河南理工大學高頻電子線路課程設(shè)計--混頻器

1、高頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目：混頻器設(shè)計 專業(yè)班級：學 號：學生姓名：指導教師：教師評分： 2012 年06月13日目 錄一、設(shè)計任務(wù)與要求.1二、總體方案.1三、設(shè)計內(nèi)容.33.1電路工作原理.33.1.1 LC正弦波振蕩器.33.1.2 模擬乘法器電路.53.1.3 選頻、放大電路.63.2 仿真結(jié)果與分析.7四、總結(jié).9五、主要參考文獻.10附錄.11一、設(shè)計任務(wù)與要求本學期我們學習了通信基本電路這一門課程，為了更好地掌握所學習的知識，特做此課程設(shè)計以加以鞏固，同時學習并加深Multisim軟件的使用。本次設(shè)計是混頻器的設(shè)計，我們要好好掌握其設(shè)計原理?；祛l器在通信工程和無線電技術(shù)中，

2、應用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換，變成對應的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應用較為廣泛，如AM 廣播接收機將已調(diào)幅信號535KHZ一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號，電視接收機將已調(diào)485M一870M 的圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。移動通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視

3、差轉(zhuǎn)機收發(fā)頻道的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星通訊中上行、下行頻率的變換等，都必須采用混頻器。由此可見，混頻電路是應用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。本文通過MC1496構(gòu)成的混頻器來對接收信號進行頻率的轉(zhuǎn)換,變成需要的中頻信號.二、總體方案對于混頻電路的分析，重點應掌握，一是混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導的計算方法，三是應用電路分析。混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點：混頻，工程上也稱變頻，是將信號的頻率由一個數(shù)值變成另一個數(shù)值的過程，實質(zhì)上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻電路?；祛l電路的組成模型及頻譜分析 圖 1圖1是混頻電路的組成

4、模型，可以看出是由三部分基本單元電路組成。分別是相乘電路、本級振蕩電路和帶通濾波器(也稱選頻網(wǎng)絡(luò))。當為接收機混頻電路時，其中Us(t)是已調(diào)高頻信號。Ul(t)是等幅的余弦型信號，而輸出則是Ui(t)為中頻信號?；祛l電路的基本原理： 圖2中，Us(t)為輸入信號，Uc(t)為本振信號。Ui(t)輸出信號。分析：當則= = 其中：對上式進行三角函數(shù)的變換則有： 從上式可推出，Up(t)含有兩個頻率分量和為(c+S)，差為(C-S)。若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：. 工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收機則有c S往往混頻器的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波

5、器，則輸出為差頻信號，為接收機的中頻信號。衡量混頻工作性能重要指標是混頻跨導。規(guī)定混頻跨導的計算公式：混頻跨導g：輸出中頻電流幅度偷入信號電壓幅度。該電路由LC正弦波振蕩器高頻信號源模擬乘法器以及選頻放大電路組成。LC正弦波振蕩器產(chǎn)生的10MHz正弦波與高頻信號源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號，然后通過選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號，對其進行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號。混頻器電路如圖3所示。圖3 混頻器電路圖三、設(shè)計內(nèi)容3.1電路工作原理3.1.1 LC正弦波振蕩器本次設(shè)計采用LC電容三點式反饋電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容

6、將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將LC諧振回路的三個端點分別與晶體管三個電極相連，所以這種電路叫電容三點式振蕩器。三點式LC振蕩器的相位平衡條件是，在LC諧振回路，與性質(zhì)相反，當為電容，就是電感；當為電感，就是電容。在LC三點式振蕩器電路中,如果要產(chǎn)生正弦波，必須滿足振幅平衡條件：即滿足。由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：選取，故選用2N2222A三極管。2N2222A是NPN型三極管，屬于低噪聲放大三極管。本電路的三極管采用分壓偏置電路，為了使三極管處于放大狀態(tài)，必須滿足：電流電壓由此可以確定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的輸出信號頻率=10MHz，電路連接如

