高頻課程設(shè)計(jì)—混頻器

1、<p>　　《通信電子線(xiàn)路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p><b>　　混頻器</b></p><p>　　院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　2014 年12 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　模擬相

2、乘器的主要技術(shù)指標(biāo)是工作象限、線(xiàn)性度和饋通度。工作象限是指容許輸入變量的符號(hào)范圍。只容許ux和uy均為正值的相乘器稱(chēng)為一象限的,而容許ux和uy都可以取正、負(fù)值的則稱(chēng)為四象限的。線(xiàn)性度是指相乘器的輸出電壓uO與輸入電壓ux(或uy)成線(xiàn)性的程度。饋通度是指兩個(gè)輸入信號(hào)中一個(gè)為零時(shí)，另一個(gè)在輸出端輸出的大小。 </p><p>　　混頻是將載波為高頻的已調(diào)信號(hào)，不失真地變換為載波為中間的已調(diào)信號(hào)。 在通信接收機(jī)中,

3、 混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻(一般稱(chēng)為中頻)的高頻已調(diào)波信號(hào), 而保持其調(diào)制規(guī)律不變。例如, 在超外差式廣播接收機(jī)中, 把載頻位于535 kHz～1605kHz中波波段各電臺(tái)的普通調(diào)幅信號(hào)變換為中頻為465kHz的普通調(diào)幅信號(hào), 把載頻位于88 MHz～10.8MHz的各調(diào)頻臺(tái)信號(hào)變換為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號(hào), 把載頻位于四十幾兆赫至近千兆赫頻段內(nèi)各電視臺(tái)信號(hào)變換為中頻為38 MHz的視頻信

4、號(hào)。由于設(shè)計(jì)和制作增益高, 選擇性好, 工作頻率較原載頻低的固定中頻放大器比較容易, 所以采用混頻方式可大大提高接收機(jī)的性能。此設(shè)計(jì)就是利用仿真軟件，采用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)混頻電路的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：模擬相乘器；混頻電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The mixer in commu

5、nication engineering and radio technology, application is very extensive, in modulation system, the input of baseband signal are throughfrequency conversion into a high frequency modulated signal. In the demodulation pro

6、cess, the received modulated high frequency signal afterfrequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to.Especially in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receive

7、r will be amplitude modulated signal 535KH</p><p>　　In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype transmitter. With a low frequency of the quartz cr

8、ystal oscillator as the main oscillator, generating the main oscillation signal of a frequency is verystable, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circui

9、t, such as converting TV transposer transceiver channel, the uplink, downlink frequency in satellitecommunication transform, </p><p>　　Key words anlog mixer; mixer circuit</p><p><b>　　目

10、錄</b></p><p>　　緒論 .........................................................1</p><p>　　1 系統(tǒng)分析...................................................3</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù).........

11、.................................4</p><p>　　1.2 課題基本原理..........................................5</p><p>　　1.3 混頻電路分類(lèi)..........................................6</p><p>　　1.4 混頻電路

12、的實(shí)際運(yùn)用....................................7</p><p>　　2 單元電路工作原理...........................................8</p><p>　　2.1 模擬乘法器............................................9</p><p>　

13、　2.2 混頻器...............................................10</p><p>　　2.3 選頻電路.............................................11</p><p>　　3 電路性能指標(biāo)測(cè)試..........................................15</

14、p><p>　　4 結(jié)論......................................................16</p><p>　　參考文獻(xiàn).....................................................17</p><p>　　致謝..................................

15、.......................18</p><p>　　附錄.........................................................19 </p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　混頻器在通信工程和無(wú)線(xiàn)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(hào)都要經(jīng)過(guò)頻率

16、的轉(zhuǎn)換變成高頻已調(diào)信號(hào)。在解調(diào)過(guò)程中，接收的已調(diào)高頻信號(hào)也要經(jīng)過(guò)頻率的轉(zhuǎn)換，變成對(duì)應(yīng)的中頻信號(hào)。特別是在超外差式接收機(jī)中，混頻器應(yīng)用較為廣泛，如AM 廣播接收機(jī)將已調(diào)幅信號(hào)535KHZ一1605KHZ要變成為465KHZ中頻信號(hào)，電視接收機(jī)將已調(diào)48.5M一870M 的圖象信號(hào)要變成38MHZ的中頻圖象信號(hào)。移動(dòng)通信中一次中頻和二次中頻等。在發(fā)射機(jī)中，為了提高發(fā)射頻率的穩(wěn)定度，采用多級(jí)式發(fā)射機(jī)。用一個(gè)頻率較低石英晶體振蕩器做為主振蕩器，

