三极管混频器-高频课程设计报告书

.PAGE.通信电子线路课程设计说明书三极管混频器系、部：学生__指导职称专业：班级：完成时间：2010年12月17日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48．5M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ABSTRACTThemixerincommunicationengineeringandradiotechnology,arewidelyusedinthemodulationsystem,theinputofbasebandsignalarethroughfrequencyconversionbecomealreadytuningfrequencysignal.Intheprocess,receivingdemodulationalreadytuningfrequencysignalalsoshouldpassfrequencyconversion,becomethecorrespondingmid-frequencysignal.Especiallyinspecializedsuperheterodynereceiversoftype,mixersaremorewidelyapplication,suchaskfi-amradioreceiverwillbealreadyamplitudemodulatedsignal535KHZ-a1605KHZtobecome465KHZmid-frequencysignal,fortelevisionreceiverwillhavea870M4.85Mpeoplearealwayslookingforfastwaytocommunicateoverdistance,totransferortoexchangeinformation.Modernlongdistancecommunicationtechnologywasinventedinmidof18thcenturythankstotheinventionofradiotechnology.Sincethen,thistechnologywaswelldevelopedandmanynewmethodscameout.FromMorsecodetosatellite,moderncommunicationisplayingmoreandmoreimportantrole.Asakeypartofradiotechnology–mixing,e.g.transistormixer,diodemixerandFETmixer,etc.arebroadlyusedindifferentsystem,toshiftfrequency. Thefigurehereafterillustratedthebasiccomponentsofacommunicationsystem.Therearekindsofcommunicationtechnology;theyarenotgoingtobeintroducedhereonebyone.HowevermostofthetransmittersandreceiversaremadebyRFsystem.Thetopicofthisdocumentistodesignandsimulateakeyunitcircuitofwirelesscommunicationsystemmixer.Mixingtechnologyisveryuseful;normallytheyareappliedbythefrontendofreceiver.Theyareusedbysuperheterodynereceiver,frequencysynthesizer,microwaverepeaterandinstruments.Therefore,thiskindofdesignpracticecangreatlyhelptounderstandRFknowledgewell.Furthermore,asauxiliarycircuit,LCnetworkandRCactivefilterareappliedtothisdesign,toeffectivelyeliminateinterference.KEYWORDSmixers；specializedsuperheterodynereceivers；sctivefilter目 录TOC\o"1-3"\h\z摘要1第一章系统分析41.1设计课题任务41.2课题基本原理41.3混频电路的分类51.4混频电路的实际应用6第二章软件介绍72.1工具的选择——Multisim10简介72.2Multisim10的特点7第三章设计课题的仿真分析晶体管混频器虚拟实现83.1设计课题的参数选择83.2晶体三极管混频器设计及课题的仿真结果103.3设计课题的仿真调试20第四章结论23致谢24参考文献25附录：Multisim扫频仪的介绍26HYPERLINK3.1设计课题的参数选择晶体管的原理电路如图所示,图中,本振电压和信号电压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。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。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〔a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〔d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ωs与ω0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,因为共基电路的比共发电路的要大很多,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分别由基极和发射级输入。通过改变电阻R4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。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。下面图3.4,图3.5,图3.6,是R4在不同值时系统的输出信号波〔V1,V2电压为1V图3.4未接入R4时的输出信号波形图3.5当R4等于80k时的输出信号波形图3.6当R4等于100k时的输出信号波形输入信号频率fs=10MHz,本振频率f0=16.455MHz,其选频回路选出差拍的中频信号fi=6.455MHz。当选频回路的参数不合适时,输出信号会被严重衰减和失真。如图所示当R4等于80k时获得最佳波形。输出频率经测量得到频率为6.448MHz,与预期的16.455MHz–10MHz一致,略有些误差。下面看一下输入信号V1,V2在不同电压下及电压相同电压值不同时的〔电阻R4等于80K并保持不变系统输出的信号波形。当保持V1为500mV时,通过改变V2电压看输出波形表一：V2电压50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V输出波形情况失真失真不失真不失真不失真失真失真失真失真图3.7当V1=500mV,V2=50mV时输出波形图3.8当V1=500mV,V2=1V时输出波形图3.9当V1=500mV,V2=3V时输出波形当保持V2为500mV时,通过改变V2电压看输出波形表二：V1电压50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V输出波形情况失真失真失真不失真不失真不失真不失真不失真失真图3.10当V1=50mV,V2=500mV时输出波形图3.11当V1=1V,V2=500mV时输出波形图3.12当V1=3V,V2=500mV时输出波形3.3设计课题的仿真调试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f0为6.455MHz,通带增益1,带宽500kHz.根据公式：取,则：……………3.1………………3.2………3.3…………3.4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3.13RC有源二阶滤波经仿真,该带通滤波器的幅频特性如下：图3.14带通滤波器的幅频特性下面的两个输出波形可以生动展示该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。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