實驗三混頻器

1、實驗三、混頻器151180013陳建一、 實驗目的1.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 來實現混頻的方法。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系。二、實驗原理1.在通信技術中，經常需要將信號自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的是把一個已調的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調信號，完成這種頻率變換的電路稱混頻器。在超外差接收機中的混頻器的作用是使波段工作的高頻信號，通過與本機振蕩信號相混，得到一個固定不變的中頻信號。采用混頻器后，接收機的性能將得到提高，這是由于：（1）混頻器將高頻信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可以做

2、得很高而不自激，電路工作穩(wěn)；經中頻放大后，輸入到檢波器的信號可以達到伏特數量級，有助于提高接收機的靈敏度。（2）由于混頻后所得的中頻頻率是固定的，這樣可以使電路結構簡化。（3）要求接收機在頻率很寬的范圍內選擇性好，有一定困難，而對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。一個等幅的高頻信號，并與輸入經混頻后所產生的差頻信號經帶通濾波器濾出，這個差頻通常叫做中頻。輸出的中頻信號與輸入信號載波振幅的包絡形狀完全相同，唯一的差別是信號載波頻率變換成中頻頻率。目前高質量的通信接收機廣泛采用二極管環(huán)形混頻器和由差分對管平衡調制器構成的混頻器，而在一般接收機（例如廣播收音機）中，為了簡化

3、電路，還是采用簡單的三極管混頻器。2. 當采用三極管作為非線性元件時就構成了三極管混頻器，它是最簡單的混頻器之一，應用又廣，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，通過C1 加到三極管b極，而本振信號經Cc 耦合，加在三極管的e極，這樣加在三極管輸入端（be之間）信號為。即兩信號在三極管輸入端互相疊加。由于三極管的特性（即轉移特性）存在非線性，使兩信號相互作用，產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，從而實現混頻。通?；祛l器集電極諧振回路的諧振頻率選擇差頻即fL-fS，此時輸出中頻信號比輸入信號頻率

4、低。根據需要有時集電極諧振回路選擇和頻即fL+fS，此時輸出中頻信號比輸入信號頻率高，即將信號頻率往高處搬移，有的混頻器就取和頻。3. 混頻干擾及其抑制方法為了實現混頻功能，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，將與輸入信號一起通過中頻放大器和檢波器，對輸出級產生干擾，影響輸入信號的接收。干擾是由于混頻不滿足線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產生干擾，其中影響最大的是中頻干擾，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）適當選擇混頻電

5、路的工作點，尤其是不要過大；（2）輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波幅值也大，使干擾增強；（3）合理選擇中頻頻率，選擇中頻時應考慮各種干擾所產生的影響。4.具體三種典型混頻實驗電路4.1 二極管環(huán)形混頻器實驗電路圖 3-4 為二極管混頻器實驗電路，圖中 2T1、2T2、2D01、2D02、2D03、2D04 構成環(huán)形混頻電路。2P03 為射頻信號輸入口，2P04 為本振信號輸入口。晶體三極管 2Q2 組成放大電路，對環(huán)形混頻器輸出進行放大。由 2L6、2L7、2C12 和變容管 2D05 構成濾波電路，選出所需要的中頻信號，而濾除其它無用信號。調整 2W02 可以改變變容二極管 2D05 上的

6、偏壓，從而調整 2D05 的容量。因此調整 2W02，可以調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。4.2三極管混頻器實驗電路下圖是晶體三極管混頻實驗電路。圖中 2Q1 為混頻管，2W1 用來調整其工作點，2Q2為放大管，用來對混頻后的信號進行放大，2L6、2C7、2L7、2L8、2D1 構成諧振回路，選出所需要的頻率，對其它無用信號進行抑制，2W2 用來調整 2D1 的偏壓、從而調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 2C1 送往晶體管 2Q1 的發(fā)射極。射頻信號 Us 從 2P02 輸入，經 2C2 送往 2Q1 的

7、基極，混頻后的中頻信號由晶體三極管 2Q1 的集電極輸出，集電極負載由 2L6、2C7 構成諧振回路，該諧振回路調諧在中頻上。本實驗中頻 10.7MHZ 左右，諧振回路選出的中頻經 2C11 耦合，由 2Q2 組成的放大器進行放大，放大器的負載為 2L7、2L8、2D1 組成的諧振回路，同樣諧振在 10.7MHZ左右?；祛l后的中頻信號由 2P03 輸出，2TP03 為輸出測量點。 4.3用MC1496集成電路構成的混頻器下圖是用 MC496 集成電路構成的混頻器，該電路圖利用一片 1496 集成塊構成兩個實驗電路，即乘法器幅度調制與混頻，本節(jié)我們只討論混頻電路。MC1496 是一種四象限模擬相

