高頻課程設(shè)計--混頻器設(shè)計

1、<p>　　通信基本電路課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計題目： 混頻器設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　教師評分 </p><p>　　2012 年 12月 5日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

3、;　　一、設(shè)計任務(wù)與要求………………………………................................................3</p><p>　　二、總體方案…………….………………………………………………………...3</p><p>　　三、設(shè)計內(nèi)容……………………………………………………………………....5</p><p>　　3.1電

4、路工作原理...........................................…………………………….…......5</p><p>　　3.1.1 LC正弦波振蕩器………………………………….….................…….5</p><p>　　3.1.2 模擬乘法器電路 …………………….………..............................

5、...................6</p><p>　　3.1.3 選頻﹑放大電路 .……….................................................................................7</p><p>　　3.2 仿真結(jié)果與分析…………………………………………………….............7</p>

6、;<p>　　總結(jié)…………………………………………………......…...….......................11 </p><p>　　主要參考文獻(xiàn)………………………………………………………………....11</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　混頻電路是電子信息工程專業(yè)學(xué)

7、生所必須掌握的關(guān)鍵電路之一，也是學(xué)好高頻電子線路中重要的一部分。此次課程設(shè)計重在加強對《高頻電子線路》課程的理解，以及加深對運用multisim軟件進(jìn)行電路仿真的認(rèn)識。</p><p>　　混頻器就是把高頻信號經(jīng)過頻率變換，變成一個固定的頻率。這種頻率變換是將已調(diào)高頻信號的載波頻率從高頻變?yōu)橹蓄l，同時必須保持其調(diào)制規(guī)律不變。具有這種作用的電路稱為混頻電路或變頻電路，亦稱混頻器或變頻器。</p>&l

8、t;p>　　混頻器是頻譜線性搬移電路，能夠?qū)⑤斎氲膬陕沸盘栠M(jìn)行混頻。具體原理框圖如圖1所示。振蕩器輸出一頻率為=10MHz、幅值0.2V＜＜1V的正弦 波信號，此信號作為混頻器的第一路輸入信號；高頻信號源輸出一正弦波信號，=8MHz、幅值=200mV，此信號作為混頻器的第二路信號，將這兩路信號作為模擬乘法器的輸入進(jìn)行混頻。選頻放大電路則對混頻后的信號進(jìn)行選頻、放大，最終輸出2MHz的正弦波信號。</p><p&

9、gt;<b>　　圖1混頻器原理框圖</b></p><p><b>　　二、總體方案</b></p><p>　　對于混頻電路的分析，重點應(yīng)掌握，一是混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點，二是混頻電路的基本原理及混頻跨導(dǎo)的計算方法，三是應(yīng)用電路分析。</p><p>　　混頻電路的基本組成模型及主要技術(shù)特點：</p

10、><p>　　混頻，工程上也稱變頻，是將信號的頻率由一個數(shù)值變成另一個數(shù)值的過程，實質(zhì)上也是頻譜線性搬移過程，完成這種功能的電路就稱為混頻電路或變頻電路?；祛l電路的基本原理：</p><p>　　圖2中，Us(t)為輸入信號，Uc(t)為本振信號。Ui(t)輸出信號。</p><p><b>　　分析：當(dāng)</b></p><p&

11、gt;<b>　　則</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　對上式進(jìn)行三角函數(shù)的變換則有</p><p><

12、b>　　=</b></p><p>　　從上式可推出，Up(t)含有兩個頻率分量和為(ψc+ψS)，差為(ψC-ψS)。若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為：．若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：．</p><p>　　工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收機則有ψc >>ψS．往往混頻器的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波器，則輸出為差頻信號，為接收機的中頻信號。衡

13、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)的計算公式：混頻跨導(dǎo)g=輸出中頻電流幅度/輸入信號電壓幅度。</p><p>　　該電路由LC正弦波振蕩器﹑高頻信號源﹑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正弦波與高頻信號源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進(jìn)行混頻后產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號，然后通過選頻放大器選出有用的頻率分量，即頻率2MHz的信號，對其進(jìn)行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波

