課程設(shè)計(jì)---三極管混頻器

1、<p>　　通信電子線路課程設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　三極管混頻器</b></p><p>　　院 、 部： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱： </p>

2、<p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　完成時(shí)間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　混頻器在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用非常的廣泛

3、，融入了人們的生活當(dāng)中。是現(xiàn)代通信中一個(gè)不可或缺的?；祛l器通過改變頻率來(lái)達(dá)到應(yīng)有的目的，即變頻。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用三級(jí)管混頻器，電路簡(jiǎn)單，變頻增益高。輸入兩個(gè)高頻信號(hào)，通過三極管混頻電路和選頻回路，最后可以得到一個(gè)差頻信號(hào)。采用9014三極管，用中周來(lái)充當(dāng)選頻回路，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能相對(duì)較為穩(wěn)定，成本低，使用滑動(dòng)變阻器改變靜態(tài)工作點(diǎn)，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

4、。</p><p>　　關(guān)鍵詞：混頻器；三極管；選頻 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Application of mixer in modern communication is very wide, into people's lives. The modern communica

5、tion is an indispensable. The mixer to achieve the desired objective by changing frequency, variable frequency.</p><p>　　This course is designed with three pipe mixer, simple circuit, high conversion gain. I

6、nput two high-frequency signal, pipe mixer circuit and frequency selection circuit through the pole, and then we can get a difference frequency signal. The 9014 triode, used in the weeks to act as a frequency selective c

7、ircuit, this design has the advantages of simple structure, performance is relatively stable, low cost, the use of a sliding rheostat change the static working point, which works in the nonlinea</p><p>　　Key

8、 word: mixer;transistor;frequency</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 三極管混頻器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求1</p><p>　　1.3 混

9、頻器工作原理及系統(tǒng)框圖1</p><p>　　1.4 三極管混頻器的設(shè)計(jì)方案3</p><p>　　第二章 電路設(shè)計(jì)及其原理分析4</p><p>　　2.1 本地振蕩電路4</p><p>　　2.2 混頻電路6</p><p>　　第三章 三極管混頻器的仿真和調(diào)試9</p>&l

10、t;p>　　3.1 仿真軟件介紹9</p><p>　　3.2 混頻器電路的仿真9</p><p>　　3.3 實(shí)物調(diào)試10</p><p>　　3.4 總結(jié)10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　致 謝12<

11、/b></p><p><b>　　附 錄13</b></p><p><b>　　附錄 A13</b></p><p><b>　　附錄 B14</b></p><p><b>　　附錄 C14</b></p><

12、;p><b>　　附錄 D15</b></p><p>　　第一章 三極管混頻器的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中采用了Multisim仿真軟件對(duì)三極管混頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)及繪制，并模擬仿真。從理論上對(duì)電路進(jìn)行了分析。選擇合適的預(yù)案器件，設(shè)計(jì)

13、出滿足要求的三極管混頻器。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)三極管混頻器，要求輸入信號(hào)為10MHz正弦波，本振信號(hào)為16.455MHz正弦波，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。</p><p>　　1.3 混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖</p><p>　　一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中

14、調(diào)幅收音機(jī)的混頻電路的主要功能是使信號(hào)自某一頻率變換成另外一個(gè)頻率，實(shí)際上是一種頻譜線性搬移電路。它能將高頻載波信號(hào)或已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行頻率變換，將其變換為頻率固定的中頻信號(hào)。而變換后的信號(hào)，它的頻譜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和調(diào)制類型保持不變，改變的僅僅是信號(hào)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：</p><p>　　高頻信號(hào)

15、 中頻輸出</p><p>　　f外 f中 </p><p><b>　　f本</b></p><p><b

16、>　　圖1 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　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(luò)，各部分獨(dú)立工作。本地振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào)(設(shè)其頻率為),輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)（設(shè)其頻率為），由于晶體管的非線性特性，兩個(gè)信號(hào)混合后會(huì)產(chǎn)生、 頻率的信號(hào)，然后通過中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，取出 頻率的信號(hào)，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(hào)6.45

