高頻電子線路課程設計---三極管混頻器

1、<p>　　高頻電子線路課程設計說明書</p><p><b>　　三極管混頻器</b></p><p>　　系 、 部：電氣與信息工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱 </p><p&

2、gt;　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p>　　完成時間：2012年12月10日 </p><p><b>　　摘 要 </b>&l

3、t;/p><p>　　混頻，又稱變頻，也是一種頻譜的線性搬移過程，它是使信號自某一個頻率變換成另一個頻率。完成這種功能的電路稱為混頻器?；祛l技術的應用十分廣泛。混頻器是超外差式收音機中的關鍵部件。直放式接收機高頻小信號檢波，工作頻率變化范圍大時，工作頻率對高頻通道的影響比較大，靈敏度較低。采用超外差技術后，將接收信號混頻到一固定中頻，放大量基本不受接收頻率的影響，這樣，頻段內信號的放大一致性好，靈敏度可以做得很高，選

4、擇性也較好。因為放大功能主要在中放，可以用良好的濾波電路。采用超外差接收后，調整方便，放大量、選擇性主要由中頻部分決定，且中頻較高頻信號的頻率低，性能指標容易得到滿足?；祛l器在一些發(fā)射設備中也是必不可少的。在頻分多址信號的合成、微波接力通信、衛(wèi)星通信等系統中也有其重要的地位。此外，混頻器也是許多電子設備、測量儀器的重要組成部分。</p><p>　　關鍵詞：信號；頻率；混頻器</p><p&g

5、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Frequency mixing, say again, is also a kind of variable frequency spectrum of linear moving process, it is to make the signal from a certain frequency conversion to a

6、nother frequency. Complete the functions of the circuit is called the mixer. Mixing technique used widely. The mixer is the superheterodyne key component. Straight put type small signal detection, high-frequency receiv

7、ers working frequency variation range, the working frequency of high-frequency channels of influence is bigger</p><p>　　Key words ; signal；frequency；mixer</p><p><b>　　目 錄</b><

8、;/p><p>　　1、 系統分析 ·························· 4</p><p>　　1、1 混頻器工作原

9、理及系統框圖 ··················4</p><p>　　1、2 混頻電路的實際應用 ···········&

10、#183;·········6</p><p>　　2、 主要部分電路圖及原理分析 ···················8</p

11、><p>　　2、1本地振蕩電路 ························ 8</p><p>　　2、1、1 振蕩器起振條件··

12、;··················· 8 </p><p>　　2、1、2電路參數選擇及性能分析 ··········&

13、#183;······9</p><p>　　2、2 變頻電路 ························&#

14、183;· 11</p><p>　　2、2、1 混頻原理 ························ 12</p><p>　　2、2

15、、2 電路參數選擇及性能分析 ················· 13</p><p>　　2、3 中頻濾波網絡 ···········

16、;············· 13</p><p>　　3、仿真及結果 ··················

17、;········ 15 心得體會 ···························

18、··18</p><p>　　參考文獻 ·····························19&l

19、t;/p><p>　　致謝 ·······························20</p&g

20、t;<p>　　附圖1 總電路圖 ··························21</p><p><b>　　1 系統分析

21、</b></p><p>　　1、1混頻器工作原理及系統框圖</p><p>　　一個實際應用中調幅收音機的混頻器電路的主要功能是使信號自某一個頻率變換成另外一個頻率，實際上是一種頻譜線性搬移電路。它能將高頻載波信號或已調波信號進行頻率 將其變換為某一特定固定頻率的信號。而變換后的信號，它的頻譜內部結構和調制類型保持不變，改變的僅僅是信號的載波頻率?；祛l電路的類型較多，常用的有

