河南理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)-混頻器

高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：混頻器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師評(píng)分：2012年06月13日目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.................................................………………..1二、總體方案…………….…………..1三、設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………...33.1電路工作原理.....................................................................................................33.1.1LC正弦波振蕩器.....................................................................................33.1.2模擬乘法器電路.........................................................................................53.1.3選頻、放大電路.........................................................................................63.2仿真結(jié)果與分析………………….…………...7四、總結(jié)…………………….………..9五、主要參考文獻(xiàn)…………………..10附錄…………………..11一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了《通信根本電路》這一門(mén)課程，為了更好地掌握所學(xué)習(xí)的知識(shí)，特做此課程設(shè)計(jì)以加以穩(wěn)固，同時(shí)學(xué)習(xí)并加深Multisim軟件的使用。本次設(shè)計(jì)是混頻器的設(shè)計(jì)，我們要好好掌握其設(shè)計(jì)原理?；祛l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播送接收機(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)48．5M一870M的圖象信號(hào)要變成38MHZ的中頻圖象信號(hào)。移動(dòng)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(zhuān)業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。本文通過(guò)MC1496構(gòu)成的混頻器來(lái)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻率的轉(zhuǎn)換,變成需要的中頻信號(hào).二、總體方案對(duì)于混頻電路的分析，重點(diǎn)應(yīng)掌握，一是混頻電路的根本組成模型及主要技術(shù)特點(diǎn)，二是混頻電路的根本原理及混頻跨導(dǎo)的計(jì)算方法，三是應(yīng)用電路分析?；祛l電路的根本組成模型及主要技術(shù)特點(diǎn)：混頻，工程上也稱(chēng)變頻，是將信號(hào)的頻率由一個(gè)數(shù)值變成另一個(gè)數(shù)值的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上也是頻譜線性搬移過(guò)程，完成這種功能的電路就稱(chēng)為混頻電路或變頻電路。混頻電路的組成模型及頻譜分析圖1圖1是混頻電路的組成模型，可以看出是由三局部根本單元電路組成。分別是相乘電路、本級(jí)振蕩電路和帶通濾波器(也稱(chēng)選頻網(wǎng)絡(luò))。當(dāng)為接收機(jī)混頻電路時(shí)，其中Us(t)是已調(diào)高頻信號(hào)。Ul(t)是等幅的余弦型信號(hào)，而輸出那么是Ui(t)為中頻信號(hào)。混頻電路的根本原理：圖2中，Us(t)為輸入信號(hào)，Uc(t)為本振信號(hào)。Ui(t)輸出信號(hào)。分析：當(dāng)那么==其中：對(duì)上式進(jìn)行三角函數(shù)的變換那么有：從上式可推出，Up(t)含有兩個(gè)頻率分量和為(ψc+ψS)，差為(ψC-ψS)。假設(shè)選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器那么輸出為．假設(shè)選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器那么輸出：.工程上對(duì)于超外差式接收機(jī)而言，如播送電視接收機(jī)那么有ψc>>ψS．往往混頻器的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波器，那么輸出為差頻信號(hào)，為接收機(jī)的中頻信號(hào)。衡量混頻工作性能重要指標(biāo)是混頻跨導(dǎo)。規(guī)定混頻跨導(dǎo)的計(jì)算公式：混頻跨導(dǎo)g：輸出中頻電流幅度偷入信號(hào)電壓幅度。該電路由LC正弦波振蕩器﹑高頻信號(hào)源﹑模擬乘法器以及選頻放大電路組成。LC正弦波振蕩器產(chǎn)生的10MHz正弦波與高頻信號(hào)源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過(guò)模擬乘法器進(jìn)行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號(hào)，然后通過(guò)選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號(hào)。混頻器電路如圖3所示。圖3混頻器電路圖三、設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1電路工作原理3.1.1LC正弦波振蕩器本次設(shè)計(jì)采用LC電容三點(diǎn)式反應(yīng)電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容將諧振回路的一局部電壓反應(yīng)到基極上，而且也是將LC諧振回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電極相連，所以這種電路叫電容三點(diǎn)式振蕩器。