課程設(shè)計報告---混頻器的設(shè)計

1、<p>　　射頻通信電路課程設(shè)計報告</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中，應(yīng)用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換，變成對應(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應(yīng)用較為廣泛，如AM 廣播接收機將已調(diào)幅信號5

2、35KHZ-一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號，電視接收機將已調(diào)48．5M一870M 的圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。</p><p>　　常用的振幅檢波電路有包絡(luò)檢波和同步檢波兩類。輸出電壓直接反映調(diào)幅包絡(luò)變化規(guī)律的檢波電路,稱為包絡(luò)檢波電路,它適用于普通調(diào)幅波的檢波。通常根據(jù)信號大小的不同,將檢波器分為小信號平方律檢波和大信號峰值包絡(luò)檢波兩信號檢波。</p><p>

3、;　　目前, 在 應(yīng) 用較 廣 泛 的 電 路 仿 真 軟 件 中, Pspice是應(yīng)用較多的一種。Psp ice 能夠把仿真與電路原理圖的設(shè)計緊密得結(jié)合在一起。廣泛應(yīng)用于各種電路分析,可以滿足電路動態(tài)仿真的要求。其元件模型的特性與實際元件的特性十分相似 ,因而它的仿真波形與實驗電路的測試結(jié)果相近,對電路設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。</p><p>　　由此可見，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。&

4、lt;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言2</b></p><p><b>　　一．概述3</b></p><p><b>　　二. 方案分析4</b></p><p>　　三．單元電路的工作

5、原理6</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器6</p><p>　　2．模擬乘法器電路8</p><p><b>　　3．諧振電路9</b></p><p><b>　　4．包絡(luò)檢波12</b></p><p>　　四．電路性能指標(biāo)的測試14</p>

6、;<p>　　五．課程設(shè)計體會15</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1.1 混頻器和振蕩器的定義</p><p>　　混頻器是頻譜線性搬移電路，能夠?qū)⑤斎氲膬陕沸盘栠M行混頻。具體原理框圖如圖1所示。&l

7、t;/p><p>　　振蕩器輸出一頻率為=10MHz、幅值0.2V＜＜1V的正弦波信號，此信號作為混頻器的第一路輸入信號；高頻信號源輸出一正弦波信號，=10MHz、幅值=200mV，此信號作為混頻器的第二路信號，將這兩路信號作為模擬乘法器的輸入進行混頻。選頻放大電路則對混頻后的信號進行選頻、放大，最終輸出2MHz的正弦波信號。</p><p>　　圖1 混頻器原理框圖</p>

8、<p><b>　　1.2調(diào)幅波的解調(diào)</b></p><p>　　調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，通常稱為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波器、同步檢波器。不論哪種振幅調(diào)制信號，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進行解調(diào)。但是，對于普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將

9、這種振幅檢波器稱為包絡(luò)檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，而在集成電路中，主要采用三極管射極包絡(luò)檢波器。同步檢波，又稱相干檢波，主要用來解調(diào)雙邊帶和單邊帶調(diào)制信號，它有兩種實現(xiàn)電路。一種由相乘器和低通濾波器組成，另一種直接采用二極管包絡(luò)檢波。</p><p>　　調(diào)幅波信號是二極管檢波電路的輸入，由于二極管只允許單向?qū)щ?，所以，如果使用?是硅管，則只有電壓高于0.7V的部分可以通過二極管。同時，由于二極管

10、的輸出端連接了一個電容，這個電容與電阻配合對二極管輸出中的高頻信號對地短路，使得輸出信號基本上就是AM信號包絡(luò)線。電容和電阻構(gòu)成的這種電路功能叫做濾波。</p><p><b>　　二. 方案分析</b></p><p>　　對于混頻電路的分析，重點應(yīng)掌握，一是混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導(dǎo)的計算方法，三是應(yīng)用電路分析。<