22、模擬相乘混頻器、二極管平衡混頻器、環(huán)型混頻器、三極管混頻器等。其中三極管混頻器最為常用，其工作原理圖如圖1.1：</p><p>　　圖 1.1 系統原理圖</p><p>　　從圖中可以看出混頻電路主要有三大部分組成：本地振蕩器、晶體管變頻器電路和中頻濾波網絡，各個部分獨立工作。本地振蕩器產生穩(wěn)定的振蕩信號（設其頻率為）通過晶體管混頻電路和輸入的高頻調幅波信號（設其頻率為），由于晶體管的

23、非線性特性，兩個信號混合后會產生、頻率的信號，然后通過中頻濾波網絡，取出頻率的信號，調節(jié)好、的大小使其差為中頻頻率，即所需要的中頻信號。</p><p>　　以下是調幅波頻率形圖和混頻前后的頻譜原理圖：</p><p>　　調幅波的混頻示意圖中，混頻器上加了倆個信號－載頻為1.7~6的調幅波Vs（輸入信號）和頻率為2..165~16.465的等幅波Vo(本振信號)，經過變頻后，輸出為的中頻

24、調波Vi。輸出的中頻調幅波與輸入的高頻調幅波調幅規(guī)律完全相同，即載沒振幅的包絡形狀完全相同，唯一差別就是頻率不同。</p><p>　　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過混頻，高頻已調波變成中頻已調波，只是把已調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，當應注意高頻率已調波的上、下邊頻搬到中頻位置后，分別成了下、上邊頻。</p>

25、;<p>　　1、2 混頻電路的實際應用</p><p>　　超處差式接收機的主要特點是，把被接收的已調波信號的載波的頻率先變?yōu)轭l率較低的（或較高的）但是固定不變的中間頻率（稱為中頻），而其振幅的變化規(guī)律保持不變，即是由低頻調制信號Ω來決定，然后利用中頻放大器加以放大送至檢波器進行檢波。解調出與調制信號 線性關系的輸出電壓。隨后通過低頻電壓放大、功率放大、由揚聲器還原為原來的聲音，因為中頻放大器的中

26、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由中頻放大承擔所以整機增益在接收頻率范圍內，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。對于調諧來說需要對混頻器的選頻輸入回路和本機振蕩器進行同步調諧，這是容易實現的。</p><p>　　2主要部分電路圖及原理分析 </p><p>　　2、1 本地振蕩電路</

27、p><p>　　本地振蕩器是本設計電路的重要部分，同時也是超外差式接收機的主要部分。其主要作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產生的正弦高頻信號與輸入的高頻調幅信號相乘得到、的信號，其中為正弦信號頻率，為調幅信號頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號。即本地振蕩器主要是產生一個和調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，故這里采用高

28、穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。</p><p>　　2、1、1 振蕩器起振條件</p><p>　　正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產生振蕩，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。負阻式振蕩器則是將一個呈現負阻性的有源器件直接與諧振電路相

29、接，產生振蕩。本設計中用的是反饋式振蕩器，圖2.1所示即為LC三點式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學習知道，三點式振蕩器的構成法則是：與的符號相同，與的符號則相反。凡是違反這一準則的電路不能產生振蕩。</p><p>　　圖 2.1.1本振電路原理圖</p><p>　　2.1.2電路參數選擇及性能分析 </p><p>　　圖2.1.2 本地振蕩電路

30、圖</p><p>　　圖2.1.3 本地振蕩交流等效圖</p><p>　　圖2.1.2是本次課程設計的本地振蕩電路，為克拉潑式振蕩電路，由圖可以看出來，其電路是并聯式LC振蕩電路，其交流等效電路如圖2.1.3所示，由圖可知，晶體管發(fā)射機與,相連其阻抗都為容性；集電極與和、的串聯一同相連，因為的電感值比較大，所以可看作集電極與極性相異的元件相連；同理可知，基極相連的也與不同極性的元件相連

