通信电子线路课程设计-三极管混频器说明书.doc

通信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： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子0902班 完成时间： 2011.12.2 摘 要混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如am 广播接收机将已调幅信号535khz-一1605khz要变成为465khz中频信号，电视接收机将已调485m一870m 的图象信号要变成38mhz的中频图象信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。人们一直都在寻求快速远距离通信的手段。但是，直到十八世纪中叶才有了现代意义上的快速远距离通讯手段，这归功于无线电的发明。一个多世纪以来，通信的方式和内容不断更新发展，从最初的莫尔斯电码到现在的卫星通讯，现代通讯技术正成为人们日常生活中越来越重要的角色。作为无线传输体系中不可缺少的重要环节，混频技术，如晶体管混频，二极管混频以及场场效应管混频等，被广泛应用于各种通讯设备中， 实现信号频谱的搬移。混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把次中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。此外为辅助电路，此次的课程设计还应用了lc谐振回路以及rc二阶有源滤波器，以实现对干扰信号的有效抑制。关键词： 混频器；超外差接收机；有源滤波器目录1、三极管混频器设计任务、功能要求说明及总体方案介绍1 1.1 设计课题任务1 1.2 功能要求说明1 1.3 三极管混频器工作原理说明及总体方案介绍12、三极管混频器的仿真分析62.1 三极管混频器的参数选择62.2 三极管混频器的仿真调试82.3 三极管混频器的仿真结果113、三极管混频器硬件系统的设计122.1 硬件系统各模块功能简要介绍122.2 电路原理图、pcb图各1份122.3 元器件清单134、设计结论、误差分析143.1 三极管混频器的设计结论及使用说明143.2 三极管混频器的硬件调试143.3 三极管混频器的误差分析143.4 设计体会及收获15参考文献16致谢 17附录18 1、三极管混频器设计任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1课题设计任务 设计一个三极管混频器1.2 功能要求说明 要求中心频率为10mhz,本振频率为16.455mhz1.3设计课题工作原理说明及总体方案介绍1.3.1混频电路工作原理混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压与幅度较小的外来信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频载频率。而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路，对于调幅波、调频波或调相波通过变频电路后仍然是调幅波，调频波或调相波。只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。非线性器件带通滤波器本地振荡器输入输出图1.1 混频电路原理图从频谱的观点来看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真地从高频搬移到中频上来。混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器实现。混频电路的基本组成如下：图1.2 混频电路基本组成输入信号为调幅波，本振信号为，则相乘器输出信号为=0.5则中频输出信号为=0.5 以下是调幅波频率形图和混频前后的频谱原理图： 图1.3 混频器频谱原理图调幅波的混频示意图中，混频器上加了两个信号vs（输入信号）和波vl(本振信号)，经过变频后，输出中频调波vi。输出的中频调幅波与输入的高频调幅波调幅规律完全相同，即载没振幅的包络形状完全相同，唯一差别就是频率不同，所以混频器实现的是频谱的线性搬移。如下图所示： 图1.4 混频器的频谱搬移图1.3.2三极管混频器工作原理晶体三极管混频器的原理性电路如图1.5所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压vbb信号电压us和本振电压ul 。为了减小非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅ulm usm，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个大信号ul 和一个小信号us 同时作用于非线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图1.6所示。t1时刻，在偏压vbb和本振电压ul的共同作用下，它的工作点在a点，此时us较小。因此，对us 而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。在另一时刻t2，对于us 而言，由于偏压和本振电压的作用，工作点移到b点，这时对us 仍可看成工作于线性状态。虽然两个时刻均工作于线性状态，但工作点不同，这两个时刻的线性参数就不一样。