通信電子線路課程設(shè)計三極管混頻器說明書

1、 通信電子線路課程設(shè)計說明書 三極管混頻器 系 、 部： 電氣與信息工程系 學生姓名： 指導教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子0902班 完成時間： 2011.12.2 摘 要混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中，應用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換，變成對應的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應用較為廣泛，如am 廣播接收機將已調(diào)幅信號535khz-一1605khz要變成為465khz中頻信號，電視接收機將已調(diào)485m一870m 的圖象信號要變成38mhz的中頻圖象信號。移動

2、通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通訊中上行、下行頻率的變換等，都必須采用混頻器。由此可見，混頻電路是應用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。人們一直都在尋求快速遠距離通信的手段。但是，直到十八世紀中葉才有了現(xiàn)代意義上的快速遠距離通訊手段，這歸功于無線電的發(fā)明。一個多世紀以來，通信的方式和內(nèi)容不斷更新發(fā)展，從最初的莫爾斯電碼到現(xiàn)在的衛(wèi)星通訊，現(xiàn)代通訊技術(shù)正成為人們?nèi)粘?/p>

3、生活中越來越重要的角色。作為無線傳輸體系中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，混頻技術(shù)，如晶體管混頻，二極管混頻以及場場效應管混頻等，被廣泛應用于各種通訊設(shè)備中， 實現(xiàn)信號頻譜的搬移?；祛l的用途是廣泛的，它一般用在接收機的前端。除了在各類超外差接收機中應用外在頻率合成器中為了產(chǎn)生各波道的載波振蕩，也需要用混頻器來進行頻率變換及組合在多電路微波通信中，微波中繼站的接收機把微波頻率變換為中頻，在中頻上進行放大，取得足夠的增益后，在利用混頻器把次中頻變換為微波頻率，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站此外，在測量儀器中如外差頻率計，微伏計等也都采用混頻器。因此，做有關(guān)混頻電路的課題設(shè)計很能檢驗對高頻電子線路的掌握程度；通過混頻器設(shè)計，可以

4、鞏固已學的高頻理論知識。此外為輔助電路，此次的課程設(shè)計還應用了lc諧振回路以及rc二階有源濾波器，以實現(xiàn)對干擾信號的有效抑制。關(guān)鍵詞： 混頻器；超外差接收機；有源濾波器目錄1、三極管混頻器設(shè)計任務、功能要求說明及總體方案介紹1 1.1 設(shè)計課題任務1 1.2 功能要求說明1 1.3 三極管混頻器工作原理說明及總體方案介紹12、三極管混頻器的仿真分析62.1 三極管混頻器的參數(shù)選擇62.2 三極管混頻器的仿真調(diào)試82.3 三極管混頻器的仿真結(jié)果113、三極管混頻器硬件系統(tǒng)的設(shè)計122.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹122.2 電路原理圖、pcb圖各1份122.3 元器件清單134、設(shè)計結(jié)論、誤差

5、分析143.1 三極管混頻器的設(shè)計結(jié)論及使用說明143.2 三極管混頻器的硬件調(diào)試143.3 三極管混頻器的誤差分析143.4 設(shè)計體會及收獲15參考文獻16致謝 17附錄18 1、三極管混頻器設(shè)計任務、功能要求說明及總體方案介紹1.1課題設(shè)計任務 設(shè)計一個三極管混頻器1.2 功能要求說明 要求中心頻率為10mhz,本振頻率為16.455mhz1.3設(shè)計課題工作原理說明及總體方案介紹1.3.1混頻電路工作原理混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路的一種典型應用。如一個振幅較大的振蕩電壓與幅度較小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號的差頻或和頻，完成變頻

6、作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路，對于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。非線性器件帶通濾波器本地振蕩器輸入輸出圖1.1 混頻電路原理圖從頻譜的觀點來看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真地從高頻搬移到中頻上來?；祛l電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器實現(xiàn)?；祛l電路的基本組成如下：圖1.2 混頻電路基本組成輸入信號為調(diào)幅波，本振信號為，則相乘器輸出信號為=0.5則中頻輸出信號為=0.5 以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜

7、原理圖： 圖1.3 混頻器頻譜原理圖調(diào)幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了兩個信號vs（輸入信號）和波vl(本振信號)，經(jīng)過變頻后，輸出中頻調(diào)波vi。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波調(diào)幅規(guī)律完全相同，即載沒振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同，所以混頻器實現(xiàn)的是頻譜的線性搬移。如下圖所示： 圖1.4 混頻器的頻譜搬移圖1.3.2三極管混頻器工作原理晶體三極管混頻器的原理性電路如圖1.5所示，在發(fā)射結(jié)上作用有三個電壓，即直流偏置電壓vbb信號電壓us和本振電壓ul 。為了減小非線性器件產(chǎn)生的不需要分量，一般情況下，選用本振電壓振幅ulm usm，也就是本振電壓為大信號，而輸入信號電壓為小信

8、號。在一個大信號ul 和一個小信號us 同時作用于非線性器件時，晶體管可近似看成小信號的工作點隨大信號變化而變化的線性元件，如圖1.6所示。t1時刻，在偏壓vbb和本振電壓ul的共同作用下，它的工作點在a點，此時us較小。因此，對us 而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài)。在另一時刻t2，對于us 而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點移到b點，這時對us 仍可看成工作于線性狀態(tài)。雖然兩個時刻均工作于線性狀態(tài)，但工作點不同，這兩個時刻的線性參數(shù)就不一樣。因為us 的工作點隨ul 的變化而變化，所以線性參量也就隨著ul 變化而變化，可見線性參量是隨時間變化的，這種隨時間變化的參量稱為時變參量

