李英姿三極管混頻器

1、為有2學(xué)沈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(xué)生姓名：李英姿指導(dǎo)教師：賈雅瓊 職稱講師專 業(yè)：電子信息工程班 級：申于0802完成時間：2010、12、7混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中， 應(yīng)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(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收 機中，混頻器應(yīng)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) 48. 5M 一 870M的 圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。移動通信

2、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，乂如電視差轉(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(yīng)用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。現(xiàn)代通信系統(tǒng)的組成圖如下：我此次畢業(yè)設(shè)計課題就是通信系統(tǒng)的種類很多，這里就不一一介紹了，但通信系統(tǒng)中的發(fā)送設(shè)備和接 受設(shè)備的各項的功能則是各種高頻功能電路來實現(xiàn)的。在無線通信系統(tǒng)中不可缺少的混頻電路。除了在各類超外差接收

3、機也需要用混頻器來進行頻混頻的用途是廣泛的，它一般用在接收機的前端 中應(yīng)用外在頻率合成器中為了產(chǎn)生各波道的載波振蕩，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，可以鞏固已學(xué)的高頻理論知識。此外為輔助電路，此次的畢業(yè)設(shè)計還應(yīng)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： Multisim超外差接收機混頻Abstr

4、actKinds of information is very important to human life, so people are always looking for fast way to communicate over distance, to transfer or to exchange information. Modern long distance communication technology was invented in mid of 18 th century thanks to the invention of radio technology. Sin

5、ce then, this technology was well developed and many new methods came out. From Morse code to satellite, modern communication is playing more and more important role. As a key part of radio technology - mixing, e.g. transistor mixer, diode mixer and FETmixer, etc. are broadly used in different syste

6、m, to shift frequency.The figure hereafter illustrated the basic components of a communication system.There are kinds of communication technology; they are not going to be introduced here one by one. However most of the transmitters and receivers are madeby RF system. The topic of this document is t

7、o design and simulate a key unit circuit of wireless communication system - mixer.Mixing technology is very useful; normally they are applied by the front end of receiver. They are used by superheterodyne receiver, frequency synthesizer, microwave repeater and instruments. Therefore, this kind of de

8、sign practice can greatly help to understand RF knowledge well.Furthermore, as auxiliary circuit, LC network and RCactive filter are applied to this design, to effectively eliminate interference.Key word: Multisim; Superheterodyne; receiver;1設(shè)計要求及指標(biāo)1.1 設(shè)計目標(biāo) 61.2 設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo) 61.3 三極管混頻器總體方案介紹及工作原理說明 62

9、三極管混頻器的仿真分析2.1 混頻電路分析72.2 仿真結(jié)果 113仿真結(jié)果分析、十?dāng)_及解決辦法、設(shè)計總結(jié)3.1 仿真結(jié)果分析 163.2 十?dāng)_及解決辦法 163.3 設(shè)計總結(jié) 16參考文獻 17致謝 18附錄 191設(shè)計要求及指標(biāo)1.1 設(shè)計目標(biāo)設(shè)計一個三極管混頻器。1.2 設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個三極管混頻器。要求中心頻率為 10MHz本振頻率為16.455MHz>1.3 混頻電路的基本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(yīng)用。 如 一個振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）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

10、端可取得此二性號 的差頻或和頻，完成變頻作用。他的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變換成固定的 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 丁調(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。常用的有模擬相乘混頻器、二極管 平衡混頻器、環(huán)型混頻器、三極管混頻器等。其中三極管混頻器最為常用。圖1.3.1混頻原理框圖2.、三極管混頻器的仿真分析2.1.1 混頻電路分析對丁混頻電路的分析，重點應(yīng)掌握，一是混頻電路的基本組成模型及主要 技術(shù)特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導(dǎo)的計算方法， 三是應(yīng)用電路分析 混頻電路的

