高頻電子課程設(shè)計(jì)晶體管混頻器

目錄目錄 1第一章混頻器的工作原理分析 2第一節(jié)三極管混頻器的工作原理及組成框圖 2第二節(jié)三極管混頻器的工作波形及變頻前后頻譜圖 5第二章晶體管混頻器的電路組態(tài)及優(yōu)缺點(diǎn) 5第一節(jié)三極管混頻器的電路組態(tài)及其優(yōu)缺點(diǎn) 6第二節(jié)三極管混頻器的技術(shù)指標(biāo) 6第三章自激式變頻器電路工作原理分析 10第一節(jié)自激式變頻器工作原理分析 10第二節(jié)自激式變頻器與他激式變頻器的比較 11第四章心得體會(huì) 11第一章混頻器的工作原理分析第一節(jié)三極管混頻器的工作原理及組成框圖1.1組成框圖變頻（混頻）是將高頻信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率變換，變?yōu)橐粋€(gè)固定的頻率。通常指將高頻信號(hào)的載波頻率從高頻變?yōu)橹蓄l,同時(shí)必須保持其調(diào)制規(guī)律不變。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。一般變頻器應(yīng)由四部分組成，即輸入回路、非線性器件、帶通濾波器和本機(jī)振蕩器組成，如圖1-1所示，圖中本機(jī)振蕩器用來(lái)提供本振信號(hào)頻率。輸入高頻調(diào)幅波，與本振等幅波，經(jīng)過(guò)混頻后輸出中頻調(diào)幅波。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波的調(diào)制規(guī)律完全相同。亦即變頻前與變頻后的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只是中心頻率由改變?yōu)椋嗉串a(chǎn)生了頻譜搬移。圖1-1晶體管混頻器的組成框圖混頻器工作原理：晶體三極管混頻器的原理性電路如圖1-2所示，在發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓，即直流偏置電壓信號(hào)電壓和本振電壓。為了減小非線性器件產(chǎn)生的不需要分量，一般情況下，選用本振電壓振幅，也就是本振電壓為大信號(hào)，而輸入信號(hào)電壓為小信號(hào)。在一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于非線性器件時(shí)，晶體管可近似看成小信號(hào)的工作點(diǎn)隨大信號(hào)變化而變化的線性元件，如圖1-5所示。時(shí)刻，在偏壓和本振電壓的共同作用下，它的工作點(diǎn)在A點(diǎn)，此時(shí)較小。因此，對(duì)而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài)。在另一時(shí)刻，對(duì)于而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點(diǎn)移到B點(diǎn)，這時(shí)對(duì)仍可看成工作于線性狀態(tài)。雖然兩個(gè)時(shí)刻均工作于線性狀態(tài)，但工作點(diǎn)不同，這兩個(gè)時(shí)刻的線性參數(shù)就不一樣。因?yàn)榈墓ぷ鼽c(diǎn)隨的變化而變化，所以線性參量也就隨著變化而變化，可見線性參量是隨時(shí)間變化的，這種隨時(shí)間變化的參量稱為時(shí)變參量。這樣的電路稱為線性時(shí)變電路。應(yīng)當(dāng)注意，雖然這種線性時(shí)變電路是由非線性器件組成。但對(duì)于小信號(hào)來(lái)說(shuō)，它工作于線性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于此種電路的輸入端時(shí)，可以應(yīng)用疊加原理。圖1-1晶體管混頻原理性電路圖1-3一個(gè)大信號(hào)和一個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于非線性元件晶體三極管混頻器工作原理以共發(fā)射極注入式為例，分析如下：設(shè)輸入信號(hào),本振電壓,混頻器伏安特性為而則將帶入上式得由上式可知，當(dāng)兩個(gè)不同頻率的高頻電壓作用于非線性器件時(shí)，電流中不僅含有基波成分，同時(shí)由于平方項(xiàng)的存在，還產(chǎn)生了許多新的頻率成分（即直流分量，二次諧波，和頻與差頻）。其中差頻分量為所需的中頻成分,通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)，就能選出中頻成分，即完成混頻。