通信電子線路課程設(shè)計(jì)三極管混頻器說(shuō)明書(shū)

1、 通信電子線路課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 三極管混頻器 系 、 部： 電氣與信息工程系 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子0902班 完成時(shí)間： 2011.12.2 摘 要混頻器在通信工程和無(wú)線電技術(shù)中，應(yīng)用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號(hào)都要經(jīng)過(guò)頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號(hào)。在解調(diào)過(guò)程中，接收的已調(diào)高頻信號(hào)也要經(jīng)過(guò)頻率的轉(zhuǎn)換，變成對(duì)應(yīng)的中頻信號(hào)。特別是在超外差式接收機(jī)中，混頻器應(yīng)用較為廣泛，如am 廣播接收機(jī)將已調(diào)幅信號(hào)535khz-一1605khz要變成為465khz中頻信號(hào)，電視接收機(jī)將已調(diào)485m一870m 的圖象信號(hào)要變成38mhz的中頻圖象信號(hào)。移動(dòng)

2、通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級(jí)式發(fā)射機(jī)。用一個(gè)頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)頻率的加、減、乘、除運(yùn)算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機(jī)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(jiàn)，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無(wú)線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。人們一直都在尋求快速遠(yuǎn)距離通信的手段。但是，直到十八世紀(jì)中葉才有了現(xiàn)代意義上的快速遠(yuǎn)距離通訊手段，這歸功于無(wú)線電的發(fā)明。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，通信的方式和內(nèi)容不斷更新發(fā)展，從最初的莫爾斯電碼到現(xiàn)在的衛(wèi)星通訊，現(xiàn)代通訊技術(shù)正成為人們?nèi)粘?/p>

3、生活中越來(lái)越重要的角色。作為無(wú)線傳輸體系中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，混頻技術(shù)，如晶體管混頻，二極管混頻以及場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管混頻等，被廣泛應(yīng)用于各種通訊設(shè)備中， 實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的搬移?；祛l的用途是廣泛的，它一般用在接收機(jī)的前端。除了在各類超外差接收機(jī)中應(yīng)用外在頻率合成器中為了產(chǎn)生各波道的載波振蕩，也需要用混頻器來(lái)進(jìn)行頻率變換及組合在多電路微波通信中，微波中繼站的接收機(jī)把微波頻率變換為中頻，在中頻上進(jìn)行放大，取得足夠的增益后，在利用混頻器把次中頻變換為微波頻率，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站此外，在測(cè)量?jī)x器中如外差頻率計(jì)，微伏計(jì)等也都采用混頻器。因此，做有關(guān)混頻電路的課題設(shè)計(jì)很能檢驗(yàn)對(duì)高頻電子線路的掌握程度；通過(guò)混頻器設(shè)計(jì)，可以

4、鞏固已學(xué)的高頻理論知識(shí)。此外為輔助電路，此次的課程設(shè)計(jì)還應(yīng)用了lc諧振回路以及rc二階有源濾波器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的有效抑制。關(guān)鍵詞： 混頻器；超外差接收機(jī)；有源濾波器目錄1、三極管混頻器設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求說(shuō)明及總體方案介紹1 1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)1 1.2 功能要求說(shuō)明1 1.3 三極管混頻器工作原理說(shuō)明及總體方案介紹12、三極管混頻器的仿真分析62.1 三極管混頻器的參數(shù)選擇62.2 三極管混頻器的仿真調(diào)試82.3 三極管混頻器的仿真結(jié)果113、三極管混頻器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)122.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡(jiǎn)要介紹122.2 電路原理圖、pcb圖各1份122.3 元器件清單134、設(shè)計(jì)結(jié)論、誤差

5、分析143.1 三極管混頻器的設(shè)計(jì)結(jié)論及使用說(shuō)明143.2 三極管混頻器的硬件調(diào)試143.3 三極管混頻器的誤差分析143.4 設(shè)計(jì)體會(huì)及收獲15參考文獻(xiàn)16致謝 17附錄18 1、三極管混頻器設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求說(shuō)明及總體方案介紹1.1課題設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)三極管混頻器1.2 功能要求說(shuō)明 要求中心頻率為10mhz,本振頻率為16.455mhz1.3設(shè)計(jì)課題工作原理說(shuō)明及總體方案介紹1.3.1混頻電路工作原理混頻電路是一種頻率變換電路，是時(shí)變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個(gè)振幅較大的振蕩電壓與幅度較小的外來(lái)信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號(hào)的差頻或和頻，完成變頻

