高頻電子線路課程設(shè)計(jì)---三極管混頻器

1、<p>　　高頻電子線路課程設(shè)計(jì)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(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱 </p><p&

2、gt;　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　完成時(shí)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(hào)自某一個(gè)頻率變換成另一個(gè)頻率。完成這種功能的電路稱為混頻器?；祛l技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛?；祛l器是超外差式收音機(jī)中的關(guān)鍵部件。直放式接收機(jī)高頻小信號(hào)檢波，工作頻率變化范圍大時(shí)，工作頻率對(duì)高頻通道的影響比較大，靈敏度較低。采用超外差技術(shù)后，將接收信號(hào)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(nèi)信號(hào)的放大一致性好，靈敏度可以做得很高，選

4、擇性也較好。因?yàn)榉糯蠊δ苤饕谥蟹?，可以用良好的濾波電路。采用超外差接收后，調(diào)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(hào)的頻率低，性能指標(biāo)容易得到滿足?；祛l器在一些發(fā)射設(shè)備中也是必不可少的。在頻分多址信號(hào)的合成、微波接力通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中也有其重要的地位。此外，混頻器也是許多電子設(shè)備、測(cè)量?jī)x器的重要組成部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)；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(tǒng)分析 ·························· 4</p><p>　　1、1 混頻器工作原

9、理及系統(tǒng)框圖 ··················4</p><p>　　1、2 混頻電路的實(shí)際應(yīng)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(shù)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(shù)選擇及性能分析 ················· 13</p><p>　　2、3 中頻濾波網(wǎng)絡(luò) ···········

16、;············· 13</p><p>　　3、仿真及結(jié)果 ··················

17、;········ 15 心得體會(huì) ···························

18、··18</p><p>　　參考文獻(xiàn) ·····························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(tǒng)分析

21、</b></p><p>　　1、1混頻器工作原理及系統(tǒng)框圖</p><p>　　一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中調(diào)幅收音機(jī)的混頻器電路的主要功能是使信號(hào)自某一個(gè)頻率變換成另外一個(gè)頻率，實(shí)際上是一種頻譜線性搬移電路。它能將高頻載波信號(hào)或已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行頻率 將其變換為某一特定固定頻率的信號(hào)。而變換后的信號(hào)，它的頻譜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和調(diào)制類型保持不變，改變的僅僅是信號(hào)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)，各個(gè)部分獨(dú)立工作。本地振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào)（設(shè)其頻率為）通過晶體管混頻電路和輸入的高頻調(diào)幅波信號(hào)（設(shè)其頻率為），由于晶體管的

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

24、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。</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(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(hào)中每個(gè)頻率分量的位置及相對(duì)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。</p>

25、;<p>　　1、2 混頻電路的實(shí)際應(yīng)用</p><p>　　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(hào)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(diào)制信號(hào)Ω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(hào) 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

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(shù)由中頻放大承擔(dān)所以整機(jī)增益在接收頻率范圍內(nèi)，高端和底端的差別就會(huì)很小，即易于獲得較高的靈敏度和臨道選擇性。對(duì)于調(diào)諧來說需要對(duì)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。</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(shè)計(jì)電路的重要部分，同時(shí)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(hào)變?yōu)楦哳l正弦信號(hào)，將產(chǎn)生的正弦高頻信號(hào)與輸入的高頻調(diào)幅信號(hào)相乘得到、的信號(hào)，其中為正弦信號(hào)頻率，為調(diào)幅信號(hào)頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號(hào)。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個(gè)和調(diào)幅信號(hào)相乘的高頻信號(hào)，通過信號(hào)相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會(huì)使產(chǎn)生的中頻信號(hào)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(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(shí)，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時(shí)放大器不需要外加激勵(lì)信號(hào)，而是由本身的正反饋信號(hào)來代替外加激勵(lì)信號(hào)的作用。負(fù)阻式振蕩器則是將一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻性的有源器件直接與諧振電路相

29、接，產(chǎn)生振蕩。本設(shè)計(jì)中用的是反饋式振蕩器，圖2.1所示即為L(zhǎng)C三點(diǎn)式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對(duì)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(hào)相同，與的符號(hào)則相反。凡是違反這一準(zhǔn)則的電路不能產(chǎn)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(shù)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(shè)計(jì)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(lián)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(jī)與,相連其阻抗都為容性；集電極與和、的串聯(lián)一同相連，因?yàn)榈碾姼兄当容^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(shí)，</b></p><p>　　電路中其他主要元器件參數(shù)：,為基極偏置電阻，為三極管提供合適的的靜態(tài)工作點(diǎn)，為基極耦合電容，為限制射級(jí)電流，為旁路電容。</p&