三點(diǎn)式LC振蕩器的相位平衡條件是，在LC諧振回路，，與﹑性質(zhì)相反，當(dāng)﹑為電容，就是電感；當(dāng)﹑為電感，就是電容。在LC三點(diǎn)式振蕩器電路中,如果要產(chǎn)生正弦波，必須滿(mǎn)足振幅平衡條件：即滿(mǎn)足。由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：選取，應(yīng)選用2N2222A三極管。2N2222A是NPN型三極管，屬于低噪聲放大三極管。本電路的三極管采用分壓偏置電路，為了使三極管處于放大狀態(tài)，必須滿(mǎn)足：電流電壓由此可以確定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的輸出信號(hào)頻率=10MHz，電路連接如圖4所示圖4LC正弦波振蕩器R1﹑R2﹑R4組成支流偏置電路，R5是集電極負(fù)載電阻，L2﹑CT﹑C﹑C4構(gòu)成并聯(lián)回路，其中R6用來(lái)改變回路的Q值，C1﹑C3為耦合電容，L1﹑C6﹑C5構(gòu)成了一個(gè)去耦電路，用來(lái)消除電路之間的相互影響。其交流通路如圖5所示。圖5交流通路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，正弦波振蕩器輸出頻率為10MHz，故由此可以大概確定L2﹑C4﹑CT的數(shù)值，再通過(guò)仿真進(jìn)行調(diào)試最終確定其參數(shù)。電路的諧振頻率為，靜態(tài)工作點(diǎn)為，根本符合設(shè)求。3.3.2模擬乘法器電路用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，就是在端和端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，相差一中頻，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器取出中頻信號(hào)，其原理方框圖如圖6所示：通頻帶濾波器通頻帶濾波器圖6混頻原理框圖假設(shè)那么經(jīng)帶通濾波器后，取差頻為所需要的中頻頻率。由MC1496模擬乘法器構(gòu)成的混頻器電路如圖7所示。圖中，LC正弦波振蕩器輸出的10MHz正弦波由10端〔X輸入端〕注入，高頻信號(hào)源輸出的10MHz正弦波由一端〔Y輸入端〕輸入，混頻后的中頻電壓由6端經(jīng)形帶通濾波器輸出，其中C17﹑L11﹑C11﹑C19構(gòu)成一選頻濾波回路，調(diào)節(jié)可變電阻Rp能使1﹑4腳直流電位差為零，可以減小輸出信號(hào)的波形失真，使電路平衡。在2﹑3腳之間加接電阻，可擴(kuò)展輸入信號(hào)的線性范圍。圖7MC1496構(gòu)成的混頻器3.3.3選頻﹑放大電路電路連接如圖8所示，晶體管選2SC945，R1﹑R2﹑Re組成支流偏置電路，L2﹑L3﹑C2﹑R構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，其中R用來(lái)改變回路的Q值，C1為輸入耦合電容，C3為輸出耦合電容，C7位晶體管發(fā)射極旁路電容，L1﹑C4﹑C5構(gòu)成了一個(gè)去耦電路，用來(lái)消除電路之間的相互影響，R1﹑R2提供電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。其中電路的諧振頻率為靜態(tài)工作點(diǎn)為。圖8選頻﹑放大電路3.2仿真結(jié)果與分析根據(jù)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用計(jì)算機(jī)Multisim軟件進(jìn)行了模擬仿真。用示波器觀察LC正弦波振蕩器的輸出，輸出波形如圖9所示。圖9LC正弦波振蕩器輸出波形用示波器觀察混頻器輸出信號(hào)，波形如圖10所示。圖10混頻后的信號(hào)波形圖用示波器觀察模擬乘法器的輸出，輸出波形如圖11所示。圖11模擬乘法器輸出波形LC正弦波振蕩器的輸出頻率應(yīng)為，靜態(tài)工作點(diǎn)；選頻﹑放大大電路輸出頻率應(yīng)為，靜態(tài)工作點(diǎn)。通過(guò)仿真測(cè)試可得LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點(diǎn)；選頻﹑放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點(diǎn)。結(jié)論:有計(jì)算值與仿真值的比擬可得,本設(shè)計(jì)根本完成了設(shè)計(jì)要求，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的波形，仿真值根本滿(mǎn)足要求，說(shuō)明電路各局部均正常工作。美中缺乏的是仿真結(jié)果同理論值仍存在一定的誤差，需要進(jìn)一步改善電路的性能，使電路更加精確和抗干擾能力更強(qiáng)?？偨Y(jié)這次課程設(shè)計(jì)我們按照課程設(shè)計(jì)上的程序以及導(dǎo)師指導(dǎo)下一步一步完成，先復(fù)習(xí)混頻電路的原理，然后選擇電路，計(jì)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(jì)報(bào)告時(shí)我對(duì)混頻的認(rèn)識(shí)只限于根本原理和理論---在通信接受機(jī)中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻〔中頻〕的高頻已調(diào)波信號(hào)。調(diào)幅信號(hào)頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變。正式開(kāi)始設(shè)計(jì)后，在對(duì)電路的實(shí)現(xiàn)中，我先學(xué)習(xí)了Multisim軟件的使用，這個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以仿真各種電路。應(yīng)用過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)這個(gè)軟件確實(shí)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，可以免去直接用硬件做實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的各種麻煩。主要參考文獻(xiàn)1]易躍春.風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀開(kāi)展前景以及市場(chǎng)分析[J].國(guó)際電力，