高頻課程設(shè)計(jì)二極管雙平衡混頻器

1、河北科技師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：高頻電子線路 設(shè)計(jì)題目：混頻器工作原理 姓 名：高金龍、郭強(qiáng)、姚明月院 系：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級：電子0701、0702學(xué) 號：0414070107 0414070210 0414070227（姓名順序排列）指導(dǎo)教師：杜殿會日 期：2009年12月8至12日目錄 第1頁 共1頁 目錄1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求12、方案與論證1 3、原理14、參數(shù)計(jì)算35、總原理圖與仿真結(jié)果66、元件清單87、結(jié)論與心得98、參考文獻(xiàn)9目錄 第10頁 共9頁 二極管雙平衡混頻器1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求變頻（混頻）是指將高頻已調(diào)波經(jīng)過頻率變換，變?yōu)楣潭ㄖ蓄l已調(diào)波,同時(shí)必須保持其調(diào)制規(guī)律不

2、變。具有這種功能的電路稱為混頻電路或變頻電路，亦稱為混頻器或變頻器。2、方案與論證方案一：三極管混頻器的電路組態(tài)電路（c）和（d）都是共基級混頻器，分為同級注入式和分級注入式。電路（b），共發(fā)分級注入式電路（a），共發(fā)同級注入式方案二：二極管混頻器圖1二極管雙平衡混頻器的電路圖示見圖。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(gè)濾波器（圖中未畫出）二極管雙平衡混頻器的最大特點(diǎn)是工作頻率極高，可達(dá)微波波段，由于二極管雙平衡混頻器工作于很高的頻段。圖中的變壓器一般為傳輸線變壓器。3、原理二極管雙平衡混頻器的最大特點(diǎn)是工作頻率極

3、高，可達(dá)微波波段，由于二極管雙平衡混頻器工作于很高的頻段。圖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，用冪級數(shù)展開為當(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(shí)，V2項(xiàng)產(chǎn)生差頻與和頻。其它項(xiàng)產(chǎn)生不需要的頻率分量。由于上式中u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(xiàng)（因其系數(shù)比v2項(xiàng)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(gè)二極管構(gòu)成雙平衡混頻器和用單個(gè)二極管實(shí)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（pL±S）（p為奇數(shù)）

4、的組合頻率分量，而抵消了L、C以及p為偶數(shù)（pL±S）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L及S的抑制作用。（a）（b）圖2圖2雙平衡混頻器拆開成兩個(gè)單平衡混頻器在實(shí)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(shí)，二極管D3和D4導(dǎo)通，D1和D2截止；當(dāng) 上端為負(fù)時(shí)，二極管D1和D2導(dǎo)通，D3和D4截止。這樣，將圖1所示的雙平衡混頻器拆開成圖2（a）和（b）所示的兩個(gè)單平衡混頻器。圖2（a）是VL上端為負(fù)、下端正期間工作；圖 2（

5、b）是VL上端為正、下端為負(fù)期間工作。由圖2（a）和（b）可以看出，VL單獨(dú)作用在RL上所產(chǎn)生的L分量，相互抵消，故RL上無L分量。由VS產(chǎn)生的分量在VL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VL下正上負(fù)期間，則在RL上均是自上經(jīng)下。即使在VL一個(gè)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(shí)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。4、參數(shù)計(jì)算電路方框圖末端放大器1混頻電路圖環(huán)形開關(guān)混頻器工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，輸出電流中的組合頻率只有本振電壓的奇次諧波與信號電壓

6、頻率的基波的組合，用一通式表示組合頻率為其中p=0、1、2、。即使環(huán)形混頻器不工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，它的輸出電流也只含有本振電壓的奇次諧波與信號電壓的奇次諧波的組合，也可用通式來表示，其中p=1、2、3、。較之其他的混頻器，組合頻率干擾少是其突出的優(yōu)點(diǎn)之一。其中四個(gè)二極管選用2本振電路電容三端式振蕩電路負(fù)反饋時(shí)放大器的閉環(huán)增益 正反饋時(shí)放大器的閉環(huán)增益 顯然，當(dāng)時(shí)，正反饋產(chǎn)生振蕩 ，此后振蕩電路的輸入信號，所以。因此，產(chǎn)生自激振蕩的條件為 應(yīng)該指出： （1）為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是

7、由于很難控制正反饋的量。 如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來越大，最后由三極管的非線性限幅，這必然產(chǎn)生非線性失真。 反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。（2）為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。其中電容三端式振蕩頻率為經(jīng)計(jì)算L=3uH, C1=50pF, C2=20pF.反饋系數(shù)為0.29可調(diào)電容為0-5pF,產(chǎn)生的本振振蕩頻率為21MHz-24.3MHz。調(diào)節(jié)可調(diào)電容C產(chǎn)生21.5MHz的本振信號，輸入信號頻率假定為20

8、MHz，則可選出頻率為1.5MHz的中頻信號。調(diào)節(jié)C則可將不同頻率的輸入信號變?yōu)?.5MHz的中頻信號。3信號放大電路放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)及測量方法如下：（1）諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項(xiàng)指標(biāo)所對應(yīng)電路），的表達(dá)式為 （1-1）式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；為調(diào)諧回路的總電容。5、總原理圖與仿真結(jié)果1、總原理圖2本振信號及混頻之后的輸出信號仿真圖6、元件清單如下表：元件標(biāo)號數(shù)值備注元件標(biāo)號數(shù)值備注C50.01uR615KC60.01uV120KR51.5KRc35KL41mR247KL11mR1100kRe2.5KL21

9、00uRb22KL3100uR42KC4120pQ12N2218ARb1400KCb2uFD4DIODECe2uFD1DIODECo2uFD3DIODER35.1KD2DIODEC35pFT3TRANS1C210pT1TRANS5C110pT2TRANS7、結(jié)論與心得為期一周的高頻課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，回顧設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，我們有太多的收獲，過程是痛苦的，結(jié)果是收獲的。這就是我這一周來最大的感受。我們是在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題中不斷進(jìn)步的。在此次設(shè)計(jì)時(shí)我們也遇到了不少的困難和問題，但在同伴們的共同努力下，辛苦的去鉆研、去學(xué)習(xí)，最終都克服了這些困難，使問題得到了解決。通過這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對于一些專業(yè)基礎(chǔ)課有了更深層次的掌握，并且提高了動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問題的能力。本周課程設(shè)計(jì)不但鍛煉了我們最基本的高頻電子線路的設(shè)計(jì)能力，更重要的是讓我們更深刻的認(rèn)識了高頻電子線路這門課程在實(shí)際中的應(yīng)用。8、參考文獻(xiàn)1 楊翠娥. 高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M . 哈爾濱:哈爾濱