三極管混頻器-高頻課程設(shè)計(jì)

1、 通信電子線路課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 三極管混頻器 系 ： 電氣與信息工程 學(xué) 號(hào)：姓 名：王凱 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：通信11-03班 指導(dǎo)老師： 張松華 時(shí) 間: 2013.12.16 摘要混頻器在通信工程和無(wú)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(guò)頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號(hào)。在解調(diào)過(guò)程中，接收的已調(diào)高頻信號(hào)也要經(jīng)過(guò)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)485M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

2、。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)頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)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(jiàn)，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無(wú)線電專(zhuān)業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。本文通過(guò)MC1496構(gòu)成的混頻器來(lái)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). AbstractThe mixer in communication engineering and radio technology, application is ve

3、ry extensive, in modulation system, the input of baseband signal are throughfrequency conversion into a high frequency modulated signal. In the demodulation process, the received modulated high frequency signal afterfrequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to.Especiall

4、y in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receiver will be amplitude modulated signal 535KHZ- a 1605KHZ to become 465KHZ IF signal, image signal television receiver will have a 870M48.5M to become 38MHZ of intermediate frequency image signal. In mobile communication, a

5、 frequency and the two frequency etc. In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype transmitter. With a low frequency of the quartz crystal oscillator as the main oscillator, generating the main oscillation signal of a frequency is verystabl

6、e, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circuit, such as converting TV transposer transceiver channel, the uplink, downlink frequency in satellitecommunication transform, must be in the mixer. Thus, mixing circuit is the key module o

7、f Applied Electronic Technology and professional radio must master.This paper is composed by MC1496 conversion mixer to the frequency of the received signal, a signal is needed.目錄摘要1第一章 系統(tǒng)分析31.1設(shè)計(jì)課題任務(wù)31.2課題基本原理41.3混頻電路的分類(lèi)41.4混頻電路的實(shí)際應(yīng)用5第二章 軟件介紹62.1 工具的選擇Multisim 10 簡(jiǎn)介62.2 Multisim 10 的特點(diǎn)6第三章 設(shè)計(jì)課題的仿真分

8、析晶體管混頻器虛擬實(shí)現(xiàn)73.1設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇73.2晶體三極管混頻器設(shè)計(jì)及課題的仿真結(jié)果93.3設(shè)計(jì)課題的仿真調(diào)試11第四章 結(jié)論.14致謝15參考文獻(xiàn)16附錄：Multisim 掃頻儀的介紹.17第一章 系統(tǒng)分析1.1設(shè)計(jì)課題任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)三極管混頻器。要求中心頻率為10MHz, 本振頻率為16.455MHz，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。1.2基本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（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較小的外來(lái)信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號(hào)的差頻或和頻，完成變頻作用。它

9、的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說(shuō)它是一個(gè)線性頻率譜搬電路，對(duì)于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過(guò)變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。非線性器件帶通濾波器本地振蕩器輸入輸出圖1.1調(diào)幅波以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖：圖1.2調(diào)幅波變頻波形圖調(diào)幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了倆個(gè)信號(hào)載頻為1.76MHZ的調(diào)幅波Vs（輸入信號(hào)）和頻率為2.1656.465MHZ的等幅波Vo(本振信號(hào))，經(jīng)過(guò)變頻后，輸出為465KHz的中頻調(diào)波Vi。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波調(diào)幅規(guī)律完全相同，即載沒(méi)振幅的包

10、絡(luò)形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同。下面我們來(lái)研究變頻是頻譜的變化，從示意圖我們可以看出經(jīng)過(guò)混頻，高頻已調(diào)波變成中頻已調(diào)波，只是把已調(diào)波的頻譜從高頻率位置到了中頻率位置，輸入信號(hào)中每個(gè)頻率分量的位置及相對(duì)大小、相互間距不發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)注意高頻率已調(diào)波的上、下邊頻搬到中頻位置后，分別成了下、上邊頻。1.圖1.3變頻前后的頻譜圖1.3混頻電路的分類(lèi)混頻電路是基于某些器件的非線性遠(yuǎn)離工作的，其核心部件就是非線性元件。根據(jù)所用器件不同，混頻器主要有：1） 晶體管混頻器；2） 二極管混頻器；3） 場(chǎng)效應(yīng)管混頻器；4） 差分對(duì)混頻器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分有：1） 單管混頻器；2） 平衡混頻器；3） 環(huán)形混頻器

