三極管混頻電路設(shè)計(jì)

1、摘要3第一章 系統(tǒng)分析71.1設(shè)計(jì)課題任務(wù)71.2課題基本原理71.3混頻電路的分類81.4混頻電路的實(shí)際應(yīng)用9第二章 電路圖及原理分析102.1 本地振蕩電路102.2 振蕩器起振條件10第三章 設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇及調(diào)試133.1電路性能分析133.2電路參數(shù)選擇14 3.3設(shè)計(jì)課題的調(diào)試15第四章 結(jié)論17致謝18參考文獻(xiàn)19附錄20第一章 系統(tǒng)分析1.1設(shè)計(jì)課題任務(wù)設(shè)計(jì)一個三極管混頻器。要求中心頻率為10MHz, 本振頻率為16.455MHz。1.2基本原理混頻電路是一種頻率變換電路，是時變參量線性電路的一種典型應(yīng)用。如一個振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較

2、小的外來信號同時加到作為時變參量線性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號的差頻或和頻，完成變頻作用。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，也就是說它是一個線性頻率譜搬電路，對于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過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調(diào)幅波以下是調(diào)幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖：圖1.2調(diào)幅波變頻波形圖調(diào)幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了倆個信號載頻為1.76MHZ的調(diào)幅波Vs（輸入信號）和頻率為2.1656.465MHZ的等幅波Vo(本振信號)，經(jīng)過變頻后

3、，輸出為465KHz的中頻調(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，即載沒振幅的包絡(luò)形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同。下面我們來研究變頻是頻譜的變化，從示意圖我們可以看出經(jīng)過混頻，高頻已調(diào)波變成中頻已調(diào)波，只是把已調(diào)波的頻譜從高頻率位置到了中頻率位置，輸入信號中每個頻率分量的位置及相對大小、相互間距不發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)注意高頻率已調(diào)波的上、下邊頻搬到中頻位置后，分別成了下、上邊頻。圖1.3變頻前后的頻譜圖1.3混頻電路的分類混頻電路是基于某些器件的非線性遠(yuǎn)離工作的，其核心部件就是非線性元件。根據(jù)所用器件不同，混頻器主要有：1） 晶體管混頻器；2） 二極管混頻器；3） 場效應(yīng)管

4、混頻器；4） 差分對混頻器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分有：1） 單管混頻器；2） 平衡混頻器；3） 環(huán)形混頻器。1.4混頻電路的實(shí)際應(yīng)用 超處差式接收機(jī)的主要特點(diǎn)是，把被接收的已調(diào)波信號的載波的頻率c先變?yōu)轭l率較低的（或較高的）但是固定不變的中間頻率i（稱為中頻），而其振幅的變化規(guī)律保持不變，即是由低頻調(diào)制信號來決定，然后利用中頻放大器加以放大送至檢波器進(jìn)行檢波。解調(diào)出與調(diào)制信號U(t) 線性關(guān)系的輸出電壓。隨后通過低頻電壓放大、功率放大、由揚(yáng)聲器還原為原來的聲音，因?yàn)橹蓄l放大器的中心頻率是固定不變的，中頻放大器容易取得較大的增益和近似理想的選擇性曲線。而接收器的主要放大倍數(shù)由中頻放大承擔(dān)所以整機(jī)增益在接

5、收頻率范圍內(nèi)，高端和底端的差別就會很小，即易于獲得較高的靈敏度和臨道選擇性。對于調(diào)諧來說需要對混頻器的選頻輸入回路和本機(jī)振蕩器進(jìn)行同步調(diào)諧，這是容易實(shí)現(xiàn)的。 第二章 電路圖及原理分析1.1本地振蕩電路 本地振蕩器是本設(shè)計(jì)電路的重要部分，同時也是超外差式接收機(jī)的主要部分。其主要作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產(chǎn)生的正弦高頻信號與輸入的高頻調(diào)幅信號相乘得到+、-的信號，其中為正弦信號頻率，為調(diào)幅信號頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號-。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個和調(diào)幅信號相乘的高頻信號，通過信號相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，