17、產(chǎn)生一個(gè)頻率非常穩(wěn)定的主振蕩信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)頻率的加、減、乘、除運(yùn)算變換成射頻，所以必須使用混頻電路，又如電視差轉(zhuǎn)機(jī)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(jiàn)，混頻電路是應(yīng)用電子技術(shù)和無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)業(yè)必須掌握的關(guān)鍵電路。 </p><p>　　混頻的用途是廣泛的，它一般用在接收機(jī)的前端。除了在各類(lèi)超外差接收機(jī)中應(yīng)用外在頻率合成器中為了產(chǎn)生各波道的載波振蕩，也需要用混頻器來(lái)進(jìn)行頻率變換及

18、組合在多電路微波通信中，微波中繼站的接收機(jī)把微波頻率變換為中頻，在中頻上進(jìn)行放大，取得足夠的增益后，在利用混頻器把次中頻變換為微波頻率，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站此外，在測(cè)量?jī)x器中如外差頻率計(jì)，微伏計(jì)等也都采用混頻器。因此，做有關(guān)混頻電路的課題設(shè)計(jì)很能檢驗(yàn)對(duì)高頻電子線(xiàn)路的掌握程度；通過(guò)混頻器設(shè)計(jì)，可以鞏固已學(xué)的高頻理論知識(shí)。此外為輔助電路，此次的課程設(shè)計(jì)還應(yīng)用了LC諧振回路以及RC二階有源濾波器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的有效抑制。</p>&

19、lt;p><b>　　1 系統(tǒng)分析</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)課題任務(wù)</p><p>　　設(shè)計(jì)一混頻電路要求輸入信號(hào)為10MHz正弦波，本振信號(hào)為16.465MHz正弦波，輸出為465KHz的正弦波，諧振回路選用465KHz的中周。</p><p>　　1.2 課題基本原理</p><p>　

20、　混頻電路是一種頻率變換電路，是時(shí)變參量線(xiàn)性電路的一種典型應(yīng)用。如一個(gè)振幅較大的振蕩電壓（使器件跨導(dǎo)隨此頻率的電壓作周期變化）與幅度較小的外來(lái)信號(hào)同時(shí)加到作為時(shí)變參量線(xiàn)性電路的器件上，則輸出端可取得此二信號(hào)的差頻或和頻，完成變頻作用。它的功能是將已調(diào)波好的載波頻率變化換成固定的中頻載頻率。而保持其調(diào)制規(guī)律不變，也就是說(shuō)它是一個(gè)線(xiàn)性頻率譜搬電路，對(duì)于調(diào)幅波、調(diào)頻波或調(diào)相波通過(guò)變頻電路后仍然是調(diào)幅波，調(diào)頻波或調(diào)相波。只是其載波頻率變化了，其

21、調(diào)制規(guī)律是不變的。</p><p>　　混頻電路輸入是載頻為fc的高頻已調(diào)波和頻率為fL的本地振蕩信號(hào)。經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性器件變頻后輸出端有兩個(gè)信號(hào)的差頻fL-fc、和頻fL+fc，及其他頻率分量，經(jīng)濾波器電路取出有用分量。</p><p>　　混頻器常用在超外差接收機(jī)中，它的任務(wù)是將已調(diào)制（調(diào)幅或調(diào)頻）的高頻信號(hào)變成已調(diào)制的中頻信號(hào)而保持其調(diào)制規(guī)律不變。該電路由集成模擬乘法器MC1496完成。M

22、C1496可以采用單電源供電，也可采用雙電源供電。本次課程設(shè)計(jì)電路中采用＋12V，－9V供電。VR19（電位器）與R95（10KΩ）、R96（10KΩ）組成平衡調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)VR19可以使乘法器輸出波形得到改善。CP5為6.5MHz選頻回路，輸入信號(hào)頻率為fs＝10MHz，本振頻率fo＝16.455MHz。</p><p>　　變頻是頻譜的變化，經(jīng)過(guò)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