11、。1.4混頻電路的實(shí)際應(yīng)用 超處差式接收機(jī)的主要特點(diǎn)是，把被接收的已調(diào)波信號(hào)的載波的頻率c先變?yōu)轭l率較低的（或較高的）但是固定不變的中間頻率i（稱(chēng)為中頻），而其振幅的變化規(guī)律保持不變，即是由低頻調(diào)制信號(hào)來(lái)決定，然后利用中頻放大器加以放大送至檢波器進(jìn)行檢波。解調(diào)出與調(diào)制信號(hào)U(t) 線性關(guān)系的輸出電壓。隨后通過(guò)低頻電壓放大、功率放大、由揚(yáng)聲器還原為原來(lái)的聲音，因?yàn)橹蓄l放大器的中心頻率是固定不變的，中頻放大器容易取得較大的增益和近似理想的選擇性曲線。而接收器的主要放大倍數(shù)由中頻放大承擔(dān)所以整機(jī)增益在接收頻率范圍內(nèi)，高端和底端的差別就會(huì)很小，即易于獲得較高的靈敏度和臨道選擇性。對(duì)于調(diào)諧來(lái)說(shuō)需要對(duì)混頻

12、器的選頻輸入回路和本機(jī)振蕩器進(jìn)行同步調(diào)諧，這是容易實(shí)現(xiàn)的。 第二章 軟件介紹2.1 工具的選擇Multisim 10 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(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB

13、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。 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，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專(zhuān)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)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量。 2.2 Multisim 10的特點(diǎn)通過(guò)

14、直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路通過(guò)交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征通過(guò)一個(gè)工具鏈, 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間第三章 設(shè)計(jì)課題的仿真分析晶體管混頻器虛擬實(shí)現(xiàn)3.1設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇晶體管的原理電路如圖所示，圖中，本振電壓和信號(hào)電壓都加在 晶體管的基極與發(fā)射極之間，在混頻過(guò)程中，跨導(dǎo)隨本振電壓做周期變換，混頻管可看成線性參變組件。當(dāng)高頻信號(hào)通過(guò)線性參變組件時(shí)，便產(chǎn)生各種頻率分量，達(dá)到變頻目的。 圖3.1 晶體管原理電路 晶體管混頻器的電路有多種形式。一般按照晶體管組態(tài)和本地振蕩電壓注入點(diǎn)的不同

15、有圖4所示的四種基本電路。圖中（a）和（b）為共發(fā)混頻電路。圖（a）信號(hào)電壓由基極輸入，本振電壓也由基極注入。圖（b）表示信號(hào)電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）表示信號(hào)電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓也由發(fā)射極注入。圖（d）表示信號(hào)電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓由基極注入。這四種電路組態(tài)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。圖3.2晶體管混頻器的電路4種形式 圖（a）電路對(duì)振蕩電壓來(lái)說(shuō)是共發(fā)電路，輸入阻抗較大，因此用做混頻時(shí)，本地振蕩電路比較容易起振，需要的本振注入功率也較小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是因?yàn)樾盘?hào)輸入電路與振蕩電路相互影響較大（直接耦合），可能產(chǎn)

16、生牽引現(xiàn)象。這是它的缺點(diǎn)。當(dāng)s與0的相對(duì)頻差不大時(shí)，牽引現(xiàn)象比較嚴(yán)重，不宜采用此種電路。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(lái)說(shuō)是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過(guò)激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但需要較大的本振注入功率；不過(guò)通常所須功率也只有幾十mW，本振電路是完全可以供給的。因此，這種電路應(yīng)用較多。圖（c）和（d）兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率工作時(shí)（幾十MHz），因?yàn)楣不娐返谋裙舶l(fā)電路的要大很多，所以變頻增益較