6、作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說(shuō)它是一個(gè)線性頻率譜搬電路，對(duì)于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過(guò)變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其調(diào)制規(guī)律是不變的。非線性器件帶通濾波器本地振蕩器輸入輸出圖1.1 混頻電路原理圖從頻譜的觀點(diǎn)來(lái)看，混頻的作用就是將已調(diào)波的頻譜不失真地從高頻搬移到中頻上來(lái)?；祛l電路是一種典型的頻譜搬移電路，可以用相乘器和帶通濾波器實(shí)現(xiàn)?；祛l電路的基本組成如下：圖1.2 混頻電路基本組成輸入信號(hào)為調(diào)幅波，本振信號(hào)為，則相乘器輸出信號(hào)為=0.5則中頻輸出信號(hào)為=0.5 以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜

7、原理圖： 圖1.3 混頻器頻譜原理圖調(diào)幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了兩個(gè)信號(hào)vs（輸入信號(hào)）和波vl(本振信號(hào))，經(jīng)過(guò)變頻后，輸出中頻調(diào)波vi。輸出的中頻調(diào)幅波與輸入的高頻調(diào)幅波調(diào)幅規(guī)律完全相同，即載沒(méi)振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同，所以混頻器實(shí)現(xiàn)的是頻譜的線性搬移。如下圖所示： 圖1.4 混頻器的頻譜搬移圖1.3.2三極管混頻器工作原理晶體三極管混頻器的原理性電路如圖1.5所示，在發(fā)射結(jié)上作用有三個(gè)電壓，即直流偏置電壓vbb信號(hào)電壓us和本振電壓ul 。為了減小非線性器件產(chǎn)生的不需要分量，一般情況下，選用本振電壓振幅ulm usm，也就是本振電壓為大信號(hào)，而輸入信號(hào)電壓為小信

8、號(hào)。在一個(gè)大信號(hào)ul 和一個(gè)小信號(hào)us 同時(shí)作用于非線性器件時(shí)，晶體管可近似看成小信號(hào)的工作點(diǎn)隨大信號(hào)變化而變化的線性元件，如圖1.6所示。t1時(shí)刻，在偏壓vbb和本振電壓ul的共同作用下，它的工作點(diǎn)在a點(diǎn)，此時(shí)us較小。因此，對(duì)us 而言，晶體管可以被近似看成工作于線性狀態(tài)。在另一時(shí)刻t2，對(duì)于us 而言，由于偏壓和本振電壓的作用，工作點(diǎn)移到b點(diǎn)，這時(shí)對(duì)us 仍可看成工作于線性狀態(tài)。雖然兩個(gè)時(shí)刻均工作于線性狀態(tài)，但工作點(diǎn)不同，這兩個(gè)時(shí)刻的線性參數(shù)就不一樣。因?yàn)閡s 的工作點(diǎn)隨ul 的變化而變化，所以線性參量也就隨著ul 變化而變化，可見(jiàn)線性參量是隨時(shí)間變化的，這種隨時(shí)間變化的參量稱為時(shí)變參量

9、。這樣的電路稱為線性時(shí)變電路。應(yīng)當(dāng)注意，雖然這種線性時(shí)變電路是由非線性器件組成。但對(duì)于小信號(hào)us來(lái)說(shuō)，它工作于線性狀態(tài)，因此，當(dāng)有多個(gè)小信號(hào)同時(shí)作用于此種電路的輸入端時(shí)，可以應(yīng)用疊加原理。圖1.5 三極管混頻器的原理電路 圖1.6三極管特性圖1.3.3 總體方案介紹晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式 圖1.7 晶體管混頻器原理電路圖(a)電路對(duì)振蕩電壓來(lái)說(shuō)是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時(shí)所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點(diǎn)。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點(diǎn)。 圖(b)電路的輸入信號(hào)與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時(shí)，對(duì)于本振電壓

10、來(lái)說(shuō)是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過(guò)激勵(lì)，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時(shí)，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時(shí)一般都不采用。但在較高的頻率工作時(shí)，因?yàn)楣不娐返慕刂诡l率fa比共發(fā)電路的fb要大很多，所以變頻增益較大。根據(jù)以上分析，確定電路圖如下：圖1.8 設(shè)計(jì)電路原理圖由以上對(duì)混頻電路的分析，可得設(shè)計(jì)此電路的關(guān)鍵就是找到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)和正確的選頻網(wǎng)絡(luò)。為選取正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)計(jì)直流通路如下 圖1.9 直流通路選頻網(wǎng)絡(luò)即交流通路如下 圖1.10 交流通路2、三極管混頻器的仿真分析2.1 三極管混頻器的參數(shù)選擇（1）

11、.靜態(tài)工作點(diǎn)的選取由模電知識(shí)我們可以知道，工程上一般取vbq=(3-5)v,ir1=(5-10)ibq,這就要求偏置電阻應(yīng)滿足（1+）r410rb,rb為r1,r2的并聯(lián)值，本電路的直流電壓為12v，取r1為80k，為使vbq=（3-5）v,可取r2為40k，r4為5k，r3可選用滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。最后得到直流通路如下圖2.1靜態(tài)工作點(diǎn)選取電路（2）選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置，取電容為60pf,可求得電感為10uh。得選頻網(wǎng)絡(luò)如下：圖2.2 選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇電路（3）總電路圖圖2.3 三極管混頻器總電路2.2 三極管混頻器的仿真調(diào)試在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變r(jià)3的阻值可改變靜態(tài)工作點(diǎn)，合適的靜態(tài)工作

