWi該干擾信號(hào)將通過(guò)接收機(jī)，造成對(duì)有用信號(hào)的干擾，稱(chēng)這種煩擾為寄生通道干擾。對(duì)于中頻干擾，混頻電路十幾起到中頻放大的作用，因而它具有比有用信號(hào)更強(qiáng)的傳輸能力；對(duì)于像頻干擾，它具有與有用通道相同的變換能力。只要這兩種干擾信號(hào)一旦加到混頻電路輸入端，就無(wú)法將其削弱或抑制。因此，減少中頻和像頻干擾的主要方法是提高混頻電路前級(jí)的選擇性。交叉調(diào)制干擾交叉調(diào)制干擾是由于混頻器或高頻放大電路的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。交調(diào)干擾僅與干擾信號(hào)振幅有關(guān)，而與頻率無(wú)關(guān)，因此它是一種危害性更大的干擾，減少交調(diào)干擾的有效方法是提高混頻電路前級(jí)的選擇性?；ハ嗾{(diào)制干擾

9、互相調(diào)制干擾也是由于混頻電路或高頻放大電路的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。減少互調(diào)干擾的主要方法是提高混頻電路前的選擇性和設(shè)法是混頻器件特性四次方項(xiàng)以及四次方項(xiàng)以上的偶次方項(xiàng)系數(shù)為零。本振噪聲干擾與倒易混頻干擾一般情況下，特別是在厘米波段混頻電路中，本機(jī)振蕩電路提供本真信號(hào)的同時(shí)，還不可變地會(huì)產(chǎn)生噪聲，其頻譜按本振回路諧振特性曲線形狀分布。這樣，混頻器件就可以把那些與本振頻率相差一個(gè)中頻的噪聲頻譜分量變換為中頻通頻帶內(nèi)的噪聲，使混頻電路的噪聲輸出增大，通常稱(chēng)為本振噪聲干擾。減少振蕩器噪聲影響的一個(gè)最基本和最重要的手段是提高振蕩器的選頻回路的Q 值，回路 Q值越高，諧振曲線也越尖銳，對(duì)噪聲的衰減也越大，

10、一般LC組成的回路，其空載Q值一般在 300 以下。為提高回路 Q值人們采用了許多方法，其中采用石英晶體振蕩器是最有效的方法之一。2. 模擬乘法器1. 基本概念含義：可實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)互不相關(guān)模擬信號(hào)相乘的三端口的非線性電子器件v 0A M v 1 v 2（AM為相乘增益，亦稱(chēng)比例系數(shù)或標(biāo)尺因子）模擬乘法器是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)（連續(xù)變化的電壓或電流） 相乘作用的電子器件，.通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，電路符號(hào)如圖3 所示。U xKU yU o圖 3 模擬乘法器電路符號(hào)若輸入信號(hào)為 u x ,u y , 則輸出信號(hào) uo 為：uo =k u yu x(k為乘法器的增益系數(shù)或標(biāo)尺因子，單位為V

11、1 .)根據(jù)兩個(gè)輸入電壓的不同極性，乘法輸出的極性有四種組合，如圖4 所示的工作象限來(lái)說(shuō)明。III(-) (+)=(-)(+) (+)=(+)IIIIV(-) (-)=(+)(+) (-)=(-)圖 4 模擬乘法器的工作象限若信號(hào) u x 、u y 均限定為某一極性的電壓時(shí)才能正常工作，該乘法器稱(chēng)為單象限乘法器；若信號(hào) u x 、 u y 中一個(gè)能適應(yīng)正、負(fù)兩種極性電壓，而另一個(gè)只能適應(yīng)單極性電壓，則為二象限乘法器；若兩個(gè)輸入信號(hào)能適應(yīng)四種極性組合，稱(chēng)為四象限乘法器。一個(gè)理想的乘法器中，其輸出電壓與在同一時(shí)刻兩個(gè)輸入電壓瞬時(shí)值的乘積成正比，而且輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的。對(duì)于