23、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><p>　　1.3 混頻電路分類(lèi)</p><p>　　混頻電路是基于某些器件的非線(xiàn)性遠(yuǎn)離工作的，其核心部件就是非線(xiàn)性元件。根據(jù)所用器件不同，混頻器主要有：</p><p><b>　　晶體管混頻器；<

24、;/b></p><p><b>　　二極管混頻器；</b></p><p><b>　　場(chǎng)效應(yīng)管混頻器；</b></p><p><b>　　差分對(duì)混頻器。</b></p><p><b>　　根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分有：</b></p>&l

25、t;p><b>　　單管混頻器；</b></p><p><b>　　平衡混頻器；</b></p><p><b>　　環(huán)形混頻器。</b></p><p>　　1.4 混頻電路的實(shí)際運(yùn)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

26、ωc先變?yōu)轭l率較低的（或較高的）但是固定不變的中間頻率ωi（稱(chēng)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(lái)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)UΩ(t) 線(xiàn)性關(guān)系的輸出電壓。隨后通過(guò)低頻電壓放大、功率放大、由揚(yáng)聲器還原為原來(lái)的聲音，因?yàn)橹蓄l放大器的中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(xiàn)。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

27、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(lái)說(shuō)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 單元電路工作原理</p><p>　　2.1 模擬乘法器</p><p>　　用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)混頻，就是在Ux端和Uy端分別加上兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，相差一中頻，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器取出中頻信號(hào)，其原理框圖

28、為</p><p>　　圖一 混頻原理框圖</p><p><b>　　設(shè)載波信號(hào)表達(dá)式</b></p><p><b>　　調(diào)制信號(hào)表達(dá)式為</b></p><p>　　則乘法器輸出的DSB調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為</p><p><b>　　2.2 混頻器<

29、;/b></p><p>　　圖二為晶體管混頻器，該電路主要由VT8（3DG6或9014）和6.5MHz選頻回路（CP3）組成。10K電位器（VR13）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fs＝10MHz，本振頻率fo＝16.455MHz，其選頻回路CP3選出差拍的中頻信號(hào)頻率fi＝6.5MHz，由J36輸出。</p><p>　　圖二 晶體管混頻電路</p&

30、gt;<p>　　圖三為平衡混頻器，電路中采用＋12V，－9V供電。VR19（電位器）與R95（10KΩ）、R96（10KΩ）組成平衡調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)VR19可以使乘法器輸出波形得到改善。</p><p>　　圖三 平衡混頻電路</p><p><b>　　2.3 選頻電路</b></p><p>　　選頻電路是利用電路相頻特性

31、與相幅特性的原理工作的,當(dāng)輸入信號(hào)的 某個(gè)頻率與選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻率相同時(shí),它的輸出信號(hào)的相位與輸入信號(hào)相位相 同,而選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)其它的頻率的信號(hào)的阻抗都比固有的頻率大,所以衰減的都比較利害,最后只有輸出幅值最大的那個(gè)信號(hào)能順利的通過(guò)選頻電路。</p><p>　　3 電路性能指標(biāo)測(cè)試</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，平衡混頻器電路由集成模擬乘法器MC1496完成。MC1496可以

32、采用單電源供電，也可采用雙電源供電。本次課程設(shè)計(jì)電路中采用＋12V，－9V供電。VR19（電位器）與R95（10KΩ）、R96（10KΩ）組成平衡調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)VR19可以使乘法器輸出波形得到改善。CP5為6.5MHz選頻回路。本次課程設(shè)計(jì)電路中輸入信號(hào)頻率為fs＝10MHz，本振頻率fo＝16.455MHz。</p><p>　　圖四 平衡混頻器電路和本振振蕩電路</p><p>　　

33、根據(jù)設(shè)計(jì)方案，用示波器觀察混頻器波形，波形如圖五所示</p><p><b>　　圖五 示波器波形</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是將頻率為10MHZ的輸入信號(hào)，和頻率為16.465MHZ的本振信號(hào)，利用MC1496模擬乘法器進(jìn)行混頻，再利用中周得到頻率為464KHZ的輸出信號(hào)。平衡混頻器的具體參數(shù)分析：</p><p>　　通帶上

