實(shí)驗(yàn)三_混頻器

1、9實(shí)驗(yàn)三 混頻器 陳建 151180013 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(lái)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(xiàn)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(lèi)已調(diào)信號(hào)，完成這種頻率變換的電路稱(chēng)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(guò)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

2、成中頻，在中頻上放大信號(hào)，放大器的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(jiǎn)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)差頻通常叫做中頻。輸出的中頻信號(hào)與輸入信號(hào)載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一的差別是信號(hào)載波頻率變換成中頻頻率。目前高質(zhì)量的通信接收機(jī)廣泛采用二極管環(huán)形混頻器和由差分對(duì)管平衡調(diào)制器構(gòu)成的混頻器，

3、而在一般接收機(jī)（例如廣播收音機(jī)）中，為了簡(jiǎn)化電路，還是采用簡(jiǎn)單的三極管混頻器。2. 當(dāng)采用三極管作為非線(xiàn)性元件時(shí)就構(gòu)成了三極管混頻器，它是最簡(jiǎn)單的混頻器之一，應(yīng)用又廣，我們以它為例來(lái)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)，通過(guò)C1 加到三極管b極，而本振信號(hào)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。即兩信號(hào)在三極管輸入端互相疊加。由于三極管的特性（即轉(zhuǎn)移特性）存在非線(xiàn)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頻率選擇差頻

4、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(xiàn)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(guò)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(mǎn)足線(xiàn)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，鏡像干擾和組合頻率干擾。通常減

5、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(guò)大；（2）輸入信號(hào)電壓幅值不能過(guò)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，選出所需要的中頻信號(hào)，而濾除其它無(wú)用信號(hào)。調(diào)整

6、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(cè)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(lái)調(diào)整其工作點(diǎn)，2Q2為放大管，用來(lái)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(wú)用信號(hào)進(jìn)行抑制，2W2 用來(lái)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) 2C1 送往晶體管 2Q1 的發(fā)射極。射頻信號(hào) Us 從

7、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(cè)量點(diǎn)。 4.3用MC1496集成電路構(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 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

8、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(cè)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(cè)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

9、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)槌朔ㄆ鳎?2 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 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(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(cè)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(cè)（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(diào)整為 1

10、.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）。高頻信號(hào)源輸出頻率調(diào)為 1MHZ，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）。用示波器觀測(cè) 2P03、2P04、2P05 的波形，調(diào)整 2W02 使 2P05波形幅度最大。用頻率計(jì)測(cè)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？本振（fL）信號(hào)源（fs）混頻輸出（fi）頻率1.465MHz1MHz461.7kHz幅值1.32V500m

11、V2.28V由上表的測(cè)試結(jié)果可知，頻率滿(mǎn)足fi=fL-fs 的關(guān)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(hào)頻率，混頻輸出頻率依然滿(mǎn)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(lái)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(lái)研究該混頻器的線(xiàn)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

12、.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(jiàn)，對(duì)于載波是方波的情況下，在幅度為700mV1.1V間是線(xiàn)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(méi)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(cè) 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(cè)量 2TP01、2TP022TP03的頻率并計(jì)算

13、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？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(hào)頻率，混頻輸出頻率依然滿(mǎn)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(lái)看靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)不會(huì)對(duì)晶體三極管混頻線(xiàn)性區(qū)間的影響。下面我們測(cè)了兩組數(shù)據(jù)：Ic1=1.366mA fs=14.3MHz As/mV30405060708090100110120130Ai/V

14、0.480.640.740.901.041.161.261.361.441.531.56Ic2=0.724mA fs=14.3MHz As/mV30405060708090100110120130Ai/mV0.640.851.011.181.341.471.581.681.761.821.88將這兩個(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(xiàn)性范圍和斜率影響不大，但是對(duì)輸出幅度會(huì)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(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 800mv,作為本實(shí)驗(yàn)的本振信號(hào)輸

15、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(cè) 3TP01、3TP02、3TP04 的波形，用頻率計(jì)測(cè)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(méi)有做要求，探究發(fā)現(xiàn)，滿(mǎn)足fi=fL-fs。另外測(cè)了一下集成乘法器的線(xiàn)性，作圖如下：乘法器線(xiàn)性范圍在700mV2.5V左右，而且在這段區(qū)間是比較嚴(yán)格線(xiàn)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(xiàn)性干擾是很重要的問(wèn)題，并且在討論各種混頻器時(shí)，把非線(xiàn)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(xiàn)性干擾中很重要的一類(lèi)就是組合頻率干擾和副道波干擾。這類(lèi)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