实验三-混频器.docx

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1、实验三-混频器实验三、混频器151180013陈建一、实验目的1. 了解三极管混频器和集成混频器的基本工作原理，掌握用MC1496来实现混频 的方法。2. 了解混频器的寄生干扰。3. 探究混频器输入输出的线性关系。二、实验原理1. 在通信技术中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用得较多的 是把一个己调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号，完成这种频率变 换的电路称混频器。在超外差接收机中的混频器的作用是使波段工作的高频信 号，通过与本机振荡信号相混，得到一个固定不变的中频信号。采用混频器后，接收机的性能将得到提高，这是由于：（1）混频器将高频信号频率变换成中频，在中频上放大信

2、号，放大器的增益可 以做得很高而不自激，电路工作稳；经中频放大后，输入到检波器的信号可以达 到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。（2）由于混频后所得的中频频率是固定的，这样可以使电路结构简化。（3）要求接收机在频率很宽的范围内选择性好，有一定困难，而对于某一固定 频率选择性可以做得很好。混频器的电路模型下图所示。一个等幅的高频信号，并与输入经混频后所产生的差频信号经带通滤波器滤出， 这个差频通常叫做中频。输出的中频信号与输入信号载波振幅的包络形状完全相同，唯一的差别是信号载波频率变换成 中频频率。目前高质量的通信接收机广 泛采用二极管环形混频器和由差分对 管平衡调制器构成的混频器，而在一般

3、 接收机（例如广播收音机）中，为了简 化电路，还是采用简单的三极管混频 器。2. 当采用三极管作为非线性元件时就 构成了三极管混频器，它是最简单的混 频器之一，应用又广，我们以它为例来 分析混频器的基本工作原理。从上图可知，输入的高频信号,通过C1加到三极管b极，而本振信号经Cc耦合，加在三极管的e极，这样加在三极管输入端（be之间）信号为1 。即两信号在三极管输入端互相叠加。由于三极管的：一七特性（即转移特性）存在非线性，使两信号相互作用，产生很多新的频率成分，其中就包 括有用的中频成分fL-fS和fL+fS，输出中频回路（带通滤波器）将其选出，从 而实现混频。通常混频器集电极谐振回路的谐振

4、频率选择差频即fL-fS，此时输 出中频信号比输入信号频率低。根据需要有时集电极谐振回路选择和频即 fL+fS，此时输出中频信号比输入信号频率高，即将信号频率往高处搬移，有的 混频器就取和频。3. 混频干扰及其抑制方法为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的 除了输入信号电压和本振电压外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意 两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号 一起通过中频放大器和检波器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。 干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干 扰，其中影响最大的是中频干扰，镜

5、像干扰和组合频率干扰。通常减弱这些干扰的方法有三种：（1）适当选择混频电路的工作点，尤其是不要过大；（2）输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大，使干扰增强；（3）合理选择中频频率，选择中频时应考虑各种干扰所产生的影响。4. 具体三种典型混频实验电路4.1二极管环形混频器实验电路图3-4为二极管混频器实验电路，图中2T1、2T2、2D01、2D02、2D03、2D04 构成环形混频电路2P03为射频信号输入口，2P04为本振信号输入口。晶体三 极管2Q2组成放大电路，对环形混频器输出进行放大。由2L6、2L7、2C12和 变容管2D05构成滤波电路，选出所需要的中频信号，而滤除其它无用信号

6、。调 整2W02可以改变变容二极管2D05上的偏压，从而调整2D05的容量。因此调 整2W02，可以调整滤波电路谐振频率。图中2P05为混频输出口，2TP05为输 出测量点。益1明*4.2三极管混频器实验电路下图是晶体三极管混频实验电路。图中2Q1为混频管，2W1用来调整其工作 点，2Q2为放大管，用来对混频后的信号进行放大，2L6、2C7、2L7、2L8、2D1构 成谐振回路，选出所需要的频率，对其它无用信号进行抑制，2W2 的偏压、从而调整其谐振回路的频率。箸 2H1 2Dlrri-1用来调整2D1zirce2IK由图可以看出，本振电压U L从2P01输入，经2C1送往晶体管2Q1的发 射

7、极。射频信号Us从2P02输入，经2C2送往2Q1的基极，混频后的中频信 号由晶体三极管2Q1的集电极输出，集电极负载由2L6、2C7构成谐振回路， 该谐振回路调谐在中频上。本实验中频10.7MHZ左右，谐振回路选出的中频经 2C11耦合，由2Q2组成的放大器进行放大，放大器的负载为2L7、2L8、2D1组 成的谐振回路，同样谐振在10.7MHZ左右。混频后的中频信号由2P03输出， 2TP03为输出测量点。4.3用MC1496集成电路构成的混频器下图是用MC496集成电路构成的混频器，该电路图利用一片1496集成块构 成两个实验电路，即乘法器幅度调制与混频，本节我们只讨论混频电路。MC149

8、6 是一种四象限模拟相乘器（我们通常把它叫做乘法器），其内部电路在振幅调制 一节中作介绍。图中3P01为本振信号U L输入口，3TP01为本振信号测试点。本振信号经 3R1、3C1从乘法器的一个输入端（10脚）输入3P02为射频信号输入口，3TP02 为测试点。射频信号电压U S从乘法器的另一个输入端（1脚）输入，混频的 中频信号由乘法器输出端（12脚）输出。输出端的带通滤波器由3C7、3L1、 3C8组成，带通滤波器调谐在中频频率上，本实验的中频频率为465KHZ左右。 如果输入的射频信号频率为1MHZ，则本振频率应为1.465MHZ。由于中频固定不 变，当射频信号频率改变时，本振频率也应跟

