課程設計---三極管混頻器

1、<p>　　通信電子線路課程設計說明書</p><p><b>　　三極管混頻器</b></p><p>　　院 、 部： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱： </p>

2、<p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>　　完成時間： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　混頻器在現代通信中的應用非常的廣泛

3、，融入了人們的生活當中。是現代通信中一個不可或缺的。混頻器通過改變頻率來達到應有的目的，即變頻。</p><p>　　本次課程設計采用三級管混頻器，電路簡單，變頻增益高。輸入兩個高頻信號，通過三極管混頻電路和選頻回路，最后可以得到一個差頻信號。采用9014三極管，用中周來充當選頻回路，本設計結構簡單，性能相對較為穩(wěn)定，成本低，使用滑動變阻器改變靜態(tài)工作點，使其工作在非線性工作區(qū)域，是發(fā)射極注入、基極輸入式變頻電路

4、。</p><p>　　關鍵詞：混頻器；三極管；選頻 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Application of mixer in modern communication is very wide, into people's lives. The modern communica

5、tion is an indispensable. The mixer to achieve the desired objective by changing frequency, variable frequency.</p><p>　　This course is designed with three pipe mixer, simple circuit, high conversion gain. I

6、nput two high-frequency signal, pipe mixer circuit and frequency selection circuit through the pole, and then we can get a difference frequency signal. The 9014 triode, used in the weeks to act as a frequency selective c

7、ircuit, this design has the advantages of simple structure, performance is relatively stable, low cost, the use of a sliding rheostat change the static working point, which works in the nonlinea</p><p>　　Key

8、 word: mixer;transistor;frequency</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 三極管混頻器的設計內容及要求1</p><p>　　1.1 設計內容1</p><p>　　1.2 設計要求1</p><p>　　1.3 混

9、頻器工作原理及系統(tǒng)框圖1</p><p>　　1.4 三極管混頻器的設計方案3</p><p>　　第二章 電路設計及其原理分析4</p><p>　　2.1 本地振蕩電路4</p><p>　　2.2 混頻電路6</p><p>　　第三章 三極管混頻器的仿真和調試9</p>&l

10、t;p>　　3.1 仿真軟件介紹9</p><p>　　3.2 混頻器電路的仿真9</p><p>　　3.3 實物調試10</p><p>　　3.4 總結10</p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　致 謝12<

11、/b></p><p><b>　　附 錄13</b></p><p><b>　　附錄 A13</b></p><p><b>　　附錄 B14</b></p><p><b>　　附錄 C14</b></p><

12、;p><b>　　附錄 D15</b></p><p>　　第一章 三極管混頻器的設計內容及要求</p><p><b>　　1.1 設計內容</b></p><p>　　在本次課程設計中采用了Multisim仿真軟件對三極管混頻器進行設計及繪制，并模擬仿真。從理論上對電路進行了分析。選擇合適的預案器件，設計

13、出滿足要求的三極管混頻器。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　設計一個三極管混頻器，要求輸入信號為10MHz正弦波，本振信號為16.455MHz正弦波，混頻輸出為6.465MHz的正弦波。</p><p>　　1.3 混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖</p><p>　　一個實際應用中

14、調幅收音機的混頻電路的主要功能是使信號自某一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變換，將其變換為頻率固定的中頻信號。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。混頻電路的類型較多，常用的模擬相乘混頻器、二極管平衡混頻器、環(huán)形混頻器、三極管混頻器等。其中三極管混頻器最為常用，其工作原理圖如下：</p><p>　　高頻信號

15、 中頻輸出</p><p>　　f外 f中 </p><p><b>　　f本</b></p><p><b

16、>　　圖1 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　從圖1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),輸入的高頻調幅波信號（設其頻率為），由于晶體管的非線性特性，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6.45

17、5MHZ。</p><p>　　以下是混頻前后的波形圖和混頻前后的頻譜圖：</p><p>　　圖2混頻前后的波形圖</p><p>　　如上波形圖可以看出，混頻器上加了兩個信號：輸入調幅信號VS(t)和本振信號VL(t)，經過變頻后，輸出中頻信號VI(t)。輸出的中頻調幅波輸入的高頻調幅波調幅規(guī)律完全相同，唯一差別就是頻率不同。</p><p&

18、gt;<b>　　圖3組成模型</b></p><p>　　混頻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來實現這種搬移，如圖3所示。</p><p>　　圖4混頻前后的頻譜圖</p><p>　　若設輸入調幅信號VS(t),相應的頻譜如圖4（b）所示，當>時，相乘器的輸出電壓頻譜如圖4（c）所示，即將VS(t)的頻譜不失真地

19、搬移到本振角頻率wc的兩邊，一邊搬移到()上，構成角頻率為()的調幅信號；另一邊搬移到()上，構成角頻率為()的調幅信號。若令 ，則前者為無用的寄生分量，而后者則為有用的中頻分量。因此調諧在上的帶通濾波器的頻帶寬度應大于或等于輸入調幅信號的頻譜寬度。</p><p>　　1.4 三極管混頻器的設計方案</p><p>　　本課程設計電路是用10MHZ的交流信號電壓源、本振電路（產生16.

