三極管混頻器課程設計論文

PAGEPAGE1通信電子線路課程設計說明書三極管混頻器院、部：學生姓名：指導教師：職稱：專業(yè)：班級：完成時間：摘要混頻器在現(xiàn)代通信中的應用非常的廣泛，融入了人們的生活當中。是現(xiàn)代通信中一個不可或缺的?；祛l器通過改變頻率來達到應有的目的，即變頻。本次課程設計采用三級管混頻器，電路簡單，變頻增益高。輸入兩個高頻信號，通過三極管混頻電路和選頻回路，最后可以得到一個差頻信號。采用9014三極管，用中周來充當選頻回路，本設計結構簡單，性能相對較為穩(wěn)定，成本低，使用滑動變阻器改變靜態(tài)工作點，使其工作在非線性工作區(qū)域，是發(fā)射極注入、基極輸入式變頻電路。關鍵詞：混頻器；三極管；選頻ABSTRACTApplicationofmixerinmoderncommunicationisverywide,intopeople'slives.Themoderncommunicationisanindispensable.Themixertoachievethedesiredobjectivebychangingfrequency,variablefrequency.Thiscourseisdesignedwiththreepipemixer,simplecircuit,highconversiongain.Inputtwohigh-frequencysignal,pipemixercircuitandfrequencyselectioncircuitthroughthepole,andthenwecangetadifferencefrequencysignal.The9014triode,usedintheweekstoactasafrequencyselectivecircuit,thisdesignhastheadvantagesofsimplestructure,performanceisrelativelystable,lowcost,theuseofaslidingrheostatchangethestaticworkingpoint,whichworksinthenonlineararea,istheemitterinjection,baseinputtypefrequencyconversioncircuit.Keyword:mixer;transistor;frequency目錄第一章三極管混頻器的設計內(nèi)容及要求 11.1設計內(nèi)容 11.2設計要求 11.3混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖 11.4三極管混頻器的設計方案 3第二章電路設計及其原理分析 42.1本地振蕩電路 42.2混頻電路 6第三章三極管混頻器的仿真和調(diào)試 93.1仿真軟件介紹 93.2混頻器電路的仿真 93.3實物調(diào)試 103.4總結 10參考文獻 11致謝 12附錄 13附錄A 13附錄B 14附錄C 14附錄D 15PAGE161第一章三極管混頻器的設計內(nèi)容及要求1.1設計內(nèi)容在本次課程設計中采用了Multisim仿真軟件對三極管混頻器進行設計及繪制，并模擬仿真。從理論上對電路進行了分析。選擇合適的預案器件，設計出滿足要求的三極管混頻器。1.2設計要求設計一個三極管混頻器，要求輸入信號為10MHz正弦波，本振信號為16.455MHz正弦波，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。1.3混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖一個實際應用中調(diào)幅收音機的混頻電路的主要功能是使信號自某一頻率變換成另外一個頻率，實際上是一種頻譜線性搬移電路。它能將高頻載波信號或已調(diào)波信號進行頻率變換，將其變換為頻率固定的中頻信號。而變換后的信號，它的頻譜內(nèi)部結構和調(diào)制類型保持不變，改變的僅僅是信號的載波頻率?；祛l電路的類型較多，常用的模擬相乘混頻器、二極管平衡混頻器、環(huán)形混頻器、三極管混頻器等。其中三極管混頻器最為常用，其工作原理圖如下：中頻諧振回路混頻器高頻信號中頻輸出中頻諧振回路混頻器f外f中本機振蕩器f本本機振蕩器圖1系統(tǒng)原理圖從圖1中可以看出混頻電路主要有三大部分組成：本地振蕩器、晶體管變頻器電路和中頻濾波網(wǎng)絡，各部分獨立工作。本地振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(設其頻率為),輸入的高頻調(diào)幅波信號（設其頻率為），由于晶體管的非線性特性，兩個信號混合后會產(chǎn)生、頻率的信號，然后通過中頻濾波網(wǎng)絡，取出頻率的信號，調(diào)節(jié)好、的大小使其差為中頻頻率，即所需要的中頻信號6.455MHZ。以下是混頻前后的波形圖和混頻前后的頻譜圖：圖2混頻前后的波形圖如上波形圖可以看出，混頻器上加了兩個信號：輸入調(diào)幅信號VS(t)和本振信號VL(t)，經(jīng)過變頻后，輸出中頻信號VI(t)。輸出的中頻調(diào)幅波輸入的高頻調(diào)幅波調(diào)幅規(guī)律完全相同，唯一差別就是頻率不同。圖3組成模型混頻電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器來實現(xiàn)這種搬移，如圖3所示。圖4混頻前后的頻譜圖若設輸入調(diào)幅信號VS(t),相應的頻譜如圖4（b）所示，當>時，相乘器的輸出電壓頻譜如圖4（c）所示，即將VS(t)的頻譜不失真地搬移到本振角頻率wc的兩邊，一邊搬移到()上，構成角頻率為()的調(diào)幅信號；另一邊搬移到()上，構成角頻率為()的調(diào)幅信號。若令，則前者為無用的寄生分量，而后者則為有用的中頻分量。因此調(diào)諧在上的帶通濾波器的頻帶寬度應大于或等于輸入調(diào)幅信號的頻譜寬度。1.4三極管混頻器的設計方案本課程設計電路是用10MHZ的交流信號電壓源、本振電路（產(chǎn)生16.455MHZ）、三極管混頻器電路以及選頻電路組成。信號源所產(chǎn)生的10MHZ的正弦波與本振電路所產(chǎn)生的16.455MHZ正弦波通過三極管進行混頻后產(chǎn)生和頻、差頻信號及其它頻率信號，然后通過濾波網(wǎng)絡濾掉不需要的頻率分量，取出差頻（6.455MHZ）的信號，即為所需的6.455MHZ信號。第二章電路設計及其原理分析2.1本地振蕩電路本地振蕩電路是本設計電路的重要部分，同時也是超外差式接收機的主要部分。