高頻電子課程設(shè)計

1、高頻電子線路課程設(shè)計河北科技師范學院課程設(shè)計說明書課程名稱：高頻電子線路設(shè)計題目：混頻器放大電路姓 名：王少男系 別：機電工程學院專業(yè)班級：電子信息1001學 號：0414100120指導教師：杜殿會 摘要 這次的高頻課程的設(shè)計混頻放大電路，它的任務是把變頻得到的信號加以放大，然后放到檢波器檢波?；祛l器作為超外差接收機的重要組成部分，已經(jīng)在雷達、電子對抗、通信、廣播電視、遙控遙測等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。其技術(shù)指標的好壞直接影響到整機性能的發(fā)揮?；祛l是將高頻時將高頻信號經(jīng)過頻率變換，變?yōu)橐粋€固定的頻率，這種頻率變換通常是將已調(diào)高頻信號的載波從高頻變?yōu)橹蓄l，同時必須保持其調(diào)制規(guī)律不變，再通過放

2、大器是得到的信號加以放大，具有這種功能的電路成為混頻放大電路。關(guān)鍵字 混頻放大電路 超外差 高頻信號 引言混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中，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

3、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。1、 混頻器設(shè)計指標 本地振蕩 高頻信號源 最終得到信號 混頻器是頻譜線性搬移電路，能夠?qū)⑤斎氲膬陕沸盘栠M行混頻。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。 混頻器分為晶體管混頻器、二極管混頻器、差分對模擬乘法器等。本文通過

4、MC1496構(gòu)成的混頻器來對接收信號進行頻率的轉(zhuǎn)換,變成需要的信號。具體原理框圖如圖1所示。高頻小信號源模擬乘法器選頻、放大電路正弦波振蕩器圖1 混頻器原理框圖 二、方案分析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：混頻電路的組成模型及頻譜分析 圖 2圖2是混頻電路的組成模型，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U

5、i(t)為中頻信號?；祛l電路的基本原理： 圖 3圖3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。該電路由正弦波振蕩器高頻信號源

6、模擬乘法器以及選頻放大電路組成。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。三、單元電路的工作原理1.本地振蕩電路 本地振蕩器是本設(shè)計電路的重要部分，同時也是超外差式接收機的主要部分。其主要作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產(chǎn)生的正弦高頻信號與輸入的高頻調(diào)幅信號相乘得到+、-的信號，其中為正弦信號頻率，為調(diào)幅信號頻率，通過濾波器得到中頻信號-。1.1振蕩器起振條件 正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器

7、兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負阻式振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。 圖4所示即為三點式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學習知道，三點式振蕩器的構(gòu)成法則是：與的符號相同，與的符號則相反。凡是違反這一準則的電路不能產(chǎn)生振蕩。 圖 4 本振電路原理圖 三點式反饋式振蕩電路又分為電容反饋式三端振蕩電路，電感反饋式三端振蕩電路。1.2石英晶振工作原理我們知道由LC構(gòu)成的振蕩器，它們的日頻率穩(wěn)定度大約為的數(shù)

8、量級。即使采用了一系列穩(wěn)頻措施，一般也難以獲得比更高的頻率穩(wěn)定度。但是，實際情況往往需要更高的頻率穩(wěn)定度。石英晶體的物理化學性能都十分穩(wěn)定，因此它的等效諧振回路有很高的標準性。其等效電路如圖1.2所示，晶體的參數(shù)很大、很小、也不大。因此，晶體的Q値可高達數(shù)百萬數(shù)量級。又由于所以石英晶體工作時，在串并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線，因而對頻率變化具有極靈敏的補償能力。 圖5 石英晶體等效電路石英晶體電路參數(shù)選擇及性能分析 圖6 本振電路圖 圖7交流等效電路 圖6是本次課設(shè)所使用的石英晶體振蕩電路，由圖中可以看出是石英晶體并聯(lián)型振蕩電路，在電路中石英晶振顯感性，其交流等

