基于模擬乘法器的混頻器

基于模擬乘法器的混頻器摘要Multism10是屬于新一代的電子工作平臺，是一種在電子技術(shù)界廣泛應(yīng)用的優(yōu)秀的計算機仿真軟件，Multism10被稱為電子工作人員的“計算機里的電子實驗室〞。集成模擬乘法器是完成兩個模擬量〔電壓或電流〕相乘的電子器件。在高頻電子線路中，振幅調(diào)制、同步檢波、混頻、倍頻、監(jiān)頻、相頻等調(diào)制與解調(diào)的過程，均可視為兩個信號相乘或包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述工程采用別離器件如二極管和三極管要簡單的多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信、播送電視等方面應(yīng)用比擬多。繼承模擬乘法器的常見產(chǎn)品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。主要內(nèi)容是基于MC1496混頻器應(yīng)用設(shè)計與仿真，闡述了混頻器根本原理，并在電路設(shè)計與Multism仿真環(huán)境中創(chuàng)立集成電路乘法器MC1496電路模塊，利用模擬乘法器MC1496完成各項電路的設(shè)計與仿真，并結(jié)合雙蹤示波器實現(xiàn)對信號的混頻。關(guān)鍵字：Multism10，模擬乘法器MC1496，混頻器第一章緒論混頻器在高頻電子線路和無線電技術(shù)中，應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換，變成對應(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應(yīng)用比擬廣泛，如AM播送接收機將已調(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的中頻圖像信號。再發(fā)射機中，為提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率較低的石英晶體振蕩器為主振蕩器，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。本文通過MC1496構(gòu)成的混頻器來對接收信號進行頻率轉(zhuǎn)換，變成需要的中頻信號。第二章硬件設(shè)計2-1混頻器原理變頻電路的根本功能是保持已調(diào)信號的調(diào)制規(guī)律不變，僅改變其載波頻率處理過程。用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，只要在Ux端和Uy端分別加上兩個不同的頻率信號，相差一中頻如10.7MHZ，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如下：UxUcV0大大帶通濾波器Ug圖2-1混頻器原理框圖假設(shè)Ux〔t〕=UscoswstUy=u0cosw0t那么Uc(t)=KVsV0coswstcosw0t=1/2KVsV0[cos(w0+ws)t+cos(w0-ws)t]經(jīng)帶通濾波器后，取差頻V0(t)=1/2KVsV0cos(w0-ws)tw0-ws=wi為某中頻頻率2-2變頻電路的主要性能指標(biāo)：變頻增益變頻增益實質(zhì)變頻電路輸出的中頻電壓振幅V1m與其輸入的高頻電壓振幅Vsm之比，用Avc表示，即Avc=V1m/Vsm.對晶體管來說，還應(yīng)有變頻功率增益這個指標(biāo)，即變頻電路輸出的中頻信號功率PI與諸如的高頻信號功率Ps之比，用Apc表示，Apc=PI/Ps失真與干擾變頻電路除有頻率失真與非線性失真外，還會產(chǎn)生各種組合頻率干擾。如何既完成混頻任務(wù)，又盡量防止或減少這些失真和干擾是我們過關(guān)心的問題。選擇性在變頻電路的輸出中，可能存在很多與中頻頻率接近的干擾信號，為了抑制這些干擾，就要求中頻濾波器具有良好的、接近于矩形的幅頻特性。噪聲系數(shù)變頻電路的噪聲系數(shù)大小，將直接影響整機總的噪聲系數(shù)，尤其是變頻電路前沒有高頻放大器的無線電接收設(shè)備，其影響就更大。變頻電路噪聲系數(shù)的大小，與所用器件及其工作狀態(tài)有關(guān)，實踐中必須仔細(xì)選擇。穩(wěn)定性因為變頻電路的輸入輸出端分別連接調(diào)諧于高頻和中頻的諧振回路，所以不會產(chǎn)生因反應(yīng)而引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象。這里所說的穩(wěn)定性，主要是指本振的頻率穩(wěn)定度。因為變頻電路輸出端的中頻濾波器的通頻帶寬度是一定的，如果本振頻率產(chǎn)生較大的漂移，那么經(jīng)變頻所得的中頻可能超出中頻濾波器通頻帶的范圍，引起總增益的降低。2-3常用的混頻電路：晶體三極管混頻電路、場效應(yīng)管混頻電路、晶體二極管混頻電路、集成模擬乘法器混頻電路等。2-4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2-2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,那么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)上式說明，當(dāng)信號頻率wc和已選定的中頻頻率wI滿足上式關(guān)系時，就可能產(chǎn)生干擾哨叫聲。假設(shè)p和q取不同的正整數(shù)，那么可產(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?jǐn)?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(yīng)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(yīng)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，那么當(dāng)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(guān)，而與頻率無關(guān)，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(shè)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根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，諧振曲線也越鋒利，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。第三章基于MC1496模擬乘法器構(gòu)成的混頻器的仿真與實現(xiàn)下列圖是由MC1496模擬乘法器構(gòu)成的混頻器示波器產(chǎn)生波形：第四章心得體會這次課程設(shè)計我們按照課程設(shè)計上的程序，先復(fù)習(xí)混頻電路的原理，然后選擇電路，計算關(guān)鍵元件的值，學(xué)習(xí)Multisim的使用，最后連線調(diào)試出預(yù)期的混頻和濾波效果。在做課程設(shè)計報告時我對混頻的認(rèn)識只限于根本原理和理論---在通信接受