二極管雙平衡混頻器

高頻電子實驗報告實驗名稱：二極管雙平衡混頻器實驗?zāi)康模?、 掌握二極管雙平衡混頻器頻率變換的物理過程。2、 掌握晶體管混頻器頻率變換的物理過程和本振電壓V0和工作電流Ie對中頻轉(zhuǎn)出電壓大小的影響。3、 掌握集成模擬乘法器實現(xiàn)的平衡混頻器頻率變換的物理過程。4、 比較上述三種混頻器對輸入信號幅度與本振電壓幅度的要求。實驗儀器：1、 1號板1塊2、 6號板1塊3、 3號板1塊4、 7號板1塊5、 雙蹤示波器1臺實驗原理：二極管雙平衡混頻原理圖3-1二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器的電路圖示見圖3-1圖3-1二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器的電路圖示見圖3-1。圖中VS為輸入信號電壓，VL為本機(jī)振蕩電壓。在負(fù)載Rl上產(chǎn)生差頻和合頻，還夾雜有一些其它頻率的無用產(chǎn)物，再接上一個濾波器（圖中未畫出）二極管雙平衡混頻器的最大特點是工作頻率極高，可達(dá)微波波段，由于二極管雙平衡混4頻器工作于很高的頻段。圖3-1中的變壓器一般為傳輸線變壓器。二極管雙平衡混頻器的基本工作原理是利用二極管伏安特性的非線性。眾所周知，二極管的伏安特性為指數(shù)律，用幕級數(shù)展開為1 V 1VT 1Vr —1）-ZJ—-—（―）2十…丄C丄）”十…& 」styT 21 nIVT當(dāng)加到二極管兩端的電壓v為輸入信號VS和本振電壓VL之和時，V項產(chǎn)生差頻與和頻。其它項產(chǎn)生不需要的頻率分量。由于上式中1的階次越高，系數(shù)越小。因此，對差頻與和頻構(gòu)成干擾最嚴(yán)重的是v的一次方項（因其系數(shù)比v2項大一倍）產(chǎn)生的輸入信號頻率分量和本振頻率分量。用兩個二極管構(gòu)成雙平衡混頻器和用單個二極管實現(xiàn)混頻相比，前者能有效的抑制無用產(chǎn)物。雙平衡混頻器的輸出僅包含（p3l±3S）（P為奇數(shù)）的組合頻率分量，而抵消了3L、3C以及P為偶數(shù)（P3L±3S）眾多組合頻率分量。下面我們直觀的從物理方面簡要說明雙平衡混頻器的工作原理及其對頻率為3L及3S的抑制作用。圖雙平衡混頻器拆開戚兩個卩平歯混頻器在實際電路中，本振信號VL遠(yuǎn)大于輸入信號VS。在VS變化范圍內(nèi)，二極管的導(dǎo)通與否,完全取決于VL。因而本振信號的極性，決定了哪一對二極管導(dǎo)通。當(dāng)VL上端為正時,二極管D3和D4導(dǎo)通，D1和D2截止；當(dāng)上端為負(fù)時，二極管D1和D2導(dǎo)通，D3和D4截止。這樣，將圖3-1所示的雙平衡混頻器拆開成圖3-2（a）和（b）所示的兩個單平衡混頻器。圖3-2（a）是VL上端為負(fù)、下端正期間工作；3-2（b）是VL上端為正、下端為負(fù)期間工作。由圖3-2（a）和（b）可以看出，V單獨作用在Rl上所產(chǎn)生的sL分量，相互抵消，故Rl上無sL分量。由V產(chǎn)生的分量在V上正下負(fù)期間，經(jīng)D3產(chǎn)生的分量和經(jīng)D4產(chǎn)生的分量在Rl上均是自下經(jīng)上。但在V下正上負(fù)期間，則在Rl上均是自上經(jīng)下。即使在VL一個周期內(nèi)，也是互相抵消的。但是VL的大小變化控制二極管電流的大小，從而控制其等效電阻，因此VS在VL瞬時值不同情況下所產(chǎn)生的電流大小不同，正是通過這一非線性特性產(chǎn)生相乘效應(yīng)，出現(xiàn)差頻與和頻。2、電路說明模塊電路如圖3-3所示，這里使用的是二極管雙平衡混頻模塊ADE-1,該模塊內(nèi)部電路如圖3-5所示。在圖3-3中，本振信號V由P3輸入，射頻信號V由P1輸入，它們都通過ADE-1中的變壓器將單端輸入變?yōu)槠胶廨斎氩⑦M(jìn)行阻抗變換，TP8為中頻輸出口，是不平衡輸出。圖3-3二極管雙平衡混頻ElectricalSchematic圖3-5ADE-1內(nèi)部電路在工作時，要求本振信號VL>VS。使4只二級管按照其周期處于開關(guān)工作狀態(tài)，可以證明，在負(fù)載RL的兩端的輸出電壓（可在TP8處測量）將會有本振信號的奇次諧波（含基波）與信號頻率的組合分量，即psL±3s（P為奇數(shù)），通過帶通濾波器可以取出所需頻率分量3L+3S（或3L—°S一）。由于4只二極管完全對稱，所以分別處于兩個對角上的本振電壓VL和射頻信號VS不會互相影響，有很好的隔離性；此外，這種混頻器輸出頻譜較純凈，噪聲低，工作頻帶寬，動態(tài)范圍大，工作頻率高，工作頻帶寬，動態(tài)范圍大，缺點是高頻增益小于1。N］、C5、T1組成諧振放大器，用于選出我們需要的頻率并進(jìn)行放大，以彌補(bǔ)無源混頻

器的損耗。實驗步驟:1、1、熟悉實驗板上各元件的位置及作用;2、按下面框圖所示，進(jìn)行連線止弦波振蕩番（3號板）輸卅信號源止弦波振蕩番（3號板）輸卅信號源（語板）戲平衡齪頷單元（7號扳｝hP1■雙射潁輸入TIF8IF輸出?混取和頻bP3■瀕輸岀輪出TP2 -木振歸］人器顧率計示波器丿圖斗4雙平衡混頻連線柜圖源端口目的端口連線說明1號板’RFOUT1（幅度最大7號板：P3本振信號輸入3號板:P17號板:P1射頻佶號輸入7號板：P2石號板：P3混頻后信號輸出3、 將3號板SW1撥為晶體振蕩器，即撥碼開關(guān)S1為“10”，S2撥為“01”。4、 用示波器觀察7號板混頻器輸出點TP8波形，觀測7號板混頻輸出TP2處波形（調(diào)節(jié)7號板中周T1使輸出最大），并讀出頻率計上的頻率。（如果使用數(shù)字示波器，可以使用FFT功能觀測TP8的頻譜）5、 調(diào)節(jié)本振信號幅度，觀測混頻輸出選頻放大TP2處波形變化6、 將射頻輸入P1改外接高頻信號；信號源輸出信號頻率20M,調(diào)節(jié)本振信號頻率，觀測混頻輸出選頻放大TP2處波形變化，記錄輸出信號幅度最大的輸入輸出頻率。實驗數(shù)據(jù):1、射頻信號的頻率fs=4.5MHza、 本振信號的頻率fL=6.2MHz時，混頻信號的和頻為（fL+fs）=10.7MHz增益為T0.6dBb、 本振信號的頻率fL=15.2MHz時，混頻信號的差頻為（fL-fs）=10.7MHz增益為T0.5dB2、調(diào)節(jié)本振信號幅度，混頻輸出選頻放大TP2處波形幅度隨本振信號幅度的增大而增大，即混頻輸出波形幅度與本振信號