20、455MHZ）、三極管混頻器電路以及選頻電路組成。信號源所產生的10MHZ的正弦波與本振電路所產生的16.455MHZ正弦波通過三極管進行混頻后產生和頻、差頻信號及其它頻率信號，然后通過濾波網絡濾掉不需要的頻率分量，取出差頻（6.455MHZ）的信號，即為所需的6.455MHZ信號。</p><p>　　第二章 電路設計及其原理分析</p><p>　　2.1 本地振蕩電路</p

21、><p>　　本地振蕩電路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通過混頻電路得到、的信號，其中為本地振蕩器產生的正弦信號頻率，為輸入的高頻調幅波信號頻率，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正弦高頻信號，若振蕩器不能夠穩(wěn)定的工作，就會使產生的中頻信號不穩(wěn)定，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定

22、度的西勒振蕩器。</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接，產

23、生振蕩。本設計中用的是反饋式振蕩器，圖5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，三點式振蕩電路的組成法則是：交流通路中三極管的三個電極與諧振回路的三個引出端點相連接，其中與發(fā)射極相接的為兩個同性質電抗，而另一個（接在集電極與基極間）為異性質電抗。</p><p>　　圖5 三點式振蕩器的原理電路</p><p>　　2.1.2 電路及電路參數的選擇</p&

24、gt;<p>　　如圖6所示，此次設計采用的本振電路采用的是西勒振蕩器，它是改進型電容三點式振蕩器，其主要特點是在回路電感L兩端并聯了可變電容C4，而C3為固定值電容器，且滿足C1、C2遠大于C3，C1、C2遠大于C4，回路總等效電容為： ..................2.1</p><p>　　振蕩頻率為： ................

25、2.2</p><p>　　圖6 本地振蕩電路</p><p>　　圖7 交流等效電路</p><p>　　根據西勒振蕩電路的特點，C3的大小對電路性能有很大影響。因為頻率是靠調節(jié)C4來改變，所以C3不能過大，否則振蕩頻率主要由C3和L決定，因為將限制頻率調節(jié)的范圍。此外，C3過大也不利于消除晶體管極間電容的影響。</p><p>　　在

26、西勒振蕩電路中，L和C1-C4的值可用式（2.1）計算出，不過若L與C的比值太小的話，在低頻下難以振蕩。有大致的標準，即振蕩頻率為1MHZ時，L在10uH以上；10MHZ時L>1uH。另需注意C1、C2的大小，若C2/C1太小，波形就會受限制，同時也會增加輸出波形中的高次諧波。反之，若太大，不能夠完全補償振蕩電路的損耗而停振。</p><p>　　又由于本電路要產生16.544MHZ的信號，所以=16.45

27、5MHZ</p><p>　　即MHZ ..................2.3 </p><p>　　綜上所述，可以取值C1=60PF,C2=120PF,C3=30PF,C4=18PF,L2=2.5uH</p><p>　　其它主要器件的參數如下，C5=300PF為基極耦合電容，R3=100用來限制射極電流，R1=

28、12K,R2=2K為基極偏置電阻，用來給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點，L1為高頻扼流圈。</p><p><b>　　2.2 混頻電路</b></p><p>　　三極管混頻器的特點是電路簡單，有較高的變頻增益，要求本振電壓幅度較小，當信號電壓較大時會產生非線性失真。</p><p>　　2.2.1 混頻原理電路</p>&

29、lt;p>　　圖8是三極管混頻器的原理電路。圖中，L1C1為輸入信號回路，調諧在上。L2C2為輸出中頻回路，調諧在上。本振電壓 接在基極回路中，為基極靜態(tài)偏置電壓，由圖可見，加在發(fā)射結上的電壓 。若將（）作為三極管的等效基極偏置電壓，用 表示,稱之為時變基極偏壓，則當輸入信號電壓很小，滿足線性時變條件時，三極管集電極電流 ..................2.4</p><p&g

30、t;　　圖8 三極管混頻器的原理電路</p><p>　　在時變偏壓作用下，的傅里葉級數展開式為</p><p>　　...............2.5</p><p>　　中的基波分量與輸入信號電壓相乘</p><p>　　.......2.6</p><p>　　令，得到的中頻電流分量為</p>&

31、lt;p>　　..................2.7</p><p>　　其中 稱為混頻跨導，定義為輸出中頻電流幅值對輸入信號電壓幅值之比，其值等于中基波分量的一半。</p><p>　　若設中頻回路的諧振電阻為Re，則所需的中頻輸出電壓 ， 相應的混頻增益為</p><p>　　..................2.8</