11、/p><p>　　混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點：</p><p>　　混頻，工程上也稱變頻，是將信號的頻率由一個數(shù)值變成另一個數(shù)值的過程，實質(zhì)上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻電路。</p><p>　　混頻電路的組成模型及頻譜分析</p><p>　　圖a是混頻電路的組成模型，可以看出是由三部分基本單元電路組

12、成。分別是相乘電路、本級振蕩電路和帶通濾波器(也稱選頻網(wǎng)絡(luò))。當(dāng)為接收機混頻電路時，其中Us(t)是已調(diào)高頻信號。Ul(t)是等幅的余弦型信號，而輸出則是Ui(t)為中頻信號。</p><p>　　混頻電路的基本原理：</p><p>　　圖2中，Us(t)為輸入信號，Uc(t)為本振信號。Ui(t)輸出信號。</p><p>　　分析：當(dāng)， 則= = </

13、p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　對上式進行三角函數(shù)的變換則有</p><p><b>　　：</b></p><p>　　從上式可推出，Up(t)含有兩個頻率分量和為(ψc+ψS)，差為(ψC-ψS)。若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為．</p><p&

14、gt;　　若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：．</p><p>　　工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收機則有ψc >>ψS．往往混頻器的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波是混頻器，則輸出為差頻信號，為接收機的中頻信號。衡量混頻工作性能重要指標(biāo)跨導(dǎo)。規(guī)定混頻跨導(dǎo)的計算公式：混頻跨導(dǎo)g：輸出中頻電流幅度偷入信號電壓幅度。</p><p>　　該電路由LC正弦波振蕩器﹑高頻信號源﹑模擬

15、乘法器以及選頻放大電路組成。LC正弦波振蕩器產(chǎn)生的10MHz正弦波與高頻信號源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號，然后通過選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號，對其進行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號?；祛l器電路如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 混頻器電路圖</b></p><p>　　三．單元電路的工作

16、原理</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器</p><p>　　本次設(shè)計采用LC電容三點式反饋電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將LC諧振回路的三個端點分別與晶體管三個電極相連，所以這種電路叫電容三點式振蕩器。</p><p>　　三點式LC振蕩器的相位平衡條件是，在LC諧振回路，，與﹑性質(zhì)相反，當(dāng)﹑為電容，就是電感；

17、當(dāng)﹑為電感，就是電容。</p><p>　　在LC三點式振蕩器電路中,如果要產(chǎn)生正弦波，必須滿足振幅平衡條件：即滿足。</p><p>　　由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：</p><p>　　選取，故選用2N2222A三極管。2N2222A是NPN型三極管，屬于低噪聲放大三極管。本電路的三極管采用分壓偏置電路，為了使三極管處于放大狀態(tài)，必須滿足：電流</p

18、><p><b>　　電壓</b></p><p>　　由此可以確定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。</p><p>　　正弦波的輸出信號頻率=71MHz，電路連接如圖4所示</p><p>　　圖4 LC正弦波振蕩器</p><p>　　R1﹑R2﹑R4組成支流偏置電路，R5是集電極負載

19、電阻，L2﹑CT﹑C﹑C4構(gòu)成并聯(lián)回路，其中R6用來改變回路的Q值，C1﹑C3為耦合電容，L1﹑C6﹑C5構(gòu)成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，正弦波振蕩器輸出頻率為10MHz，故由此可以大概確定L2﹑C4﹑CT的數(shù)值，再通過仿真進行調(diào)試最終確定其參數(shù)。電路的諧振頻率為</p><p><b>　　，</b></p&

20、gt;<p>　　靜態(tài)工作點為，基本符合設(shè)求。</p><p><b>　　2．模擬乘法器電路</b></p><p>　　用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在端和端分別加上兩個不同頻率的信號，相差一中頻，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 混頻原理框圖</p><p&g