9、着改变。因为乘法器（12脚） 输出的频率成分很多，经带通滤波器滤波后，只选出我们所需要的中频465KHZ， 其它频率成分被滤波器滤除掉了。图中三极管3Q2为射极跟随器，它的作用是 提高本级带负载的能力。带通滤波器选出的中频，经射极跟随器后由3P04输出， 3TP04为混频器输出测量点。三. 实验步骤与结果1. 实验准备将含有二极管环形混频器，晶体三极管混频器和乘法器幅度调制与混频的模块 以及正弦振荡器模块，插入到实验箱底板上，接通实验箱与所需各模块电源。2. 中频频率的观测（1）二极管环形混频器将正弦波振荡器模块上的LC振荡器输出频率调整为1.465MHZ，幅度峰-峰值 Vp-p=1V左右，作

10、为本实验的本振信号，送入二极管环形混频器的本振输入端 （2P04）。高频信号源输出频率调为1MHZ，幅度峰-峰值Vp-p=500mv左右，作 为射频信号输入到二极管环形混频器的射频输入端（2P03）。用示波器观测2P03、 2P04、2P05的波形，调整2W02使2P05波形幅度最大。用频率计测量2P03、 2P04、2P05的频率，并计算各频率是否符合。当改变高频信号源的频率时，输 出中频2P05的波形作何变化，为什么？本振（fL）信号源（fs）混频输出（fi）频率1.465MHz1MHz461.7kHz幅值1.32V500mV2.28V由上表的测试结果可知，频率满足fi=fL-fs的关系。

11、卜面我们保持fL不变，改变fsfs900kHz1.1MHzfi的频率569kHz365kHzfi的幅值900mV620mV我们看到，改变输入信号频率，混频输出频率依然满足fi=fL-fs，但是幅度 都有下降，是因为后面的中频放大器中心频率在465kHz，偏离这个频率之后放 大倍数会降低。下面我们来探究当本振不是正弦波而是方波时的情况。下表是随本振幅度变化 输出信号幅度的变化，以此来研究该混频器的线性工作范围：方波幅 度/V0.70.80.911.11.21.31.4输出幅度/V0.621.181.922.643.043.203.203.20输出频率/kHz4654654654654654654

12、65465Figure 1文件（E 础旧透入0）工具庶面回街口地）辞助 a| we x|s| s| 一将表格中的数据转化为图像:由图像可见，对于载波是方波的情况下，在幅度为700mV1.1V间是线性的。 而低于700mV，由于二极管的阈值电压，二极管处于截止状态，几乎没有输出。（2）晶体三极管混频器将信号源频率调为25MHz，幅度调至200mV，作为本实验的本振信号输入到混 频器的本振输入端（2P01），混频器的另一个输入端（2P02）接高频信号源，用 示波器观测2TP01、2TP02、2TP03的波形，微调2W1和2W2使混频输出（2TP03） 幅度达到最大值。用频率计测量2TP01、2TP

13、022TP03的频率并计算各频率是否 符合。当改变高频信号源的频率时，输出中频2P03的波形作何变化，为什么？卜面我们保持fL（25MHz,50mV）不变，改变fsfs/MHz14.315.316.3fi的频率10.79.78.7fi的幅值1.220.81.04我们看到，改变输入信号频率，混频输出频率依然满足fi=fL-fs，但是幅度 都有下降，是因为后面的中频放大器中心频率在10.7MHz，偏离这个频率之后放 大倍数会降低。下面我们来看静态工作点会不会对晶体三极管混频线性区间的影响。下面我们测了两组数据：Ic1=1.366mA fs=14.3MHzAs/mV30405060708090100

14、110120130Ai/V0.480.640.740.901.041.161.261.361.441.531.56Ic2=0.724mA fs=14.3MHzAs/mV30405060708090100110120130Ai/mV0.640.851.011.181.341.471.581.681.761.821.88将这两个表格转化为图像，如下所示:由图像所示，合理改变工作点对线性范围和斜率影响不大，但是对输出幅度会 有整体抬升，因而为获得较大的输出幅度，选择合适的工作点尤为重要。(3) 集成乘法器混频器将正弦振荡器模块上的LC振荡器输出频率调为1.465MHZ,幅度调为峰-峰值 800mv，

15、作为本实验的本振信号输入到乘法器的一个输入端3P01端，高频信号源 输出频率调为1MHZ，Vp-p=500mv，作为射频信号输入到乘法器的另一个输入端 3P02端。用示波器观测3TP01、3TP02、3TP04的波形，用频率计测量3TP01、 3TP02、3TP04的频率，并计算各频率是否符合。当改变高频信号源的频率时， 输出中频3TP04的波形作何变化，为什么？这个实验老师并没有做要求，探究发现，满足fi=fL-fs。另外测了一下集成 乘法器的线性，作图如下：乘法器线性范围在700mV2.5V左右，而且在这段区间是比较严格线性的。四、实验思考总结1. 干扰及解决办法混频器的各种非线性干扰是很

16、重要的问题，并且在讨论各种混频器时，把非线 性产物的多少，作为衡量混频器质量的标准之一非线性干扰中很重要的一类就是 组合频率干扰和副道波干扰。这类干扰是混频器特有的。还有一些其他的干扰， 比如交调互调，阻塞干扰等。干扰的解决办法：（1）选择合适的中频。如果将中频选在接收信号频段之外，可以避免中频干 扰和最强的干扰哨声（2）提高混频电路之前选频网络的选择性，减少进入混频电路的外来干扰， 这样可减小交调干扰和互调干扰。对于镜频可采用陷波电路将它滤掉。2、本实验基本完成了实验要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值 基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。但是需要进一步理解电路原理，有 机会自己改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。通过本次课程， 巩固了理论知识，动手能力进一步加强。虽然辛苦，但是收获也是很多的。