9、。這樣的電路稱為線性時變電路。應當注意，雖然這種線性時變電路是由非線性器件組成。但對于小信號us來說，它工作于線性狀態(tài)，因此，當有多個小信號同時作用于此種電路的輸入端時，可以應用疊加原理。圖1.5 三極管混頻器的原理電路 圖1.6三極管特性圖1.3.3 總體方案介紹晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式 圖1.7 晶體管混頻器原理電路圖(a)電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點。 圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓

10、來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時，因為共基電路的截止頻率fa比共發(fā)電路的fb要大很多，所以變頻增益較大。根據(jù)以上分析，確定電路圖如下：圖1.8 設(shè)計電路原理圖由以上對混頻電路的分析，可得設(shè)計此電路的關(guān)鍵就是找到合適的靜態(tài)工作點和正確的選頻網(wǎng)絡(luò)。為選取正確的靜態(tài)工作點，設(shè)計直流通路如下 圖1.9 直流通路選頻網(wǎng)絡(luò)即交流通路如下 圖1.10 交流通路2、三極管混頻器的仿真分析2.1 三極管混頻器的參數(shù)選擇（1）

11、.靜態(tài)工作點的選取由模電知識我們可以知道，工程上一般取vbq=(3-5)v,ir1=(5-10)ibq,這就要求偏置電阻應滿足（1+）r410rb,rb為r1,r2的并聯(lián)值，本電路的直流電壓為12v，取r1為80k，為使vbq=（3-5）v,可取r2為40k，r4為5k，r3可選用滑動變阻器來調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點。最后得到直流通路如下圖2.1靜態(tài)工作點選取電路（2）選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，取電容為60pf,可求得電感為10uh。得選頻網(wǎng)絡(luò)如下：圖2.2 選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇電路（3）總電路圖圖2.3 三極管混頻器總電路2.2 三極管混頻器的仿真調(diào)試在實驗中，通過改變r3的阻值可改變靜態(tài)工作點，合適的靜態(tài)工作

12、點可使輸出波形穩(wěn)定，不失真，下面為r3在不同的阻值下的波形： 圖2.3 r4=0k時的仿真結(jié)果 圖2.4 r4=3k時的仿真結(jié)果圖2.5 r4=10k時的仿真結(jié)果結(jié)論：通過仿真調(diào)試，可得到當r4在10k時頻率比較穩(wěn)定，波形失真較小2.3 三極管混頻器的仿真結(jié)果圖2.6 三極管混頻器仿真結(jié)果通過仿真調(diào)試，得到輸出混頻信號頻率在6.455mhz左右波動，符合設(shè)計要求3、三極管混頻器硬件系統(tǒng)的設(shè)計2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡要介紹硬件設(shè)計如附錄中所示所示1.入1：輸入前級調(diào)幅波信號2.入2：輸入本振信號3.出：輸出混頻后的信號4.電源為12v直流電壓源2.2 電路原理圖、pcb圖各1份圖3.1 三極

13、管混頻器原理圖3.2三極管混頻器pcb圖2.3 元器件清單表1 元器件清單4、設(shè)計結(jié)論、誤差分析3.1 三極管混頻器的設(shè)計結(jié)論及使用說明3.1.1設(shè)計結(jié)論通過軟件和硬件的調(diào)試，當中心頻率10mhz,本振頻率16.455mhz時，輸出頻率在6.455mhz附近波動，可以起到混頻的作用3.1.2 使用說明混頻器上標有輸入信號入口“入1”和“入2”，在“入1”上接入前一級輸出的調(diào)幅波信號，“入2”上接入本振信號，在標有“出”的出口處即可得到混頻后的中頻信號，輸入電壓為12v。3.2 三極管混頻器的硬件調(diào)試 在輸入口接入中心頻率和本振頻率，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，即可輸出較穩(wěn)定的混頻信號。3.3 三極管混

14、頻器的誤差分析 混頻器的各種非線性干擾是很重要的問題，并且在討論各種混頻器時，把非線性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標準之一。1：選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強的干擾哨聲2：提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進入混頻電路的外來干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。3.4設(shè)計體會及收獲課程設(shè)計很快就過去了，開始的時候，思路不是很清晰，不知道該如何開始設(shè)計。隨后通過復習教材，上網(wǎng)搜索，到圖書館查閱資料，終于有了一些清晰的想法。確定下了基本的設(shè)計方案。但是在設(shè)計的時候又出現(xiàn)了很多問題。問題的出現(xiàn)都是由于課本的基礎(chǔ)知識掌握的不夠牢固，理解的不夠深刻，對

15、于實際應用中的電路和理論上研究的電路之間的差異缺乏認識。而到仿真的時候，對于仿真軟件的應用又出了問題。最后，通過請教同學，以及自己認真的閱讀和思考教材和參考資料，問題得到了解決。通過這次課程設(shè)計，我學到了很多。首先，對于以往所學的知識是一個檢驗。通過設(shè)計電路，既復習了以前所學過的知識，又學習了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過實際的檢驗是沒有什么說服力的。而設(shè)計正是理論與實踐 的結(jié)合，通過設(shè)計，提高了我的動手能力和解決實際問題的能力，讓我對所學課程的應用有了新的認識。最重要的是得到了很多寶貴的經(jīng)驗。通過這次課程設(shè)計，提高了我對本專業(yè)的興趣，讓我在以后的學習中更加努力。參考文獻1曹才開.高頻電子線路原理與實踐.2010年6月.第1版.中南大學出版社2謝自美.電子線路設(shè)計與實驗測試.第二版.華中科技大學.2010年3康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第五版.華中科技大學出版社.2005.7致謝設(shè)計終于能上句號，首先要感謝謝我的指導