高頻課程設計二極管雙平衡混頻器

1、河北科技師范學院課程設計說明書課程名稱：高頻電子線路 設計題目：混頻器工作原理 姓 名：高金龍、郭強、姚明月院 系：機電工程學院專業(yè)班級：電子0701、0702學 號：0414070107 0414070210 0414070227（姓名順序排列）指導教師：杜殿會日 期：2009年12月8至12日目錄 第1頁 共1頁 目錄1、設計任務與要求12、方案與論證1 3、原理14、參數計算35、總原理圖與仿真結果66、元件清單87、結論與心得98、參考文獻9目錄 第10頁 共9頁 二極管雙平衡混頻器1、設計任務與要求變頻（混頻）是指將高頻已調波經過頻率變換，變?yōu)楣潭ㄖ蓄l已調波,同時必須保持其調制規(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 為本機振蕩電壓。在負載RL上產生差頻和合頻，還夾雜有一些其它頻率的無用產物，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是工作頻率極

3、高，可達微波波段，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律，用冪級數展開為當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，V2項產生差頻與和頻。其它項產生不需要的頻率分量。由于上式中u的階次越高，系數越小。因此，對差頻與和頻構成干擾最嚴重的是v的一次方項（因其系數比v2項大一倍）產生的輸入信號頻率分量和本振頻率分量。用兩個二極管構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物。雙平衡混頻器的輸出僅包含（pL±S）（p為奇數）

4、的組合頻率分量，而抵消了L、C以及p為偶數（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單平衡混頻器在實際電路中，本振信號VL遠大于輸入信號VS。在VS變化范圍內，二極管的導通與否，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通。當VL上端為正時，二極管D3和D4導通，D1和D2截止；當 上端為負時，二極管D1和D2導通，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）所示的兩個單平衡混頻器。圖2（a）是VL上端為負、下端正期間工作；圖 2（

5、b）是VL上端為正、下端為負期間工作。由圖2（a）和（b）可以看出，VL單獨作用在RL上所產生的L分量，相互抵消，故RL上無L分量。由VS產生的分量在VL上正下負期間，經D3產生的分量和經D4產生的分量在RL上均是自下經上。但在VL下正上負期間，則在RL上均是自上經下。即使在VL一個周期內，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生的電流大小不同，正是通過這一非線性特性產生相乘效應，出現(xiàn)差頻與和頻。4、參數計算電路方框圖末端放大器1混頻電路圖環(huán)形開關混頻器工作在開關狀態(tài)時，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狀態(tài)時，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)點之一。其中四個二極管選用2本振電路電容三端式振蕩電路負反饋時放大器的閉環(huán)增益 正反饋時放大器的閉環(huán)增益 顯然，當時，正反饋產生振蕩 ，此后振蕩電路的輸入信號，所以。因此，產生自激振蕩的條件為 應該指出： （1）為了產生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網絡是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構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穩(wěn)幅電路。（2）為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應該有選頻網絡，選頻網絡往往和正反饋網絡或放大電路合而為一。選頻網絡由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絡來命名。其中電容三端式振蕩頻率為經計算L=3uH, C1=50pF, C2=20pF.反饋系數為0.29可調電容為0-5pF,產生的本振振蕩頻率為21MHz-24.3MHz。調節(jié)可調電容C產生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性能指標及測量方法如下：（1）諧振頻率放大器的調諧回路諧振時所對應的頻率稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標所對應電路），的表達式為 （1-1）式中，L為調諧回路電感線圈的電感量；為調諧回路的總電容。5、總原理圖與仿真結果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：元件標號數值備注元件標號數值備注C50.01uR615KC60.01uV120KR51.5KRc35KL41mR247KL11mR1100kRe2.5KL21

9、00uRb22KL3100uR42KC4120pQ12N2218ARb1400KCb2uFD4DIODECe2uFD1DIODECo2uFD3DIODER35.1KD2DIODEC35pFT3TRANS1C210pT1TRANS5C110pT2TRANS7、結論與心得為期一周的高頻課程設計已經結束了，回顧設計的點點滴滴，我們有太多的收獲，過程是痛苦的，結果是收獲的。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步的。在此次設計時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、去學習，最終都克服了這些困難，使問題得到了解決。通過這一個星期的學習，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。經過這次課程設計，讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學到了不少實用的東西，對于一些專業(yè)基礎課有了更深層次的掌握，并且提高了動手能力和獨立解決問題的能力。本周課程設計不但鍛煉了我們最基本的高頻電子線路的設計能力，更重要的是讓我們更深刻的認識了高頻電子線路這門課程在實際中的應用。8、參考文獻1 楊翠娥. 高頻電子線路實驗與課程設計M . 哈爾濱:哈爾濱