11、基本組成模型及主要技術(shù)特點：混頻，工程上也稱變頻，是將信號的頻率由一個數(shù)值變成另一個數(shù)值的過 程，實質(zhì)上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻 電路?；祛l電路的組成模型及頻譜分析：u.t)Wt)圖a是混頻電路的組成模型，可以看出是由三部分基本單元電路組成。 分別 是相乘電路、本級振蕩電路和帶通濾波器(也稱選頻網(wǎng)絡(luò))。當(dāng)為接收機混頻電路 時，其中US(t)是已調(diào)高頻信號。U(t)是等幅的余弦型信號，而輸出則是U(t)為 中頻信號?；祛l電路的基本原理:圖2A圖2中，U(t)為輸入信號,UC(t)為本振信號。U(t)輸出信號。分析：當(dāng) Us(t) =UsmCO就 st 2.1則

12、 Up(t) =Us(t)Uc(t)2.2U sm COS st U cm COS ct= Am cos'-stcos'-ct其中：Am =UsmUcm對上式進行三角函數(shù)的變換則有U p (ti )= Am cos平 stcosW ct : % Am cos(% +Vs)t + cos伴 c " s )t2.3從上式可推出，UP(t)含有兩個頻率分量和為(小c+小S),差為(小C-S)。若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為Ui(t) =12Amcosc +Wst . 2.4若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：Ui (t) =/Amcos甲 c-Wst . 2.5以下是

13、調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖:圖1.3.2調(diào)幅波變頻波2.1.2 總體方案介紹高頻電路中的混頻器利用電路中的非線性， 可以對兩個輸入信號進行頻率加 或減，產(chǎn)生和頻信號或差頻信號。本實驗采用晶體三極管作混頻電路，產(chǎn)生差頻信號，將高頻信號轉(zhuǎn)化成低頻信號。采用共射混頻電路。信號電壓由基極輸入， 本振電壓由發(fā)射極注入。采用此電路，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時, 對丁本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗小，使本振負(fù)重較重，雖不易起振但 也不易過激，因此振蕩波形好，失真小。三極管混頻電路原理圖如下圖1.3.3所示。其中，晶體管起信號的混頻作用, 兩個輸入信號分別為和；電容 Cn1、Cn2、G

14、ut為信號輸入和輸出的耦合電容，起 到隔直流的作用，使前后級的直流電位不相互影響， 保證各級工作的穩(wěn)定性；電 容G對高頻交流信號相當(dāng)丁短路，消除偏置電阻 R對高頻信號的負(fù)反饋作用， 提高高頻信號的增益；電阻元件 Ri、R2、R決定晶體管的工作點；電路中的電 感L和電容C組成的諧振電路起選頻作用，在產(chǎn)生的組合頻率中選擇所需要的中 頻輸出信號。Vcc)Re-|-Cl圖1.3.3晶體管混頻器實驗原理電路圖2.1.3 工作原理說明晶體三極管混頻器的原理性電路如圖1.3.4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，

15、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號。在一個大信號UL和一個小信號Us同時作用丁 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1-5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丁線性 狀態(tài)。在另一時刻t2,對丁 Us而言，由丁偏壓和本振電壓的作用，工作點移到 B點，這時對Us仍可看成工作丁線性狀態(tài)。雖然兩個時刻均工作丁線性狀態(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

16、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。這樣的電路稱為線性時變電路。應(yīng)當(dāng)注意， 雖然這種線性時變電路是由非線性器件組成。但對丁小信號Us來說，它工作丁線性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個小信號同時作用丁此種電路的輸入端時，可以應(yīng)用疊加原理。<C«ri圖1.3.4一個大信號和一個小信號同時作用于非線性原件圖1.3.4晶體三極管混頻器的等效原理圖晶體三極管混頻器的等效原理圖如圖1.3.5所示。在晶體三極管的發(fā)射極上作用有三個電壓，即直流偏置電壓Mb,信號電壓US和本振電壓U,通常本振電壓振幅U>>U,也就是本振信號為大信號，而