32、p><p>　　綜上所述，在滿足線性時變條件下，三極管混頻電路的混頻增益與成正比。而又與和靜態(tài)偏置有關。</p><p>　　2.2.2 設計電路及電路參數選擇</p><p>　　如圖9為晶體混頻器的設計電路。電路的輸入信號（10MHZ的信號源）與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入。該電路主要由Q2和6.455MHZ選頻回路（圖10）組成。</p>&

33、lt;p>　　圖9 晶體三極管混頻電路</p><p><b>　　圖10 選頻電路</b></p><p>　　在高頻放大器或振蕩器中，由于某種原因，會產生不需要的振蕩信號，這種振蕩稱為計生振蕩。為了電源去耦，消除由公共電源引起的多級寄生振蕩，在設計電路時加入了C5、C6、C7、C8、L3。而在信號源連接處加一電容是為了濾波用，如C1、C2、C9。R2、R3用

34、來確定靜態(tài)工作點，通過改變電阻R2的值來改變混頻器晶體工作點，使其工作在適合的非線性區(qū)域，同時也可以用來調節(jié)混頻增益。</p><p>　　而選頻電路的取值： ..................2.9</p><p>　　倒推可得： ..................2.10</p><p>　　從而結合仿真效果，取L=3uH，C=2

35、00pF。</p><p>　　第三章 三極管混頻器的仿真和調試</p><p>　　3.1 仿真軟件介紹</p><p>　　Multisim軟件是迄今為止，在電路級仿真上表現最為出色的軟件，有了Multisim軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的從事電路設計、仿真、分析工作。Multisim軟件的前身是加拿大IIT(Electronics

36、 Workbench)，后來，EWB將原先版本中的仿真設計模板更名為Multisim。</p><p>　　相對于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，并且提供更加豐富的元件庫、儀表庫和各種分析方法。完全滿足電路中各種仿真需要。</p><p>　　3.2 混頻器電路的仿真</p><p>　　三極管混頻電路的仿真結果如下</p><

37、;p>　　圖12 本地振蕩電路的仿真結果</p><p>　　當R2=5KΩ時，仿真結果最為穩(wěn)定，達到了設計要求，仿真調試完成，不過出現了干擾，并較為明顯，但是基本達到要求。</p><p><b>　　3.3 實物調試</b></p><p>　　圖13 混頻輸出波形圖</p><p>　　混頻器的輸入信號為1

38、0MHz正弦波，本振信號為16.455MHz正弦波，輸出信號為6.25MHZ正弦波，基本滿足要求，實物存在外界干擾,但是不大，經過多次調試，期間也失敗了很多次。有些是跟元器件有關，在更換器件，并找到一些虛焊后，完美解決，實物調試最終取得了喜人的成果，同時宣告本設計課題圓滿結束。</p><p><b>　　3.4 總結</b></p><p>　　通過本次的設計課題

39、，雖然我失敗了很多次，但是最后還是取得了喜人的結果。在設計中加深了對理論知識的理解，同時也增加了動手能力，在解決問題方面也增加了很多，讓我受益匪淺。讓我在WORD的使用方面更加的熟練，對于其它的各個軟件的使用也更加的熟練，雖然過程艱辛，但是最后也讓我成長了很多！混平頻電路比較穩(wěn)定，但是還是會受到一些干擾，不過不影響正常的使用，已經達到了基本的實驗要求。</p><p><b>　　參考文獻</b&

40、gt;</p><p>　　［1］康華光《電子技術基礎》（模擬部分）.高等教育出版社.1999［2］曹才開.《高頻電子線路原理與實踐》.中南大學出版社.2010［3］閻石.《數字電子技術》.第四版.高等教育出版社.2009［4］謝自美.《電子線路設計與實驗測試》.第二版.華中科技大學.2010［5］曹才開.《電路分析基礎》.第四版.北京：清華大學出版社.2009 [6] 曹才開.《高頻電子線路原理與實踐

41、》.中南大學出版社 2010</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課程設計終于結束了。在此，首先感謝我的指導老師張松華老師，在課題設計過程中遇到了很多的問題，給予了我很多幫助，不僅在在學術給予指導，并且給予我極大的鼓勵和支持，使我飽含激情的完成了設計。她認真負責的態(tài)度讓我在設計中收獲很多，也成長了很多，再次感謝張松華老師的教導。在期間遇

42、到了很多的困難，在大家的幫助下最終順利解決。最后完成時，心中非常高興，最后要感謝那些幫助過的那些同學。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄 A </b></p><p><b>　　圖14 電路原理圖</b></p><p><

43、;b>　　附錄 B</b></p><p><b>　　圖15 PCB</b></p><p><b>　　附錄 C</b></p><p><b>　　圖16 實物圖</b></p><p><b>　　附錄 D</b></