17、大。因此在較高頻率工作時(shí)也有采用這種電路的。3.2晶體三極管混頻器設(shè)計(jì)及課題的仿真結(jié)果綜上所述，圖 3.2（b）比較適合本設(shè)計(jì)，電路的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入本課程設(shè)計(jì)-晶體三極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路如圖 圖 3.3 晶體三極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路該電路主要由Q1 和6.5MHz 選頻回路組成?；祛l信號(hào)V1，V2分別由基極和發(fā)射級(jí)輸入。通過(guò)改變電阻R2的值來(lái)改變混頻器晶體工作點(diǎn)，使其工作在合適的非線性區(qū)域，同時(shí)也可以用來(lái)調(diào)節(jié)混頻增益。圖 3.3 晶體管工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電路 不合適的工作點(diǎn)將導(dǎo)致輸出信號(hào)不穩(wěn)定，甚至不能工作。3.3設(shè)計(jì)課題的仿真調(diào)試混頻器的各種非線性干擾是很重要的問(wèn)題，并且在討

18、論各種混頻器時(shí)，把非線性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一非線性干擾中很重要的一類(lèi)就是組合頻率干擾和副道波干擾。這類(lèi)干擾是混頻器特有的。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最強(qiáng)的干擾哨聲2：提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進(jìn)入混頻電路的外來(lái)干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對(duì)于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。 3：采用具有平方律特性的場(chǎng)效應(yīng)管、 模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路, 可以大大減少無(wú)用組合頻率分量的數(shù)目, 尤其是靠近有用頻譜的無(wú)用組合頻率分量,

19、 從而降低了各種組合頻率干擾產(chǎn)生的可能性。 在本課程設(shè)計(jì)中，高頻干擾由LC諧振網(wǎng)絡(luò)及RC有源濾波器共同完成，故效果較好。濾波器由RC網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放組成，具有高輸入阻抗低輸出阻抗的特點(diǎn)，具有緩沖作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中取f0為6.455MHz, 通帶增益1，帶寬500kHz. 根據(jù)公式：取， 則：3.1 3.2 3.3 3.4由于本實(shí)驗(yàn)的目的是演練二階有源濾波器的設(shè)計(jì)，電路中采用理想元件。實(shí)際電路中可采用精密可調(diào)元件代替。圖 3.13 RC有源二階濾波 經(jīng)仿真，該帶通濾波器的幅頻特性如下：圖 3.14帶通濾波器的幅頻特性下面的兩個(gè)輸出波形可以生動(dòng)展示該RC有源二階濾波器在本混頻系統(tǒng)中的作用。圖 3.15濾

20、波前后波形對(duì)比左邊為經(jīng)過(guò)RC有源二階濾波器的輸出信號(hào)波形，每個(gè)周期的信號(hào)幅值較為一致。而右變未經(jīng)過(guò)RC有源二階濾波器的輸出信號(hào)每個(gè)周期的信號(hào)幅值顯然有起伏。這說(shuō)明有部分殘留的干擾信號(hào)被該帶通濾波器有效地抑制了。 接待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出。關(guān)鍵點(diǎn)是必須在網(wǎng)絡(luò)的輸入端在并接一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 第四章 結(jié)論這次課程設(shè)計(jì)我們按照課程設(shè)計(jì)上的程序以及導(dǎo)師指導(dǎo)下一步一步完成，先復(fù)習(xí)混頻電路的原理，然后選擇電路，計(jì)算關(guān)鍵元件的值，學(xué)習(xí)Multisim的使用，最后連線調(diào)試出預(yù)期的混頻和濾波效果。在做開(kāi)題報(bào)告時(shí)我對(duì)混頻的認(rèn)識(shí)只限于基本原理和理論-在通信接受機(jī)中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)

21、固定載頻（中頻）的高頻已調(diào)波信號(hào)。調(diào)幅信號(hào)頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變。正式開(kāi)始設(shè)計(jì)后，在對(duì)電路的實(shí)現(xiàn)中，我先學(xué)習(xí)了Multisim軟件的使用，這個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以仿真各種電路，非常強(qiáng)大。應(yīng)用過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)這個(gè)軟件確實(shí)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，可以免去直接用硬件做實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的各種麻煩。而且這個(gè)軟件是英文版的，使我的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)的詞匯量大大增加。同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)格式的嚴(yán)格要求，也讓我掌握了WORD 的一些高級(jí)編輯技巧。在搭設(shè)電路的過(guò)程中，我對(duì)混頻電路有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，將理論知識(shí)加入實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中去，更加加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中曾遇到高頻干擾，輸出波形失真相當(dāng)嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫助，通過(guò)加入各種濾波電路，失