17、5MHZ。</p><p>　　以下是混頻前后的波形圖和混頻前后的頻譜圖：</p><p>　　圖2混頻前后的波形圖</p><p>　　如上波形圖可以看出，混頻器上加了兩個(gè)信號(hào)：輸入調(diào)幅信號(hào)VS(t)和本振信號(hào)VL(t)，經(jīng)過變頻后，輸出中頻信號(hào)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。</p><p&

18、gt;<b>　　圖3組成模型</b></p><p>　　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(lái)實(shí)現(xiàn)這種搬移，如圖3所示。</p><p>　　圖4混頻前后的頻譜圖</p><p>　　若設(shè)輸入調(diào)幅信號(hào)VS(t),相應(yīng)的頻譜如圖4（b）所示，當(dāng)>時(shí)，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

19、搬移到本振角頻率wc的兩邊，一邊搬移到()上，構(gòu)成角頻率為()的調(diào)幅信號(hào)；另一邊搬移到()上，構(gòu)成角頻率為()的調(diào)幅信號(hào)。若令 ，則前者為無(wú)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(yīng)大于或等于輸入調(diào)幅信號(hào)的頻譜寬度。</p><p>　　1.4 三極管混頻器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)電路是用10MHZ的交流信號(hào)電壓源、本振電路（產(chǎn)生16.

20、455MHZ）、三極管混頻器電路以及選頻電路組成。信號(hào)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(jìn)行混頻后產(chǎn)生和頻、差頻信號(hào)及其它頻率信號(hào)，然后通過濾波網(wǎng)絡(luò)濾掉不需要的頻率分量，取出差頻（6.455MHZ）的信號(hào)，即為所需的6.455MHZ信號(hào)。</p><p>　　第二章 電路設(shè)計(jì)及其原理分析</p><p>　　2.1 本地振蕩電路</p

21、><p>　　本地振蕩電路是本設(shè)計(jì)電路的重要部分，同時(shí)也是超外差式接收機(jī)的主要部分。其作用是將直流信號(hào)變?yōu)楦哳l正弦信號(hào)，將產(chǎn)生的正弦高頻信號(hào)與輸入的高頻調(diào)幅信號(hào)通過混頻電路得到、的信號(hào)，其中為本地振蕩器產(chǎn)生的正弦信號(hào)頻率，為輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號(hào)。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個(gè)正弦高頻信號(hào)，若振蕩器不能夠穩(wěn)定的工作，就會(huì)使產(chǎn)生的中頻信號(hào)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

22、度的西勒振蕩器。</p><p>　　2.1.1 振蕩器起振條件</p><p>　　正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負(fù)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(dāng)正反饋?zhàn)銐虼髸r(shí)，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時(shí)放大器不需要外加激勵(lì)信號(hào)，而是由本身的正反饋信號(hào)來(lái)代替外加激勵(lì)信號(hào)的作用。負(fù)阻式振蕩器則是將一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)

23、生振蕩。本設(shè)計(jì)中用的是反饋式振蕩器，圖5即為L(zhǎng)C三點(diǎn)式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對(duì)高頻電路的學(xué)習(xí)知道，三點(diǎn)式振蕩電路的組成法則是：交流通路中三極管的三個(gè)電極與諧振回路的三個(gè)引出端點(diǎn)相連接，其中與發(fā)射極相接的為兩個(gè)同性質(zhì)電抗，而另一個(gè)（接在集電極與基極間）為異性質(zhì)電抗。</p><p>　　圖5 三點(diǎn)式振蕩器的原理電路</p><p>　　2.1.2 電路及電路參數(shù)的選擇</p&

24、gt;<p>　　如圖6所示，此次設(shè)計(jì)采用的本振電路采用的是西勒振蕩器，它是改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器，其主要特點(diǎn)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(yuǎn)大于C3，C1、C2遠(yuǎn)大于C4，回路總等效電容為： ..................2.1</p><p>　　振蕩頻率為： ................

