基于MC1496的混頻器的設計說明

..課程設計高頻電子線路高頻電子線路課程設計課程設計報告班級：__學號：指導成績：電子與信息工程學院電子與信息工程學院信息與通信工程系基于MC1496的混頻器的設計一、概述混頻器在高頻電子線路和無線電技術中,應用非常廣泛,在調(diào)制過程中,輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉換變成高頻的已調(diào)信號。在解調(diào)過程中,接受的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率轉換,變成對應的中頻信號。特別是在超外差式接收機中,混頻器應用比較廣泛,如AM廣播接收機將已調(diào)信號535KHZ-1605KHZ要變成465KHZ的中頻信號,電視接收機將48.5M-870M的圖像信號要變成38M關鍵詞：模擬相乘器MC1496；混頻電路1．混頻器1.1基本概念混頻是將已調(diào)波中載波頻率變換為中頻頻率,而保持調(diào)制規(guī)律不變的頻率變換過程。fI=fL-fC或fI=fL+fC〔其中fI表示中頻頻率,fL表示本振頻率,fC表示載波頻率。一般取差頻圖1是混頻電路組成原理圖?；祛l電路的輸入是載頻為fc的高頻已調(diào)波信號us<t>和頻率為fL的本地正弦波信號<稱為本振信號>uL<t>,輸出是中頻為fI的已調(diào)波信號uI<t>。通常取fI=fL-fc。以輸入是普通調(diào)幅信號為例,若us<t>=Ucm［1+mauΩ<t>］cos2πfct,本振信號為uL<t>=ULmcos2πfLt,則輸出中頻調(diào)幅信號為uI<t>=UIm［1+mauΩ<t>］cos2πfIt。可見,調(diào)幅信號頻譜從中心頻率為fc處平移到中心頻率為fI處,頻譜寬度不變,包絡形狀不變。圖2是相應的頻譜圖。圖1混頻電路原理圖圖1混頻電路原理圖fcfLf<a><b>fI=fL-fc圖2圖2中〔a混頻前〔b混頻后中頻調(diào)幅波上下邊帶與原調(diào)幅波上下邊帶是倒置的本地振蕩信號為高頻等幅波雖然混頻電路與調(diào)幅電路、檢波電路同屬于線性頻率變換電路,但它卻有兩個明顯不同的特點:①混頻電路的輸入輸出均為高頻已調(diào)波信號。由前幾節(jié)的討論可知,調(diào)幅電路是將低頻調(diào)制信號搬移到高頻段,檢波電路是將高頻已調(diào)波信號搬移到低頻段,而混頻電路則是將已調(diào)波信號從一個高頻段搬移到另一個高頻段。②混頻電路通常位于接收機前端,不但輸入已調(diào)波信號很小,而且若外來高頻干擾信號能夠通過混頻電路之前的選頻網(wǎng)絡,則也可能進入混頻電路。選頻網(wǎng)絡的中心頻率通常是輸入已調(diào)波信號的載頻。混頻電路中的非線性器件對于實現(xiàn)頻譜搬移這一功能是必不可少的。但是另一方面,其非線性特性不但會產(chǎn)生許多無用的組合頻率分量,給接收機帶來干擾,而且會使中頻分量的振幅受到干擾,這兩類干擾統(tǒng)稱為混頻干擾。它們都會使有用信號產(chǎn)生失真。由于以上兩個特點,混頻電路的干擾來源比其它非線性電路要多一些。分析這些干擾產(chǎn)生的具體原因,提出減小或避免干擾的措施,是混頻電路討論中的一個關鍵問題。1.2變頻干擾〔哨聲干擾信號本振〔交叉〔寄生〔本振調(diào)制通道噪聲干擾噪聲〔互相調(diào)制〔倒易混頻圖1-2混頻干擾分類及其名稱示意圖哨叫干擾是由于變頻器不滿足時變參量線性電路條件而形成。這是,信號本身的諧波不可忽略,其產(chǎn)生干擾的條件是︱±pwl±qwc︱=wI+W式中,W是可聽的音頻頻率。上式包括以下四種情況PwL-qwc=wI+W-pwL+qwc=wI+WpwL+qwc=wI+W-pwL-qwc=wI+W如取wI=wL-wc,則第三種情況是不可能的,第四種情況是不存在的。