高頻電子線路課程設(shè)計晶體管混頻器設(shè)計

1、 通信電子線路課程設(shè)計說明書 晶體管混頻器院 、 部： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 學(xué) 號： 完成時間： 2012年12月 摘 要 現(xiàn)代通訊技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)越來越重要的地位?；祛l電路作為無線傳輸體系中不可缺少的重要部分，被廣泛應(yīng)用于各種通訊設(shè)備中，以實現(xiàn)信號頻譜的搬移。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(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應(yīng)用最為廣泛，如AM 廣播接收機將頻率為535KHZ一1605KH的已調(diào)信號變?yōu)?65KHZ中頻信號，電視接收機將頻

2、率為485M一870M 的已調(diào)圖象信號變?yōu)?8MHZ的中頻圖象信號。 在本次課程設(shè)計中，本小組選擇設(shè)計一個三極管混頻器，當輸入信號為10MHz正弦波、本振信號為16.455MHz正弦波時，混頻器能輸出頻率為6.465MHz左右的正弦波。設(shè)計結(jié)果基本滿足本次設(shè)計要求。關(guān)鍵詞: 混頻；晶體管 ABSTRACT Modern communication technology in People's Daily life occupy an increasingly important position. Mixing circuit as a wireless transmission sy

3、stem is an essential part, is widely applied in various communication equipment, in order to realize signal spectrum of the move. In the modulation system, the input of the baseband signal are through frequency conversion into high frequency modulated signal. In the demodulation process, receiving h

4、igh frequency modulated signal also should pass frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal. Especially in the superheterodyne receiver, mixer are widely used, such as AM radio receiver will frequency for 535 KHZ a 1605 kh of modulated signal into 465 KHZ intermediate

5、frequency signal, TV receiver will frequency is 48.5 M a 870 M of the modulated signal is transformed into the image of the intermediate frequency image signal . In this course design, the team chose to design a triode mixer, when the input signal for 10 MHz sine wave, the vibration signal is 16.455

6、 MHz sine wave, mixer can output frequency is 6.465 MHz or so sine wave. Design results are basically meet the design requirementsKeywords: mixing; transistor目錄1 方案論證11.1 課題設(shè)計任務(wù)及功能要求11.2 三極管混頻電路方案分析1 1.2.1 方案一1 1.2.2 方案二1 1.2.3 方案三11.3 三極管混頻器方案確定12 硬件電路設(shè)計32.1 混頻電路3 2.1.1 混頻電路工作原理3 2.1.2 靜態(tài)工作點的選取5 2.

7、1.3 選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置63 電路仿真及結(jié)果分析73.1 Multisim 11 軟件簡介73.2 仿真電路73.3 仿真結(jié)果83.3.1 仿真結(jié)果分析104 電路板的制作與調(diào)試11 4.1 電路板的制作11 4.2 電路板的調(diào)試114.2.1 調(diào)試過程的波形圖記錄114.2.2 三極管混頻器的誤差分析13結(jié)束語14致 謝15參考文獻16附錄A:元件清單17附錄B:電路原理圖18附錄C:PCB圖19附錄D:實物圖2018 / 23文檔可自由編輯打印1 方案論證1.1 課題設(shè)計任務(wù)及功能要求 設(shè)計一個三極管混頻器，要求輸入信號為10MHz正弦波，本振信號為16.455MHz正弦波，混頻輸出為6

8、.465MHz的正弦波。1.2 三極管混頻電路方案分析 晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式圖1.1 晶體管混頻器原理電路圖1.2.1 方案一 圖(a)電路對振蕩電壓來說是共射電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點。但有可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點。1.2.2 方案二 圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小，這是它的優(yōu)點。1.2.3 方案三圖(c)和圖(d)兩種電路都是共基混頻電路。此類電路工作在較低的頻率范

9、圍內(nèi)時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率范圍內(nèi)工作時，因為共基電路的截止頻率fa比共發(fā)電路的fb要大很多，所以變頻增益較大。1.3 三極管混頻器方案確定本次課程設(shè)計采用方案二。在該方案中，將頻率為10MHz的高頻小信號從三極管的基極輸入，將頻率為16.455MHz的本振信號從三極管的射極注入。選定該方案的原因在于此類電路相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小，振蕩波形好，失真小。根據(jù)以上分析，確定電路圖如下圖1.2 設(shè)計電路原理圖2 硬件電路設(shè)計2.1 混頻電路圖2.1 混頻模塊電路原理圖2.1.1 混頻電路工作原理混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路

10、的一種典型應(yīng)用。如一個振幅較大的振蕩電壓與幅度較小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上時，輸出端可取得這兩個信號的差頻或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波的載波頻率變換成固定的中頻而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說它是一個線性頻譜搬移電路，調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波，只是其載波頻率發(fā)生了變化，其調(diào)制規(guī)律是不變的?；祛l電路主要由三大部分組成：本地振蕩器、非線性器件變頻器電路和中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，各個部分獨立工作。當本地振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號（設(shè)其頻率為）和輸入的高頻調(diào)幅波信號（設(shè)其頻率為）混合時，由于晶體管的非線性特性，兩個信號混合后會產(chǎn)生頻率為或的信號，