因为us 的工作点随ul 的变化而变化，所以线性参量也就随着ul 变化而变化，可见线性参量是随时间变化的，这种随时间变化的参量称为时变参量。这样的电路称为线性时变电路。应当注意，虽然这种线性时变电路是由非线性器件组成。但对于小信号us来说，它工作于线性状态，因此，当有多个小信号同时作用于此种电路的输入端时，可以应用叠加原理。图1.5 三极管混频器的原理电路 图1.6三极管特性图1.3.3 总体方案介绍晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式 图1.7 晶体管混频器原理电路图(a)电路对振荡电压来说是共发电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小，这是它的优点。，可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。 图(b)电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。图(c)和(d)两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时，因为共基电路的截止频率fa比共发电路的fb要大很多，所以变频增益较大。根据以上分析，确定电路图如下：图1.8 设计电路原理图由以上对混频电路的分析，可得设计此电路的关键就是找到合适的静态工作点和正确的选频网络。为选取正确的静态工作点，设计直流通路如下 图1.9 直流通路选频网络即交流通路如下 图1.10 交流通路2、三极管混频器的仿真分析2.1 三极管混频器的参数选择（1）.静态工作点的选取由模电知识我们可以知道，工程上一般取vbq=(3-5)v,ir1=(5-10)ibq,这就要求偏置电阻应满足（1+）r410rb,rb为r1,r2的并联值，本电路的直流电压为12v，取r1为80k，为使vbq=（3-5）v,可取r2为40k，r4为5k，r3可选用滑动变阻器来调节静态工作点。最后得到直流通路如下图2.1静态工作点选取电路（2）选频网络的参数设置，取电容为60pf,可求得电感为10uh。得选频网络如下：图2.2 选频网络参数选择电路（3）总电路图图2.3 三极管混频器总电路2.2 三极管混频器的仿真调试在实验中，通过改变r3的阻值可改变静态工作点，合适的静态工作点可使输出波形稳定，不失真，下面为r3在不同的阻值下的波形： 图2.3 r4=0k时的仿真结果 图2.4 r4=3k时的仿真结果图2.5 r4=10k时的仿真结果结论：通过仿真调试，可得到当r4在10k时频率比较稳定，波形失真较小2.3 三极管混频器的仿真结果图2.6 三极管混频器仿真结果通过仿真调试，得到输出混频信号频率在6.455mhz左右波动，符合设计要求3、三极管混频器硬件系统的设计2.1 硬件系统各模块功能简要介绍硬件设计如附录中所示所示1.入1：输入前级调幅波信号2.入2：输入本振信号3.出：输出混频后的信号4.电源为12v直流电压源2.2 电路原理图、pcb图各1份图3.1 三极管混频器原理图3.2三极管混频器pcb图2.3 元器件清单表1 元器件清单4、设计结论、误差分析3.1 三极管混频器的设计结论及使用说明3.1.1设计结论通过软件和硬件的调试，当中心频率10mhz,本振频率16.455mhz时，输出频率在6.455mhz附近波动，可以起到混频的作用3.1.2 使用说明混频器上标有输入信号入口“入1”和“入2”，在“入1”上接入前一级输出的调幅波信号，“入2”上接入本振信号，在标有“出”的出口处即可得到混频后的中频信号，输入电压为12v。3.2 三极管混频器的硬件调试 在输入口接入中心频率和本振频率，通过调节滑动变阻器，即可输出较稳定的混频信号。3.3 三极管混频器的误差分析 混频器的各种非线性干扰是很重要的问题，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。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。3.4设计体会及收获课程设计很快就过去了，开始的时候，思路不是很清晰，不知道该如何开始设计。随后通过复习教材，上网搜索，到图书馆查阅资料，终于有了一些清晰的想法。确定下了基本的设计方案。但是在设计的时候又出现了很多问题。问题的出现都是由于课本的基础知识掌握的不够牢固，理解的不够深刻，对于实际应用中的电路和理论上研究的电路之间的差异缺乏认识。而到仿真的时候，对于仿真软件的应用又出了问题。最后，通过请教同学，以及自己认真的阅读和思考教材和参考资料，问题得到了解决。通过这次课程设计，我学到了很多。首先，对于以往所学的知识是一个检验。通过设计电路，既复习了以前所学过的知识，又学习了许多新的东西。理论上的东西不经过实际的检验是没有什么说服力的。而设计正是理论与实践 的结合，通过设计，提高了我的动手能力和解决实际问题的能力，让我对所学课程的应用有了新的认识。最重要的是得到了很多宝贵的经验。通过这次课程设计，提高了我对本专业的兴趣，让我在以后的学习中更加努力。参考文献1曹才开.高频电子线路原理与实践.2010年6月.第1版.中南大学出版社2谢自美.电子线路设计与实验测试.第二版.华中科技大学.2010年3康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.华中科技大学出版社.2005.7致谢设计终于能上句号，首先要感谢谢我的指导