31、。因此，該電路滿足起振條件，其類似與考畢茲電路，振蕩公式為：</p><p>　　··············2.1.1</p><p>　　·········&

32、#183;············2.1.2</p><p><b>　　取、、、時，</b></p><p>　　電路中其他主要元器件參數：,為基極偏置電阻，為三極管提供合適的的靜態(tài)工作點，為基極耦合電容，為限制射級電流，為旁路電容。</p&

33、gt;<p>　　圖2.1.4 中心頻率產生電路</p><p>　　圖2.1.5 中心頻率產生電路交流通路</p><p>　　中心頻率有圖2.1.4電路產生，其電路采用的是西勒振蕩器方案，其交流通路如圖2.1.5所示。其特點是在回路電感兩端并聯了一個可變電容，而為固定電容?；芈返刃щ娙轂椋?lt;/p><p>　　···&

34、#183;······2.1.3</p><p><b>　　振蕩頻率為：</b></p><p>　　···········2.1.4</p><p>　　取，，，，為可變電

35、容器?？傻玫?。</p><p><b>　　變頻電路</b></p><p>　　變頻電路是混頻器的核心部件。變頻電路本質上說是實現頻譜搬移的電路，</p><p>　　是一個六端網絡。它有兩個輸入電壓，輸入信號和本地振蕩信號，其工作頻率分別為和；輸出信號為，稱為中頻信號，其頻率是，。由此可見，變頻器在頻域上起著（加）減法器的作用。變頻電路有多

36、種形式，如二級管式、模擬乘法器式和三極管式。本電路采用的是應用最廣泛的晶體三極管式變頻電路。</p><p>　　2、2、1 混頻原理</p><p>　　圖2.2.1 混頻原理圖</p><p>　　上圖即為混頻電路原理圖，下面對其進行一個簡要的分析：設為輸入高頻調幅波信號，亦為本地振蕩器產生的高頻振蕩信號且 ，時變偏置電壓，由此可得集電極電流為</p&g

37、t;<p><b>　　=</b></p><p>　　經集電極諧振回路濾波后，得到中頻電流</p><p><b>　　式中稱為變頻跨導。</b></p><p>　　從以上分析結果可以看出：只有時變跨導的基波分量才能產生中頻分量，而其它分量會產生本振諧波與信號的組合頻率。變頻跨導是變頻器的重要參數，它不僅

38、直接決定著變頻增益，還影響到變頻器的噪聲系數。變頻跨導，只與晶體管特性、直流工作點及本振電壓有關，與無關，故變頻跨導亦有上述性質。</p><p>　　2、2、2電路參數選擇及性能分析</p><p>　　三極管混頻器變頻部分電路如下圖所示：</p><p>　　圖2.2.2 變頻電路</p><p>　　該電路主要由（2N2222A）和選頻

39、回路組成。100K電位器（）改變混頻器靜態(tài)工作點，從而改變混頻增益。輸入信號頻率，本振頻率，其選頻回路（、、組成部分）選出差拍的中頻信號頻率:</p><p>　　·····················

40、2.2.1</p><p>　　LC的取值直接決定了選頻網絡最終得到的中頻頻率。</p><p>　　··········2.2.2</p><p><b>　　取，可調至時時，。</b></p><p><b>

41、;　　2.3中頻濾波網絡</b></p><p>　　在變頻器的輸出端不僅會輸出我們需要的中頻信號，同時也會輸出一些我們不需要的信號，如頻率為的高頻信號，另外也會出現一由于本振信號的失真以及電路的非線性引起的諧波信號，只有濾除這些信號才能得到我們想要的中頻信號，因此需要在變頻器的輸出端加一中頻濾波網絡，另外中頻濾波網絡還能夠對變頻器輸出的信號進行放大，以便于后續(xù)處理。</p><p

42、>　　中頻濾波電路在本設計中采用的是最簡單的LC濾波電路如圖3.1所示</p><p>　　圖 2.3.1 中頻濾波電路</p><p><b>　　濾波頻率為：</b></p><p>　　············