12、點(diǎn)可使輸出波形穩(wěn)定，不失真，下面為r3在不同的阻值下的波形： 圖2.3 r4=0k時(shí)的仿真結(jié)果 圖2.4 r4=3k時(shí)的仿真結(jié)果圖2.5 r4=10k時(shí)的仿真結(jié)果結(jié)論：通過(guò)仿真調(diào)試，可得到當(dāng)r4在10k時(shí)頻率比較穩(wěn)定，波形失真較小2.3 三極管混頻器的仿真結(jié)果圖2.6 三極管混頻器仿真結(jié)果通過(guò)仿真調(diào)試，得到輸出混頻信號(hào)頻率在6.455mhz左右波動(dòng)，符合設(shè)計(jì)要求3、三極管混頻器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 硬件系統(tǒng)各模塊功能簡(jiǎn)要介紹硬件設(shè)計(jì)如附錄中所示所示1.入1：輸入前級(jí)調(diào)幅波信號(hào)2.入2：輸入本振信號(hào)3.出：輸出混頻后的信號(hào)4.電源為12v直流電壓源2.2 電路原理圖、pcb圖各1份圖3.1 三極

13、管混頻器原理圖3.2三極管混頻器pcb圖2.3 元器件清單表1 元器件清單4、設(shè)計(jì)結(jié)論、誤差分析3.1 三極管混頻器的設(shè)計(jì)結(jié)論及使用說(shuō)明3.1.1設(shè)計(jì)結(jié)論通過(guò)軟件和硬件的調(diào)試，當(dāng)中心頻率10mhz,本振頻率16.455mhz時(shí)，輸出頻率在6.455mhz附近波動(dòng)，可以起到混頻的作用3.1.2 使用說(shuō)明混頻器上標(biāo)有輸入信號(hào)入口“入1”和“入2”，在“入1”上接入前一級(jí)輸出的調(diào)幅波信號(hào)，“入2”上接入本振信號(hào)，在標(biāo)有“出”的出口處即可得到混頻后的中頻信號(hào)，輸入電壓為12v。3.2 三極管混頻器的硬件調(diào)試 在輸入口接入中心頻率和本振頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，即可輸出較穩(wěn)定的混頻信號(hào)。3.3 三極管混

14、頻器的誤差分析 混頻器的各種非線性干擾是很重要的問(wèn)題，并且在討論各種混頻器時(shí)，把非線性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。1：選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號(hào)頻段之外, 可以避免中頻干擾和最強(qiáng)的干擾哨聲2：提高混頻電路之前選頻網(wǎng)絡(luò)的選擇性, 減少進(jìn)入混頻電路的外來(lái)干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。3.4設(shè)計(jì)體會(huì)及收獲課程設(shè)計(jì)很快就過(guò)去了，開(kāi)始的時(shí)候，思路不是很清晰，不知道該如何開(kāi)始設(shè)計(jì)。隨后通過(guò)復(fù)習(xí)教材，上網(wǎng)搜索，到圖書(shū)館查閱資料，終于有了一些清晰的想法。確定下了基本的設(shè)計(jì)方案。但是在設(shè)計(jì)的時(shí)候又出現(xiàn)了很多問(wèn)題。問(wèn)題的出現(xiàn)都是由于課本的基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不夠牢固，理解的不夠深刻，對(duì)

15、于實(shí)際應(yīng)用中的電路和理論上研究的電路之間的差異缺乏認(rèn)識(shí)。而到仿真的時(shí)候，對(duì)于仿真軟件的應(yīng)用又出了問(wèn)題。最后，通過(guò)請(qǐng)教同學(xué)，以及自己認(rèn)真的閱讀和思考教材和參考資料，問(wèn)題得到了解決。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。首先，對(duì)于以往所學(xué)的知識(shí)是一個(gè)檢驗(yàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)電路，既復(fù)習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，又學(xué)習(xí)了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過(guò)實(shí)際的檢驗(yàn)是沒(méi)有什么說(shuō)服力的。而設(shè)計(jì)正是理論與實(shí)踐 的結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我對(duì)所學(xué)課程的應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)。最重要的是得到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，提高了我對(duì)本專業(yè)的興趣，讓我在以后的學(xué)習(xí)中更加努力。參考文獻(xiàn)1曹才開(kāi).高頻電子線路原理與實(shí)踐.2010年6月.第1版.中南大學(xué)出版社2謝自美.電子線路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試.第二版.華中科技大學(xué).2010年3康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第五版.華中科技大學(xué)出版社.2005.7致謝設(shè)計(jì)終于能上句號(hào)，首先要感謝謝我的指導(dǎo)