8、乘器（我們通常把它叫做乘法器），其內部電路在振幅調制一節(jié)中作介紹。圖中 3P01 為本振信號 U L 輸入口，3TP01 為本振信號測試點。本振信號經 3R1、3C1 從乘法器的一個輸入端（10 腳）輸入。3P02 為射頻信號輸入口，3TP02 為測試點。射頻信號電壓 U S 從乘法器的另一個輸入端（1 腳）輸入，混頻的中頻信號由乘法器輸出端（12 腳）輸出。輸出端的帶通濾波器由 3C7 、3L1、3C8 組成，帶通濾波器調諧在中頻頻率上，本實驗的中頻頻率為465KHZ左右。如果輸入的射頻信號頻率為1MHZ，則本振頻率應為 1.465MHZ。由于中頻固定不變，當射頻信號頻率改變時，本振頻率也應

9、跟著改變。因為乘法器（12 腳）輸出的頻率成分很多，經帶通濾波器濾波后，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帶負載的能力。帶通濾波器選出的中頻，經射極跟隨器后由 3P04 輸出，3TP04 為混頻器輸出測量點。三實驗步驟與結果1. 實驗準備將含有二極管環(huán)形混頻器，晶體三極管混頻器和乘法器幅度調制與混頻的模塊以及正弦振蕩器模塊，插入到實驗箱底板上，接通實驗箱與所需各模塊電源。2. 中頻頻率的觀測（1）二極管環(huán)形混頻器將正弦波振蕩器模塊上的 LC 振蕩器輸出頻率調整為 1.465MHZ，幅度峰-峰值 Vp-p=1V

10、左右，作為本實驗的本振信號，送入二極管環(huán)形混頻器的本振輸入端（2P04）。高頻信號源輸出頻率調為 1MHZ，幅度峰-峰值 Vp-p=500mv 左右，作為射頻信號輸入到二極管環(huán)形混頻器的射頻輸入端（2P03）。用示波器觀測 2P03、2P04、2P05 的波形，調整 2W02 使 2P05波形幅度最大。用頻率計測量 2P03、2P04、2P05 的頻率，并計算各頻率是否符合。當改變高頻信號源的頻率時，輸出中頻 2P05 的波形作何變化，為什么？本振（fL）信號源（fs）混頻輸出（fi）頻率1.465MHz1MHz461.7kHz幅值1.32V500mV2.28V由上表的測試結果可知，頻率滿足f

11、i=fL-fs 的關系。下面我們保持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，是因為后面的中頻放大器中心頻率在465kHz，偏離這個頻率之后放大倍數會降低。下面我們來探究當本振不是正弦波而是方波時的情況。下表是隨本振幅度變化輸出信號幅度的變化，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/V0.621.181.922.643.043.203.203.20輸出頻率/kHz46546546546

12、5465465465465將表格中的數據轉化為圖像：由圖像可見，對于載波是方波的情況下，在幅度為700mV1.1V間是線性的。而低于700mV，由于二極管的閾值電壓，二極管處于截止狀態(tài)，幾乎沒有輸出。（2）晶體三極管混頻器將信號源頻率調為25MHz，幅度調至200mV，作為本實驗的本振信號輸入到混頻器的本振輸入端（2P01），混頻器的另一個輸入端（2P02）接高頻信號源，用示波器觀測 2TP01、2TP02、2TP03 的波形，微調 2W1 和 2W2 使混頻輸出（2TP03）幅度達到最大值。用頻率計測量 2TP01、2TP022TP03的頻率并計算各頻率是否符合。當改變高頻信號源的頻率時，輸

13、出中頻 2P03 的波形作何變化,為什么？下面我們保持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，是因為后面的中頻放大器中心頻率在10.7MHz，偏離這個頻率之后放大倍數會降低。下面我們來看靜態(tài)工作點會不會對晶體三極管混頻線性區(qū)間的影響。下面我們測了兩組數據：Ic1=1.366mA fs=14.3MHz As/mV30405060708090100110120130Ai/V0.480.640.740.901.041.

14、161.261.361.441.531.56Ic2=0.724mA fs=14.3MHz As/mV30405060708090100110120130Ai/mV0.640.851.011.181.341.471.581.681.761.821.88將這兩個表格轉化為圖像，如下所示：由圖像所示，合理改變工作點對線性范圍和斜率影響不大，但是對輸出幅度會有整體抬升，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 振蕩器輸出頻率調為 1.465MHZ，幅度調為峰-峰值 800mv,作為本實驗的本振信號輸入到乘法器的一個輸入端 3P01 端，高頻信

15、號源輸出頻率調為 1MHZ，Vp-p=500mv,作為射頻信號輸入到乘法器的另一個輸入端 3P02 端。用示波器觀測 3TP01、3TP02、3TP04 的波形，用頻率計測量 3TP01、3TP02、3TP04 的頻率，并計算各頻率是否符合 。當改變高頻信號源的頻率時，輸出中頻 3TP04 的波形作何變化，為什么？這個實驗老師并沒有做要求，探究發(fā)現，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700mV2.5V左右，而且在這段區(qū)間是比較嚴格線性的。四 、 實驗思考總結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，把非線性產物的多少，作為衡量混頻器質量的標準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，比如交調互調，阻塞干擾等。干擾的解決辦法：（1）選擇合適