三極管混頻器—高頻課程設(shè)計

1、通信電子線路課程設(shè)計說明書三極管混頻器系 、 部：電氣與信息工程系專 業(yè)： 電子信息工程指導教師： 賈雅瓊 職稱 講師完成時間： 2011年12月11日摘要混頻，又稱變頻，也是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號自某一個頻率變換成另一個頻率。完成這種功能的電路稱為混頻器?；祛l技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛?；祛l器是超外差式收音機中的關(guān)鍵部件。直放式接收機高頻小信號檢波，工作頻率變化范圍大時，工作頻率對高頻通道的影響比較大，靈敏度較低。采用超外差技術(shù)后，將接收信號混頻到一固定中頻，放大量基本不受接收頻率的影響，這樣，頻段內(nèi)信號的放大一致性好，靈敏度可以做得很高，選擇性也較好。因為放大功能主要在中放，可以用良好

2、的濾波電路。采用超外差接收后，調(diào)整方便，放大量、選擇性主要由中頻部分決定，且中頻較高頻信號的頻率低，性能指標容易得到滿足?；祛l器在一些發(fā)射設(shè)備中也是必不可少的。在頻分多址信號的合成、微波接力通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中也有其重要的地位。此外，混頻器也是許多電子設(shè)備、測量儀器的重要組成部分。關(guān)鍵字信號；頻率；混頻器ABSTRACTFrequency mixing, say again, is also a kind of variablefrequency spectrum of linear moving process,it is to make the signal from a certain

3、 frequencyconversion to another frequency. Complete the functions of the circuit is called the mixer. Mixing technique used widely. The mixer is the superheterodyne key component. Straight put type small signal detection, high-frequency receivers working frequency variation range,the working frequen

4、cy of high-frequency channels of influence is bigger, a low sensitiity. Using specialized superheterodyne technology after receiving signal frequency mixing into a fixed frequency, put large basic from receive frequency influence, such, frequency signal within the amplification good consistency, sen

5、sitivity can do so tall that selective is better also. Because magnifier function mainly in putting, can use good filter circuits. Using specialized superheterodyne after receipt and easy to adjust, put large, selectivity consists mainly of intermediatefrequency partdecision, and intermediate freque

6、ncy is of high frequency signals lowfrequency,performance index easily be satisfied. The mixer in some launch equipment is also essential. In frequency division multiple access signal synthesis, microwave relay communications, satellite communications, etc system also has its important position. In

7、addition, the mixer is also many electronic equipment, measurement instrument important component.Key wordssignal；frequency；mixer目 錄摘 要1ABSTRACT21、混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖42、主要部分電路圖及原理分析52.1本地振蕩電路5振蕩器起振條件5電路參數(shù)選擇及性能分析62.2變頻電路7混頻原理7電路參數(shù)選擇及性能分析92.3中頻濾波網(wǎng)絡(luò)103、仿真及結(jié)果124、心得體會15參考文獻16致 謝17附圖1 總電路圖181、 混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖混頻器是一種

8、典型的線性時變參數(shù)電路，要完成頻譜的線性搬移，關(guān)鍵是要獲得兩個輸入信號的乘積，能找到這個乘積項，就可完成電路，它由非線性器件、本地振蕩器和帶通濾波器組成。其中混頻電路輸入的是載頻為fC的高頻已調(diào)波信號uc（t）和頻率為fr的本地振蕩信號ur（t），經(jīng)過非線性器件變頻后輸出端有兩個信號的差頻fr - fC、和頻fr+ fC及其他頻率分量，再經(jīng)濾波器濾掉不需要的頻率分量，取差頻或和頻fI作為中頻已調(diào)波信號uI（t），即中頻fI=fr - fC，或fI=fr+ fC，從而實現(xiàn)變頻作用。其工作原理圖如圖1.1所示。混頻器中頻諧振回路 fI本地振蕩fr高頻信號 fC 的圖 1.1 系統(tǒng)原理圖從圖中可以看

