試驗(yàn)三混頻器

1、實(shí)驗(yàn)三、混頻器陳建一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解三極管混頻器和集成混頻器的基本工作原理， 掌握用 MC1496 來(lái)實(shí)現(xiàn)混頻的方法。2. 了解混頻器的寄生干擾 。3. 探究混頻器輸入輸出的線性關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 在通信技術(shù)中，經(jīng)常需要將信號(hào)自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的是把一 個(gè)已調(diào)的高頻信號(hào)變成另一個(gè)較低頻率的同類已調(diào)信號(hào)，完成這種頻率變換的電路稱混 頻器。在超外差接收機(jī)中的混頻器的作用是使波段工作的高頻信號(hào)，通過(guò)與本機(jī)振蕩信 號(hào)相混，得到一個(gè)固定不變的中頻信號(hào)。采用混頻器后，接收機(jī)的性能將得到提高，這是由于：（1）混頻器將高頻信號(hào)頻率變換成中頻，在中頻上放大信號(hào)，放大器的增益可以做得

2、很 高而不自激，電路工作穩(wěn)；經(jīng)中頻放大后，輸入到檢波器的信號(hào)可以達(dá)到伏特?cái)?shù)量級(jí)， 有助于提高接收機(jī)的靈敏度。（2）由于混頻后所得的中頻頻率是固定的，這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。（ 3）要求接收機(jī)在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好，有一定困難，而對(duì)于某一固定頻率選擇 性可以做得很好?；祛l器的電路模型下圖所示。一個(gè)等幅的高頻信號(hào)，并與輸入經(jīng)混頻后所產(chǎn)生的差頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾出，這個(gè)差頻通常叫做中頻。輸出的中頻信號(hào)與輸入信號(hào)載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一的差前高 形混 混頻 中， 混頻構(gòu)成之頻器通過(guò)別是信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率。 目質(zhì)量的通信接收機(jī)廣泛采用二極管環(huán) 頻器和由差分對(duì)管平衡調(diào)制器構(gòu)成的 器，而

3、在一般接收機(jī)（例如廣播收音機(jī)） 為了簡(jiǎn)化電路，還是采用簡(jiǎn)單的三極管 器。2. 當(dāng)采用三極管作為非線性元件時(shí)就 了三極管混頻器，它是最簡(jiǎn)單的混頻器 一，應(yīng)用又廣，我們以它為例來(lái)分析混 的基本工作原理。從上圖可知，輸入的高頻信號(hào) ，C1 加到三極管 b極，而本振信號(hào)經(jīng)Cc 耦合，加在三極管的 e極，這樣加在三極管輸入端（ be 之間）信號(hào)為。即兩信號(hào)在三極管輸入端互相疊加。由于三極管的 特性（即轉(zhuǎn)移特性）存在非線性，使兩信號(hào)相互作用，產(chǎn)生很多新的頻率成分， 其中就包括有用的中頻成分 fL-fS 和 fL+fS ，輸出中頻回路（帶通濾波器） 將其選出，從 而實(shí)現(xiàn)混頻。 通常混頻器集電極諧振回路的諧振

4、頻率選擇差頻即 fL-fS ，此時(shí)輸出中頻信 號(hào)比輸入信號(hào)頻率低。 根據(jù)需要有時(shí)集電極諧振回路選擇和頻即 fL+fS ，此時(shí)輸出中頻信 號(hào)比輸入信號(hào)頻率高，即將信號(hào)頻率往高處搬移，有的混頻器就取和頻。3. 混頻干擾及其抑制方法為了實(shí)現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的除了輸 入信號(hào)電壓和本振電壓外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意兩者都有可能 產(chǎn)生組合頻率，這些組合頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號(hào)一起通過(guò)中頻放大器 和檢波器，對(duì)輸出級(jí)產(chǎn)生干擾，影響輸入信號(hào)的接收。 干擾是由于混頻不滿足線性時(shí)變工作條件而形成的，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生干擾，其中 影響最大的是中頻

5、干擾，鏡像干擾和組合頻率干擾。通常減弱這些干擾的方法有三種：（1）適當(dāng)選擇混頻電路的工作點(diǎn)，尤其是不要過(guò)大；（2）輸入信號(hào)電壓幅值不能過(guò)大，否則諧波幅值也大，使干擾增強(qiáng)；（3）合理選擇中頻頻率，選擇中頻時(shí)應(yīng)考慮各種干擾所產(chǎn)生的影響。4. 具體三種典型混頻實(shí)驗(yàn)電路 二極管環(huán)形混頻器實(shí)驗(yàn)電路圖 3-4 為二極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路，圖中 2T1、2T2、2D01、2D02、2D03、2D04 構(gòu)成環(huán) 形混頻電路。 2P03 為射頻信號(hào)輸入口， 2P04 為本振信號(hào)輸入口。晶體三極管 2Q2 組成 放大電路，對(duì)環(huán)形混頻器輸出進(jìn)行放大。由 2L6 、2L7、2C12 和變?nèi)莨?2D05 構(gòu)成濾波 電路，選出

