課程設(shè)計(jì)混頻器

1、湖南工學(xué)院高頻電子1線路課程設(shè)計(jì)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告院校專業(yè) _組員姓名 _指導(dǎo)老師 _課題名稱 _第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子2線路課程設(shè)計(jì)摘要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(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)用較為廣泛，如AM廣播接收機(jī)將已調(diào)幅信號(hào)535KHZ- 一 1605KHZ 要變成為 465KHZ 中頻信號(hào)，電視接收機(jī)將已調(diào) 48 5M 一 870M 的圖象信號(hào)要變成38MHZ 的中頻圖象信號(hào)。移動(dòng)通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)

2、射機(jī)中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級(jí)式發(fā)射機(jī)。用一個(gè)頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運(yùn)算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機(jī)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。本文通過 MC1496構(gòu)成的混頻器來對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻率的轉(zhuǎn)換, 變成需要的中頻信號(hào) .要變成 38MHZ 的中頻圖象信號(hào)。移動(dòng)通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級(jí)式發(fā)射機(jī)。用一個(gè)頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)

3、頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運(yùn)算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機(jī)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。本文通過 MC1496構(gòu)成的混頻器來對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻率的轉(zhuǎn)換, 變成需要的中頻信號(hào) .第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子3線路課程設(shè)計(jì)目錄摘要1一概述4二 . 方案分析5三單元電路的工作原理71 LC 正弦波振蕩器72模擬乘法器電路83選頻放大電路9四 電路性能指標(biāo)的測(cè)試11五課程設(shè)計(jì)體會(huì)13參考文獻(xiàn)14附錄總電路圖16附錄元器件清單17第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子

4、4線路課程設(shè)計(jì)一概述混頻技術(shù)應(yīng)用的相當(dāng)廣泛，混頻器是超外差接收機(jī)中的關(guān)鍵部件。直放式接收機(jī)是高頻小信號(hào)檢波，工作頻率變化范圍大時(shí)，工作頻率對(duì)高頻通道的影響比較大（頻率越高，放大量越低，反之頻率低，增益高） ，而且對(duì)檢波性能的影響也較大，靈敏度較低。采用超外差技術(shù)后，將接收信號(hào)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(hào)的放大一致性好，靈敏度可以做得很高，選擇性也較好。因?yàn)榉糯蠊δ苤饕旁谥蟹?，因此可以用良好的濾波電路。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(hào)低，性能指標(biāo)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。在頻分多地址信號(hào)的

5、合成、微波接力通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中也有其重要地位。此外，混頻器也是許多電子設(shè)備、測(cè)量?jī)x器（如頻率合成器、頻譜分析儀等）的重要組成部分?；祛l器是頻譜線性搬移電路，能夠?qū)⑤斎氲膬陕沸盘?hào)進(jìn)行混頻。具體原理框圖如圖1所示。振蕩器輸出一頻率為f1、幅值1V 的正弦波信號(hào)，此信號(hào)作為混頻=10MHz0.2V U 1m器的第一路輸入信號(hào)；高頻信號(hào)源輸出一正弦波信號(hào)，f 2 =10MHz、幅值 U 2 m =200mV，此信號(hào)作為混頻器的第二路信號(hào)，將這兩路信號(hào)作為模擬乘法器的輸入進(jìn)行混頻。選頻放大電路則對(duì)混頻后的信號(hào)進(jìn)行選頻、放大，最終輸出2MHz的正弦波信號(hào)。第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子5線路課程設(shè)計(jì)正

6、弦波模擬選頻、振蕩器乘法器放大電路高頻信號(hào)源圖 1混頻器原理框圖二. 方案分析對(duì)于混頻電路的分析，重點(diǎn)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(diǎn)，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導(dǎo)的計(jì)算方法，三是應(yīng)用電路分析?；祛l電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點(diǎn)：混頻，工程上也稱變頻，是將信號(hào)的頻率由一個(gè)數(shù)值變成另一個(gè)數(shù)值的過程，實(shí)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(jí)振蕩電路和帶通濾波器 ( 也稱選頻網(wǎng)絡(luò) ) 。當(dāng)為接收機(jī)混頻電路時(shí)，其中 Us (t) 是已調(diào)高

7、頻信號(hào)。 Ul (t) 是等幅的余弦型信號(hào)，而輸出則是 Ui (t) 為中頻信號(hào)?；祛l電路的基本原理：第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子6線路課程設(shè)計(jì) 圖2中， Us(t) 為輸入信號(hào)， Uc(t) 為本振信號(hào)。 Ui (t) 輸出信號(hào)。分析：當(dāng) U s (t)U sm cosst則 U p (t)U s (t)U c (t)=U sm cosst U cmcosct= Am cos stcos ct其中： AmU sm U cm對(duì)上式進(jìn)行三角函數(shù)的變換則有U p t1Am cos st cos c t ： 1Am cos( c s)t cos(c -s )t2從上式可推出， Up(t) 含有兩個(gè)頻