11、然后通過中頻濾波網(wǎng)絡(luò)，取出頻率為的信號，調(diào)節(jié)、的大小使其差為中頻頻率，最終能輸出所需要的中頻信號。 混頻前后的頻譜原理圖如下所示： 圖2.2 混頻器頻譜原理圖 混頻前后的頻譜搬移特性圖如下所示： 圖2.3 混頻器頻譜搬移特性圖2.1.2 靜態(tài)工作點的選取通過對混頻電路原理圖的分析，可得此設(shè)計電路的關(guān)鍵就是找到合適的靜態(tài)工作點和正確的選頻網(wǎng)絡(luò)。對于靜態(tài)工作點的選取，要求混頻器工作在放大區(qū)，避免晶體三極管因工作在飽和區(qū)和截止區(qū)而出現(xiàn)波形失真。所以選擇VR13電位器來進行調(diào)節(jié)，使得工作點不要太高也不要太低。 為選取正確的靜態(tài)工作點，設(shè)計交流通路如下： 圖2.4 交流通路圖2.2 選頻回路 選頻網(wǎng)絡(luò)即

12、交流通路如下： 圖2.5 選頻網(wǎng)絡(luò)圖2.1.3 選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，取電容為60pF,可求得電感為10uH。3 電路仿真及結(jié)果分析3.1 Multisim 11 軟件簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證。憑借NI Multisim中完整的器件庫，您可以快速創(chuàng)建原理圖，并利用工業(yè)標準SPICE仿真器仿真電路。借助專業(yè)的高級S

13、PICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行迅速的驗證，從而縮短建模循環(huán)。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。本次三極管混頻器設(shè)計采用Multisim 11 軟件。3.2 仿真電路 圖3.1 混頻電路仿真圖3.3 仿真結(jié)果 圖3.2 VR13=3k時的仿真波形圖圖3.3 VR13=3k時的頻率輸出圖 圖3.4 VR13=5k時的仿真波形圖圖3.5 VR13=5k時的頻率輸出圖 圖3.6 VR13=10k時的仿真波形圖 圖3

14、.7 VR13=10k時的頻率輸出圖3.3.1 仿真結(jié)果分析通過仿真調(diào)試，得到輸出混頻信號頻率在6.455MHZ左右波動，符合設(shè)計要求。4 電路板的制作與調(diào)試4.1 電路板的制作首先利用ptotel軟件畫好電路原理圖，然后繪制PCB圖，接著把圖轉(zhuǎn)印到板子上，進行元器件的焊接，最后檢測電路板是否連接正確。4.2 電路板的調(diào)試 利用實驗箱上的本振信號模塊和高頻小信號模塊，將本振信號和高頻小信號接進電路板，然后通過調(diào)節(jié)中周選頻，使其能選出頻率為6.455MHZ左右的信號。再通過調(diào)節(jié)VR13改變其靜態(tài)工作點,使其能輸出最大不失真波形。4.2.1 調(diào)試過程的波形圖記錄 圖4.1 輸出頻率為6.5351M

15、HZ的波形圖圖4.2 輸出頻率為6.4410MHZ的波形圖圖4.3輸出頻率為6.6995MHZ的波形圖4.2.2 三極管混頻器的誤差分析 輸出波頻率的實際值與理論值6.455MHz存在一定程度的偏差，其主要原因是混頻器存在非線性干擾。同時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頻段之外, 可以避免中頻干擾和干擾哨聲。2、提高混頻電路選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性能, 減少進入混頻電路的外來干擾。這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾，對于鏡像干擾可采用陷波電路將它濾除。結(jié)束語 本次課程設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束。設(shè)計結(jié)果基本滿足要求，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的

16、波形，說明電路各部分均正常工作。但是需要進一步改善電路的性能，使電路更加精確、抗干擾能力更強。通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多。這不僅是對以往所學(xué)知識的檢驗，更是對動手能力的檢驗。通過設(shè)計電路，既復(fù)習(xí)了以前所學(xué)過的知識，又學(xué)習(xí)了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過實際的檢驗是不具有說服力的，而設(shè)計正是理論與實踐的結(jié)合。本次設(shè)計讓我提高了解決實際問題的能力，對所學(xué)課程的應(yīng)用有了新的認識，增強了對本專業(yè)的興趣，這將會使我在以后的學(xué)習(xí)中更加努力。當然在設(shè)計的過程中出現(xiàn)了很多問題，這是由于理論知識掌握的不夠牢固，對于實際應(yīng)用電路和理論上研究電路之間的差異缺乏正確的認識。致 謝 課程設(shè)計能夠完成，首先要感謝我的指導(dǎo)老師張松華老師，她精深的學(xué)術(shù)造詣，讓我非常佩服。張老師非常耐心的指導(dǎo)我解決在設(shè)計中遇到的各種問題，而且引導(dǎo)我們透過現(xiàn)象去發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。通過本次課程設(shè)計，使我的高頻理論知識更上一層樓。張老師的學(xué)術(shù)水平與耐心關(guān)懷，使我獲益良多