7、圖4所示圖4 LC正弦波振蕩器R1R2R4組成支流偏置電路，R5是集電極負載電阻，L2CTCC4構(gòu)成并聯(lián)回路，其中R6用來改變回路的Q值，C1C3為耦合電容，L1C6C5構(gòu)成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響。其交流通路如圖5所示。圖5 交流通路圖根據(jù)設(shè)計要求，正弦波振蕩器輸出頻率為10MHz，故由此可以大概確定L2C4CT的數(shù)值，再通過仿真進行調(diào)試最終確定其參數(shù)。電路的諧振頻率為 ，靜態(tài)工作點為，基本符合設(shè)求。3.3.2 模擬乘法器電路 用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在端和端分別加上兩個不同頻率的信號，相差一中頻，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如圖6所示：通頻帶濾波器 圖6

8、混頻原理框圖若 則經(jīng)帶通濾波器后，取差頻 為所需要的中頻頻率。由MC1496 模擬乘法器構(gòu)成的混頻器電路如圖7 所示。圖中，LC正弦波振蕩器輸出的10MHz正弦波由10端（X輸入端）注入，高頻信號源輸出的10MHz正弦波由一端（Y輸入端）輸入，混頻后的中頻電壓由6端經(jīng)形帶通濾波器輸出，其中C17L11C11C19構(gòu)成一選頻濾波回路，調(diào)節(jié)可變電阻Rp能使14腳直流電位差為零，可以減小輸出信號的波形失真，使電路平衡。在23腳之間加接電阻，可擴展輸入信號的線性范圍。圖7 MC1496構(gòu)成的混頻器 3.3.3 選頻放大電路電路連接如圖8所示，晶體管選2SC945，R1R2Re組成支流偏置電路，L2L3

9、C2R構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，其中R用來改變回路的Q值，C1為輸入耦合電容，C3 為輸出耦合電容，C7位晶體管發(fā)射極旁路電容，L1 C4C5構(gòu)成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響，R1 R2 提供電路的靜態(tài)工作點。其中電路的諧振頻率為靜態(tài)工作點為 。 圖8 選頻放大電路3.2仿真結(jié)果與分析根據(jù)設(shè)計方案，應用計算機Multisim軟件進行了模擬仿真。用示波器觀察LC正弦波振蕩器的輸出，輸出波形如圖9所示。圖9 LC正弦波振蕩器輸出波形 用示波器觀察混頻器輸出信號，波形如圖10所示。圖10 混頻后的信號波形圖 用示波器觀察模擬乘法器的輸出，輸出波形如圖11所示。圖11 模擬乘法器輸出波形 LC正

10、弦波振蕩器的輸出頻率應為 ，靜態(tài)工作點 ；選頻放大大電路輸出頻率應為，靜態(tài)工作點。 通過仿真測試可得LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點 ；選頻放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點。 結(jié)論:有計算值與仿真值的比較可得,本設(shè)計基本完成了設(shè)計要求，并且由示波器可觀察到相應的波形，仿真值基本滿足要求，說明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結(jié)果同理論值仍存在一定的誤差，需要進一步改善電路的性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強。4、 總結(jié)這次課程設(shè)計我們按照課程設(shè)計上的程序以及導師指導下一步一步完成，先復習混頻電路的原理，然后選擇電路，計算關(guān)鍵元件的值，學習Multisim的使用，最后連線調(diào)試出預期的混頻和濾波效果。在做課程設(shè)計報告時我對混頻的認識只限于基本原理和理論-在通信接受機中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號變換為同一個固定載頻（中頻）的高頻已調(diào)波信號。調(diào)幅信號頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變。正式開始設(shè)計后，在對電路的實現(xiàn)中，我先學習了Multisim軟件的使用，這個虛擬電子實驗室可以仿真各種電路。應用過程中我發(fā)現(xiàn)這個軟件確實功能強大，操作簡單，可以免去直接用硬件做實驗帶來的各種麻煩。主要參考文獻1易躍春. 風力發(fā)電現(xiàn)狀發(fā)展前景以及市場分析J. 國際電力，2004，(10)：54-592遲永寧.