12、一個(gè)理想的乘法器，當(dāng)ux 、 u y 中有一個(gè)或兩個(gè)都為零時(shí)，但在實(shí)際乘法器中，由于工作環(huán)境、制造工藝及元件特性的非理想性，當(dāng)ux0 ， u y0 時(shí)， uo0 ，通常把這.時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為輸出失調(diào)電壓；當(dāng) u x 0 ， u y 0 （或 uy 0， ux 0）時(shí)， uo 0 ，這是由于 u y （或 ux ）信號(hào)直接流通到輸出端而形成的，稱(chēng)這時(shí)的輸出電壓為u y （或 u x ）的輸出饋通電壓。輸出是調(diào)電壓和輸出饋通電壓越小越好。此外，實(shí)際乘法器中增益系數(shù)K并不能完全保持不變，這將引起輸出信號(hào)的非線性失真，在應(yīng)用時(shí)需加注意。2傳輸特性 直流和低頻傳輸特性零輸入響應(yīng)：零輸入狀態(tài)時(shí)，是非零的輸

13、出，存在誤差電壓（輸出失調(diào)電壓和饋通誤差電壓）直流傳輸特性（一個(gè)輸入為直流時(shí)）平方律特性（ V1=V2） 非線性傳輸特性 正弦信號(hào)傳輸特性二、硬件設(shè)計(jì)下圖為模擬乘法器混頻電路，該電路由集成模擬乘法器MC1496完成。本實(shí)驗(yàn)中輸入信號(hào)頻率為 fS 10MHz(由 DDS信號(hào)發(fā)生器輸出 ) ，實(shí)驗(yàn)箱自己提供的信號(hào)源作為本振信號(hào)，其頻率 fL 16.465MHz。為了實(shí)現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸入信號(hào)電壓 VS和本振電壓 VL 外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率，這些組合信號(hào)頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號(hào)一起通過(guò)中頻放大

14、器、解調(diào)器，對(duì)輸出級(jí)產(chǎn)生干涉，影響輸入信號(hào)的接收。干擾影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。MC1496采用雙電源 +12V，-12V 供電。 R12，R13組成平衡電路， J7 為本振信號(hào)輸入端； J8為接收信號(hào)輸入端； F2 為中心頻率為 4.5MHz 帶通濾波器。輸入信號(hào)頻率f s=4.5MHZ,本振頻率 f L=8.7MHZ。電路的作用是將中心頻率為f s 的信號(hào)，變換為中心頻率為f I 的信號(hào)。電路的基本工作過(guò)程是， 接收到的頻率為f s 的信號(hào)和頻率為f L 的本振信號(hào)分別加到非線性集.成模擬相乘器的兩個(gè)相乘端，相乘的結(jié)果經(jīng)過(guò)晶體濾波器，選出其中的f I 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了頻率變換的功能。MC

15、1496 構(gòu)成的混頻器三、模擬仿真根據(jù)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用計(jì)算機(jī) Multisim 軟件進(jìn)行了模擬仿真。顯示輸出得到雙邊帶的調(diào)幅波波形，及調(diào)幅波的頻譜。.四、結(jié)論和總結(jié)結(jié)論 : 有計(jì)算值與仿真值的比較可得 , 本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)要求，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的波形，仿真值基本滿(mǎn)足要求，說(shuō)明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結(jié)果同理論值仍存在一定的誤差，需要進(jìn)一步改善電路的性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強(qiáng)?？偨Y(jié)：這次課程設(shè)計(jì)我們按照課程設(shè)計(jì)上的程序，先復(fù)習(xí)混頻電路的原理，然后選擇電路，計(jì)算關(guān)鍵元件的值，學(xué)習(xí)Multisim的使用，最后連線調(diào)試出預(yù)期的混頻和濾波效果 . 在做課程設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)我對(duì)

16、混頻的認(rèn)識(shí)只限于基本原理和理論 - 在通信接受機(jī)中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻中的高頻已調(diào)波信號(hào)。調(diào)幅信號(hào)頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變。正式開(kāi)始設(shè)計(jì)后，在對(duì)電路的實(shí)現(xiàn)中，我先學(xué)習(xí)了 Multisim 軟件的使用，這個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以仿真各種電路。應(yīng)用過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)這個(gè)軟件確實(shí)功能強(qiáng)大的操作軟件！在搭設(shè)電路的過(guò)程中，我對(duì)混頻電路有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，將理論知識(shí)加入實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng).中去，更加加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中曾遇到高頻干擾，輸出波形失真相當(dāng)嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)同學(xué)的幫助，失真現(xiàn)象有了明顯的改善，最終得到比較理想的結(jié)果。兩周的課程設(shè)計(jì)中遇到過(guò)各種困難，有學(xué)習(xí)軟件時(shí)的困難，有調(diào)試時(shí)