8、率分量和為 ( c+ S) ，差為( C- S) 。若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為 U i (t) 1 Amcoscs t 2若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：U i (t) 1Amcos c - s t 2工程上對(duì)于超外差式接收機(jī)而言，如廣播電視接收機(jī)則有>> 往往混頻器的選頻網(wǎng)cS絡(luò)為下邊帶濾波器，則輸出為差頻信號(hào)，U i (t)1 Amcosc - s t 為接收機(jī)的中頻信號(hào)。2衡量混頻工作性能重要指標(biāo)是混頻跨導(dǎo)。規(guī)定混頻跨導(dǎo)的計(jì)算公式：混頻跨導(dǎo)g：輸出中頻電流幅度偷入信號(hào)電壓幅度。該電路由LC 正弦波振蕩器高頻信號(hào)源模擬乘法器以及選頻放大電路組成。LC 正弦波振蕩器

9、產(chǎn)生的10MHz正弦波與高頻信號(hào)源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進(jìn)行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，然后通過選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號(hào)。混頻器電路如圖3 所示。第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子7線路課程設(shè)計(jì)圖 3 混頻器電路圖三單元電路的工作原理1LC 正弦波振蕩器本次設(shè)計(jì)采用 LC 電容三點(diǎn)式反饋電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將 LC 諧振回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電極相連，所以這種電路叫電容三點(diǎn)式振蕩器。三點(diǎn)式 LC振蕩器的相位平衡條件是kF2，在 LC諧振回路， X c

10、bX beX ce ，X cb 與 X be X ce 性質(zhì)相反，當(dāng) X be X ce 為電容， X cb 就是電感；當(dāng) X be X ce 為電感， X cb 就是電容。在 LC 三點(diǎn)式振蕩器電路中, 如果要產(chǎn)生正弦波，必須滿足振幅平衡條件：即滿足AF1。由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：Ri11FFF選取60 ，故選用 2N2222A三極管。 2N2222A是 NPN型三極管，屬于低噪聲放大三極管。本電路的三極管采用分壓偏置電路，為了使三極管處于放大狀態(tài)，必須滿足：電流IB510 IBQ電壓第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子8線路課程設(shè)計(jì)U B1 1U cc53由此可以確定 R1=5.1K，R

11、3=2.2K，R4=2K。正弦波的輸出信號(hào)頻率f =10MHz，電路連接如圖4 所示圖 4 LC 正弦波振蕩器R1R2 R4組成支流偏置電路， R5是集電極負(fù)載電阻， L2 CTCC4 構(gòu)成并聯(lián)回路，其中 R6 用來改變回路的 Q值， C1 C3為耦合電容， L1 C6C5 構(gòu)成了一個(gè)去耦電路，用來消除電路之間的相互影響。其交流通路如圖 5 所示。圖 5 交流通路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，正弦波振蕩器輸出頻率為10MHz，故由此可以大概確定L2 C4CT的數(shù)值，再通過仿真進(jìn)行調(diào)試最終確定其參數(shù)。電路的諧振頻率為f1110.1MHz ，靜態(tài)L2 C4/ CT2 3.141010 6350 10 1227%

12、工作點(diǎn)為 VB12R1125.1982.3mv ，基本符合設(shè)求。R25.12.210055%R1R32模擬乘法器電路用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻， 就是在 U x 端和 U y 端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，相差一中頻，第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電子9線路課程設(shè)計(jì)再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號(hào)，其原理方框圖如圖6所示：U xU c通頻帶濾波器U 0U g圖 6混頻原理框圖若 U x tU s cosws U y tU 0 cos w0t則 U c t KVsV0 cosws t cos w0t 1 KV sV0 cos w0 ws t cos w0 ws t 2經(jīng)帶通濾波器后，取差頻V0 t1 KV sV

13、0 cos w0 ws tw0wswi 為所需要的中頻頻率。2由 MC1496 模擬乘法器構(gòu)成的混頻器電路如圖7 所示。圖中， LC正弦波振蕩器輸出的10MHz正弦波由 10端（ X輸入端）注入，高頻信號(hào)源輸出的 10MHz正弦波由一端（ Y輸入端）輸入，混頻后的中頻電壓由 6端經(jīng) 形帶通濾波器輸出， 其中 C17 L11C11C19構(gòu)成一選頻濾波回路，調(diào)節(jié)可變電阻 Rp能使 14腳直流電位差為零， 可以減小輸出信號(hào)的波形失真，使電路平衡。在 23腳之間加接電阻，可擴(kuò)展輸入信號(hào) us 的線性范圍。圖 7 MC1496 構(gòu)成的混頻器3選頻放大電路電路連接如圖8 所示，晶體管選 2SC945，R1

