高頻電子線路課程設(shè)計(jì)-晶體管混頻器設(shè)計(jì)

1、 通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書 晶體管混頻器院 、 部： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 完成時(shí)間： 2012年12月 摘 要 現(xiàn)代通訊技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)越來越重要的地位。混頻電路作為無線傳輸體系中不可缺少的重要部分，被廣泛應(yīng)用于各種通訊設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的搬移。在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號(hào)都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號(hào)。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號(hào)也要經(jīng)過頻率的轉(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)用最為廣泛，如AM 廣播接收機(jī)將頻率為535KHZ一1605KH的已調(diào)信號(hào)變?yōu)?65KHZ中頻信號(hào)，電視接收機(jī)將頻

2、率為485M一870M 的已調(diào)圖象信號(hào)變?yōu)?8MHZ的中頻圖象信號(hào)。 在本次課程設(shè)計(jì)中，本小組選擇設(shè)計(jì)一個(gè)三極管混頻器，當(dāng)輸入信號(hào)為10MHz正弦波、本振信號(hào)為16.455MHz正弦波時(shí)，混頻器能輸出頻率為6.465MHz左右的正弦波。設(shè)計(jì)結(jié)果基本滿足本次設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞: 混頻；晶體管 ABSTRACT Modern communication technology in Peoples Daily life occupy an increasingly important position. Mixing circuit as a wireless transmission system

3、is an essential part, is widely applied in various communication equipment, in order to realize signal spectrum of the move. In the modulation system, the input of the baseband signal are through frequency conversion into high frequency modulated signal. In the demodulation process, receiving high f

4、requency modulated signal also should pass frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal. Especially in the superheterodyne receiver, mixer are widely used, such as AM radio receiver will frequency for 535 KHZ a 1605 kh of modulated signal into 465 KHZ intermediate frequ

5、ency signal, TV receiver will frequency is 48.5 M a 870 M of the modulated signal is transformed into the image of the intermediate frequency image signal . In this course design, the team chose to design a triode mixer, when the input signal for 10 MHz sine wave, the vibration signal is 16.455 MHz

6、sine wave, mixer can output frequency is 6.465 MHz or so sine wave. Design results are basically meet the design requirementsKeywords: mixing; transistor目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc6659 1 方案論證 PAGEREF _Toc6659 1 HYPERLINK l _Toc19653 1.1 課題設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求 PAGEREF _Toc19653 1 HYPERLINK l _Toc1460 1.2 三

7、極管混頻電路方案分析 PAGEREF _Toc1460 1 HYPERLINK l _Toc23542 1.2.1 方案一 PAGEREF _Toc23542 1 HYPERLINK l _Toc14320 1.2.2 方案二 PAGEREF _Toc14320 1 HYPERLINK l _Toc8688 1.2.3 方案三 PAGEREF _Toc8688 1 HYPERLINK l _Toc23448 1.3 三極管混頻器方案確定 PAGEREF _Toc23448 1 HYPERLINK l _Toc13145 2 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13145 3 HYPERLIN

8、K l _Toc6871 2.1 混頻電路 PAGEREF _Toc6871 3 HYPERLINK l _Toc24907 2.1.1 混頻電路工作原理 PAGEREF _Toc24907 3 HYPERLINK l _Toc31637 2.1.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的選取 PAGEREF _Toc31637 5 HYPERLINK l _Toc30327 2.1.3 選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc30327 6 HYPERLINK l _Toc12415 3 電路仿真及結(jié)果分析 PAGEREF _Toc12415 7 HYPERLINK l _Toc10897 3.1 Multisi

9、m 11 軟件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc10897 7 HYPERLINK l _Toc2890 3.2 仿真電路 PAGEREF _Toc2890 7 HYPERLINK l _Toc26114 3.3 仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc26114 8 HYPERLINK l _Toc2386 3.3.1 仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc2386 10 HYPERLINK l _Toc13499 4 電路板的制作與調(diào)試 PAGEREF _Toc13499 11 HYPERLINK l _Toc19399 4.1 電路板的制作 PAGEREF _Toc19399 11 HYPERLI

10、NK l _Toc12539 4.2 電路板的調(diào)試 PAGEREF _Toc12539 11 HYPERLINK l _Toc24517 4.2.1 調(diào)試過程的波形圖記錄 PAGEREF _Toc24517 11 HYPERLINK l _Toc24549 4.2.2 三極管混頻器的誤差分析 PAGEREF _Toc24549 13 HYPERLINK l _Toc763 結(jié)束語 PAGEREF _Toc763 14 HYPERLINK l _Toc5251 致 謝 PAGEREF _Toc5251 15 HYPERLINK l _Toc1 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc1 16 HYPE

11、RLINK l _Toc27642 附錄A:元件清單 PAGEREF _Toc27642 17 HYPERLINK l _Toc12449 附錄B:電路原理圖 PAGEREF _Toc12449 18 HYPERLINK l _Toc19747 附錄C:PCB圖 PAGEREF _Toc19747 19 HYPERLINK l _Toc27562 附錄D:實(shí)物圖 PAGEREF _Toc27562 201 方案論證1.1 課題設(shè)計(jì)任務(wù)及功能要求 設(shè)計(jì)一個(gè)三極管混頻器，要求輸入信號(hào)為10MHz正弦波，本振信號(hào)為16.455MHz正弦波，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。1.2 三極管混頻電路方

12、案分析 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1.1 晶體管混頻器原理電路圖1.2.1 方案一 圖(a)電路對(duì)振蕩電壓來說是共射電路，輸出阻抗較大，混頻時(shí)所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但有可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點(diǎn)。1.2.2 方案二 圖(b)電路的輸入信號(hào)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(shí)，對(duì)于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小，這是它的優(yōu)點(diǎn)。1.2.3 方案三圖(c)和圖(d)兩種電路都是共基混頻電路。此類電路工作在較低的頻率范圍內(nèi)時(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較