9、效電路如圖7所示，由圖可知，晶體管發(fā)射極和電容C3、C4相連其阻抗性質(zhì)相同，同為容性；集電極和C3、晶振相連，而晶振又顯感性所以阻抗性質(zhì)相反；基極和C4、晶振相連同理其阻抗性質(zhì)也是相反的，故此振蕩器滿足振蕩條件，其類似于考畢茲振蕩電路。振蕩頻率公式為： 查閱石英晶體資料得11MHZ振蕩時其等效電感，當電容選取為50pF時其振蕩頻率為： 電路中其它主要器件的參數(shù)如下為基極偏置電阻，用來給給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點，C1=1uF為基極耦合電容，L1=10mH為扼流圈，防止突變對三極管造成損害，用來限制射極電流，C2=1uF為旁路電容C5=1uF為電源和地的去耦電容。由于石英晶體是本電路的核心

10、部件，因此在選用晶振時要注意以下幾點： 1、石英晶體的激勵電平應在規(guī)定范圍內(nèi)。過高的激勵功率會使石英晶體內(nèi)部溫度升高，損壞石英。 2、在并聯(lián)晶體振蕩器中，石英晶體起等效電感作用，若作為容抗，則在石英晶片失 效時，石英振蕩器的支架電容還存在，線路仍有可能滿足振蕩條件而振蕩，石英晶體振蕩器就失了作用。1.3 LC正弦波振蕩器設(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，

11、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：電流電壓為：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，電路連接如圖8所示 圖8 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

12、影響。其交流通路如圖9所示。圖9 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。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10 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10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

13、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 10 MC1496構(gòu)成的混頻器 3選頻放大電路電路連接如圖11所示，晶體管選2SC945，R1R2Re組成支流偏置電路，L2L3C2R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

14、路的諧振頻率為靜態(tài)工作點為 。 圖11 選頻放大電路四電路性能指標的測試 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12所示。 圖 12 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13所示。圖13 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14所示。 圖14 模擬乘法器輸出波形LC正弦波振蕩器的輸出頻率應為 ，靜態(tài)工作點 ；選頻放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

15、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。五、課程設(shè)計體會本次課程設(shè)計的題目是混頻器的設(shè)計，主要應用了高頻電子線路中三方面內(nèi)容，分別是電容三點式振蕩電路、模擬乘法器和選頻放大電路。通過查找資料，結(jié)合書本中所學的知識，完成了課程設(shè)計的內(nèi)容。把書中所學的理論知識和具體的實踐相結(jié)合，有利于我們對課本中所學知識的理解，并加強了我們的動手能力。在這次的課程設(shè)計過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計”，更

16、重要的是培養(yǎng)我們的能力！我們在書本中的知識知識我們所運用知識的基礎(chǔ)，實際操作中我們會遇到很多問題，這是課本中我們不會見到的情況，所以我們要充分利用每次的實踐，在實際操作中發(fā)現(xiàn)問題與不足，學以致用才是我們的最終目的。通過本次課程設(shè)計使我對高頻電子線路又有了進一步的了解，增加了對所學知識的應用。本次課程設(shè)計教會我查閱書籍的重要性，通過翻閱書籍我找到了與我課設(shè)題目有關(guān)的內(nèi)容，順利進行了課程設(shè)計，我希望通過更多這樣有價值的課設(shè)來充實自己。雖然課設(shè)中有很多困難，但經(jīng)過指導老師的幫助和我的努力都一一克服了，增強了自信心。 元器件清單序號編號元件名稱型號數(shù)量1C15電容1.0nF1個2C14電容510pF1

17、個3R10電阻15K1個4R9, R5電阻1.0k2個5L5可變電感10uH1個6U1模擬乘法器MC14581個7C7, C6電容1.6pF2個8C12電容1.0nF1個9C11, C10電容10nF2個10Q2三極管2SC9451個11R8電阻6.2k1個12R7電阻15k 1個11 C4電容120pF 1個12C5可變電容350pF 1個13C9, C8, C2, C1電容10nF 4個14L2電感330uH1個15L1電感10uH1個16Q1 三極管2N2222A1個17C3電容100pF1個18R6電阻110k1個19R4電阻2.0K1個20R3電阻2.2k1個21R2可變電阻100K1個22R1電阻5.1k1個23V1 高頻信號源8MHz 1個參考文獻1 宋樹祥，