實(shí)驗(yàn)三混頻器

1、實(shí)驗(yàn)三、混頻器151180013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

2、增益可以做得很高而不自激，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)差頻信號(hào)載別是信量的通和由差一般接 電路，通常叫做中頻。輸出的中頻信號(hào)與輸入 波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一的差 號(hào)載波頻率變換成中頻頻率。目前高質(zhì) 信接收機(jī)廣泛采用二極管環(huán)形混頻器 分對(duì)管平衡調(diào)制器構(gòu)成的混頻器，而在 收

3、機(jī)（例如廣播收音機(jī)）中，為了簡化 還是采用簡單的三極管混頻器2 .當(dāng)采用三極管作為非線性元件時(shí)就構(gòu)成了三極管混頻器，它是最簡單的混頻器之一，應(yīng) 用又廣，我們以它為例來分析混頻器的基本工作原理。從上圖可知，輸入的高頻信號(hào)出），通過C1加到三極管b極，而本振信號(hào)燈（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“二小 + aL即兩信號(hào) 在三極管輸入端互相疊加。由于三極管的取。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?；祛l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干擾，鏡像干擾

5、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)，尤其是不要過大；（ 2）輸入信號(hào)電壓幅值不能過大，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4.1 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

6、，選出所需要的中頻信號(hào)，而濾除其它無用信號(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 為輸出測量點(diǎn)。4.2 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用來調(diào)整其工作點(diǎn)，2Q2為放大管，用來對(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)其它無用信號(hào)進(jìn)行抑制， 2W2 用來調(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)

7、 2C1 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 10.7MHZ 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 10.7MHZ 左右?；祛l后的中頻信號(hào)由 2P03 輸出， 2TP03 為輸出測量點(diǎn)。4.3 用MC14961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

8、集成塊構(gòu)成兩個(gè)實(shí)驗(yàn) 電路，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

9、左右。如果輸入的射頻信號(hào)頻率為1MHZ則本振頻率應(yīng)為1.465MHz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)槌?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465KH乙其它頻率成分被濾波器濾除掉了。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（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1.465MHZ,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）o高頻信號(hào)源輸出頻率調(diào)為1MH乙幅度峰-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）o用示波器觀測2P03、2P04 2P05的波形，調(diào)整2W02使2P05 波形幅度最大。用頻率計(jì)測量 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？由上表的測試結(jié)果可知，頻率滿足fi=fL-fs的關(guān)系本振（fL）信

11、號(hào)源（fs ）混頻輸出（fi ）頻率1.465MHz1MHz461.7kHz幅值1.32V500mV2.28V卜面我們保持fL不變，改變fsfs900kHz1.1MHzfi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，以此來研究該混頻器的線性工作范圍：方波幅度/V0.70.80.911.11.21.31.4輸出幅度/V0.621.

12、181.922.643.043.203.203.20輸出頻率/kHz465465465465465465465465將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像:由圖像可見，對(duì)于載波是方波的情況下，在幅度為700mV1.1V句是線性的。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)測量 2TP01、

13、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)，輸出中 頻2P03的波形作何變化，為什么？卜面我們保持fL（25MHz,50mV）不變，改變fsfs/MHz14.315.316.3fi的頻率10.79.78.7fi的幅值1.220.81.04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 10.7MHz,偏離這個(gè)頻率之后放大倍數(shù)會(huì)降低。下面我們來看靜態(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。下面我們測了兩組數(shù)據(jù)：Ic1=1.366mA fs=14.3MHzAs/mV30405060708090

14、100110120130Ai/V0.480.640.740.901.041.161.261.361.441.531.56Ic2=0.724mA fs=14.3MHzAs/mV30405060708090100110120130Ai/mV0.640.851.011.181.341.471.581.681.761.821.88將這兩個(gè)表格轉(zhuǎn)化為圖像，如下所示：由圖像所示，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 開，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1.465MHZ,幅度調(diào)為峰-峰值800m

15、v, 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3TP01、 3TP02 3TP04的波形，用頻率計(jì)測量 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)老師并沒有做要求，探究發(fā)現(xiàn)，滿足 fi=fL-fs 。另外測了一下集成乘法器的線性，作圖如下：乘法器線性范圍在700mV2.5%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