三極管混頻器的工作波形及變頻前后頻譜圖混頻器將接收到的高頻載波信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻，接收到高頻載波信號(hào)的頻率為，幅度位，本振電路產(chǎn)生的頻率為，當(dāng)經(jīng)過(guò)混頻后變成一固定中頻。通過(guò)示波器觀察,可得出混頻前后的工作波形如下圖所示：圖1-4變頻前后的工作波形圖通過(guò)頻譜分析儀我們同樣可以得到其變頻前后的頻譜變化，如下圖所示：圖1-5變頻前后的頻譜圖第二章晶體管混頻器的電路組態(tài)及優(yōu)缺點(diǎn)第一節(jié)三極管混頻器的電路組態(tài)及其優(yōu)缺點(diǎn)圖2-1晶體管混頻器的四種電路組態(tài)圖2-1中電路（a）和（b）為共射混頻電路，（c）和（d）為共基混頻電路。電路（a），信號(hào)電壓由基極輸入，本振電壓由基極注入優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)樗妮斎胱杩馆^大，因此用做混頻時(shí)，本振電路容易起振，需要注入的本振功率也比較小。缺點(diǎn)：因?yàn)樾盘?hào)輸入電路與振蕩電路相互影響比較大（直接耦合），可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。特別當(dāng)與的相對(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。電路（b），信號(hào)電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入優(yōu)點(diǎn)：它的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射機(jī)注入?；ハ嘤绊懏a(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，起輸入阻抗較小，不易過(guò)激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。缺點(diǎn)：需要較大的本振功率輸入。電路（c）和（d）都是共基極混頻器，分別為同極注入式和分極注入式。優(yōu)點(diǎn)：在較高的頻率工作時(shí)（幾十兆赫），因?yàn)楣不娐返谋裙舶l(fā)電路的要大很多，所以變頻增益較大。因此在較高頻率工作時(shí)也采用這種電路。缺點(diǎn)：在較低的頻率工作時(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也低，因此在頻率較低時(shí)不宜采用此電路。第二節(jié)三極管混頻器的技術(shù)指標(biāo)一混頻跨導(dǎo)混頻跨導(dǎo)gc的定義變頻跨導(dǎo)定義為輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號(hào)電壓振幅Usm之比，可得這說(shuō)明混頻器變頻跨導(dǎo)gc等于時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的傅里葉展開式中基波振幅g1的一半。在數(shù)值上，變頻跨導(dǎo)是時(shí)變跨導(dǎo)g(t)的基波分量的一半，可以通過(guò)求g(t)的基波分量g1來(lái)求得變頻跨導(dǎo)。而此時(shí)的混頻增益為：由此可以看出在三極管工作在線性范圍是混頻增益與跨導(dǎo)成正比。晶體管跨導(dǎo)與晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)也存在一定的關(guān)系，下面為他們的關(guān)系曲線，其中，圖2.2混頻管跨導(dǎo)隨本振電壓vL的變化二混頻增益從上面的介紹中我們已經(jīng)知道了如何求混頻跨導(dǎo)g，從而我們圖2-2加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線也可以求出混頻電壓增益和混頻功率增益。先畫出混頻電路的等效電路，如圖1-7所示。；圖2-3晶體管混頻器等效電路圖2-3中，gic為輸入電跨導(dǎo)，goc為輸出電導(dǎo)，gc為混頻跨導(dǎo)；gL為負(fù)載電導(dǎo)。由圖2-3可得Vi=混頻電壓增益：混頻功率增益：當(dāng)時(shí)，混頻則可得到最大混頻功率增益三選擇性變頻器的輸出電流中包含很多頻率分量，但其中只有中頻分量是有用的。為了抑制其他各種不需要的頻率分量，要求輸出端的帶通濾波器有較好的選擇性，即希望有較理想的幅頻特性，它的矩形系數(shù)盡可能接近于1。四噪聲系數(shù)因?yàn)樽冾l器在接收機(jī)的最前端，主要是變頻器的噪聲決定接收機(jī)的噪聲系數(shù)。因此，為了提高接收機(jī)的靈敏度，必須降低變頻器噪聲，即噪聲系數(shù)應(yīng)盡可能小。五失真和干擾混頻器除了有頻率失真和非線性失真外，還會(huì)產(chǎn)生各種非線性干擾，如組合頻率、交叉調(diào)制和互相調(diào)制、阻塞等干擾。