43、·2.3.1</p><p>　　取，，當調到時，計算得其諧振頻率為：</p><p>　　非常接近要求，可以認為已經達到設計要求，再考慮到器件的誤差以及外界干擾，加了可調電容對選頻網絡進行微調。</p><p><b>　　3 仿真及結果</b></p><p><b>　　本地振蕩仿真結果：<

44、;/b></p><p>　　10MHz中心頻率仿真結果：</p><p>　　三極管混頻部分仿真結果：</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　經過這段時間的努力，終于完成了這次課程設計，結果還算是差強人意，基本上符合課程設計的要求。</p><p>　　本次設計

45、通過對《通信電子線路》的學刊使用Protel99軟件設計了一個三極管混頻器。我根據先局部后整體的設計方案，先將各部分電路設計出來，并且單獨進行仿真和調試，各部分電路調試成功之后再進行整體聯接，然后再進行調試并且仿真。在設計各個環(huán)節(jié)中都遇到了很多問題：首先，參數的選定很難，課堂上基本上是分析電路的原理功能和計算電路的性能指標，很少親自選定器件的參數，從資料或網上得到的數據很多都有問題；必須經過修正和調試才能確定出器件的參數，只有正確的參數

46、，才能夠設計出我們所想要的輸出結果，參數的正確性可以說決定著設計成功的50%;其次，有些時候理論上符合要求的電路，仿真后卻得不到相應的結果，尤其是整機聯接的時候出現了更多問題，也花費了很多時間（其實差不多一半的時間都在進行整機調試和修正），也正是由于問題的出現，我才學到了更多的知識，以及設計的技巧，對Protel99軟件的應用也更加熟練。出現問題的時候，首先思考出現問題的環(huán)節(jié)，然后通過上網查詢及翻閱相關書籍，請教其他同學，存這個過程中對

47、以前學的知識有了更深刻的了解，也明白了所學知識的應用范圍，收獲頗多。</p><p>　　通過這次課程設計，我再次感受到理論應用于實際中的難度，認識到理論聯</p><p>　　系實際的重要性。雖然在做這次課程設計中很不順利，但是學到了很多從書本單方面學不到的東西，看到自己經過努力換來的成果感到比較欣慰，也有點小小的成就感。我做的三極管混頻器所應用到的理論知識都是書中經典的知識點，因此對課

48、本知識也有了進一步的理解，也意識到自己對課本知識理解不夠到位，知識面不夠廣，分析電路也有點吃力，我想這對我以后的學習有很大的促進作用。</p><p>　　通過這次設計，我掌握了通信電子線路的設計方法，基本上實現了理論與實踐的統一，增強了分析問題和解決問題的能力。無論是在學習還是工作上，我相信這對今后自身的發(fā)展是有很大幫助的。</p><p><b>　　參考文獻</b&g

49、t;</p><p>　　[1] 宋樹祥，周冬梅.高頻電子線路.[M]北京大學出版社，2007年2月</p><p>　　[2] 吳慎山.高頻電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年1月</p><p>　　[3] 謝沅清.通信電子線路.[M]電子工業(yè)出版社，2007年7月</p><p>　　[4]曾興雯.高頻電子線路.[M]高等教育出

50、版社，2004年1月</p><p>　　[5] 楊翠娥.高頻實驗與課程設計.[M]哈爾濱工程大學出版社，2005年1月</p><p>　　[6] 于洪珍.通信電子線路.[M]清華大學出版社，2006年1月</p><p>　　[7]陳利永.電子電路基礎.[M]中國鐵道出版社，2006年7月</p><p>　　[8] 周選昌.高頻電子線路

51、.[M]浙江大學出版社，2006年7月</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設計終于能上句號，首先要感謝謝我的指導老師xxx，她不僅在學術上予以指導，制定課程設計課題，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我能一直有堅定的信心和飽滿的熱情來完成我的設計。在設計過程中遇到很多問題，老師和同學幫我尋找引發(fā)問題的原因并提出解決的問題的方法，還要