其作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產(chǎn)生的正弦高頻信號與輸入的高頻調(diào)幅信號通過混頻電路得到、的信號，其中為本地振蕩器產(chǎn)生的正弦信號頻率，為輸入的高頻調(diào)幅波信號頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個正弦高頻信號，若振蕩器不能夠穩(wěn)定的工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)定，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的西勒振蕩器。2.1.1振蕩器起振條件正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負阻式振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。本設計中用的是反饋式振蕩器，圖5即為LC三點式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學習知道，三點式振蕩電路的組成法則是：交流通路中三極管的三個電極與諧振回路的三個引出端點相連接，其中與發(fā)射極相接的為兩個同性質(zhì)電抗，而另一個（接在集電極與基極間）為異性質(zhì)電抗。圖5三點式振蕩器的原理電路2.1.2電路及電路參數(shù)的選擇如圖6所示，此次設計采用的本振電路采用的是西勒振蕩器，它是改進型電容三點式振蕩器，其主要特點是在回路電感L兩端并聯(lián)了可變電容C4，而C3為固定值電容器，且滿足C1、C2遠大于C3，C1、C2遠大于C4，回路總等效電容為：2.1振蕩頻率為：2.2圖6本地振蕩電路圖7交流等效電路根據(jù)西勒振蕩電路的特點，C3的大小對電路性能有很大影響。因為頻率是靠調(diào)節(jié)C4來改變，所以C3不能過大，否則振蕩頻率主要由C3和L決定，因為將限制頻率調(diào)節(jié)的范圍。此外，C3過大也不利于消除晶體管極間電容的影響。在西勒振蕩電路中，L和C1-C4的值可用式（2.1）計算出，不過若L與C的比值太小的話，在低頻下難以振蕩。有大致的標準，即振蕩頻率為1MHZ時，L在10uH以上；10MHZ時L>1uH。另需注意C1、C2的大小，若C2/C1太小，波形就會受限制，同時也會增加輸出波形中的高次諧波。反之，若太大，不能夠完全補償振蕩電路的損耗而停振。又由于本電路要產(chǎn)生16.544MHZ的信號，所以=16.455MHZ即MHZ2.3綜上所述，可以取值C1=60PF,C2=120PF,C3=30PF,C4=18PF,L2=2.5uH其它主要器件的參數(shù)如下，C5=300PF為基極耦合電容，R3=100用來限制射極電流，R1=12K,R2=2K為基極偏置電阻，用來給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點，L1為高頻扼流圈。2.2混頻電路三極管混頻器的特點是電路簡單，有較高的變頻增益，要求本振電壓幅度較小，當信號電壓較大時會產(chǎn)生非線性失真。2.2.1混頻原理電路圖8是三極管混頻器的原理電路。圖中，L1C1為輸入信號回路，調(diào)諧在上。L2C2為輸出中頻回路，調(diào)諧在上。本振電壓接在基極回路中，為基極靜態(tài)偏置電壓，由圖可見，加在發(fā)射結上的電壓。若將（）作為三極管的等效基極偏置電壓，用表示,稱之為時變基極偏壓，則當輸入信號電壓很小，滿足線性時變條件時，三極管集電極電流2.4圖8三極管混頻器的原理電路在時變偏壓作用下，的傅里葉級數(shù)展開式為2.5中的基波分量與輸入信號電壓相乘2.6令，得到的中頻電流分量為2.7其中稱為混頻跨導，定義為輸出中頻電流幅值對輸入信號電壓幅值之比，其值等于中基波分量的一半。若設中頻回路的諧振電阻為Re，則所需的中頻輸出電壓，相應的混頻增益為 2.8綜上所述，在滿足線性時變條件下，三極管混頻電路的混頻增益與成正比。而又與和靜態(tài)偏置有關。2.2.2設計電路及電路參數(shù)選擇如圖9為晶體混頻器的設計電路。電路的輸入信號（10MHZ的信號源）與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入。該電路主要由Q2和6.455MHZ選頻回路（圖10）組成。圖9晶體三極管混頻電路圖10選頻電路在高頻放大器或振蕩器中，由于某種原因，會產(chǎn)生不需要的振蕩信號，這種振蕩稱為計生振蕩。為了電源去耦，消除由公共電源引起的多級寄生振蕩，在設計電路時加入了C5、C6、C7、C8、L3。而在信號源連接處加一電容是為了濾波用，如C1、C2、C9。R2、R3用來確定靜態(tài)工作點，通過改變電阻R2的值來改變混頻器晶體工作點，使其工作在適合的非線性區(qū)域，同時也可以用來調(diào)節(jié)混頻增益。而選頻電路的取值：2.9倒推可得：2.10從而結合仿真效果，取L=3uH，C=200pF。第三章三極管混頻器的仿真和調(diào)試3.1仿真軟件介紹Multisim軟件是迄今為止，在電路級仿真上表現(xiàn)最為出色的軟件，有了Multisim軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的從事電路設計、仿真、分析工作。Multisim軟件的前身是加拿大IIT(ElectronicsWorkbench)，后來，EWB將原先版本中的仿真設計模板更名為Multisim。相對于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，并且提供更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法。完全滿足電路中各種仿真需要。3.2混頻器電路的仿真三極管混頻電路的仿真結果如下圖12本地振蕩電路的仿真結果當R2=5KΩ時，仿真結果最為穩(wěn)定，達到了設計要求，仿真調(diào)試完成，不過出現(xiàn)了干擾，并較為明顯，但是基本達到要求。3.3實物調(diào)試圖13混頻輸出波形圖混頻器的輸入信號為10MHz正弦波，本振信號為16.455MHz正弦波，輸出信號為6.25MHZ正弦波，基本滿足要求，實物存在外界干擾,但是不大，經(jīng)過多次調(diào)試，期間也失敗了很多次。有些是跟元器件有關，在更換器件，并找到一些虛焊后，完美解決，實物調(diào)試最終取得了喜人的成果，同時宣告本設計課題圓滿結束。3.4總結通過本次的設計課題，雖然我失敗了很多次，但是最后還是取得了喜人的結果。在設計中加深了對理論知識的理解，同時也增加了動手能力，在解決問題方面也增加了很多，讓我受益匪淺。讓我在WORD的使用方面更加的熟練，對于其它的各個軟件的使用也更加的熟練，雖然過程艱辛，但是最后也讓我成長了很多！混平頻電路比較穩(wěn)定，但是還是會受到一些干擾，不過不影響正常的使用，已經(jīng)達到了基本的實驗要求。參考文獻［1］康華光《電子技術基礎》（模擬部分）.高等教育出版社.1999