14、信號?；祛l器仿真電路如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 混頻器電路圖</b></p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　3.1電路工作原理</b></p><p>　　3.1.1 LC正弦波振蕩器</p><p

15、>　　本次設(shè)計采用LC電容三點式反饋電路，也叫考畢茲振蕩電路。利用電容將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將LC諧振回路的三個端點分別與晶體管三個電極相連，所以這種電路叫電容三點式振蕩器。</p><p>　　三點式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。</p><p>　　在LC三點式振蕩器電路中,如果要產(chǎn)生

16、正弦波，必須滿足振幅平衡條件：即滿足。</p><p>　　由相位平衡條件和振幅平衡條件可得：</p><p>　　選取，故選用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)，必須滿足：電流</p><p><b>　　電壓</b></p>&l

17、t;p>　　由此可以確定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。</p><p>　　正弦波的輸出信號頻率=10MHz，電路連接如圖4所示</p><p>　　圖4 LC正弦波振蕩器</p><p>　　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用來改變回路的Q值，C1﹑C3為耦合電容，L1﹑C6﹑C

18、5構(gòu)成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響。其交流通路如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 交流通路圖</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，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，再通過仿真進(jìn)行調(diào)試最終確定其參數(shù)。電路的諧振頻率為</p><p>　　，靜態(tài)工作點為，基本符合設(shè)求。<

19、;/p><p>　　3.1.2 模擬乘法器電路 </p><p>　　用模擬乘法器實現(xiàn)混頻，就是在端和端分別加上兩個不同頻率的信號，相差一中頻，再經(jīng)過帶通濾波器取出中頻信號，其原理方框圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 混頻原理框圖</p><p><b>　　若 </b></p><p

20、>　　則經(jīng)帶通濾波器后，取差頻. 為所需要的中頻頻率。</p><p>　　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

21、信號的波形失真，使電路平衡。在2﹑3腳之間加接電阻，可擴(kuò)展輸入信號的線性范圍。</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　7 MC1496構(gòu)成的混

22、頻器</p><p>　　3.1.3選頻﹑放大電路</p><p>　　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)成了一個去耦電路，用來消除電路之間的相互影響，R1 ﹑R2 提供電路的靜態(tài)工作點。<

23、/p><p>　　其中電路的諧振頻率為：</p><p><b>　　靜態(tài)工作點為：</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖8 選頻﹑放大電路</p><p>　　3.2仿真結(jié)果與分析</p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案，應(yīng)用

24、計算機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。</p><p>　　圖9 LC正弦波振蕩器輸出波形</p><p>　　用示波器觀察混頻器輸出信號，波形如圖10所示。</p><p>　　圖10 混頻后的信號波形圖</p><p>　　用示波器觀察模擬乘法器的輸出，輸出波形如圖11所示。&l

25、t;/p><p>　　圖11 模擬乘法器輸出波形</p><p>　　LC正弦波振蕩器的輸出頻率應(yīng)為： ，</p><p><b>　　靜態(tài)工作點：</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　選頻﹑放大電路輸出頻率應(yīng)為：，</p>&

26、lt;p><b>　　靜態(tài)工作點：</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　通過仿真測試可得LC正弦波振蕩器的輸出頻率為10.1MHz，靜態(tài)工作點 ；選頻﹑放大電路輸出頻率為1.99MHz，靜態(tài)工作點。 </p><p>　　結(jié)論:由計算值與仿真值的比較可得,本設(shè)計基本完成了設(shè)計要求，并

27、且由示波器可觀察到相應(yīng)的波形，仿真值基本滿足要求，說明電路各部分均正常工作。美中不足的是仿真結(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。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的題目是混頻器的設(shè)計，主要應(yīng)用了通信電子線路中三方面內(nèi)容，分別是電容三點式振蕩電路、模擬乘法器和選頻放大電路。通過

28、認(rèn)真研讀課本并參考相關(guān)資料，設(shè)計基本滿足要求。由于時間原因，并未制作實物，以后有時間可以通過實際電路驗證。</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張肅文.高頻電子線路.[M]高等教育出版社，2009年5月</p><p>　　[2] 市川裕一，青木 勝.高頻電路設(shè)計與制作.[M]科學(xué)出版社，2007年