6、故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。1.2振蕩器起振條件 正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負(fù)阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當(dāng)正反饋?zhàn)銐虼髸r，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負(fù)阻式振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負(fù)阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。本設(shè)計(jì)中用的是反饋式振蕩器，圖1.1所示即為LC三點(diǎn)式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學(xué)習(xí)知道，三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成法則是：與的符號相同，與的符號則相反。凡是違反這一準(zhǔn)則的電路不能產(chǎn)生振蕩。圖 1.1本振電路原理圖1.2石

7、英晶振工作原理我們知道由LC構(gòu)成的振蕩器，它們的日頻率穩(wěn)定度大約為的數(shù)量級。即使采用了一系列穩(wěn)頻措施，一般也難以獲得比更高的頻率穩(wěn)定度。但是，實(shí)際情況往往需要更高的頻率穩(wěn)定度。例如本文的本振電路由于它的穩(wěn)定性直接決定了輸出中頻信號的穩(wěn)定度，因此其頻率穩(wěn)定度就要求。顯然，普通的LC振蕩器是不可能滿足上述要求的。為此本設(shè)計(jì)電路采用了石英晶體振蕩器。石英晶體的物理化學(xué)性能都十分穩(wěn)定，因此它的等效諧振回路有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。其等效電路如圖1.2所示，晶體的參數(shù)很大、很小、也不大。因此，晶體的Q値可高達(dá)數(shù)百萬數(shù)量級。又由于所以石英晶體工作時，在串并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線，

8、因而對頻率變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。 本課程設(shè)計(jì)-晶體三極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路如圖 圖 1.2晶體三極管混頻器實(shí)驗(yàn)電路 本次課設(shè)所使用的石英晶體振蕩電路，由圖中可以看出是石英晶體并聯(lián)型振蕩電路，在電路中石英晶振顯感性，晶體管發(fā)射極和電容C3、C4相連其阻抗性質(zhì)相同，同為容性；集電極和C3、晶振相連，而晶振又顯感性所以阻抗性質(zhì)相反；基極和C4、晶振相連同理其阻抗性質(zhì)也是相反的，故此振蕩器滿足振蕩條件，其類似于考畢茲振蕩電路。振蕩頻率公式為： 查閱石英晶體資料得11MHZ振蕩時其等效電感，當(dāng)電容選取為50pF時其振蕩頻率為： 電路中其它主要器件的參數(shù)如下為基極偏置電阻，用來給給三極管確定一個合適的靜態(tài)

9、工作點(diǎn)，C1=1uF為基極耦合電容，L1=10mH為扼流圈，防止突變對三極管造成損害，用來限制射極電流，C2=1uF為旁路電容C5=1uF為電源和地的去耦電容。由于石英晶體是本電路的核心部件，因此在選用晶振時要注意以下幾點(diǎn)： 石英晶體的激勵電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。過高的激勵功率會使石英晶體內(nèi)部溫度升高，損壞石英。 在并聯(lián)晶體振蕩器中，石英晶體起等效電感作用，若作為容抗，則在石英晶片失效時，石英振蕩器的支架電容還存在，線路仍有可能滿足振蕩條件而振蕩，石英晶體振蕩器就失了作用。 第三章 設(shè)計(jì)課題的參數(shù)選擇3.1電路性能分析由以上分析知在設(shè)計(jì)電路時須注意變頻跨導(dǎo)與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系線。只有把握好這

