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1、高频电子线路课程设计说明书三极管混频器系、部：电气与信息工程系学生姓名：罗佳指导教师：贾雅琼职称讲师专 业：班 级：学 号：09400230123完成时间：2011年6月7日混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程，它是使信号自某一 个频率变换成另一个频率。完成这种功能的电路称为混频器。混频技术的应用十 分广泛。混频器是超外差式收音机中的关键部件。直放式接收机高频小信号检波， 工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大，灵敏度较低。采用 超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响， 这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为
2、放大功能主要在中放，可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后，调整方便， 放大量、选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号的频率低，性能指标容 易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多址信号的合成、 微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要的地位。此外，混频器也是许多电 子设备、测量仪器的重要组成部分。关键字：信号；频率；混频器ABSTRACTFrequency mixing, say again, is also a kind of variable frequency spectrum of linear moving process, it is to make the
3、 signal from a certain frequency conversion to another frequency. Complete the functions of the circuit is called the mixer. Mixing technique used widely. The mixer is the superheterodyne key component. Straight put type small signal detection, high-frequency receivers working frequency variation ra
4、nge, the working frequency of high-frequency channels of influence is bigger, a low sensitiity. Using specialized superheterodyne technology after receiving signal frequency mixing into a fixed frequency, put large basic from receive frequency influence, such, frequency signal within the amplificati
5、on good consistency, sensitivity can do so tall that selective is better also. Because magnifier function mainly in putting, can use good filter circuits. Using specialized superheterodyne after receipt and easy to adjust, put large, selectivity consists mainly of intermediatefrequency partdecision,
6、 and intermediate frequency is of high frequency signals low frequency , performance index easily be satisfied. The mixer in some launch equipment is also essential. In frequency division multiple access signal synthesis, microwave relay communications, satellite communications, etc system also has
7、its important position. In addition, the mixer is also many electronic equipment, measurement instrument important component.Key words signal； frequency； mixer摘要1ABSTRACT21、 混频器工作原理及系统框图42、 主要部分电路图及原理分析52.1本地振荡电路52.1.1振荡器起振条件52.1.2电路参数选择及性能分析 62.2变频电路72.2.1混频原理72.2.2电路参数选择及性能分析 92.3中频滤波网络103、仿真及结果.错
8、谒!未定义书签。4、心得体会14参考文献15致谢16附图1总电路图171、混频器工作原理及系统框图一个实际应用中调幅收音机的混频器电路的主要功能是使信号自某一个 频率变换成另外一个频率，实际上是一种频谱线性搬移电路。它能将高频载波信 号或已调波信号进行频率将其变换为某一特定固定频率的信号。而变换后的信 号，它的频谱内部结构和调制类型保持不变，改变的仅仅是信号的载波频率。混 频电路的类型较多，常用的有模拟相乘混频器、二极管平衡混频器、环型混频器、 三极管混频器等。其中三极管混频器最为常用，其工作原理图如图1.1：图1.1系统原理图从图中可以看出混频电路主要有三大部分组成：本地振荡器、品体管变频器