［2］曹才開.《高頻電子線路原理與實踐》.中南大學出版社.2010

［3］閻石.《數(shù)字電子技術》.第四版.高等教育出版社.2009

［4］謝自美.《電子線路設計與實驗測試》.第二版.華中科技大學.2010

［5］曹才開.《電路分析基礎》.第四版.北京：清華大學出版社.2009

[6]曹才開.《高頻電子線路原理與實踐》.中南大學出版社2010致謝本課程設計終于結束了。在此，首先感謝我的指導老師張松華老師，在課題設計過程中遇到了很多的問題，給予了我很多幫助，不僅在在學術給予指導，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我飽含激情的完成了設計。她認真負責的態(tài)度讓我在設計中收獲很多，也成長了很多，再次感謝張松華老師的教導。在期間遇到了很多的困難，在大家的幫助下最終順利解決。最后完成時，心中非常高興，最后要感謝那些幫助過的那些同學。附錄附錄A圖14電路原理圖附錄B圖15PCB附錄C圖16實物圖附錄D表1元器件清單器件名稱型號數(shù)量電容10nF4電容33pF1電容1nF1電容10pF1電解電容10uF2電感470uH2電感100uH1電阻8K21電阻2K41滑動變阻器10K1三極管90141中周6.5M1排針1直流穩(wěn)壓電源12V1基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP4