极管混频器高频课程设计方案

1、通信电子线路课程设计说明书三极管混频器系:电I气与信息工程学号：姓名：王凯专业班级：通信11-03班指导老师：张松华时 间: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- 1605KHZ要变成为465KHZ中频信 号，电视接收机将已调 48. 5M 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

2、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。本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换，变成需要的中频信号.AbstractThe mixer in com muni cati on engin eeri ng and radio tech no logy, applicati on is very

3、 exte nsive, in modulatio n system, the in put of baseba nd sig nal are throughfreque ncy conv ersi on into a high freque ncy modulated sig nal. I n the demodulati on process, the received modulated high freque ncy sig nal afterfreque ncycon versi on,in toin termediate freque ncy sig nals corresp on

4、ding to.Especially in the superheterod yne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receiver will be amplitude modulated signal 535KHZ- a 1605KHZ to become 465KHZ IF signal, image signal television receiver will have a 870M48.5M to become 38MHZ of in termediate freque ncy image sig nal. In mo

5、bile com muni cati on, a freque ncy and the two freque ncy etc. In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype tran smitter. With a low freque ncy of the quartz crystal oscillator as the mai n oscillator, gen erat ing the mai n oscillati on s

6、ig nal of a freque ncy is verystable, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circuit, such as converting TV tran sposer tran sceiver cha nn el, the upli nk, downlink frequency in satellitecommunication transform, must be in the mixer.

7、Thus, mixi ng circuit is the key module of Applied Electro nic Tech no logy and professi onal radio must master.This paper is composed by MC1496 conv ersi on mixer to the freque ncy of the received sig nal, a sig nal is n eeded.摘要1第一章 系统分析31.1设计课题任务31.2课题基本原理31.3混频电路的分类41.4混频电路的实际应用5第二章软件介绍62.1工具的选择

8、Multisim 10 简介62.2 Multisim 10 的特点6第三章设计课题的仿真分析晶体管混频器虚拟实现 73.1设计课题的参数选择 73.2晶体三极管混频器设计及课题的仿真结果 93.3设计课题的仿真调试11第四章结论14致谢15参考文献16附录：Multisim 扫频仪的介绍17第一章系统分析1.1设计课题任务设计一个三极管混频器。要求中心频率为10MHz,本振频率为16.455MHz混频输出为6.465MHz的正弦波。1.2基本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（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的外来信号

9、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。图1.1调幅波以下是调幅波频率形图和混频前后的频谱原理图:图1.2调幅波变频波形图调幅波的混频示意图中，混频器上加了俩个信号一载频为1.76MHZ的调幅波Vs（输入信号）和频率为2.1656.465MHZ的等幅波Vo（本振信号），经过变频后，输出为 465KHZ的中频调波Vi。

10、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。下面我们来研究变频是频谱的变化，从示意图我们可以看出经过混频，高频已调 波变成中频已调波，只是把已调波的频谱从高频率位置到了中频率位置，输入信号中每 个频率分量的位置及相对大小、相互间距不发生变化，当应注意高频率已调波的上、下 边频搬到中频位置后，分别成了下、上边频。1.幅振对相咼频调幅波本振信号fs-F fs fs+F f0图1.3变频前后的频谱图幅振对相1.3混频电路的分类混频电路是基于某些器件的非线性远离工作的，其核心部件就是非线性元件。根据 所用器件不同，混频器主要有：1）晶体管混

11、频器；2）二极管混频器；3）场效应管混频器；4）差分对混频器。根据电路结构分有：1）单管混频器;2）平衡混频器;3）环形混频器。1.4混频电路的实际应用超处差式接收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波的频率3 C先变为频率较低的（或较高的）但是固定不变的中间频率3 i （称为中频），而其振幅的变化规律保持不变，即是由低频调制信号 Q来决定，然后利用中频放大器加以放大送至检 波器进行检波。解调出与调制信号 UQ （t）线性关系的输出电压。随后通过低频电压放 大、功率放大、由扬声器还原为原来的声音，因为中频放大器的中心频率是固定不变的， 中频放大器容易取得较大的增益和近似理想的选择性曲线。而

12、接收器的主要放大倍数由 中频放大承担所以整机增益在接收频率范围内，高端和底端的差别就会很小，即易于获 得较高的灵敏度和临道选择性。对于调谐来说需要对混频器的选频输入回路和本机振荡 器进行同步调谐，这是容易实现的。第二章软件介绍2.1工具的选择 Multisim 10 简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows为基础的仿真工具， 适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬 件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了 SPICE仿真的

13、复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以 很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与 仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地 对电路进行设计和验证。凭借 NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图， 并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI

14、LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟 数据的实现建模测量。2.2 Multisim 10 的特点通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为昔助高级电路分析,理解基本设计特征通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市时间第三章设计课题的仿真分析晶体管混频器虚拟实现3.1设计课题的参数选择晶体管的原理电路如图所示，图中，本振电压V。和信号电压Vs都加在 晶体管的基 极与发射极之间，在混频过程中，跨导随本振电压做周期变换，混频管可看成线性参变组件。

15、当高频信号通过线性参变组件时，便产生各种频率分量，达到变频目的。Vbb图3.1晶体管原理电路晶体管混频器的电路有多种形式。一般按照晶体管组态和本地振荡电压注入点的 不同有图4所示的四种基本电路。图中（&）和（b）为共发混频电路。图（a）信号电 压由基极输入，本振电压也由基极注入。图（b）表示信号电压由基极输入，本振电压 由发射极注入。图（c）和（d）为共基混频电路。图（c）和（小为共基混频电路。图（c）表示信号电压由发射极输入，本振电压也由发射极注入。图（d）表示信号电压由发射极输入，本振电压由基极注入。这四种电路组态各有其优缺点。图3.2晶体管混频器的电路 4种形式图（a）电路对振荡

16、电压来说是共发电路，输入阻抗较大，因此用做混频时，本地 振荡电路比较容易起振，需要的本振注入功率也较小。这是它的优点。但是因为信号输 入电路与振荡电路相互影响较大（直接耦合），可能产生牵引现象。这是它的缺点。当 3 s与3 0的相对频差不大时，牵引现象比较严重，不宜采用此种电路。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。但需要较大的本振注入功率； 不过通常所须功率也只有几十 mW本振电路是完全可以供给的。因此，这种电路应用较 多。图（c

17、）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（几十MHZ， 因为共基电路的f：.比共发电路的f要大很多，所以变频增益较大。因此在较高频率工 作时也有采用这种电路的3.2晶体三极管混频器设计及课题的仿真结果综上所述，图3.2 (b)比较适合本设计，电路的输入信号与本振电压分别从基极 输入和发射极注入本课程设计-晶体三极管混频器实验电路如图图3.3晶体三极管混频器实验电路10kd Key=A ;-R2 r II":该电路主要由Q1和6.5MHz选频回路组成。混频信号 V1, V2分别由基极和发射

18、级输入。通过改变电阻 R2的值来改变混频器晶体工作点，使其工作在合适的非线性区 域，同时也可以用来调节混频增益。:C4 : 丰 TOnF 501 P1， v r - -0C3：10nF 5lOQpHr r s r r 'L,»* t图3.3晶体管工作点调节电路不合适的工作点将导致输出信号不稳定，甚至不能工作MeasurementFrequency counter-XFCl6.827 MHzSensitivity (RMS)1mVTrigger levelorJ Slow change signalCompressio n rate:16 3.3设计课题的仿真调试混频器的各种非

19、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。3:采用具有平方律特性的场效应管、模拟乘法器或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路，可以大大减少无用组合频率分量的数目 ，尤其是靠近

20、有 用频谱的无用组合频率分量，从而降低了各种组合频率干扰产生的可能性。在本课程设计中，高频干扰由LC谐振网络及RC有源滤波器共同完成，故效果较 好。滤波器由RC网络和运放组成，具有高输入阻抗低输出阻抗的特点，具有缓冲作用。 在设计过程中取fO为6.455MHz,通带增益1，带宽500kHz.根据公式：RiR2R3严(咛)f 0Q106455000(F) =0.00000155，6455/500则:0.00000155 (-1) 26455000Q2c 0(2QAuo)2QC'0=205.469k6455/50020.00000155 2 二 6455000 (2 (6455/500)

21、-1)2 汉6455/5000.00000155 2 二 6455000=410.938k3.13.2二 618.256'.13.33.4由于本实验的目的是演练二阶有源滤波器的设计，电路中采用理想元件。实际电路中可采用精密可调元件代替。图3.13 RC有源二阶滤波经仿真，该带通滤波器的幅频特性如下:I|庞亦odePhase| Set”, |avtrtial 一| 脳 Lin |LjisJIf io"deF 3MHz1 Id5 dB1 HMHz#7O.115dBMHa+ ' In (-+ f Out I 一图3.14带通滤波器的幅频特性F面的两个输出波形可以生动展示该

22、RC有源二阶滤波器在本混频系统中的作用图3.15滤波前后波形对比左边为经过RC有源二阶滤波器的输出信号波形，每个周期的信号幅值较为一致。 而右变未经过RC有源二阶滤波器的输出信号每个周期的信号幅值显然有起伏。这说明 有部分残留的干扰信号被该带通滤波器有效地抑制了。接待测网络的输出。关键点是必须在网络的输入端在并接一个函数信号发生器第四章结论这次课程设计我们按照课程设计上的程序以及导师指导下一步一步完成，先复习混频电路的原理，然后选择电路，计算关键元件的值，学习Multisim 的使用，最后连线调试出预期的混频和滤波效果。在做开题报告时我对混频的认识只限于基本原理和理论 -在通信接受机中，混频

23、电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频（中频）的高频已 调波信号。调幅信号频谱宽度不变，包络形状不变。正式开始设计后，在对电路的实现 中，我先学习了 Multisim 软件的使用，这个虚拟电子实验室可以仿真各种电路，非常 强大。应用过程中我发现这个软件确实功能强大，操作简单，可以免去直接用硬件做实 验带来的各种麻烦。而且这个软件是英文版的，使我的专业英语的词汇量大大增加。同 时对设计格式的严格要求，也让我掌握了 WOR的些高级编辑技巧。在搭设电路的过程中，我对混频电路有了进一步的认识，将理论知识加入实际设 计当中去，更加加深了我对理论知识的理解和认识。在设计过程中曾遇到高频干扰，输 出波形失真相当严重，经过老师和同学的帮助，通过加入各种滤波电路，失