高頻課程設(shè)計--混頻器的設(shè)計與應(yīng)用

1、<p>　　高頻電子線路課程設(shè)計報告</p><p><b>　　混頻器的設(shè)計與應(yīng)用</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　混頻器在通信工程和無線電技術(shù)中，應(yīng)用非常廣泛，在調(diào)制系統(tǒng)中，輸入的基帶信號都要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號。在解調(diào)過程中，接收的已調(diào)高頻信號也要經(jīng)過頻率的轉(zhuǎn)

2、換，變成對應(yīng)的中頻信號。特別是在超外差式接收機中，混頻器應(yīng)用較為廣泛，如AM 廣播接收機將已調(diào)幅信號535KHZ-一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號，電視接收機將已調(diào)48．5M一870M 的圖象信號要變成38MHZ的中頻圖象信號。移動通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級式發(fā)射機。用一個頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，產(chǎn)生一個頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號，然后經(jīng)過頻率的加、減、乘、除運算變換

3、成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機收發(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，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無線電專業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。</p><p>　　本文通過MC1496構(gòu)成的混頻器來對接收信號進行頻率的轉(zhuǎn)換,變成需要的中頻信號.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><

4、b>　　摘要1</b></p><p><b>　　一．概述2</b></p><p><b>　　二. 方案分析3</b></p><p>　　三．單元電路的工作原理5</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器5</p><p>　　2．模擬乘法

5、器電路7</p><p>　　3．選頻﹑放大電路8</p><p>　　四．電路性能指標的測試9</p><p>　　五．課程設(shè)計體會11</p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p>　　附錄Ⅰ 總電路圖13</p><p>　　附錄Ⅱ

6、 元器件清單14</p><p><b>　　一．概述</b></p><p>　　混頻技術(shù)應(yīng)用的相當廣泛，混頻器是超外差接收機中的關(guān)鍵部件。直放式接收機是高頻小信號檢波，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（頻率越高，放大量越低，反之頻率低，增益高），而且對檢波性能的影響也較大，靈敏度較低。采用超外差技術(shù)后，將接收信號混頻到一固定中頻，放大量基本不

7、受接收頻率的影響，這樣，頻段內(nèi)信號的放大一致性好，靈敏度可以做得很高，選擇性也較好。因為放大功能主要放在中放，因此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，且中頻較高頻信號低，性能指標容易得到滿足?；祛l器在一些發(fā)射設(shè)備中也是必不可少的。在頻分多地址信號的合成、微波接力通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中也有其重要地位。此外，混頻器也是許多電子設(shè)備、測量儀器（如頻率合成器、 頻譜分析儀等）的重要組成部分。<

8、;/p><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行混頻。具體原理框圖如圖1所示。</p><p>　　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，=10MHz、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行混頻。選頻放大電路則對混頻后的信號進行選頻、放大

9、，最終輸出2MHz的正弦波信號。</p><p>　　圖1 混頻器原理框圖</p><p><b>　　二. 方案分析</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的計算方法，三是應(yīng)用電路分析。</p><p>　　混頻電路的基本

10、組成模型及主要技術(shù)特點：</p><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。</p><p>　　混頻電路的組成模型及頻譜分析</p><p>　　圖a是混頻電路的組成模型，可以看出是由三部分基本單元電路組成。分別是相乘電路、本級振蕩電路和帶通濾波器(也稱選

11、頻網(wǎng)絡(luò))。當為接收機混頻電路時，其中Us(t)是已調(diào)高頻信號。Ul(t)是等幅的余弦型信號，而輸出則是Ui(t)為中頻信號。</p><p>　　混頻電路的基本原理：</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</b></p><p&

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

13、b>　?。?lt;/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</p><p>　　上邊帶濾波器則輸出為．</p><p>　　若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出：</p><p><b>　?。?lt;/b></p>&

14、lt;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。衡量混頻工作性能重要指標是混頻跨導。規(guī)定混頻跨導的計算公式：混頻跨導g：輸出中頻電流幅度偷入信號電壓幅度。</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

15、號源所產(chǎn)生的8MHz正弦波通過模擬乘法器進行混頻后產(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，對其進行放大輸出，最終輸出2MHz的正弦波信號?；祛l器電路如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 混頻器電路圖</b></p><p>　　三．單元電路的工作原理</p><p>　　1．LC正弦波振蕩器&l

16、t;/p><p>　　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﹑為電容，就是電感；當﹑為電感，就是電容。</p><p>　　在LC

17、三點式振蕩器電路中,如果要產(chǎn)生正弦波，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>

18、;</p><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﹑

19、C3為耦合電容，L1﹑C6﹑C5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)

20、工作點為，基本符合設(shè)求。</p><p><b>　　2．模擬乘法器電路</b></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 &l

21、t;/b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　經(jīng)帶通濾波器后，取差頻</p><p>　　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

22、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，可以減小輸出信號的波形失真，使電路平衡。在2﹑3腳之間加接電阻，可擴展輸入信號的線性范圍。</p><p>　　圖7 MC1496構(gòu)成的混頻器 </p><p><b>　　3．選頻﹑放大電路</b>&l

23、t;/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。</p><p>　　其中電路的諧振頻率為</p>

24、<p><b>　　靜態(tài)工作點為 。</b></p><p>　　圖8 選頻﹑放大電路</p><p>　　四．電路性能指標的測試</p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案，應(yīng)用計算機Multisim軟件進行了模擬仿真。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

25、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。</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 ，靜態(tài)工作

26、點 ；選頻﹑放大電路輸出頻率應(yīng)為</p><p><b>　　，靜態(tài)工作點。</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:有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，并且由示波器可觀察到相應(yīng)的波

27、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>　　五．課程設(shè)計體會</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。通過查找資料，結(jié)合

28、書本中所學的知識，完成了課程設(shè)計的內(nèi)容。把書中所學的理論知識和具體的實踐相結(jié)合，有利于我們對課本中所學知識的理解，并加強了我們的動手能力。</p><p>　　在這次的課程設(shè)計過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設(shè)計使我對通信電子線路又有了進一步的了解，增加了對所學知識的應(yīng)用。</p><p>　　本次課程設(shè)計教會我查閱書籍的重要性，

29、通過翻閱書籍我找到了與我課設(shè)題目有關(guān)的內(nèi)容，順利進行了課程設(shè)計，我希望通過更多這樣有價值的課設(shè)來充實自己。雖然課設(shè)中有很多困難，但經(jīng)過指導老師的幫助和我的努力都一一克服了，增強了自信心。</p><p><b>　　參考文獻</b></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>

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