而是第一、二種情況可寫成pwL-qwc=±<wI+W>通常Wi≥W,因此上式可化簡為wc≈<p1±1>wI/<q-p>上式表明,當信號頻率wc和已選定的中頻頻率wI滿足上式關系時,就可能產(chǎn)生干擾哨叫聲。若p和q取不同的正整數(shù),則可產(chǎn)生干擾哨聲的信號頻率就會有無限多個,并且其值均接近于wI的整數(shù)倍或分數(shù)倍。但實際上,一旦任何一部接收機的工作頻率段都是有限寬的；二因混頻器管集電極電流組合中組合頻率分量的振幅總是隨著〔p+q的增加而迅速地減小,因而只有對應于p和q值較小的信號才會產(chǎn)生明顯的干擾哨聲,而對應于p和q較大的信號所產(chǎn)生的干擾哨聲均可忽略。由此可見,減少干擾噪聲的方法是合理選擇中頻頻率,將產(chǎn)生最強的干擾哨聲的頻率移到接收頻段以外。其次是限制信號和本振電壓的振幅不宜過大。寄生通道干擾寄生通道干擾是由于變頻器必須工作在非線性狀態(tài)而形成的。如果變頻器前的高頻放大器也具有非線性特性,則當頻率為wM的干擾信號Vm<t>通過放大器是,產(chǎn)生了wM的各次諧波,用qwM表示,q=0,1,2,...他們與本振信號各次諧波差排,如滿足︱±pwL±qwM︱≈Wi該干擾信號將通過接收機,造成對有用信號的干擾,稱這種煩擾為寄生通道干擾。對于中頻干擾,混頻電路十幾起到中頻放大的作用,因而它具有比有用信號更強的傳輸能力；對于像頻干擾,它具有與有用通道相同的變換能力。只要這兩種干擾信號一旦加到混頻電路輸入端,就無法將其削弱或抑制。因此,減少中頻和像頻干擾的主要方法是提高混頻電路前級的選擇性。交叉調(diào)制干擾交叉調(diào)制干擾是由于混頻器或高頻放大電路的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。交調(diào)干擾僅與干擾信號振幅有關,而與頻率無關,因此它是一種危害性更大的干擾,減少交調(diào)干擾的有效方法是提高混頻電路前級的選擇性?；ハ嗾{(diào)制干擾互相調(diào)制干擾也是由于混頻電路或高頻放大電路的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。減少互調(diào)干擾的主要方法是提高混頻電路前的選擇性和設法是混頻器件特性四次方項以及四次方項以上的偶次方項系數(shù)為零。本振噪聲干擾與倒易混頻干擾一般情況下,特別是在厘米波段混頻電路中,本機振蕩電路提供本真信號的同時,還不可變地會產(chǎn)生噪聲,其頻譜按本振回路諧振特性曲線形狀分布。這樣,混頻器件就可以把那些與本振頻率相差一個中頻的噪聲頻譜分量變換為中頻通頻帶內(nèi)的噪聲,使混頻電路的噪聲輸出增大,通常稱為本振噪聲干擾。減少振蕩器噪聲影響的一個最基本和最重要的手段是提高振蕩器的選頻回路的Q值,回路Q值越高,諧振曲線也越尖銳,對噪聲的衰減也越大,一般LC組成的回路,其空載Q值一般在300以下。為提高回路Q值人們采用了許多方法,其中采用石英晶體振蕩器是最有效的方法之一。2.模擬乘法器1.基本概念含義：可實現(xiàn)任意兩個互不相關模擬信號相乘的三端口的非線性電子器件〔AM為相乘增益,亦稱比例系數(shù)或標尺因子模擬乘法器是一種完成兩個模擬信號〔連續(xù)變化的電壓或電流相乘作用的電子器件,通常具有兩個輸入端和一個輸出端,電路符號如圖3所示。UUx圖3模擬乘法器電路符號UyUoK若輸入信號為,,則輸出信號為：=k<k為乘法器的增益系數(shù)或標尺因子,單位為V.>根據(jù)兩個輸入電壓的不同極性,乘法輸出的極性有四種組合,如圖4所示的工作象限來說明。II<+><+>=<+>II<-><+>=<->III<-><->=<+>IV<+><->=<->圖4模擬乘法器的工作象限若信號、均限定為某一極性的電壓時才能正常工作,該乘法器稱為單象限乘法器；若信號、中一個能適應正、負兩種極性電壓,而另一個只能適應單極性電壓,則為二象限乘法器；若兩個輸入信號能適應四種極性組合,稱為四象限乘法器。