高頻課程設(shè)計-- 三極管混頻器

1、<p>　　通信電子線路課程設(shè)計說明書</p><p><b>　　三極管混頻器 </b></p><p>　　學(xué) 院：電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><

2、p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班 級： </p><p>　　完成時間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p&g

3、t;　　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535KHZ-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。移動通信中一次中頻和二次中頻等。在

4、發(fā)射機中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通訊中上行、下行頻率的變換等，都必須采用混頻器。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。</p><p>　　本次課程設(shè)計采用三級管混頻器具有電路簡單，變頻增益高

5、的特點，采用9014三極管，接受LC高頻信號和本振信號對兩信號進行取差頻，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，使用中周進行選頻。由于晶體管的非線性特性，兩個信號混合后會產(chǎn)生fL+fC、fL－fC頻率的信號，然后通過中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，得出所需要的中頻信號。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 混頻器 三極管 選頻 </p><p><b>　　Abstr

6、act</b></p><p>　　Kinds of information is very important to human life, so people are always looking for fast way to communicate over distance, to transfer or to exchange information. Modern long distan

7、ce communication technology was invented in mid of 18th century thanks to the invention of radio technology. Since then, this technology was well developed and many new methods came out. From Morse code to satellite, mod

8、ern communication is playing more and more important role. As a key part of radio technology – m</p><p>　　The curriculum design using three tube mixer has a simple circuit, high frequency gain characteristic

9、s , uses 9014 transistors, high-frequency signals and the acceptance of LC oscillator signal for two to take the difference frequency signal , using a sliding rheostat to change the quiescent operating point , to work in

10、 the nonlinear operating region , the use of frequency-selective weeks . Since the nonlinear characteristic of the transistor , the mixing of two signals produces fL + fC, the fre</p><p>　　Key word: mixer;

11、 Transistor; frequency; </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　一 設(shè)計要求及指標(biāo)4</p><p>　　1.1 設(shè)計目標(biāo)

12、4</p><p>　　1.2 設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　1.3 混頻電路的基本原理4</p><p>　　二 三極管混頻器的仿真分析5</p><p>　　2.1 仿真分析5</p><p>　　2.1.1 混頻電路分析5</p><p>　　2.1.2

13、 總體方案介紹7</p><p>　　2.1.3 工作原理說明7</p><p>　　2.2仿真結(jié)果11</p><p>　　三 仿真結(jié)果分析、干擾及解決辦法、設(shè)計總結(jié)12</p><p>　　3.1 仿真結(jié)果分析12</p><p>　　3.2 干擾及解決辦法12</p><p&g

14、t;　　3.3 設(shè)計總結(jié)12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　致 謝14</b></p><p><b>　　附錄一：15</b></p><p>　　三極管混頻器仿真電路：15</p><p>&

15、lt;b>　　PCB圖16</b></p><p><b>　　實物圖16</b></p><p><b>　　元器件清單17</b></p><p>　　一 設(shè)計要求及指標(biāo)</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目標(biāo)</b></p>

16、<p>　　設(shè)計一個三極管混頻器。</p><p>　　1.2 設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計一個三極管混頻器，要求中心頻率為10MHz,本振頻率為16.455MHz，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。</p><p>　　1.3 混頻電路的基本原理</p><p>　　混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量

17、線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二性號的差頻或和頻，完成變頻作用。他的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路，對于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。常用的有模擬相乘混頻器、

18、二極管平衡混頻器、環(huán)型混頻器、三極管混頻器等。其中三極管混頻器最為常用。</p><p>　　圖1.3混頻原理框圖</p><p>　　二 三極管混頻器的仿真分析</p><p><b>　　2.1 仿真分析</b></p><p>　　2.1.1 混頻電路分析</p><p>　　對于混頻

19、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。</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>

20、　　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，U

21、s(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) ………………………………2.1.1.1</p><p><b>　　則=</b></p><p>　　=……………………………………2.1.1.2</p><p><b>　　其中：</b>

22、</p><p>　　對上式進行三角函數(shù)的變換則有</p><p>　　：……2.1.1.3</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</p><p>　　上邊帶濾波器則輸出為</p><p>　?。?.1.1.4&l

23、t;/p><p>　　若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：</p><p>　?。?…………… ………… ……… …2.1.1.5</p><p>　　以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖：</p><p>　　圖2.1.1 調(diào)幅波變頻波</p><p>　　2.1.2 總體方案介紹</p>&