9、 电路和中频滤波网络，各个部分独立工作。本地振荡器产生稳定的振荡信号（设 其频率为f 0）通过品体管混频电路和输入的高频调幅波信号（设其频率为f 1）， 由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生f + f、f - f频率的信号，0101然后通过中频滤波网络，取出f - f频率的信号，调节好f、f的大小使其差 0101为中频频率，即所需要的中频信号6.455MHZ。2、主要部分电路图及原理分析2.1本地振荡电路本地振荡器是本设计电路的重要部分，同时也是超外差式接收机的主要部 分。其主要作用是将直流信号变为高频正弦信号，将产生的正弦高频信号与输入 的高频调幅信号相乘得到f+f、f - f的信号
10、，其中f为正弦信号频率，f 010101为调幅信号频率，通过中频滤波器得到中频信号f0-f 1。即本地振荡器主要是产 生一个和调幅信号相乘的高频信号，通过信号相乘以得到新的频率，若振荡器不 能够稳定工作，就会使产生的中频信号不稳，为此我们必须保证振荡器的稳定性， 故这里采用高稳定度的石英品体振荡器。2.1.1振荡器起振条件正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈 式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡， 变成振荡器。所谓振荡器是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正 反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻
11、性的有 源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。本设计中用的是反馈式振荡器，图2.1 所示即为LC三点式反馈式振荡器的原理图。通过我们对高频电路的学习知道， 三点式振荡器的构成法则是：X1与X2的符号相同，与X3的符号则相反。凡是 违反这一准则的电路不能产生振荡。23图2.1本振电路原理图2.1.2电路参数选择及性能分析图2 .2本振电路图图2.3交流等效电路图2.2是本次课设所使用的LC振荡电路，由图中可以看出是并LC振荡电 路，其交流等效电路如图2.3所示，由图可知，与晶体管发射极相连电容C4、 C5为同性质的电抗；与集电极的C3、C4，基极和C5、L1相连同理其阻抗性质 也是相反的，故此振荡
12、器满足振荡条件，其类似于考毕兹振荡电路。振荡频率公 式为：Ct=1/(1/C3+1/C4+1/C5)可通过共识计算可得其振荡频率为:f =16.455MHZ t电路中其它主要器件的参数如下R1=12K,R2=2K为基极偏置电阻，用来给 给三极管确定一个合适的静态工作点，C1=300pF为基极耦合电容，L2=1mH为 扼流圈，防止突变对三极管造成损害， R = 100。 用来限制射极电流，C2=1uF 为旁路电容。R2，R1，R3组成分压电流反馈偏置电路，C为发射极旁路电容。 C3，C4，C5构成谐振回路。2.2变频电路变频电路是混频器的核心部件。变频电路本质上说是实现频谱搬移的电路， 是一个六
13、端网络。它有两个输入电压，输入信号u和本地振荡信号七，其工作频 率分别为f和f ；输出信号为u，称为中频信号，其频率是f，f =f 土 f。由 clooole此可见，变频器在频域上起着（加）减法器的作用。变频电路有多种形式，如二 级管式、模拟乘法器式和三极管式。本电路采用的是应用最广泛的晶体三极管式 变频电路。u为输入高频调幅波信号，七亦为本地振荡器产生的高频振荡信号且七 us，时变偏置电 压E (t) = E +u =E + u，由此可得集电极电流i为 bb 2 b /Ci a I ( t)+ g ( t) uC coms=Ic 0( t)+( gt +gc co s +21u)si经集电极
14、谐振回路滤波后，得到中频电流iCo=g U c o & = I c s tcsooo式中g g称为变频跨导。从以上分析结果可以看出：只有时变跨导的基波分量才能产生中频分量， 而其它分量会产生本振谐波与信号的组合频率。变频跨导g是变频器的重要参 数，它不仅直接决定着变频增益，还影响到变频器的噪声系数。变频跨导 g =上g，g只与晶体管特性、直流工作点及本振电压u有关，与u无关，c 2 m 1m 1/s故变频跨导亦有上述性质。基于此原理设计的变频电路如图2.2所示。- F6 p lr:- Q7F 安n VvV-m 7:0 -R k%C710 pF图2.5变频电路2.2.2电路参数选择及性能分析由以
15、上分析知在设计电路时须注意变频跨导与本振电压和偏置电压的关系 线。只有把握好这一关系，设计出来的电路才能满足我们的设计要求。本文混频 电路所采用的晶体三极管是2N3904,根据其变频跨导与本振电压和偏置电压的 关系曲线设计电路如图2.2所示。图中R3, C5构成电源滤波电路，用于避免信号电流通过直流电源而产生极 间反馈，导致工作不稳定。图中V2为16.455MHZ的本振信号，V1为10MHZ的调幅输入信号现对其参数 做一简单推导，设 U = 0.325 cos(22 兀 x 10 61)VU = 5 0 mV d 0 . 8 c o s( 2 0 0 ) ic x s (62 1t. 0 71