一個理想的乘法器中,其輸出電壓與在同一時刻兩個輸入電壓瞬時值的乘積成正比,而且輸入電壓的波形、幅度、極性和頻率可以是任意的。對于一個理想的乘法器,當、中有一個或兩個都為零時,但在實際乘法器中,由于工作環(huán)境、制造工藝及元件特性的非理想性,當,時,,通常把這時的輸出電壓稱為輸出失調(diào)電壓；當,〔或,時,,這是由于〔或信號直接流通到輸出端而形成的,稱這時的輸出電壓為〔或的輸出饋通電壓。輸出是調(diào)電壓和輸出饋通電壓越小越好。此外,實際乘法器中增益系數(shù)K并不能完全保持不變,這將引起輸出信號的非線性失真,在應用時需加注意。2．傳輸特性直流和低頻傳輸特性零輸入響應：零輸入狀態(tài)時,是非零的輸出,存在誤差電壓〔輸出失調(diào)電壓和饋通誤差電壓直流傳輸特性〔一個輸入為直流時平方律特性〔V1=V2非線性傳輸特性正弦信號傳輸特性二、硬件設計下圖為模擬乘法器混頻電路,該電路由集成模擬乘法器MC1496完成。本實驗中輸入信號頻率為fS＝10MHz<由DDS信號發(fā)生器輸出>,實驗箱自己提供的信號源作為本振信號,其頻率fL＝16.465MHz。為了實現(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電壓VS和本振電壓VL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,這些組合信號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、解調(diào)器,對輸出級產(chǎn)生干涉,影響輸入信號的接收。干擾影響最大的是中頻干擾和鏡象干擾。MC1496采用雙電源+12V,-12V供電。R12,R13組成平衡電路,J7為本振信號輸入端；J8為接收信號輸入端；F2為中心頻率為4.5MHz帶通濾波器。輸入信號頻率fs=4.5MHZ,本振頻率fL=8.7MHZ。電路的作用是將中心頻率為fs的信號,變換為中心頻率為fI的信號。電路的基本工作過程是,接收到的頻率為fs的信號和頻率為fL的本振信號分別加到非線性集成模擬相乘器的兩個相乘端,相乘的結果經(jīng)過晶體濾波器,選出其中的fI信號,實現(xiàn)了頻率變換的功能。MC1496構成的混頻器三、模擬仿真根據(jù)設計方案,應用計算機Multisim軟件進行了模擬仿真。顯示輸出得到雙邊帶的調(diào)幅波波形,及調(diào)幅波的頻譜。四、結論和總結結論:有計算值與仿真值的比較可得,本設計基本完成了設計要求,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?？偨Y：這次課程設計我們按照課程設計上的程序,先復習混頻電路的原理,然后選擇電路,計算關鍵元件的值,學習Multisim的使用,最后連線調(diào)試出預期的混頻和濾波效果.在做課程設計報告時我對混頻的認識只限于基本原理和理論---在通信接受機中,混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號變換為同一個固定載頻中的高頻已調(diào)波信號。調(diào)幅信號頻譜寬度不變,包絡形狀不變。正式開始設計后,在對電路的實現(xiàn)中,我先學習了Multisim軟件的使用,這個虛擬電子實驗室可以仿真各種電路。應用過程中我發(fā)現(xiàn)這個軟件確實功能強大的操作軟件！在搭設電路的過程中,我對混頻電路有了進一步的認識,將理論知識加入實際設計當中去,更加加深了我對理論知識的理解和認識。在設計過程中曾遇到高頻干擾,輸出波形失真相當嚴重,經(jīng)過同學的幫助,失真現(xiàn)象有了明顯的改善,最終得到比較理想的結果。兩周的課程設計中遇