21、t;　　若 則經(jīng)帶通濾波器后，取差頻</p><p>　　為所需要的中頻頻率。</p><p>　　圖7 混頻器原理圖</p><p><b>　　3．諧振電路</b></p><p>　　通常討論的并聯(lián)諧振電路如圖１所示 。 圖１（ａ）所示Ｒ、Ｌ、Ｃ并聯(lián)電路諧振時具有下述特性 ：　</p><p

22、>　?。ǎ保╇娐返淖杩棺畲?，電流最小 ?！?lt;/p><p>　　（２）電感元件的電流與電容元件的電流，大小相等，相位相反，相互抵消，電路總電流等于電阻元件的電流 ?！?lt;/p><p>　　（３）電感元件吸收的感性無功功率等于電容元件吸收的容性無功功率 ，兩者相互補償，電路的總無功功率等于零?！?lt;/p><p>　　以上關(guān)于圖１（ａ）所 示 Ｒ、L、Ｃ并聯(lián)諧振

23、電路特性的描述是正確的，毫無疑義的?！?lt;/p><p>　　圖 １（ｂ）所示 電路諧振時是否也具有上述特　 </p><p>　　性 ？一些人認(rèn)為（一些教材 中這樣敘述 ）圖１（ｂ）所示電路諧振時具有 和圖１（ａ）所示電路完全相同的特性。筆者認(rèn)為，圖 １（ｂ）所示電路諧 振時具有上述特性 （３），這是毫無疑義的特性 （２）稍作修改也是成立的，即改為 ：諧振時電感元

24、件所在支路的無功分量電流與電容元件的電流，大小 相等，相位相反，相互抵消，電路總電流等于電感元件所在支路的有功分量電流。至于是否具有特性 （１），即諧振時電路阻抗是否最大，電流是否最小 ，這 一問題是需要深入討論的。下面我們對調(diào)節(jié)電容Ｃ、電感L和電源　</p><p>　　角頻率∞三種情況分別進行分析。</p><p><b>　?。保?調(diào)節(jié)電容Ｃ　</b></

25、p><p>　　圖１（ｂ）所示電路的輸入復(fù)導(dǎo)納（可簡稱為電路的導(dǎo)納）為</p><p>　　由諧振的定義可知，諧振條件為</p><p>　　由上式可求得諧振時的電容為　</p><p>　　調(diào)節(jié)電容使電路達到諧振時電路的導(dǎo)納為　</p><p>　　在電阻Ｒ、電感Ｌ和電源角頻率保持不變的情況下 ，電路的導(dǎo)納隨電容ｃ變化而

26、變化為判斷諧振時電路的導(dǎo)納Y0是否為最小值 ，我們先求出導(dǎo)納模|Ｙ0|的最小值?！?lt;/p><p><b>　　因為　</b></p><p><b>　　所 以　</b></p><p><b>　　令　　</b></p><p><b>　　，即　</b&g

27、t;</p><p>　　解上述方程，求得函數(shù)|Y|=f(C)的駐點，即</p><p><b>　　圖2 諧振電路</b></p><p><b>　　輸出時域圖：</b></p><p><b>　　輸出頻域圖：</b></p><p><b&

28、gt;　　另一種仿真圖</b></p><p><b>　　頻域圖：</b></p><p><b>　　4.包絡(luò)檢波</b></p><p>　　1．1 　包絡(luò)檢波原理</p><p>　　從高頻調(diào)幅波中取出調(diào)制信號,可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用,得到所需的解調(diào)電壓。目前 ,幾乎

29、所有的 AM 接收機都采用二極管包絡(luò)檢波電路,經(jīng)典的電路形式如圖 1 所示。這是一個串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的電路,它是一個二極管和 RC 低通濾波器串聯(lián)而成 。</p><p>　　其工作原理 : 當(dāng)載波正半周時 ,二極管導(dǎo)通 ,給電容器充電 ,由于充電時間常數(shù)小 ,很快充電到輸入信號的峰值 。當(dāng)輸入信號下降時 ,電容器上的電壓大于輸入信號電壓 ,二極管反向截至 。電容器通過電阻 R 進行緩慢放電 ,當(dāng)下一個正半周到達