14、R2Re 組成支流偏置電路， L2 L3第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電10子線路課程設(shè)計(jì)C2R 構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，其中 R 用來改變回路的 Q 值， C1 為輸入耦合電容， C3 為輸出耦合電容， C7 位晶體管發(fā)射極旁路電容， L1 C4C5 構(gòu)成了一個(gè)去耦電路，用來消除電路之間的相互影響， R1 R2 提供電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。其中電路的諧振頻率為f111.99MHz10 1210 62C2L2L323.14510102.4310 6靜態(tài)工作點(diǎn)為VB12R2126.23.51V。R1R2156.2圖 8 選頻放大電路第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電11子線路課程設(shè)計(jì)四電路性能指標(biāo)的測(cè)試根據(jù)設(shè)計(jì)方案， 應(yīng)

15、用計(jì)算機(jī) Multisim 軟件進(jìn)行了模擬仿真。 用示波器觀察 LC 正弦波振蕩器的輸出，輸出波形如圖9 所示。圖 9 LC 正弦波振蕩器輸出波形用示波器觀察混頻器輸出信號(hào)，波形如圖10 所示。第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電12子線路課程設(shè)計(jì)圖 10 混頻后的信號(hào)波形圖用示波器觀察模擬乘法器的輸出，輸出波形如圖11 所示。圖 11模擬乘法器輸出波形LC正弦波振蕩器的輸出頻率應(yīng)為f1110.1MHz ， 靜 態(tài) 工作 點(diǎn)2 3.14 10 10 6 350 10 122L 2C4/ CT7%VB12R1125.1982.3mv；選頻放大電路輸出頻R2R35.12.210055%R1率應(yīng)為 f111.

16、99MHz2C 2L 2L323.14 51010 121010 62.4310 6第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電13子線路課程設(shè)計(jì)，靜態(tài)工作點(diǎn) VB 12R26.23.51V 。R1R2126.215通過仿真測(cè)試可得 LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點(diǎn) VB983.3mv ；選頻放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點(diǎn) VB3.47mv 。結(jié)論 : 有計(jì)算值與仿真值的比較可得, 本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)要求，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的波形，仿真值基本滿足要求，說明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結(jié)果同理論值仍存在一定的誤差，需要進(jìn)一步改善電路的性能，使電路更加精確和抗干

17、擾能力更強(qiáng)。五課程設(shè)計(jì)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的題目是混頻器的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用了通信電子線路中三方面內(nèi)容，分別是電容三點(diǎn)式振蕩電路、模擬乘法器和選頻放大電路。通過查找資料，結(jié)合書本中所學(xué)的知識(shí)，完成了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。把書中所學(xué)的理論知識(shí)和具體的實(shí)踐相結(jié)合，有利于我們對(duì)課本中所學(xué)知識(shí)的理解，并加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計(jì)不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計(jì)”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)通信電子線路又有了進(jìn)一步的了解，增加了對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電14子線路課程設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1 宋樹祥，周冬梅 . 高頻電子線路 .M 北京大學(xué)出版社， 2007

18、 年 2 月2 陳邦媛 . 射頻通信電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo) .M 科學(xué)出版社， 2007 年 6 月3 吳慎山 . 高頻電子線路 .M 電子工業(yè)出版社， 2007 年 1 月4 謝沅清 . 通信電子線路 .M 電子工業(yè)出版社， 2007 年 7 月5 曾興雯 . 高頻電子線路 .M 高等教育出版社， 2004 年 1 月6 楊翠娥 . 高頻實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) .M 哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2005 年 1 月7 于洪珍 . 通信電子線路 .M 清華大學(xué)出版社， 2006 年 1 月8 陳利永 . 電子電路基礎(chǔ) .M 中國鐵道出版社， 2006 年 7 月9 周選昌 . 高頻電子線路 .M 浙江大學(xué)出版社， 2006 年 7 月第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電15子線路課程設(shè)計(jì)第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電16子線路課程設(shè)計(jì)附錄MC1496構(gòu)成的混頻器電路圖第 3 頁湖南工學(xué)院高頻電17子線路課程設(shè)計(jì)附錄元器件清單序號(hào)編號(hào)元件名稱型號(hào)數(shù)量1C15電容1.0nF1 個(gè)2C14電容510pF1 個(gè)3R10電阻15K1 個(gè)4R9, R5電阻1.0k2 個(gè)5L5可變電感10uH1 個(gè)6U1模擬乘法器MC14581 個(gè)7C7, C6電容1.6pF2 個(gè)