34、邊帶截止頻率：</p><p>　　通帶下邊帶截止頻率：</p><p>　　帶通濾波器的同頻帶460KHZ—469.5KHZ</p><p>　　濾除13.395MHZ，保留465KHZ</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)我們按照課程設(shè)計(jì)上的程序以及導(dǎo)師指

35、導(dǎo)下一步一步完成，先復(fù)習(xí)混頻電路的原理，然后選擇電路，計(jì)算關(guān)鍵元件的值，學(xué)習(xí)Multisim的使用，最后連線(xiàn)調(diào)試出預(yù)期的混頻和濾波效果,然后做出實(shí)際電路。</p><p>　　在做開(kāi)題報(bào)告時(shí)我對(duì)混頻的認(rèn)識(shí)只限于基本原理和理論---在通信接受機(jī)中，混頻電路的作用在于將不同載頻的高頻已調(diào)波信號(hào)變換為同一個(gè)固定載頻（中頻）的高頻已調(diào)波信號(hào)。調(diào)幅信號(hào)頻譜寬度不變，包絡(luò)形狀不變。正式開(kāi)始設(shè)計(jì)后，在對(duì)電路的實(shí)現(xiàn)中，我先學(xué)習(xí)了

36、Multisim軟件的使用，這個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以仿真各種電路。應(yīng)用過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)這個(gè)軟件確實(shí)功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，可以免去直接用硬件做實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的各種麻煩。而且這個(gè)軟件是英文版的，使我的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)的詞匯量大大增加。同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)格式的嚴(yán)格要求，也讓我掌握了WORD 的一些高級(jí)編輯技巧。</p><p>　　在搭設(shè)實(shí)際電路的過(guò)程中，我對(duì)混頻電路有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，將理論知識(shí)加入實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中去，更加加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)

37、。在設(shè)計(jì)過(guò)程中曾遇到高頻干擾，輸出波形失真相當(dāng)嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫助，通過(guò)加入各種濾波電路，失真現(xiàn)象有了明顯的改善，最終得到比較理想的結(jié)果。同時(shí)也演練了LC濾波器和RC有源二階濾波器的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算。</p><p>　　幾個(gè)月的課程設(shè)計(jì)中遇到過(guò)各種困難，有學(xué)習(xí)軟件時(shí)的困難，有調(diào)試時(shí)的學(xué)術(shù)問(wèn)題。在導(dǎo)師和同學(xué)的幫助下，終于克服了困難。從中我學(xué)習(xí)到遇到問(wèn)題時(shí)怎么分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，如何分清主次。課程設(shè)計(jì)使我獲益良

38、多，它將很好地銜接理論與實(shí)際的工作實(shí)踐。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］曹才開(kāi).《高頻電子線(xiàn)路原理與實(shí)踐》.2010年6月.第1版.中南大學(xué)出版社［2］黃智偉.《基于Multisim 2001的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析》.2004年7月，第1版.電子工業(yè)出版社</p><p>　?。?］羅桂娥.《

39、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 》.中南大學(xué)出版社.2010年［4］閻石.《數(shù)字電子技術(shù)》.第四版.高等教育出版社.2009年［5］謝自美.《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試》.第二版.華中科技大學(xué).2010年［6］康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》.第五版.華中科技大學(xué)出版社.2005.7［7］曹才開(kāi).《電路分析基礎(chǔ)》.第四版.北京.清華大學(xué)出版社.2009</p><p>　?。?］嚴(yán)囯萍、龍占超.《通信電子線(xiàn)路 》.清華大學(xué)

40、出版社.2009</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　設(shè)計(jì)能按時(shí)完成，首先要感謝謝我的指導(dǎo)老師**老師，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(mǎn)的熱情來(lái)完成我的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到很多問(wèn)題*老師總是引導(dǎo)我去尋找引發(fā)問(wèn)題的原因并提出解決問(wèn)題的方法，還要感謝所有幫助過(guò)的同學(xué)。因?yàn)橛辛?/p>