6、所需要的中頻信號(hào)，而濾除其它無(wú)用信號(hào)。調(diào)整 2W02 可以改變變?nèi)荻O管 2D05 上的偏壓，從而調(diào)整 2D05 的容量。因此調(diào)整 2W02，可以調(diào)整濾波電路諧振頻率。 圖中 2P05 為混頻輸出口， 2TP05 為輸出測(cè)量點(diǎn)。三極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路下圖是晶體三極管混頻實(shí)驗(yàn)電路。圖中 2Q1 為混頻管， 2W1 用來(lái)調(diào)整其工作點(diǎn)， 2Q2 為放大管，用來(lái)對(duì)混頻后的信號(hào)進(jìn)行放大， 2L6、2C7、2L7、2L8、2D1 構(gòu)成諧振回路， 選出所需要的頻率，對(duì)其它無(wú)用信號(hào)進(jìn)行抑制， 2W2 用來(lái)調(diào)整 2D1 的偏壓、從而調(diào)整其 諧振回路的頻率。由圖可以看出，本振電壓 U L 從 2P01 輸入，經(jīng) 2

7、C1 送往晶體管 2Q1 的發(fā)射極。射 頻信號(hào) Us 從 2P02 輸入，經(jīng) 2C2 送往 2Q1 的基極，混頻后的中頻信號(hào)由晶體三極管 2Q1 的集電極輸出，集電極負(fù)載由 2L6 、2C7 構(gòu)成諧振回路，該諧振回路調(diào)諧在中頻上。 本實(shí)驗(yàn)中頻 左右，諧振回路選出的中頻經(jīng) 2C11 耦合，由 2Q2 組成的放大器進(jìn)行放大， 放大器的負(fù)載為 2L7、2L8、2D1 組成的諧振回路，同樣諧振在 左右?；祛l后的中頻信 號(hào)由 2P03 輸出， 2TP03 為輸出測(cè)量點(diǎn)。用 MC1496集成電路構(gòu)成的混頻器下圖是用 MC496 集成電路構(gòu)成的混頻器， 該電路圖利用一片 1496 集成塊構(gòu)成兩個(gè)實(shí) 驗(yàn)電路，

8、即乘法器幅度調(diào)制與混頻，本節(jié)我們只討論混頻電路。 MC1496是 一種四象限模 擬相乘器（我們通常把它叫做乘法器） ，其內(nèi)部電路在振幅調(diào)制一節(jié)中作介紹。圖中 3P01 為本振信號(hào) U L 輸入口，3TP01 為本振信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。 本振信號(hào)經(jīng) 3R1、3C1 從乘法器的一個(gè)輸入端（ 10 腳）輸入。 3P02 為射頻信號(hào)輸入口， 3TP02 為測(cè)試點(diǎn)。射 頻信號(hào)電壓 U S 從乘法器的另一個(gè)輸入端（ 1 腳）輸入，混頻的中頻信號(hào)由乘法器輸出 端（ 12 腳）輸出。輸出端的帶通濾波器由 3C7 、3L1、3C8 組成，帶通濾波器調(diào)諧在中 頻頻率上， 本實(shí)驗(yàn)的中頻頻率為 465KHZ左右。如果輸入的射

9、頻信號(hào)頻率為 1MHZ，則本振 頻率應(yīng)為 。由于中頻固定不變，當(dāng)射頻信號(hào)頻率改變時(shí)，本振頻率也應(yīng)跟著改變。因?yàn)?乘法器（ 12 腳） 輸出的頻率成分很多，經(jīng)帶通濾波器濾波后，只選出我們所需要的中頻465KHZ，其它頻率成分被濾波器濾除掉了。圖中三極管 3Q2 為射極跟隨器，它的作用是提高本級(jí)帶負(fù)載 的能力。帶通濾波器選出的中頻，經(jīng)射極跟隨器后由 3P04 輸出， 3TP04 為混頻器輸出 測(cè)量點(diǎn)。三實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果1. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備將含有二極管環(huán)形混頻器，晶體三極管混頻器和乘法器幅度調(diào)制與混頻的模塊以及正 弦振蕩器模塊，插入到實(shí)驗(yàn)箱底板上，接通實(shí)驗(yàn)箱與所需各模塊電源。2. 中頻頻率的觀測(cè)（1）二極管

10、環(huán)形混頻器將正弦波振蕩器模塊上的 LC 振蕩器輸出頻率調(diào)整為 ，幅度峰-峰值 Vp-p=1V 左右， 作為本實(shí)驗(yàn)的本振信號(hào)，送入二極管環(huán)形混頻器的本振輸入端（ 2P04）。高頻信號(hào)源輸出 頻率調(diào)為 1MHZ，幅度峰 - 峰值 Vp-p=500mv 左右，作為射頻信號(hào)輸入到二極管環(huán)形混頻 器的射頻輸入端 （2P03）。用示波器觀測(cè) 2P03、2P04、2P05 的波形，調(diào)整 2W02 使 2P05 波形幅度最大。用頻率計(jì)測(cè)量 2P03、2P04、2P05 的頻率，并計(jì)算各頻率是否符合。當(dāng) 改變高頻信號(hào)源的頻率時(shí)，輸出中頻 2P05 的波形作何變化，為什么？本振（ fL ）信號(hào)源（ fs ）混頻輸