24、lt;p>　　高頻電路中的混頻器利用電路中的非線性，可以對兩個輸入信號進行頻率加或減，產(chǎn)生和頻信號或差頻信號。本實驗采用晶體三極管作混頻電路,產(chǎn)生差頻信號，將高頻信號轉(zhuǎn)化成低頻信號。采用共射混頻電路。信號電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入。采用此電路，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗小，使本振負(fù)重較重，雖不易起振但也不易過激，因此振蕩波形好，失真小。</p><p&

25、gt;　　三極管混頻電路原理圖如下圖2.1.2所示。其中，晶體管起信號的混頻作用，兩個輸入信號分別為和；電容Cin1、Cin2、Cout為信號輸入和輸出的耦合電容，起到隔直流的作用，使前后級的直流電位不相互影響，保證各級工作的穩(wěn)定性；電容Ce對高頻交流信號相當(dāng)于短路，消除偏置電阻Re對高頻信號的負(fù)反饋作用，提高高頻信號的增益；電阻元件Rb1、Rb2、Re決定晶體管的工作點；電路中的電感L和電容C組成的諧振電路起選頻作用，在產(chǎn)生的組合頻率

26、中選擇所需要的中頻輸出信號。</p><p>　　圖2.1.2 晶體管混頻器實驗原理電路圖</p><p>　　2.1.3 工作原理說明</p><p>　　晶體三極管混頻器的原理性電路如圖2.1.2所示，在發(fā)射結(jié)上作用有三個電壓，即直流偏置電壓VBB信號電壓us和本振電壓uL 。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ULm>&

27、gt; Usm，也就是本振電壓為大信號，而輸入信號電壓為小信號。在一個大信號uL 和一個小信號us 同時作用于非線性器件時，晶體管可近似看成小信號的工作點隨大信號變化而變化的線性元件，如圖2.1.3(b)所示。t1時刻，在偏壓VBB和本振電壓uL的共同作用下，它的工作點在A點，此時us較小。因此，對us 而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài)。在另一時刻t2，對于us 而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點移到B點，這時對us 仍可看

28、成工作于線性狀態(tài)。雖然兩個時刻均工作于線性狀態(tài)，但工作點不同，這兩個時刻的線性參數(shù)就不一樣。因為us 的工作點隨uL 的變化而變化，所以線性參量也就隨著uL 變化而變化，可見線性參量是隨時間變化的，這種隨時間變化的參量稱為時變參量。這樣的電路稱為線性時變電路。應(yīng)當(dāng)注意，雖然這種線性時變電路是由非線性器件組成。但對于小信號us來說，它工作于線性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個</p><p>　　圖2.1.3(a) 晶體三極管

29、混頻器的等效原理圖</p><p>　　圖2.1.3(b) 一個大信號和一個小信號同時作用于非線性原件</p><p>　　晶體三極管混頻器的等效原理圖如圖2.1.3(a)所示。在晶體三極管的發(fā)射極上作用有三個電壓，即直流偏置電壓Vbb，信號電壓Us和本振電壓Ul，通常本振電壓振幅Ul>>Us，也就是本振信號為大信號，而輸入信號為小信號，在大信號Ul和小信號Us同時作用于非線

30、性器件時，Vbb+Ul可認(rèn)為是時變偏置電壓，它決定了混頻器的工作點。而對于小信號Us來說是工作在時變狀態(tài)下的線性工作方式。</p><p>　　混頻器的集電極電流iC可以表示為 。因為Us很小，在Us的變化范圍內(nèi)，正向傳輸時線性的，在Vbb+Ul上對Us泰勒展開為：（忽略高階影響）。設(shè)本振電壓，在沒有信號輸入的情況下，</p><p>　　式中Io，Icm1，Icm2，g0，g1，g2分別

31、是只加本振電壓時，集電極時變電流中的直流分量，基波分量，二次諧波分量的幅值以及時變跨導(dǎo)中的平均分量，基波分量，二次諧波分量的幅值。若輸入信號電壓，可得</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　+</b></p><p>　　= </p

32、><p>　　…………2.1.3.1</p><p>　　若帶通濾波器的中心頻率取差頻，則通過帶通濾波器輸出的中頻電流為</p><p>　　……………………………………2.1.3.2</p><p>　　該電路由LC正弦波振蕩器﹑高頻信號源﹑三極管混頻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16.455

