三极管混频器高频课程设计报告

-通信电子线路课程设计说明书课题名称：混频器的设计 专业名称： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：摘 要 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 播送接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调485M一870M 的图象信号要变成38MHZ的中频图象信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器做为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。本次课程设计使用的是三极管混频器。功能实现要中心频率为10MHZ，本振频率为16.455MHZ，混频输出6.465MHZ。在设计过程当中需要涉及的知识很多，包括重要参数的计算，原理图的设计，仿真结果分析，误差分析，以及所需要我们解决误差的一些方法。其中难度最大的还是参数的选择，不同规格的元器件所产生的效果是不一样的，所以需要仔细斟酌。通过这次课程设计，能够检测我们对高频电子线路的掌握程度，同时对以后在电子线路设计方面会有更多的帮助。 关键词：混频器；通信；无线电 AbstractMi*er in munication engineering and electronic technology, are widely applied in modulation system, the input of the baseband signal through frequency conversion into high frequency modulated signals.In the process of demodulation, receive the high frequency signal is modulated by frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signals.Especially in a superheterodyne receiver, which has been widely applied mi*er, such as an AM radio receiver will have amplitude modulation signal - a 1605 KHZ to 535 KHZ to 535 KHZ intermediate frequency signal, the receiver will have a 48.5 M 870 M image signals to bee 38 MHZ frequency images.Mobile munication in the case of intermediate frequency and the second intermediate frequency, etc.In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, using multistage transmitter.With lower frequency of a quartz crystal oscillator is given priority to oscillator, producing a very stable main oscillation frequency signal, and then after frequency of add, subtract, multiply and divide into radio frequency (rf), so you must use the mi*ing circuit, and like a TV transposer transceiver channel conversion, uplink, downlink frequency transformation in satellite munications, etc., must adopt mi*er.Thus, mi*ing circuit is a professional application of electronic technology, and radio must master the key circuit.The curriculum design using the triode mi*er.Function implementation requirement is the center frequency of 10 MHZ, the vibration frequency is 16.455 MHZ, mi*er output 6.465 MHZ.In the design process need to involve a lot of knowledge, including the important parameters calculation, schematic design, the results of simulation analysis, error analysis, and some methods to what we need to solve the error.One of the biggest difficulty is the choice of parameters, the effect of different specifications of the ponents is different, so you need to consider carefully.Through this course design, we can detect on high-frequency electronic circuits of master degree, at the same time for future will have more help in terms of electronic circuit design.Key word:mi*er;munication；wireless目 录第一章 系统分析11.1 设计课题任务11.2 根本原理11.3 混频电路的分类21.4 混频电路的实际应用31.5 实验仪器设备3第二章 软件介绍42.1 工具的选择Multisim 10 简介42.2 Multisim 10的特点4第三章 设计课题的仿真分析晶体管混频器虚拟实现53.1 设计课题的参数选择53.2 晶体三极管混频器设计及课题的仿真结果63.3 设计课题的仿真调试17第四章 设计体会20完毕语21致 22参考文献23附录 A24附录 B25附录 C26附录 D27. z-第一章 系统分析1.1 设计课题任务设计一个三极管混频器。要求中心频率为10MHz, 本振频率为16.455MHz。1.2 根本原理 混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压使器件跨导随此频率的电压作周期变化与幅度较小的外来信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化换成固定的中频载频率。