13、低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率范圍內(nèi)工作時(shí)，因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率f比共發(fā)電路的f要大很多，所以變頻增益較大。1.3 三極管混頻器方案確定本次課程設(shè)計(jì)采用方案二。在該方案中，將頻率為10MHz的高頻小信號(hào)從三極管的基極輸入，將頻率為16.455MHz的本振信號(hào)從三極管的射極注入。選定該方案的原因在于此類電路相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小，振蕩波形好，失真小。根據(jù)以上分析，確定電路圖如下圖1.2 設(shè)計(jì)電路原理圖2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 混頻電路圖2.1 混頻模塊電路原理圖2.1.1 混頻電路工作原理混頻電路是一種頻率變換電路，是時(shí)變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個(gè)振幅較大的振蕩電壓與幅度較小的

14、外來信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線性電路的器件上時(shí)，輸出端可取得這兩個(gè)信號(hào)的差頻或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波的載波頻率變換成固定的中頻而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個(gè)線性頻譜搬移電路，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，只是其載波頻率發(fā)生了變化，其調(diào)制規(guī)律是不變的。混頻電路主要由三大部分組成：本地振蕩器、非線性器件變頻器電路和中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)部分獨(dú)立工作。當(dāng)本地振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)（設(shè)其頻率為）和輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)（設(shè)其頻率為）混合時(shí)，由于晶體管的非線性特性，兩個(gè)信號(hào)混合后會(huì)產(chǎn)生頻率為或的信號(hào)，然后通過中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，取出頻率為的信號(hào)，調(diào)節(jié)、的大小

15、使其差為中頻頻率，最終能輸出所需要的中頻信號(hào)。 混頻前后的頻譜原理圖如下所示： 圖2.2 混頻器頻譜原理圖 混頻前后的頻譜搬移特性圖如下所示： 圖2.3 混頻器頻譜搬移特性圖2.1.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的選取通過對(duì)混頻電路原理圖的分析，可得此設(shè)計(jì)電路的關(guān)鍵就是找到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)和正確的選頻網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于靜態(tài)工作點(diǎn)的選取，要求混頻器工作在放大區(qū)，避免晶體三極管因工作在飽和區(qū)和截止區(qū)而出現(xiàn)波形失真。所以選擇VR13電位器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得工作點(diǎn)不要太高也不要太低。 為選取正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)計(jì)交流通路如下： 圖2.4 交流通路圖2.2 選頻回路 選頻網(wǎng)絡(luò)即交流通路如下： 圖2.5 選頻網(wǎng)絡(luò)圖2.1.3 選頻

16、網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，取電容為60pF,可求得電感為10uH。3 電路仿真及結(jié)果分析3.1 Multisim 11 軟件簡(jiǎn)介Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multisim中完整的器件庫(kù)，您可以快速創(chuàng)建原理圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE仿真器仿真電路。借助專業(yè)的高級(jí)SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)

17、計(jì)進(jìn)行迅速的驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。本次三極管混頻器設(shè)計(jì)采用Multisim 11 軟件。3.2 仿真電路 圖3.1 混頻電路仿真圖3.3 仿真結(jié)果 圖3.2 VR13=3k時(shí)的仿真波形圖圖3.3 VR13=3k時(shí)的頻率輸出圖 圖3.4 VR13=5k時(shí)的仿真波形圖圖3.5 VR13=5k時(shí)的頻率輸出圖 圖3.6 VR13=10k時(shí)的仿真波形圖 圖3.7 VR13=10k時(shí)的頻率輸出圖3.3.1 仿真

18、結(jié)果分析通過仿真調(diào)試，得到輸出混頻信號(hào)頻率在6.455MHZ左右波動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求。4 電路板的制作與調(diào)試4.1 電路板的制作首先利用ptotel軟件畫好電路原理圖，然后繪制PCB圖，接著把圖轉(zhuǎn)印到板子上，進(jìn)行元器件的焊接，最后檢測(cè)電路板是否連接正確。4.2 電路板的調(diào)試 利用實(shí)驗(yàn)箱上的本振信號(hào)模塊和高頻小信號(hào)模塊，將本振信號(hào)和高頻小信號(hào)接進(jìn)電路板，然后通過調(diào)節(jié)中周選頻，使其能選出頻率為6.455MHZ左右的信號(hào)。再通過調(diào)節(jié)VR13改變其靜態(tài)工作點(diǎn),使其能輸出最大不失真波形。4.2.1 調(diào)試過程的波形圖記錄 圖4.1 輸出頻率為6.5351MHZ的波形圖圖4.2 輸出頻率為6.4410MHZ的

19、波形圖圖4.3輸出頻率為6.6995MHZ的波形圖4.2.2 三極管混頻器的誤差分析 輸出波頻率的實(shí)際值與理論值6.455MHz存在一定程度的偏差，其主要原因是混頻器存在非線性干擾。同時(shí)還有一些其他的干擾，比如交調(diào)互調(diào)，阻塞干擾等。 干擾的解決辦法： 1、選擇合適的中頻，如果將中頻選在接收信號(hào)頻段之外, 可以避免中頻干擾和干擾哨聲。2、提高混頻電路選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性能, 減少進(jìn)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，對(duì)于鏡像干擾可采用陷波電路將它濾除。結(jié)束語 本次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束。設(shè)計(jì)結(jié)果基本滿足要求，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的波形，說明電路各部分均正常工作。但是需要進(jìn)一步改善電路的性能，使電路更加精確、