湖南大學(xué)二極管雙平衡混頻器實(shí)驗(yàn)報告

1、 二極管雙平衡混頻器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 掌握二極管雙平衡混頻器頻率變換的物理過程。 2、 掌握晶體管混頻器頻率變換的物理過程和本振電壓V0和工作電流Ie對中頻轉(zhuǎn)出電壓大小的影響。 3、 掌握集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)的平衡混頻器頻率變換的物理過程。 4、 比較上述三種混頻器對輸入信號幅度與本振電壓幅度的要求。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 研究二極管雙平衡混頻器頻率變換過程和此種混頻器的優(yōu)缺點(diǎn)。 2、 研究這種混頻器輸出頻譜與本振電壓大小的關(guān)系。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 1、 1號板 1塊 2、 6號板 1塊 3、 3 號板 1塊 4、 7 號板 1塊 5、 雙蹤示波器 1臺 四、實(shí)驗(yàn)原理與電路 i. 二極管雙平衡混頻原

2、理 圖3-1 二極管雙平衡混頻器二極管雙平衡混頻器的電路圖示見圖3-1。圖中VS為輸入信號電壓，VL為本機(jī)振蕩電壓。在負(fù)載RL上產(chǎn)生差頻和合頻，還夾雜有一些其它頻率的無用產(chǎn)物，再接上一個濾波器（圖中未畫出） 二極管雙平衡混頻器的最大特點(diǎn)是工作頻率極高，可達(dá)微波波段，由于二極管雙平衡混頻器工作于很高的頻段。圖3-1中的變壓器一般為傳輸線變壓器。 二極管雙平衡混頻器的基本工作原理是利用二極管伏安特性的非線性。眾所周知，二極管的伏安特性為指數(shù)律，用冪級數(shù)展開為 當(dāng)加到二極管兩端的電壓v 為輸入信號VS和本振電壓VL之和時，V2項產(chǎn)生差頻與和頻。其它項產(chǎn)生不需要的頻率分量。由于上式中u的階次越高，系數(shù)

3、越小。因此，對差頻與和頻構(gòu)成干擾最嚴(yán)重的是v的一次方項（因其系數(shù)比v2項大一倍）產(chǎn)生的輸入信號頻率分量和本振頻率分量。 用兩個二極管構(gòu)成雙平衡混頻器和用單個二極管實(shí)現(xiàn)混頻相比，前者能有效的抑制無用產(chǎn)物。雙平衡混頻器的輸出僅包含（pL± S）（p為奇數(shù)）的組合頻率分量，而抵消了L、C 以及p為偶數(shù)（p L±S）眾多組合頻率分量。 ¼ +¼ + = - 下面我們直觀的從物理方面簡要說明雙平衡混頻器的工作原理及其對頻率為 L 及 S 的抑制作用。(a)(b)圖3-2 雙平衡混頻器拆開成兩個單平衡混頻器在實(shí)際電路中，本振信號VL 遠(yuǎn)大于輸入信號VS。在VS 變化

4、范圍內(nèi)，二極管的導(dǎo)通與否， 完全取決于VL。因而本振信號的極性，決定了哪一對二極管導(dǎo)通。當(dāng)VL 上端為正時，二極管D3 和D4 導(dǎo)通，D1 和D2 截止；當(dāng) 上端為負(fù)時，二極管D1 和D2 導(dǎo)通，D3 和D4 截止。這樣，將圖3-1所示的雙平衡混頻器拆開成圖3-2（a）和（b）所示的兩個單平衡混頻器。圖3-2（a）是VL上端為負(fù)、下端正期間工作；3-2（b）是VL上端為正、下端為負(fù)期間工作。 由圖3-2（a）和（b）可以看出，VL單獨(dú)作用在RL上所產(chǎn)生的L分量，相互抵消，故RL上無L分量。由VS產(chǎn)生的分量在VL上正下負(fù)期間，經(jīng)D3產(chǎn)生的分量和經(jīng)D4產(chǎn)生的分量在RL上均是自下經(jīng)上。但在VL下正上

5、負(fù)期間，則在RL上均是自上經(jīng)下。即使在VL一個周期內(nèi)，也是互相抵消的。但是VL的大小變化控制二極管電流的大小，從而控制其等效電阻，因此VS在VL瞬時值不同情況下所產(chǎn)生的電流大小不同，正是通過這一非線性特性產(chǎn)生相乘效應(yīng)，出現(xiàn)差頻與和頻。 2、電路說明 模塊電路如圖3-3所示，這里使用的是二極管雙平衡混頻模塊ADE-1，該模塊內(nèi)部電路如圖3-5所示。在圖3-3中，本振信號VL由P3輸入，射頻信號VS由P1輸入， 它們都通過ADE-1中的變壓器將單端輸入變?yōu)槠胶廨斎氩⑦M(jìn)行阻抗變換，TP8為中頻輸出口，是不平衡輸出。圖3-3 二極管雙平衡混頻圖3-5 ADE-1內(nèi)部電路在工作時，要求本振信號VL>

6、;VS。使4只二級管按照其周期處于開關(guān)工作狀態(tài)，可以證明，在負(fù)載RL的兩端的輸出電壓（可在TP8處測量）將會有本振信號的奇次諧波（含基波）與信號頻率的組合分量，即pL±S（p為奇數(shù)），通過帶通濾波器可以取出所需頻率分量L+S（或LS -）。由于4只二極管完全對稱，所以分別處于兩個對角上的本振電壓VL和射頻信號VS不會互相影響，有很好的隔離性；此外，這種混頻器輸出頻譜較純凈，噪聲低，工作頻帶寬，動態(tài)范圍大，工作頻率高，工作頻帶寬，動態(tài)范圍大，缺點(diǎn)是高頻增益小于1。 N1、C5、T1組成諧振放大器，用于選出我們需要的頻率并進(jìn)行放大，以彌補(bǔ)無源混頻器的損耗。五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、 熟悉實(shí)驗(yàn)板上

7、各元件的位置及作用； 2、 按下面框圖所示，進(jìn)行連線 3、 將3 號板SW1 撥為晶體振蕩器，即撥碼開關(guān)S1 為“10”，S2 撥為“01”。 4、 用示波器觀察7 號板混頻器輸出點(diǎn)TP8 波形，觀測7 號板混頻輸出TP2 處波形（調(diào)節(jié)7 號板中周T1 使輸出最大），并讀出頻率計上的頻率。（如果使用數(shù)字示波器，可以使用FFT 功能觀測TP8 的頻譜） 5、 調(diào)節(jié)本振信號幅度，重做步驟34。 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、諧振信號的頻率fs=4.5MHZA、本振信號的頻率fL=6.2MHZ時，混頻信號的和頻為（fL+fS）=10.7MHZ，增益為-10.6dBB、本振信號的頻率fL=15.2MHZ時，混頻信號的差頻為（fL-fS）=10.7MHZ，增益為-10.6dB2.調(diào)節(jié)本振信號強(qiáng)度，混頻輸出選頻放大TP2處波形幅度隨本振信號幅度的增大而增大，即混頻輸出波形幅度與本振信號幅度成正相關(guān)。七、實(shí)驗(yàn)分析通過本實(shí)驗(yàn)學(xué)到了解了