16、 0 )则二式相乘得U = 8.12 mV 1 + 0.8 cos(200 兀 t )cos(0.93 i x 10 61) + cos(43.07 ix 1061) 经过中频滤波后为U = 8.12 mV 1 + 0.8 cos(200 11) cos(0.93 i x 10 61)w _ 0.93ttx106此信号的载波频率为一斯一赤一 =6.455MHZ，即我们所需要的中频信 号，其实际输出波形的频率为66.8MHZ的信号，振幅为0.835V左右，与理论 值8.12mV不符，这主要是因为中频滤波网络的放大以及变压器的升压作用的结 果。电路中其它一些重要的参数如下：电路图中AM用来代表接收
17、到的调幅波， V2代表前面本振电路产生的振荡信号，C8=10pF,C9=2.2pF为输入信号耦合电容， R 6 = 10 K Q、R = 2.7 K Q为基极偏置电阻，R = 360 K Q为射极限流电阻，C5=1500pF为旁路电容。另外在实际应用中变频器是存在干扰的，如果没有采取有效地措施来抑制干 扰，它会给从电路带来大量谐波信号严重时会使整个电路无法工作，因此应注意 以下几个问题： 正确选择中频数值。当输出频率确定后，在一个频段内的干扰点 就确定了，合理的选择中频频率，可大大减少组合频率干扰的点 数，并将阶数较低的干扰排除掉。 正确选择变频器的工作状态，减少组合频率分量。应使gm( t)
18、的 谐波分量尽可能的减少，使电路接近乘法器。 采用合理的电路形式。如平衡电路、环形电路、乘法器等，从电 路上抵消一些组合分量。2.3中频滤波网络在变频器的输出端不仅会输出我们需要的中频信号，同时也会输出一些我 们不需要的信号，如频率为f0+ f1的高频信号，另外也会出现一由于本振信号 的失真以及电路的非线性引起的谐波信号，只有滤除这些信号才能得到我们想要 的中频信号，因此需要在变频器的输出端加一中频滤波网络，另外中频滤波网络 还能够对变频器输出的信号进行放大，以便于后续处理。中频滤波电路在本设计中采用的是最简单的LC滤波电路如图3.1所示：图2.6中频滤波电路滤波后频率为：12 * CL取L3
19、=0.1mH，C10=6.1pF，R0=20k由此可以计算得其谐振频率为：f =6.455MHZ非常接近要求，可以认为已经达到设计要求，再考虑到器件的误差以及外界干扰， 本电路已基本达到设计要求。本振信号:3、仿真及结果图3.1本振信号波形输入高频调幅波信13 Oscilloscope寞Channel AChannel BTime baseCi.Ci5tiE，di 七X position . 00Y.aEdge立Levelo.oo 韦B Bet |TriggerReduceReverse图3.2 输入信号波形输出中频信号:Oscilloscope123.9604ms3.6 3 0 9 V7 4
20、.0196 n kJ124.1163 ms8.645 3 U -995.7 8 39 mMT2-T1156.441614.3290Channel AChannel BTime baseLi.Li&HE/di.TriggerS 叫口心 position |-1 .ED0DCSW方匚1心|Y position | -3.口口TAC 0DCReduce图3.3输出信号波形4、心得体会经过这一周时问的努力，终于完成了这次课程设计，结果还算是差强人意， 基本上符合课程设计的要求。本次设计通过对通信电子线路的学刊使用EWB软件设计了一个三极管混 频器。我根据先局部后整体的设计方案，先将小信号调幅发射机的各
21、部分电路设 计出来，并且单独进行仿真和调试，各部分电路调试成功之后再进行整体联接， 然后再进行调试并且仿真。在设计各个环节中都遇到了很多问题：首先，参数的 选定很难，课堂上基本上是分析电路的原理功能和计算电路的性能指标，很少亲 自选定器件的参数，从资料或网上得到的数据很多都有问题；必须经过修正和调 试才能确定出器件的参数，只有正确的参数，才能够设计出我们所想要的输出结 果，参数的正确性可以说决定着设计成功的50%;其次，有些时候理论上符合要 求的电路，仿真后却得不到相应的结果，尤其是整机联接的时候出现了更多问题， 也花费了很多时间（其实差不多一半的时间都在进行整机调试和修正），也正是 由于问题
22、的出现，我才学到了更多的知识，以及设计的技巧，对EWB软件的应用 也更加熟练。出现问题的时候，首先思考出现问题的环节，然后借助于从图书馆 借的几木书，有时候直接上网查询，也请教其他同学，存这个过程中对以前学的 知识有了更深刻的了解，也明白了所学知识的应用范围，收获颇多。通过这次课程设计，我再次感受到理论应用于实际中的难度，认识到理论联 系实际的重要性。虽然在做这次课程设计中很不顺利，但是学到了很多从书本单 方面学不到的东两，看到自己经过努力换来的成果感到比较欣慰，也有点小小的 成就感。我做的三极管混频器所应用到的理论知识都是书中经典的知识点，因此 对课本知识也有了进一步的理解，也意识到自己对课
23、本知识理解不够到位，知识 面不够广，分析电路也有点吃力，我想这对我以后的学习有很大的促进作用。通过这次设计，我掌握了通信电子线路的设计方法，基本上实现了理论与 实践的统一，增强了分析问题和解决问题的能力。无论是在学习还是工作上，我 相信这对今后自身的发展是有很大帮助的。参考文献1 宋树祥，周冬梅.高频电子线路.M北京大学出版社，2007年2月2 陈邦媛.射频通信电子线路学习指导.M科学出版社，2007年6月3 吴慎山.高频电子线路.M电子工业出版社，2007年1月4 谢沅清.通信电子线路.M电子工业出版社，2007年7月5 曾兴雯.高频电子线路.M高等教育出版社，2004年1月6 杨翠娥.高频实验与课程设计.M哈尔滨工程大学出版社，2005年1月7 于洪珍.通信电子线路.M清华大学出版社，2006年1月8 陈利永.电子电路基础.M中国铁道出版社，2006年7月9 周选昌.高频电子线路.M浙江大学出版社，2006年7月致谢在完成这次实验报告中，遇到了不少的问题，当然不是一个人在战斗，首先， 我得感谢自己，自己通过查资料和问同学一步一步的亲手调试出来的。再次，我 要感谢老师，老师辛勤的教导给了我这次实践的机会，我还要感谢我的同学，当 我遇到问题的时候，他们总会帮助我解决问题。再次，我得感谢社会科技的进步， 让我们的资源最大化。附图1总电路图32pFVvVZ7 m2 kQmNJ