33、gt;<p>　　圖2.1.4 中心頻率產(chǎn)生電路</p><p>　　圖2.1.5 中心頻率產(chǎn)生電路交流通路</p><p>　　中心頻率有圖2.1.4電路產(chǎn)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(diǎn)是在回路電感兩端并聯(lián)了一個(gè)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。可得到。</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(zhì)上說是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的電路，</p><p>　　是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個(gè)輸入電壓，輸入信號(hào)和本地振蕩信號(hào)，其工作頻率分別為和；輸出信號(hào)為，稱為中頻信號(hào)，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(jí)管式、模擬乘法器式和三極管式。本電路采用的是應(yīng)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(duì)其進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的分析：設(shè)為輸入高頻調(diào)幅波信號(hào)，亦為本地振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)且 ，時(shí)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(jīng)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(dǎo)。</b></p><p>　　從以上分析結(jié)果可以看出：只有時(shí)變跨導(dǎo)的基波分量才能產(chǎn)生中頻分量，而其它分量會(huì)產(chǎn)生本振諧波與信號(hào)的組合頻率。變頻跨導(dǎo)是變頻器的重要參數(shù)，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(shù)。變頻跨導(dǎo)，只與晶體管特性、直流工作點(diǎn)及本振電壓有關(guān)，與無關(guān)，故變頻跨導(dǎo)亦有上述性質(zhì)。</p><p>　　2、2、2電路參數(shù)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(diǎn)，從而改變混頻增益。輸入信號(hào)頻率，本振頻率，其選頻回路（、、組成部分）選出差拍的中頻信號(hào)頻率:</p><p>　　·····················

40、2.2.1</p><p>　　LC的取值直接決定了選頻網(wǎng)絡(luò)最終得到的中頻頻率。</p><p>　　··········2.2.2</p><p><b>　　取，可調(diào)至?xí)r時(shí)，。</b></p><p><b>

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

42、>　　中頻濾波電路在本設(shè)計(jì)中采用的是最簡(jiǎn)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(dāng)調(diào)到時(shí)，計(jì)算得其諧振頻率為：</p><p>　　非常接近要求，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再考慮到器件的誤差以及外界干擾，加了可調(diào)電容對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)。</p><p><b>　　3 仿真及結(jié)果</b></p><p><b>　　本地振蕩仿真結(jié)果：<

44、;/b></p><p>　　10MHz中心頻率仿真結(jié)果：</p><p>　　三極管混頻部分仿真結(jié)果：</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這段時(shí)間的努力，終于完成了這次課程設(shè)計(jì)，結(jié)果還算是差強(qiáng)人意，基本上符合課程設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)

45、通過對(duì)《通信電子線路》的學(xué)刊使用Protel99軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)三極管混頻器。我根據(jù)先局部后整體的設(shè)計(jì)方案，先將各部分電路設(shè)計(jì)出來，并且單獨(dú)進(jìn)行仿真和調(diào)試，各部分電路調(diào)試成功之后再進(jìn)行整體聯(lián)接，然后再進(jìn)行調(diào)試并且仿真。在設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)中都遇到了很多問題：首先，參數(shù)的選定很難，課堂上基本上是分析電路的原理功能和計(jì)算電路的性能指標(biāo)，很少親自選定器件的參數(shù)，從資料或網(wǎng)上得到的數(shù)據(jù)很多都有問題；必須經(jīng)過修正和調(diào)試才能確定出器件的參數(shù)，只有正確的參數(shù)

46、，才能夠設(shè)計(jì)出我們所想要的輸出結(jié)果，參數(shù)的正確性可以說決定著設(shè)計(jì)成功的50%;其次，有些時(shí)候理論上符合要求的電路，仿真后卻得不到相應(yīng)的結(jié)果，尤其是整機(jī)聯(lián)接的時(shí)候出現(xiàn)了更多問題，也花費(fèi)了很多時(shí)間（其實(shí)差不多一半的時(shí)間都在進(jìn)行整機(jī)調(diào)試和修正），也正是由于問題的出現(xiàn)，我才學(xué)到了更多的知識(shí)，以及設(shè)計(jì)的技巧，對(duì)Protel99軟件的應(yīng)用也更加熟練。出現(xiàn)問題的時(shí)候，首先思考出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，然后通過上網(wǎng)查詢及翻閱相關(guān)書籍，請(qǐng)教其他同學(xué)，存這個(gè)過程中對(duì)

47、以前學(xué)的知識(shí)有了更深刻的了解，也明白了所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用范圍，收獲頗多。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我再次感受到理論應(yīng)用于實(shí)際中的難度，認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)</p><p>　　系實(shí)際的重要性。雖然在做這次課程設(shè)計(jì)中很不順利，但是學(xué)到了很多從書本單方面學(xué)不到的東西，看到自己經(jīng)過努力換來的成果感到比較欣慰，也有點(diǎn)小小的成就感。我做的三極管混頻器所應(yīng)用到的理論知識(shí)都是書中經(jīng)典的知識(shí)點(diǎn)，因此對(duì)課

48、本知識(shí)也有了進(jìn)一步的理解，也意識(shí)到自己對(duì)課本知識(shí)理解不夠到位，知識(shí)面不夠廣，分析電路也有點(diǎn)吃力，我想這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)有很大的促進(jìn)作用。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，我掌握了通信電子線路的設(shè)計(jì)方法，基本上實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，增強(qiáng)了分析問題和解決問題的能力。無論是在學(xué)習(xí)還是工作上，我相信這對(duì)今后自身的發(fā)展是有很大幫助的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

49、t;</p><p>　　[1] 宋樹祥，周冬梅.高頻電子線路.[M]北京大學(xué)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(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).[M]哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年1月</p><p>　　[6] 于洪珍.通信電子線路.[M]清華大學(xué)出版社，2006年1月</p><p>　　[7]陳利永.電子電路基礎(chǔ).[M]中國(guó)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(xué)出版社，2006年7月</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)終于能上句號(hào)，首先要感謝謝我的指導(dǎo)老師xxx，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(lì)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，老師和同學(xué)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