9、出混頻電路主要有三大部分組成：本地振蕩器、晶體管變頻器電路和中頻濾網(wǎng)絡(luò)，各個部分獨立工作。本地振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號（設(shè)其頻率為fr）通過晶體管混頻電路和輸入的高頻調(diào)幅波信號（設(shè)其頻率為fC），由于晶體管的非線性特性，兩個信號混合后會產(chǎn)生fr+ fC、fr - fC頻率的信號，然后通過中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，取出fr - fC頻率的信號，調(diào)節(jié)好fr、fC的大小使其差為中頻頻率，即所需要的中頻信號6.455MHZ。2、主要部分電路圖及原理分析2.1本地振蕩電路本地振蕩器是本設(shè)計電路的重要部分，同時也是超外差式接收機的主要部分。其主要作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產(chǎn)生的正弦高頻信號與輸入的高頻調(diào)幅信

10、號相乘得到fr+ fC、fr - fC的信號，其中fC為正弦信號頻率，fr為調(diào)幅信號頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號fr - fC。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個和調(diào)幅信號相乘的高頻信號，通過信號相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。2.1.1振蕩器起振條件正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負阻式

11、振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。本設(shè)計中用的是反饋式振蕩器，圖2.1所示即為LC三點式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學習知道，三點式振蕩器的構(gòu)成法則是：與的符號相同，與的符號則相反。凡是違反這一準則的電路不能產(chǎn)生振蕩。圖 2.1本振電路原理圖2.1.2電路參數(shù)選擇及性能分析圖2.2本振電路圖圖2.3 交流等效電路圖2.2是一種改進型的電容三點式振蕩器，稱為西勒振蕩器，其交流等效電路如圖2.3所示，由圖可知，晶體管發(fā)射極和電容C1、C2相連其阻抗性質(zhì)相同，同為容性；基極和C2、C3相連；集電極和C1、C4、L1相連同理其阻抗性質(zhì)也是相反的，故此振蕩器

12、滿足振蕩條件，它的主要特點就是在回路電感L1兩端并聯(lián)了一個可變電容C4,而C3為固定值的電容器，回路的總等效電Ct=1/(1/C3+1/C1+1/C2)+C4C3+C42.1振蕩頻率為2.2=16.455MHZ2.3電路中其它主要器件的參數(shù)如下：Rb1=23K,Rb2=2K，Re=100為晶體管的直流偏置電路，用來給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點。Cb=0.01uF為基極旁路電容，C5=1uF為旁路電容，C2=1uF為電源和地的去耦電容，C3可取100pF，C4可取100pF ，由式2.3可求得L10.5uH。C1和C2只需遠大于C3和C4且不宜過大即可，則C1可取500pF,C2可取550p

13、F。2.2變頻電路變頻電路是混頻器的核心部件。變頻電路本質(zhì)上說是實現(xiàn)頻譜搬移的電路，是一個六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個輸入電壓，輸入信號和本地振蕩信號，其工作頻率分別為和；輸出信號為，稱為中頻信號，其頻率是，=。由此可見，變頻器在頻域上起著（加）減法器的作用。變頻電路有多種形式，如二級管式、模擬乘法器式和三極管式。本電路采用的是應(yīng)用最廣泛的晶體三極管式變頻電路。2.2.1混頻原理 圖2.4 混頻原理圖 上圖即為混頻電路原理圖，下面對其進行一個簡要的分析：設(shè)為輸入高頻調(diào)幅波信號，亦為本地振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號且 ，晶體管工作在線性時變工作狀態(tài)，由此可得集電極電流為經(jīng)集電極諧振回路濾波后，得到中頻電流式中