所以對(duì)混頻器不僅要求頻率特性好，而且還要求非線性器件盡可能少產(chǎn)生一些不需要的頻率分量，以減小造成干擾的可能。副波道干擾:由于接收機(jī)前端選擇性不好,外界干擾信號(hào)竄入而引起的干擾(最強(qiáng)兩個(gè):中頻干擾和鏡像干擾)。交叉調(diào)制干擾:在有用中頻信號(hào)的包絡(luò)上疊加了干擾信號(hào)的包絡(luò)而引起互調(diào)干擾:干擾信號(hào)之間彼此混頻而產(chǎn)生接近中頻的信號(hào)而引起組合頻率的干擾：（一）干擾哨聲：有用信號(hào)和本振產(chǎn)生的組合頻率干擾產(chǎn)生的原因：輸入到混頻器的有用信號(hào)與本振信號(hào)，由于非線性作用，除了產(chǎn)生有用的中頻外，還產(chǎn)生許多無(wú)用的組合頻率分量，如果它們中的有些頻率分量正好接近中頻（或落在中頻通帶內(nèi)），則這些成分將和有用中頻同時(shí)經(jīng)過(guò)中放加到檢波器上。通過(guò)檢波器的非線性特性，這些接近中頻的組合頻率與有用中頻差拍檢波，產(chǎn)生差拍信號(hào)（可聽音頻），形成干擾哨聲。（二）寄生通道干擾：外來(lái)干擾與本振的組合頻率干擾產(chǎn)生的原因：混頻器輸入回路選擇性差，使信號(hào)輸入，與本振頻率經(jīng)變頻后產(chǎn)生許多頻譜率分量，且滿足時(shí)，該干擾將通過(guò)混頻后由并經(jīng)中放，在檢波器中檢波后在輸出端聽到干擾的聲音。第三章自激式變頻器電路工作原理分析第一節(jié)自激式變頻器工作原理分析本節(jié)以收音機(jī)自激式變頻器為例，來(lái)說(shuō)明自激式變頻器工作原理。圖3-1是收音機(jī)自激式變頻器，用于中波段。本地振蕩器由三極管、振蕩回路（、、、）和反饋線圈等構(gòu)成的變壓器耦合反饋振蕩器。本振電壓由的抽頭取出加到三極管發(fā)射極和加到基極的輸入信號(hào)混頻。自激式變頻電路本振和混頻由一只三極管承擔(dān)．可節(jié)省管子。但由于中頻電流通過(guò)反饋線圈會(huì)引起中頻負(fù)反饋，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)使變頻增益降低。由于變頻器只是將信號(hào)頻譜自高頻搬移到中頻，而各頻譜分量的相對(duì)位置則保持不變，所以調(diào)頻接收機(jī)與調(diào)幅接收機(jī)的變頻器電路結(jié)構(gòu)是完全相同的。圖3-1自激式變頻器第二節(jié)自激式變頻器與他激式變頻器的比較自激式變頻器與他激式變頻器有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，通過(guò)查閱資料后，總結(jié)其異同點(diǎn)如下：相同點(diǎn)：變頻電路是將輸入的已調(diào)信號(hào)變換為另一頻率的已調(diào)（中頻）信號(hào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜線性變換的一種電路，完成頻譜在頻率軸上的線性搬移。在頻域上起著減（加）法器的作用。不同點(diǎn)：變頻器（自激式變頻器）是電路中自身產(chǎn)生控制信號(hào)（由一個(gè)非線性器件產(chǎn)生振蕩和混頻作用），即其中的晶體管除完成混頻器外，本身還構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。而混頻器（他激式變頻器）需由外部的振蕩器提供輸入控制信號(hào)，即本振信號(hào)需要由外部振蕩器提供。第四章心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。我們的課題是對(duì)混頻器原理進(jìn)行分析,在這一周中我們更進(jìn)一步了解高頻線路中各種分析方法，如非線性的分析方法，了解了混頻器在實(shí)際電路中的應(yīng)用,以及在實(shí)際電路中的產(chǎn)生的干擾等等?；祛l又稱變頻，也是一種頻率的搬移過(guò)程，它使信號(hào)從某一個(gè)頻率變換到另一種頻率上?；祛l技術(shù)在電子通信、電視、儀器儀表等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在本次設(shè)計(jì)中，主要是針對(duì)晶體三極管混頻器工作原理進(jìn)行討論，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)三極管混頻電路工作原理有了熟練的掌握，并熟悉了偏置電路、本振電路和選頻網(wǎng)絡(luò)電路，并且掌握了混頻電路的幾種電路組態(tài)及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí),平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記