晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)

晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。三極管混頻電路的工作原理和調(diào)試方法二、實(shí)驗(yàn)使用儀器1．三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)板2．200MH泰克雙蹤示波器3.FLUKE萬(wàn)用表4.頻譜分析儀〔安泰信〕5.高頻信號(hào)源三、實(shí)驗(yàn)根本原理與電路1.LC振蕩電路的根本原理在通信技術(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)較低頻率的同類已調(diào)信號(hào)。例如：在超外差中波接收機(jī)中，常天線接收到的高頻信號(hào)(載頻位于535kHz～1605kHz中波波段各電臺(tái)的普通調(diào)幅信號(hào))通過(guò)變頻，變換成455KHz的中頻信號(hào)；在調(diào)頻播送接收機(jī)中,把載頻位于88MHz～108MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào)。完成這種頻率變換的電路稱變頻器，采用變頻器后，接收機(jī)的性能將得到提高。圖2-1混頻器的電路模型混頻器的電路模型如圖2-1所示?；祛l器常用的非線性器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和乘法器。其中二極管混頻器又可以分為二極管平衡混頻器和二極管環(huán)形混頻器等，目前二極管混頻器的集成電路已經(jīng)在市面上廣泛使用。二極管混頻電路的主要特點(diǎn)是：1.混頻電路本身沒(méi)有增益。2.混頻后出現(xiàn)的非線性分量較少。3.混頻電路的輸入信號(hào)線性范圍較大。三極管混頻電路和場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路相比：1.具有較大的電壓增益。2.電路噪聲和非線性分量較多.3.場(chǎng)效應(yīng)管混頻電路的工作頻率更高。模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積，模擬乘法器后面加上帶通濾波器就可以形成混頻電路。本振信號(hào)用于產(chǎn)生一個(gè)等幅的高頻信號(hào)UL，并與輸入信號(hào)US經(jīng)混頻器后所產(chǎn)生的差頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾出。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，而在一般接收機(jī)〔例如播送收音機(jī)〕中，為了簡(jiǎn)化電路，還是采用簡(jiǎn)單的三極管混頻器，本實(shí)驗(yàn)采用晶體三極管作混頻電路實(shí)驗(yàn)。混頻器主要技術(shù)指標(biāo)有：混頻增益KPc所謂混頻增益KPc是指混頻器輸出的中頻信號(hào)功率Pi與輸入信號(hào)功率Ps之比。噪聲系數(shù)NF混頻器由于處于接收機(jī)電路的前端，對(duì)整機(jī)噪聲性能的影響很大，所以減小混頻器的噪聲系數(shù)是至關(guān)重要的?；祛l失真與干擾混頻器的失真有頻率失真和非線性失真。此外，由于器件的非線性還存在著組合頻率干擾。這些組合頻率干擾往往是伴隨有用信號(hào)而存在的，嚴(yán)重地影響混頻器的正常工作。因此，如何減小失真與干擾是混頻器研究中的一個(gè)重要問(wèn)題。選擇性所謂選擇性是指混頻器選取出有用的中頻信號(hào)而濾除其他干擾信號(hào)的能力。選擇性越好輸出信號(hào)的頻譜純度越高。選擇性主要取決于混頻器輸出端的中頻帶通濾波器的性能。晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)電路如圖2-2所示。本振電壓UL頻率為(10.7MHz)從晶體管的發(fā)射極e輸入，信號(hào)電壓Us(頻率為10.245MHz)從晶體三極管的基極輸入，混頻后的中頻(Fi=FL-Fs)信號(hào)由晶體三極管的集電極輸出。輸出端的帶通濾波器必須調(diào)諧在中頻Fi上，本實(shí)驗(yàn)的中頻為Fi=FL-Fs=10.7MHZz10.245MHz=455KHz。圖2-2晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)電路圖電容C1是隔直電容，滑動(dòng)變阻器RW1和電阻R1,R2是晶體管基極的直流偏置電阻，用來(lái)決定晶體管基極的直流電壓，電阻R3是射極直流負(fù)反應(yīng)電阻，決定了晶體管射極的直流電流Ie。晶體管需要設(shè)置一個(gè)適宜的直流工作點(diǎn)，才能保證混頻器電路正常工作，有一定的電壓增益。通常，適當(dāng)?shù)脑黾泳w管射極的直流電流Ie可以提高晶體管的交流放大倍數(shù)，增大混頻器電路的變頻增益。但I(xiàn)e過(guò)大，混頻電路的噪聲系數(shù)會(huì)急劇增加。對(duì)于混頻器電路，一般控制Ie在0.2-1mA之間。電阻R4是混頻器的負(fù)載電阻。電容C3，C4是混頻器直流電源的去耦電容。同時(shí)混頻電路的電壓增益還和本振信號(hào)的幅度有關(guān)。輸入信號(hào)幅度不變時(shí)，逐漸增加本振信號(hào)的幅度，剛開始由于本振信號(hào)的幅度較小，晶體管的變頻跨導(dǎo)較小，此時(shí)隨著本振信號(hào)幅度的增加，晶體管的變頻跨導(dǎo)也逐漸增加，混頻器的變頻增益逐漸增加。