14、=稱為變頻跨導。 從以上分析結(jié)果可以看出：只有時變跨導的基波分量才能產(chǎn)生中頻分量，而其它分量會產(chǎn)生本振諧波與信號的組合頻率。變頻跨導是變頻器的重要參數(shù)，它不僅直接決定著變頻增益，還影響到變頻器的噪聲系數(shù)。變頻跨導=，只與晶體管特性、直流工作點及本振電壓有關(guān)，與無關(guān)，故變頻跨導亦有上述性質(zhì)?；诖嗽碓O(shè)計的變頻電路如圖2.5所示。圖2.5 變頻電路2.2.2電路參數(shù)選擇及性能分析由以上分析知在設(shè)計電路時須注意變頻跨導與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系線。只有把握好這一關(guān)系，設(shè)計出來的電路才能滿足我們的設(shè)計要求。本文混頻電路所采用的晶體三極管是2N2923，根據(jù)其變頻跨導與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系曲線設(shè)計

15、電路如圖2.5所示。圖中V3為16.455MHZ的本振信號UC(t)，函數(shù)信號發(fā)生器XFG1為10MHZ的正弦輸入信號US(t),Ui(t)為輸出信號：分析: 2.42.52.6其中：對上式進行三角函數(shù)的變換則有：從上式可推出，UP(t)含有兩個頻率分量和為（），差為（），若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出為：2.7若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為：2.8工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收機則有。往往選頻器的混頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波器，則輸出為差頻信號，。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)生和信號或差頻信號。本設(shè)計采用晶體三極管做混頻電路，產(chǎn)生

16、中頻信號，將高頻信號轉(zhuǎn)化為低頻信號。電路中其它一些重要的參數(shù)如下：電路圖中函數(shù)信號發(fā)生器XFG1為混頻器提供小信號，V3代表前面本振電路產(chǎn)生的振蕩信號，R1=3K,R2=42K，R3=100為晶體管的直流偏置電路，用來給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點。C2=0.01uF為基極旁路電容，C1=1nF，C3 =100pF，C4 =2.2pF為耦合電容。另外在實際應(yīng)用中變頻器是存在干擾的，如果沒有采取有效地措施來抑制干擾，它會給從電路帶來大量諧波信號嚴重時會使整個電路無法工作，因此應(yīng)注意以下幾個問題：1、正確選擇中頻數(shù)值。當輸出頻率確定后，在一個頻段內(nèi)的干擾點就確定了，合理的選擇中頻頻率，可大大減少

17、組合頻率干擾的點數(shù)，并將階數(shù)較低的干擾排除掉。2、正確選擇變頻器的工作狀態(tài)，減少組合頻率分量。應(yīng)使的諧波分量盡可能的減少，使電路接近乘法器。3、采用合理的電路形式。如平衡電路、環(huán)形電路、乘法器等，從電路上抵消一些組合分量。2.3中頻濾波網(wǎng)絡(luò)在變頻器的輸出端不僅會輸出我們需要的中頻信號，同時也會輸出一些我們不需要的信號，如頻率為+的高頻信號，另外也會出現(xiàn)一由于本振信號的失真以及電路的非線性引起的諧波信號，只有濾除這些信號才能得到我們想要的中頻信號，因此需要在變頻器的輸出端加一中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，另外中頻濾波網(wǎng)絡(luò)還能夠?qū)ψ冾l器輸出的信號進行放大，以便于后續(xù)處理。中頻濾波電路在本設(shè)計中采用的是最簡單的LC

18、濾波電路如圖2.6所示：圖2.6 中頻濾波電路濾波頻率為：2.9電路中參數(shù)如下：取電感L1=10uH，已知輸出中頻信號頻率f=6.455MHz，由式2.9可算得C160pF。C2為耦合電容。3、仿真及結(jié)果本振信號：圖3.1本振信號波形圖3.2本振信號頻率輸入信號：圖3.3輸入信號波形圖3.4輸入信號頻率輸出信號：圖3.5輸出信號波形圖3.6輸出信號頻率4、心得體會通過這次課程設(shè)計，我學到了很多。開始的時候,由于課本知識學的不很牢固，所以思路不是很清晰，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，對于實際應(yīng)用中的電路和理論上研究的電路之間的差異缺乏認識