25、2.2</p><p>　　圖6 本地振蕩電路</p><p>　　圖7 交流等效電路</p><p>　　根據(jù)西勒振蕩電路的特點(diǎn)，C3的大小對(duì)電路性能有很大影響。因?yàn)轭l率是靠調(diào)節(jié)C4來(lái)改變，所以C3不能過大，否則振蕩頻率主要由C3和L決定，因?yàn)閷⑾拗祁l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。</p><p>　　在

26、西勒振蕩電路中，L和C1-C4的值可用式（2.1）計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，即振蕩頻率為1MHZ時(shí)，L在10uH以上；10MHZ時(shí)L>1uH。另需注意C1、C2的大小，若C2/C1太小，波形就會(huì)受限制，同時(shí)也會(huì)增加輸出波形中的高次諧波。反之，若太大，不能夠完全補(bǔ)償振蕩電路的損耗而停振。</p><p>　　又由于本電路要產(chǎn)生16.544MHZ的信號(hào)，所以=16.45

27、5MHZ</p><p>　　即MHZ ..................2.3 </p><p>　　綜上所述，可以取值C1=60PF,C2=120PF,C3=30PF,C4=18PF,L2=2.5uH</p><p>　　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(lái)限制射極電流，R1=

28、12K,R2=2K為基極偏置電阻，用來(lái)給三極管確定一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，L1為高頻扼流圈。</p><p><b>　　2.2 混頻電路</b></p><p>　　三極管混頻器的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，有較高的變頻增益，要求本振電壓幅度較小，當(dāng)信號(hào)電壓較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生非線性失真。</p><p>　　2.2.1 混頻原理電路</p>&

29、lt;p>　　圖8是三極管混頻器的原理電路。圖中，L1C1為輸入信號(hào)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(jié)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(shí)變基極偏壓，則當(dāng)輸入信號(hào)電壓很小，滿足線性時(shí)變條件時(shí)，三極管集電極電流 ..................2.4</p><p&g

30、t;　　圖8 三極管混頻器的原理電路</p><p>　　在時(shí)變偏壓作用下，的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為</p><p>　　...............2.5</p><p>　　中的基波分量與輸入信號(hào)電壓相乘</p><p>　　.......2.6</p><p>　　令，得到的中頻電流分量為</p>&

31、lt;p>　　..................2.7</p><p>　　其中 稱為混頻跨導(dǎo)，定義為輸出中頻電流幅值對(duì)輸入信號(hào)電壓幅值之比，其值等于中基波分量的一半。</p><p>　　若設(shè)中頻回路的諧振電阻為Re，則所需的中頻輸出電壓 ， 相應(yīng)的混頻增益為</p><p>　　..................2.8</

32、p><p>　　綜上所述，在滿足線性時(shí)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(guān)。</p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)電路及電路參數(shù)選擇</p><p>　　如圖9為晶體混頻器的設(shè)計(jì)電路。電路的輸入信號(hào)（10MHZ的信號(hào)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。</p>&

33、lt;p>　　圖9 晶體三極管混頻電路</p><p><b>　　圖10 選頻電路</b></p><p>　　在高頻放大器或振蕩器中，由于某種原因，會(huì)產(chǎn)生不需要的振蕩信號(hào)，這種振蕩稱為計(jì)生振蕩。為了電源去耦，消除由公共電源引起的多級(jí)寄生振蕩，在設(shè)計(jì)電路時(shí)加入了C5、C6、C7、C8、L3。而在信號(hào)源連接處加一電容是為了濾波用，如C1、C2、C9。R2、R3用