當(dāng)本振信號(hào)幅度到達(dá)一定大小時(shí)，再增加本振信號(hào)的幅度，晶體管工作點(diǎn)的變化更加劇烈，晶體管的變頻跨導(dǎo)就會(huì)逐漸下降，混頻器的變頻增益也逐漸下降，并且混頻器的噪聲系數(shù)會(huì)大大增加。當(dāng)本振信號(hào)的幅度一定時(shí)，隨著輸入信號(hào)幅度的增加，混頻器的變頻增益也會(huì)逐漸下降。要注意的是：混頻器只是實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移而不會(huì)改變?cè)瓉?lái)輸入信號(hào)的波形和頻譜，原來(lái)輸入的是調(diào)頻波那么混頻輸出的還是調(diào)頻波；原來(lái)輸入的是調(diào)幅波那么混頻輸出的還是調(diào)幅波，只是載波的中心頻率發(fā)生了變化。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及分析1、仿真仿真電路圖為：輸入信號(hào)頻率為10.245MHz，本振信號(hào)頻率為10.7MHz，兩者的頻率差為455KHz，仿真觀察輸出信號(hào)的波形?！?〕在仿真過(guò)程中增加射極電流Ie的值，輸出波形如下：增大Ie之后：比照可以發(fā)現(xiàn)，增大Ie之后，增益會(huì)增大，而輸出波形幾乎沒(méi)有變化〔2〕在仿真過(guò)程中增加本振信號(hào)的幅度，輸出波形如下：增大本振信號(hào)幅度后：比照可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)本振信號(hào)幅度增大后，實(shí)際上僅在剛通電的瞬間輸出波形的幅值比原先大，但會(huì)慢慢減小到和原先一樣大，到平穩(wěn)時(shí)增益沒(méi)有變化，波形也一樣?！?〕在仿真過(guò)程中增加輸入信號(hào)的幅度，波形如下：當(dāng)增大輸入信號(hào)幅度后，比照可以發(fā)現(xiàn)，輸出波形的幅值會(huì)增大，即增益增大了，但波形形狀幾乎不變?！?〕輸入信號(hào)換成調(diào)幅波，波形如下：輸入為調(diào)幅波時(shí)，輸出也是調(diào)幅波，波形如下：2、中頻頻率觀測(cè)作為本振信號(hào)接入IN2端，將10.245MHz輸入信號(hào)接入IN1端。調(diào)整本振信號(hào)幅度為500mV，輸入信號(hào)的幅度為200mV和RW1〔晶體管的射極電流在1mA左右〕，此時(shí)用示波器觀測(cè)TP3點(diǎn)，輸出信號(hào)是頻率為455KHz的正弦信號(hào)。然后，調(diào)整微調(diào)電容CV，使輸出信號(hào)幅值最大、失真最小，此時(shí)本振信號(hào)幅值為1Vpp，輸入信號(hào)幅值為400mVpp，輸出信號(hào)幅值為1.16Vpp，455.6kHz。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變輸入信號(hào)源的頻率時(shí)，輸出中頻TP3的波形形狀不變，但是其幅值會(huì)減小。3、混頻的綜合觀測(cè)用高頻信號(hào)源產(chǎn)生中心頻率為10.245MHz的調(diào)幅信號(hào)，接入晶體三極管混頻電路實(shí)驗(yàn)?zāi)KIN1端，由高頻信號(hào)源產(chǎn)生的10.7MHz本振信號(hào)接入IN2端。調(diào)整兩個(gè)信號(hào)的大小和RW1，用示波器觀測(cè)TP3點(diǎn)波形，觀察發(fā)現(xiàn)TP1和TP3兩點(diǎn)波形的包絡(luò)一致，但TP3略有延遲，約30us。4、靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響〔逐步增加射極電流Ie的值〕：VR3〔V〕U0〔V〕增益AVR3=Ie*R3，由表格可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ie增大時(shí)，增益會(huì)變大，而波形的形狀不變。5、本振信號(hào)幅度對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響〔增加本振信號(hào)的幅度〕輸入信號(hào)為400mVpp本振信號(hào)幅值〔mVpp〕U0〔Vpp〕增益A200400600觀察表格可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)本振信號(hào)小于400mVpp時(shí)，增大本振信號(hào)幅值時(shí)，增益變大，而波形形狀不變。而當(dāng)本振信號(hào)大于400mVpp后，增大幅值時(shí)，增益幾乎不變，波形也沒(méi)有變化，最大輸出信號(hào)為1.08Vpp。6、輸入信號(hào)幅度對(duì)混頻器增益和輸出波形的影響?！苍黾虞斎胄盘?hào)的幅度〕，本振信號(hào)為1Vpp輸入信號(hào)幅值mVppU0〔Vpp〕增益A200400600觀察表格得：當(dāng)輸入信號(hào)幅值增大時(shí)，波形形狀不變，輸出波形幅值增大，增大至1.22Vpp后幾乎不變。7、鏡像干擾輸入信號(hào)為10.245MHz時(shí)的輸出波形：輸入信號(hào)為11.155MHz時(shí)的輸出波形：在IN1端輸入11.155MHz的信號(hào)后，依舊有輸出波形，且和輸入為10.245MHz時(shí)完全一樣，說(shuō)明有鏡像干擾。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次晶體三極管混頻實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了之前所學(xué)的理論知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)混頻的原理有了更深的理解，也了