二極管雙平衡混頻器(高頻電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告)

1、二極管雙平衡混頻器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握二極管雙平衡混頻器頻率變換的物理過程。2、 掌握晶體管混頻器頻率變換的物理過程和本振電壓V0和工作電流Ie對中頻轉(zhuǎn)出電壓大小的影響。3、 掌握集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)的平衡混頻器頻率變換的物理過程。4、 比較上述三種混頻器對輸入信號幅度與本振電壓幅度的要求。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 研究二極管雙平衡混頻器頻率變換過程和此種混頻器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、 研究這種混頻器輸出頻譜與本振電壓大小的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、 1號板 1塊2、 6號板 1塊3、 3 號板 1塊4、 7 號板 1塊5、 雙蹤示波器 1臺四、實(shí)驗(yàn)原理與電路1、二極管雙平衡混頻原理圖1 二極管雙平衡混頻器二極管雙

2、平衡混頻器的電路圖示見圖1。圖中VS為輸入信號電壓，VL 為本機(jī)振蕩電壓。在負(fù)載RL上產(chǎn)生差頻和合頻，還夾雜有一些其它頻率的無用產(chǎn)物，再接上一個(gè)濾波器（圖中未畫出）。二極管雙平衡混頻器的最大特點(diǎn)是工作頻率極高，可達(dá)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(shù)律，用冪級數(shù)展開為當(dāng)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(shí)，V2項(xiàng)產(chǎn)生差頻與和頻。其它項(xiàng)產(chǎn)生不需要的頻率分量。由于上式中u的階次越高，系數(shù)越小。因此，對差頻與和頻構(gòu)成干擾最嚴(yán)重的是v的一次方

3、項(xiàng)（因其系數(shù)比v2項(xiàng)大一倍）產(chǎn)生的輸入信號頻率分量和本振頻率分量。用兩個(gè)二極管構(gòu)成雙平衡混頻器和用單個(gè)二極管實(shí)現(xiàn)混頻相比，前者能有效的抑制無用產(chǎn)物。雙平衡混頻器的輸出僅包含（pLS）（p為奇數(shù)）的組合頻率分量，而抵消了L、C以及p為偶數(shù)（pLS）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 雙平衡混頻器拆開成兩個(gè)單平衡混頻器在實(shí)際電路中，本振信號VL遠(yuǎn)大于輸入信號VS。在VS變化范圍內(nèi)，二極管的導(dǎo)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(dǎo)通。當(dāng)VL上端為正時(shí)，二極管D3和D4導(dǎo)通，D1和D2截止；當(dāng)

4、 上端為負(fù)時(shí)，二極管D1和D2導(dǎo)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(gè)單平衡混頻器。圖2（a）是VL上端為負(fù)、下端正期間工作；圖2（b）是VL上端為正、下端為負(fù)期間工作。由圖2（a）和（b）可以看出，VL單獨(dú)作用在RL上所產(chǎn)生的L分量，相互抵消，故RL上無L分量。由VS產(chǎn)生的分量在VL上正下負(fù)期間，經(jīng)D3產(chǎn)生的分量和經(jīng)D4產(chǎn)生的分量在RL上均是自下經(jīng)上。但在VL下正上負(fù)期間，則在RL上均是自上經(jīng)下。即使在VL一個(gè)周期內(nèi)，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(shí)值不同情況下所產(chǎn)生的電流大小不同，正

5、是通過這一非線性特性產(chǎn)生相乘效應(yīng)，出現(xiàn)差頻與和頻。2、電路說明模塊電路如圖3所示，這里使用的是二極管雙平衡混頻模塊ADE-1，該模塊內(nèi)部電路如圖4所示。在圖3中，本振信號VL由P3輸入，射頻信號VS由P1輸入， 它們都通過ADE-1中的變壓器將單端輸入變?yōu)槠胶廨斎氩⑦M(jìn)行阻抗變換，TP8為中頻輸出口，是不平衡輸出。圖3 二極管雙平衡混頻電路圖4 ADE-1內(nèi)部電路在工作時(shí)，要求本振信號VLVS。使4只二級管按照其周期處于開關(guān)工作狀態(tài)，可以證明，在負(fù)載RL的兩端的輸出電壓（可在TP8處測量）將會(huì)有本振信號的奇次諧波（含基波）與信號頻率的組合分量，即pLS（p為奇數(shù)），通過帶通濾波器可以取出所需頻率

6、分量L+S（或LS -）。由于4只二極管完全對稱，所以分別處于兩個(gè)對角上的本振電壓VL和射頻信號VS不會(huì)互相影響，有很好的隔離性；此外，這種混頻器輸出頻譜較純凈，噪聲低，工作頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，工作頻率高，工作頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，缺點(diǎn)是高頻增益小于1。N1、C5、T1組成諧振放大器，用于選出我們需要的頻率并進(jìn)行放大，以彌補(bǔ)無源混頻器的損耗。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 熟悉實(shí)驗(yàn)板上各元件的位置及作用2、 按下面框圖所示，進(jìn)行連線圖5 雙平衡混頻連線框圖源端口目的端口連線說明1號板：RF OUT1（幅度最大 f=6.2M）7號板：P3本振信號輸入3號板：P17號板：P1射頻信號輸入7號板：P26號板：P3混頻后信號輸出3、 將3號板SW1撥為晶體振蕩器，即撥碼開關(guān)S1 為“10”，S2撥為“01”。4、 用示波器觀察7號板混頻器輸出點(diǎn)TP8波形，觀測7號板混頻輸出TP2處波形（調(diào)節(jié)7號