10、一關(guān)系，設(shè)計(jì)出來的電路才能滿足我們的設(shè)計(jì)要求。本文混頻電路所采用的晶體三極管是2N3904，根據(jù)其變頻跨導(dǎo)與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系曲線設(shè)計(jì)電路。 其中V2為11MHZ的本振信號，V1為10.535MHZ的調(diào)幅輸入信號現(xiàn)對其參數(shù)做一簡單推導(dǎo)， 設(shè) 則二式相乘得 經(jīng)過中頻濾波后為 此信號的載波頻率為，即我們所需要的中頻信號，其實(shí)際輸出波形的頻率為465470MHZ的信號，振幅為0.835V左右，與理論值8.12mV不符，這主要是因?yàn)橹蓄l濾波網(wǎng)絡(luò)的放大以及變壓器的升壓作用的結(jié)果。電路中其它一些重要的參數(shù)如下：電路圖中AM用來代表接收到的調(diào)幅波，V2代表前面本振電路產(chǎn)生的振蕩信號，C8=10pF,C

11、9=2.2pF為輸入信號耦合電容，、為基極偏置電阻，為射極限流電阻，C5=1500pF為旁路電容。 另外在實(shí)際應(yīng)用中變頻器是存在干擾的，如果沒有采取有效地措施來抑制干擾，它會給從電路帶來大量諧波信號嚴(yán)重時會使整個電路無法工作，因此應(yīng)注意以下幾個問題： 正確選擇中頻數(shù)值。當(dāng)輸出頻率確定后，在一個頻段內(nèi)的干擾點(diǎn)就確定了，合理的選擇中頻頻率，可大大減少組合頻率干擾的點(diǎn)數(shù)，并將階數(shù)較低的干擾排除掉。 正確選擇變頻器的工作狀態(tài)，減少組合頻率分量。應(yīng)使的諧波分量盡可能的減少，使電路接近乘法器。 采用合理的電路形式。如平衡電路、環(huán)形電路、乘法器等，從電路上抵消一些組合分量。3.2電路參數(shù)選擇晶體管的原理電路

12、如圖所示，圖中，本振電壓和信號電壓都加在 晶體管的基極與發(fā)射極之間，在混頻過程中，跨導(dǎo)隨本振電壓做周期變換，混頻管可看成線性參變組件。當(dāng)高頻信號通過線性參變組件時，便產(chǎn)生各種頻率分量，達(dá)到變頻目的。 圖3.1 晶體管原理電路 晶體管混頻器的電路有多種形式。一般按照晶體管組態(tài)和本地振蕩電壓注入點(diǎn)的不同有圖4所示的四種基本電路。圖中（a）和（b）為共發(fā)混頻電路。圖（a）信號電壓由基極輸入，本振電壓也由基極注入。圖（b）表示信號電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）和（d）為共基混頻電路。圖（c）表示信號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓也由發(fā)射極注入。圖（d）表示信

13、號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓由基極注入。這四種電路組態(tài)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。圖3.2晶體管混頻器的電路4種形式 圖（a）電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸入阻抗較大，因此用做混頻時，本地振蕩電路比較容易起振，需要的本振注入功率也較小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是因?yàn)樾盘栞斎腚娐放c振蕩電路相互影響較大（直接耦合），可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。這是它的缺點(diǎn)。當(dāng)s與0的相對頻差不大時，牽引現(xiàn)象比較嚴(yán)重，不宜采用此種電路。圖（b）電路的輸入信號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，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但需要較大的本

14、振注入功率；不過通常所須功率也只有幾十mW，本振電路是完全可以供給的。因此，這種電路應(yīng)用較多。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，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時（幾十MHz），因?yàn)楣不娐返谋裙舶l(fā)電路的要大很多，所以變頻增益較大。因此在較高頻率工作時也有采用這種電路的。3.3 設(shè)計(jì)課題的調(diào)試 混頻器的各種非線性干擾是很重要的問題，并且在討論各種混頻器時，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)之一非線性干擾中很重要的一類就是組合頻率干擾和副道波干擾。這類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