34、來(lái)確定靜態(tài)工作點(diǎn)，通過改變電阻R2的值來(lái)改變混頻器晶體工作點(diǎn)，使其工作在適合的非線性區(qū)域，同時(shí)也可以用來(lái)調(diào)節(jié)混頻增益。</p><p>　　而選頻電路的取值： ..................2.9</p><p>　　倒推可得： ..................2.10</p><p>　　從而結(jié)合仿真效果，取L=3uH，C=2

35、00pF。</p><p>　　第三章 三極管混頻器的仿真和調(diào)試</p><p>　　3.1 仿真軟件介紹</p><p>　　Multisim軟件是迄今為止，在電路級(jí)仿真上表現(xiàn)最為出色的軟件，有了Multisim軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。Multisim軟件的前身是加拿大IIT(Electronics

36、 Workbench)，后來(lái)，EWB將原先版本中的仿真設(shè)計(jì)模板更名為Multisim。</p><p>　　相對(duì)于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，并且提供更加豐富的元件庫(kù)、儀表庫(kù)和各種分析方法。完全滿足電路中各種仿真需要。</p><p>　　3.2 混頻器電路的仿真</p><p>　　三極管混頻電路的仿真結(jié)果如下</p><

37、;p>　　圖12 本地振蕩電路的仿真結(jié)果</p><p>　　當(dāng)R2=5KΩ時(shí)，仿真結(jié)果最為穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)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(dá)到要求。</p><p><b>　　3.3 實(shí)物調(diào)試</b></p><p>　　圖13 混頻輸出波形圖</p><p>　　混頻器的輸入信號(hào)為1

38、0MHz正弦波，本振信號(hào)為16.455MHz正弦波，輸出信號(hào)為6.25MHZ正弦波，基本滿足要求，實(shí)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(guān)，在更換器件，并找到一些虛焊后，完美解決，實(shí)物調(diào)試最終取得了喜人的成果，同時(shí)宣告本設(shè)計(jì)課題圓滿結(jié)束。</p><p><b>　　3.4 總結(jié)</b></p><p>　　通過本次的設(shè)計(jì)課題

39、，雖然我失敗了很多次，但是最后還是取得了喜人的結(jié)果。在設(shè)計(jì)中加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也增加了動(dòng)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(duì)于其它的各個(gè)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(zhǎng)了很多！混平頻電路比較穩(wěn)定，但是還是會(huì)受到一些干擾，不過不影響正常的使用，已經(jīng)達(dá)到了基本的實(shí)驗(yàn)要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

40、gt;</p><p>　?。?］康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（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(shí)踐》.中南大學(xué)出版社.2010［3］閻石.《數(shù)字電子技術(shù)》.第四版.高等教育出版社.2009［4］謝自美.《電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試》.第二版.華中科技大學(xué).2010［5］曹才開.《電路分析基礎(chǔ)》.第四版.北京：清華大學(xué)出版社.2009 [6] 曹才開.《高頻電子線路原理與實(shí)踐

41、》.中南大學(xué)出版社 2010</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。在此，首先感謝我的指導(dǎo)老師張松華老師，在課題設(shè)計(jì)過程中遇到了很多的問題，給予了我很多幫助，不僅在在學(xué)術(shù)給予指導(dǎo)，并且給予我極大的鼓勵(lì)和支持，使我飽含激情的完成了設(shè)計(jì)。她認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我在設(shè)計(jì)中收獲很多，也成長(zhǎng)了很多，再次感謝張松華老師的教導(dǎo)。在期間遇

42、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(shí)，心中非常高興，最后要感謝那些幫助過的那些同學(xué)。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄 A </b></p><p><b>　　圖14 電路原理圖</b></p><p><

43、;b>　　附錄 B</b></p><p><b>　　圖15 PCB</b></p><p><b>　　附錄 C</b></p><p><b>　　圖16 實(shí)物圖</b></p><p><b>　　附錄 D</b></