17、輸入信號為小信號，在大信號Ul 和小信號Us同時作用丁非線性器件時，Vbb+U可認(rèn)為是時變偏置電壓，它決定了 混頻器的工作點。而對丁小信號US來說是工作在時變狀態(tài)下的線性工作方式?；祛l器的集電極電流iC可以表示為iC =f(瞄)=f(Vbb+us+uj。因為Us很 小，在Us的變化范圍內(nèi)，正向傳輸時線性的，ic =f(Ube)在V+U上對Us泰勒 展開為：L = f (Vbb+u。+ f'(Vbb+u。* Us (忽略高階影響)。設(shè)本振電壓 Ui(t) =Uim cosit),在沒有信號輸入的情況下，f(Vbb Ul) =Io =Ic0 Icmicos( it) Icm2cos(2 l

18、t)式中Io , Icmi, Icm2, go, gi, g2分別是只加本振電壓時，集電極時變電流中 的直流分量，基波分量，二次諧波分量的幅值以及時變跨導(dǎo)中的平均分量，基波分量，二次諧波分量的幅值。若輸入信號電壓Us =Usmcos仰st),可得ic = f(Vbb Ul) f (Vbb Ui)*Us =Ico Icmicos( it) Icm2cos(2 it)+go gi(t)cos( it) g2(t)cos(2 it)* Usmcos( st)=Ic0 , I cm1 cos( 1 t ) +Icm2 cos(2叫t)1 1Usmg。+cos(st) +gi cos(切s °

19、°1)t +gicos(° i)t+.2.62 2若帶通濾波器的中心頻率取差頻 風(fēng)-。1，則通過帶通濾波器輸出的中頻電流為1. 、，i i = ：U smgi cos( y - '1 )t2.7該電路由LC正弦波振蕩器、高頻信號源、三極管混頻器以及選頻放大電 路組成。LC正弦波振蕩器產(chǎn)生的10MH寸弦波與高頻信號源所產(chǎn)生的16.455MHz 正弦波通過三極管進行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號，然后通過選頻放大器選出有 用的頻率分量，即頻率6.455MHz的信號，對其進行放大輸出，最終輸出6.455MHz 的正弦波信號。三極管混頻器仿真電路見附錄一該電路主要由Q1和6.5M

20、Hz選頻回路組成?；祛l信號V1, V2分別由基極和 發(fā)射級輸入。通過改變電阻 R4的值來改變混頻器晶體工作點，使其工作在合適 的非線性區(qū)域，同時也可以用來調(diào)節(jié)混頻增益。2.2 仿真結(jié)果在實驗中，調(diào)節(jié)R4,改變混頻器晶體工作點，穩(wěn)定的工作點，輸出信號穩(wěn)定， 無失真；不合適的工作點將導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定，甚至不能工作。下面波形是 R4在不同值時系統(tǒng)的輸出信號波(V1,V2電壓為1V)圖2.2.1 接入R4=80時的輸出信號波形圖2.2.2 接入R4=10K時的輸出信號波形圖2.2.3接入R4=100K時的輸出信號波形圖2.2.4接入R4=240K時的輸出信號波形3仿真結(jié)果分析、干擾及解決辦法、設(shè)計總

21、結(jié)3.1仿真結(jié)果分析綜上各圖，輸入信號頻率fs =10MHz ,本振頻率f0 =16.455MHz,其選頻回路選出差頻的中頻信號fi =6.455MHz。當(dāng)選頻回路的參數(shù)不合適時，輸出信號會被嚴(yán)重衰減和失真。如圖所示當(dāng)R4等于100k時獲得最佳波形。輸出頻率經(jīng)測量得到頻率為6.454MHz ,與預(yù)期的6.455MHz 一致，略有些誤差。3.2干擾及解決辦法混頻器的各種非線性十?dāng)_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(biāo)準(zhǔn)之一非線性十?dāng)_中很重要的一類就 是組合頻率十?dāng)_和副道波十?dāng)_。這類十?dāng)_是混頻器特有的。還有一些其他的十?dāng)_， 比如交調(diào)互調(diào)，阻塞十?dāng)_等。十?dāng)_的解決辦法：1、 選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外，可以避免中頻十 擾和最強的十?dāng)_哨聲2、提高混頻電