33、MHz正弦波通過三極管進行混頻后產(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6.455MHz的信號，對其進行放大輸出，最終輸出6.455MHz的正弦波信號。</p><p>　　三極管混頻器仿真電路見附錄一</p><p>　　該電路主要由Q1 和6.5MHz 選頻回路組成。混頻信號V1，V2分別由基極和發(fā)射級輸入。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

34、合適的非線性區(qū)域，同時也可以用來調(diào)節(jié)混頻增益。</p><p>　　圖 2.1.4 晶體管工作點調(diào)節(jié)電路</p><p>　　不合適的工作點將導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定，甚至不能工作。</p><p>　　圖2.1.4 選頻回路</p><p>　　在高頻放大器或振蕩器中，由于某種原因，會產(chǎn)生不需要的震蕩信號，這種震蕩稱為寄生震蕩。介紹小信號放大器

35、穩(wěn)定性時所說的自激，即屬于寄生震蕩，為了電源去耦，消除由公共電源引起的多級寄生震蕩，在設(shè)計電路時加入了C6,C8，L3。而在信號源連接處加一電容為了濾波用，如C1，C2。R2，R3用來確定靜態(tài)工作點，通過改變電阻R2的數(shù)值來改變混頻器晶體工作點，使其工作在合適的非線性區(qū)域，同時也可以用來調(diào)節(jié)混頻增益。</p><p><b>　　選頻電路的取值： </b></p><p&

36、gt;<b>　　倒退可得：</b></p><p>　　則得L=3uH, C=200pF。</p><p><b>　　仿真結(jié)果</b></p><p>　　三 仿真結(jié)果分析、干擾及解決辦法、設(shè)計總結(jié)</p><p>　　3.1 仿真結(jié)果分析</p><p>　　綜上各圖，

37、輸入信號頻率fs =10MHz ,本振頻率f0 =16.455MHz，其選頻回路選出差頻的中頻信號fi =6.455MHz。當(dāng)選頻回路的參數(shù)不合適時，輸出信號會被嚴(yán)重衰減和失真。</p><p>　　3.2 干擾及解決辦法</p><p>　　混頻器的各種非線性干擾是很重要的問題，并且在討論各種混頻器時，把非線性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一非線性干擾中很重要的一類就是組合頻率干

38、擾和副道波干擾。這類干擾是混頻器特有的。還有一些其他的干擾，比如交調(diào)互調(diào)，阻塞干擾等。</p><p><b>　　干擾的解決辦法：</b></p><p>　　1、選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強的干擾哨聲</p><p>　　2、提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進入混頻電路的外來干擾, 這樣可

39、減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。 </p><p><b>　　3.3 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　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)果同理論值仍存在一定的誤差，需要進一步改善電路的性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強。

40、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］《電子線路》(線性部分) 第四版 謝嘉奎 主編，高等教育出版社，1999年［2］《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）康華光 編著，高等教育出版社，1999年［3］《高頻電子線路原理與實踐》 曹才開 主編，中南大學(xué)出版社，2010年［4］《數(shù)字電子技術(shù)》 第四版 閻石 主編，高等教育出版社，2009

41、年［5］《電子線路設(shè)計與實驗測試》 第二版 謝自美 主編，華中科技大學(xué)，2010年［6］《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》 第五版 康華光 主編，華中科技大學(xué)出版社，2005.7［7］《電路分析基礎(chǔ)》 第四版 曹才開 主編， 北京：清華大學(xué)出版社，2009</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　高頻課程設(shè)計在老師指導(dǎo)下，終于能劃上句號，首先

42、要感謝謝我的指導(dǎo)老師**老師，她不僅在學(xué)術(shù)上予以指導(dǎo)，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我能一直有堅定的信心和飽滿的熱情來完成我的設(shè)計。在設(shè)計過程中遇到很多問題**老師總是引導(dǎo)我去尋找引發(fā)問題的原因并提出解決的方法。期間遇到了很多的困難，失敗了很多次，但是成功的喜悅會沖淡失敗對的傷害，而且在其中，我也學(xué)會了很多知識，不僅是混頻器及相關(guān)的知識，還有WORD以及仿真軟件的使用，還有焊接，使我的知識面擴大了很多。通過本次課程設(shè)計，使我的高頻理論知

43、識更上一層樓，使我堅信：付出總會有收獲的。*老師的學(xué)術(shù)水平與耐心關(guān)懷，使我獲益良多。再次感謝張松華老師。 </p><p><b>　　附錄一：</b></p><p>　　三極管混頻器仿真電路：</p><p><b>　　PCB圖</b></p><p><b>　　實物圖</