11、出（ fi ）頻率1MHz幅值500mV由上表的測(cè)試結(jié)果可知，頻率滿足 fi=fL-fs 的關(guān)系面我們保持 fL 不變，改變 fsfs900kHzfi 的頻率569kHz365kHzfi 的幅值900mV620mV我們看到， 改變輸入信號(hào)頻率， 混頻輸出頻率依然滿足 fi=fL-fs ，但是幅度都有下降， 是因?yàn)楹竺娴闹蓄l放大器中心頻率在 465kHz，偏離這個(gè)頻率之后放大倍數(shù)會(huì)降低。下面我們來(lái)探究當(dāng)本振不是正弦波而是方波時(shí)的情況。下表是隨本振幅度變化輸出信號(hào)幅度的變化，以此來(lái)研究該混頻器的線性工作范圍：方波幅 度/V1輸出幅 度/V輸出頻 率/kHz465465465465465465465

12、465將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像：由圖像可見(jiàn)，對(duì)于載波是方波的情況下，在幅度為 700mV間是線性的。而低于 700mV， 由于二極管的閾值電壓，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，幾乎沒(méi)有輸出。（2）晶體三極管混頻器將信號(hào)源頻率調(diào)為 25MHz，幅度調(diào)至 200mV，作為本實(shí)驗(yàn)的本振信號(hào)輸入到混頻器的本 振輸入端 （ 2P01），混頻器的另一個(gè)輸入端 （2P02）接高頻信號(hào)源， 用示波器觀測(cè) 2TP01、 2TP02、2TP03 的波形，微調(diào) 2W1 和 2W2 使混頻輸出（ 2TP03）幅度達(dá)到最大值。用頻 率計(jì)測(cè)量 2TP01、2TP022TP03的頻率并計(jì)算各頻率是否符合。 當(dāng)改變高頻信號(hào)源的頻率 時(shí)，

13、輸出中頻 2P03 的波形作何變化 , 為什么？面我們保持 fL（25MHz,50mV）不變，改變 fsfs/MHzfi 的頻率fi 的幅值我們看到， 改變輸入信號(hào)頻率， 混頻輸出頻率依然滿足 fi=fL-fs ，但是幅度都有下降， 是因?yàn)楹竺娴闹蓄l放大器中心頻率在，偏離這個(gè)頻率之后放大倍數(shù)會(huì)降低。下面我們來(lái)看靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)不會(huì)對(duì)晶體三極管混頻線性區(qū)間的影響。下面我們測(cè)了兩組數(shù)據(jù)：Ic1= fs=As/mV30405060708090100110120130Ai/VIc2= fs=As/mV30405060708090100110120130Ai/mV將這兩個(gè)表格轉(zhuǎn)化為圖像，如下所示：由圖像所示

14、，合理改變工作點(diǎn)對(duì)線性范圍和斜率影響不大，但是對(duì)輸出幅度會(huì)有整體 抬升，因而為獲得較大的輸出幅度，選擇合適的工作點(diǎn)尤為重要。（3）集成乘法器混頻器將正弦振蕩器模塊上的 LC 振蕩器輸出頻率調(diào)為 ，幅度調(diào)為峰 - 峰值 800mv,作為本實(shí) 驗(yàn)的本振信號(hào)輸入到乘法器的一個(gè)輸入端 3P01 端，高頻信號(hào)源輸出頻率調(diào)為 1MHZ， Vp-p=500mv,作為射頻信號(hào)輸入到乘法器的另一個(gè)輸入端 3P02 端。用示波器觀測(cè) 3TP01、3TP02、3TP04 的波形，用頻率計(jì)測(cè)量 3TP01、3TP02、3TP04 的頻率，并計(jì)算各 頻率是否符合 。當(dāng)改變高頻信號(hào)源的頻率時(shí)，輸出中頻 3TP04 的波形作何變化，為什 么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)老師并沒(méi)有做要求，探究發(fā)現(xiàn)，滿足 fi=fL-fs 。另外測(cè)了一下集成乘法器的 線性，作圖如下：乘法器線性范圍在 700mV左右，而且在這段區(qū)間是比較嚴(yán)格線性的。四 、 實(shí)驗(yàn)思考總結(jié)1. 干擾及解決辦法混頻器的各種非線性干擾是很重要的問(wèn)題，并且在討論各種混頻器時(shí)，把非線性產(chǎn)物 的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一非線性干擾中很重要的一類就是組合頻率干擾 和副道波干擾。這類干擾是混頻器特有的。還有一些其他的干擾，比如交調(diào)互調(diào)，阻塞 干擾等。干擾的解決辦法：（1）選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號(hào)頻