30、時 ,從輸入信號電壓大于電容器上的電壓時 ,開始二極管重新導(dǎo)通再一次對電容充電 ,直到新周期的峰值為正 。</p><p><b>　　1.2 　電路選擇</b></p><p>　　設(shè)計的任務(wù)要求特別是在包絡(luò)下降時:</p><p>　　a) 輸出信號緊跟輸入信號的包絡(luò)變化 ,檢波時延較小 ;</p><p>　　b)

31、 檢波后的波形紋波足夠小 , ,不能有過大紋波 ;擇的重要一點是在包絡(luò)下降過程中 ,不能出現(xiàn)如圖 (b) 所示的過大波動 ,這一特性對高低溫狀況下惡化留有一定的余量 ,選擇如圖 (a) 的 Opt 最優(yōu)曲線 。</p><p>　　圖a經(jīng)典二極管放大檢波電路</p><p>　　圖b經(jīng)典二極管放大檢波改進電路</p><p>　　在pspice仿真環(huán)境下的仿真圖

32、：</p><p><b>　　仿真結(jié)果：</b></p><p>　　四．電路性能指標(biāo)的測試</p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案，應(yīng)用計算機pspice軟件進行了模擬仿真。觀察LC正弦波振蕩器的輸出，輸出波形如圖9所示。</p><p>　　圖9 LC正弦波振蕩器輸出波形</p><p>　　觀察

33、混頻器輸出信號，波形如圖10所示。</p><p>　　圖10 混頻后的信號波形圖</p><p>　　LC正弦波振蕩器的輸出頻率應(yīng)為，靜態(tài)工作點；選頻﹑放大電路輸出頻率應(yīng)為</p><p><b>　　，靜態(tài)工作點。</b></p><p>　　通過仿真測試可得LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點 ；

34、選</p><p>　　頻﹑放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點。 </p><p>　　結(jié)論:有計算值與仿真值的比較可得,本設(shè)計基本完成了設(shè)計要求，并且由示波器可觀察到相</p><p>　　應(yīng)的波形，仿真值基本滿足要求，說明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結(jié)果同理</p><p>　　論值仍存在一定的誤差，需要進一步改善電

35、路的性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強。</p><p><b>　　五．課程設(shè)計體會</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的題目是混頻器的設(shè)計，主要應(yīng)用了通信電子線路中三方面內(nèi)容，分別是電容三點式振蕩電路、模擬乘法器和選頻放大電路。通過查找資料，結(jié)合書本中所學(xué)的知識，完成了課程設(shè)計的內(nèi)容。把書中所學(xué)的理論知識和具體的實踐相結(jié)合，有利于我們對課本中所學(xué)知識的理解

36、，并加強了我們的動手能力。</p><p>　　在這次的課程設(shè)計過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設(shè)計使我對通信電子線路又有了進一步的了解，增加了對所學(xué)知識的應(yīng)用。</p><p>　　本次課程設(shè)計教會我查閱書籍的重要性，通過翻閱書籍我找到了與我課設(shè)題目有關(guān)的內(nèi)容順利進行了課程設(shè)計，我希望通過更多這樣有價值的課設(shè)來充實自己。<

37、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 宋樹祥，周冬梅.高頻電子線路.[M]北京大學(xué)出版社，2007年2月</p><p>　　[2] 陳邦媛.射頻通信電子線路學(xué)習(xí)指導(dǎo).[M]科學(xué)出版社，2007年6月 </p><p>　　[3] 吳慎山.高頻電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年1月&

38、lt;/p><p>　　[4] 謝沅清.通信電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年7月</p><p>　　[5] 曾興雯.高頻電子線路.[M]高等教育出版社，2004年1月</p><p>　　[6] 楊翠娥.高頻實驗與課程設(shè)計.[M]哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年1月</p><p>　　[7] 于洪珍.通信電子線路.[M]清華大學(xué)出版

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