15、。干擾的解決辦法：1：選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外, 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)入混頻電路的外來干擾, 這樣可減小交調(diào)干擾和互調(diào)干擾。對于鏡頻可采用陷波電路將它濾掉。 3：采用具有平方律特性的場效應(yīng)管、 模擬乘法器或利用平衡抵消原理組成的平衡混頻電路或環(huán)形混頻電路, 可以大大減少無用組合頻率分量的數(shù)目, 尤其是靠近有用頻譜的無用組合頻率分量, 從而降低了各種組合頻率干擾產(chǎn)生的可能性。 在本課程設(shè)計(jì)中，高頻干擾由LC諧振網(wǎng)絡(luò)及RC有源濾波器共同完成，故效果較好。濾波器由RC網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放組成，具有高輸入阻抗低輸出阻抗的特點(diǎn)，具有緩

16、沖作用。在設(shè)計(jì)過程中取f0為6.455MHz, 通帶增益1，帶寬500kHz. 根據(jù)公式：取， 則：3.1 3.2 3.3 3.4由于本實(shí)驗(yàn)的目的是演練二階有源濾波器的設(shè)計(jì)，電路中采用理想元件。實(shí)際電路中可采用精密可調(diào)元件代替。第4章 結(jié)論 本次的課程設(shè)計(jì)讓我知道了團(tuán)隊(duì)合作的總要性，我們在一起討論，取長補(bǔ)短，學(xué)到了不少的知識。經(jīng)過大家的共同努力把課程設(shè)計(jì)的實(shí)物給做出來，雖然做的不是很完美，但也是我們勞動的成果?？赡軙泻芏嗟娜秉c(diǎn)，但是我們以后會改進(jìn)的。從畫圖到焊接我都得到許多鍛煉，一次次的焊接也逐漸熟練起來，自己也很開心，畢竟自己在進(jìn)步。雖然比起焊的好的同學(xué)還有差距，但至少比前一次好的多。由于

17、實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的關(guān)系，不足之處望加以批評指正，以便提高和完善。 雖然這次程設(shè)計(jì)很快就過去啦，但這次對于我來說意義是不同的，真的讓我學(xué)到了不少的東西，當(dāng)然這次對于我來說也是非常痛苦的。因?yàn)槿绻粋€事情沒有完成的話，我會無法靜下心來去做另一件事。但這次的課程設(shè)計(jì)卻不是那么輕而易舉可以完成的。所以我必須花全部的精力完成它。不過這也算是我的一個優(yōu)點(diǎn)了，什么事情都是盡全力去完成。我想在以后的工作中它一定會對我有很大的幫助的。設(shè)計(jì)終于能上句號，首先要感謝謝我的指導(dǎo)老師張松華老師，她不僅在學(xué)術(shù)上予以指導(dǎo)，制定課程設(shè)計(jì)課題，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我能一直有堅(jiān)定的信心和飽滿的熱情來完成我的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中

18、遇到很多問題賈老師總是引導(dǎo)我去尋找引發(fā)問題的的原因并提出解決的問題額方法。還要感謝所有幫助過的同學(xué)。因?yàn)橛辛怂麄兊膸椭?，我才能更好的完成任?wù)。致 謝 設(shè)計(jì)終于能上句號，首先要感謝謝我的指導(dǎo)老師*老師，她不僅在學(xué)術(shù)上予以指導(dǎo)，制定課程設(shè)計(jì)課題，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我能一直有堅(jiān)定的信心和飽滿的熱情來完成我的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中遇到很多問題賈老師總是引導(dǎo)我去尋找引發(fā)問題的的原因并提出解決的問題額方法。還要感謝所有幫助過的同學(xué)。因?yàn)橛辛怂麄兊膸椭?，我才能更好的完成任?wù)。在此，祝老師工作順利，身體健康，家庭幸福。祝同學(xué)們學(xué)業(yè)有成，心想事成。參考文獻(xiàn)1曹才開.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黃智偉.基于Multisim 2001的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析.2004年7月，第1版.電子工業(yè)出版社3曹才開.