而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路，对于调幅波、调频波或调相波通过变频电路后仍然是调幅波，调频波或调相波。只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。非线性器件带通滤波器本地振荡器输入输出图1.1调幅波以下是调幅波频率形图和混频前后的频谱原理图： 图1.2调幅波变频波形图 调幅波的混频示意图中，混频器上加了俩个信号载频为1.76MHZ的调幅波Vs输入信号和频率为2.1656.465MHZ的等幅波Vo(本振信号)，经过变频后，输出为465KHz的中频调波Vi。输出的中频调幅波与输入的高频调幅波调幅规律完全一样，即载没振幅的包络形状完全一样，唯一差异就是频率不同。 下面我们来研究变频是频谱的变化，从示意图我们可以看出经过混频，高频已调波变成中频已调波，只是把已调波的频谱从高频率位置到了中频率位置，输入信号中每个频率分量的位置及相对大小、相互间距不发生变化，当应注意高频率已调波的上、下边频搬到中频位置后，分别成了下、上边频。 图1.3变频前后的频谱图1.3 混频电路的分类混频电路是基于*些器件的非线性远离工作的，其核心部件就是非线性元件。根据所用器件不同，混频器主要有：1晶体管混频器；2三极管混频器；3场效应管混频器；4差分对混频器。根据电路构造分有： 1单管混频器； 2平衡混频器； 3环形混频器。本次课程设计运用的就是三极管混频器。1.4 混频电路的实际应用超处差式接收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波的频率c先变为频率较低的或较高的但是固定不变的中间频率i称为中频，而其振幅的变化规律保持不变，即是由低频调制信号来决定，然后利用中频放大器加以放大送至检波器进展检波。解调出与调制信号U(t) 线性关系的输出电压。随后通过低频电压放大、功率放大、由扬声器复原为原来的声音，因为中频放大器的中心频率是固定不变的，中频放大器容易取得较大的增益和近似理想的选择性曲线。而接收器的主要放大倍数由中频放大承担所以整机增益在接收频率围，高端和底端的差异就会很小，即易于获得较高的灵敏度和临道选择性。对于调谐来说需要对混频器的选频输入回路和本机振荡器进展同步调谐，这是容易实现的。1.5 实验仪器设备：12V直流稳压电源 1台 数字存储示波器 1台 无感起子 1把 数字万用表 1台第二章 软件介绍2.1 工具的选择Multisim 10 简介 Multisim是美国国家仪器NI推出的以Windows为根底的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进展仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进展捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进展设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创立具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进展的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalE*press软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。2.2 Multisim 10的特点通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为借助高级电路分析, 理解根本设计特征通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间第三章 设计课题的仿真分析晶体管混频器虚拟实现3.1 设计课题的参数选择 晶体管的原理电路如下列图，图中，本振电压和信号电压都加在 晶体管的基极与发射极之间，在混频过程中，跨导随本振电压做周期变换，混频管可看成线性参变组件。当高频信号通过线性参变组件时，便产生各种频率分量，到达变频目的。 图3.1 晶体管原理电路 晶体管混频器的电路有多种形式。一般按照晶体管组态和本地振荡电压注入点的不同有图4所示的四种根本电路。图中a和b为共发混频电路。图a信号电压由基极输入，本振电压也由基极注入。图b表示信号电压由基极输入，本振电压由发射极注入。图c和d为共基混频电路。图c和d为共基混频电路。图c表示信号电压由发射极输入，本振电压也由发射极注入。图d表示信号电压由发射极输入，本振电压由基极注入。这四种电路组态各有其优缺点。 图3.2晶体管混频器的电路4种形式 图a电路对振荡电压来说是共发电路，输入阻抗较大，因此用做混频时，本地振荡电路比较容易起振，需要的本振注入功率也较小。这是它的优点。但是因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大直接耦合，可能产生牵引现象。这是它的缺点。当s与0的相对频差不大时，牵引现象比较严重，不宜采用此种电路。 图b电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，不易过鼓励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。但需要较大的本振注入功率；不过通常所须功率也只有几十mW，本振电路是完全可以供给的。因此，这种电路应用较多。 图c和d两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时几十MHz，因为共基电路的比共发电路的要大很多，所以变频增益较大。因此在较高频率工作时也有采用这种电路的。3.2 晶体三极管混频器设计及课题的仿真结果综上所述，图 3.2b比较适合本设计，电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入本课程设计-晶体三极管混频器实验电路如图图3.3 晶体三极管混频器实验电路 该电路主要由Q1 和6.5MHz 选频回路组成。混频信号V1，V2分别由基极和发射级输入。通过改变电阻R4的值来改变混频器晶体工作点，使其工作在适宜的非线性区域，同时也可以用来调节混频增益。图 3.3 晶体管工作点调节电路 不适宜的工作点将导致输出信号不稳定，甚至不能工作。下面图 3.4, 图 3.5，图 3.6，是R4在不同值时系统的输出信号波V1,V2电压为1V图 3.4 未接入R4时的输出信号波形 图3.5 当R4等于80k时的输出信号波形图 3.6 当R4等于100k时的输出信号波形 输入信号频率fs =10MHz ,本振频率f0 =16.455MHz，其选频回路选出差拍的中频信号fi =6.455MHz。中选频回路的参数不适宜时，输出信号会被严重衰减和失真。如下列图 当R4等于80k时获得最正确波形。输出频率经测量得到频率为6.448MHz，与预期的16.455MHz 10MHz一致，略有些误差。 下面看一下输入信号V1,V2在不同电压下及电压一样电压值不同时的电阻R4等于80K并保持不变系统输出的信号波形。 当保持V1为500mV时，通过改变V2电压看输出波形V2电压50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V输出波形情况失真失真不失真不失真不失真失真失真失真失真表一： 图 3.7 当V1=500mV，V2=50mV时输出波形图 3.8当V1=500mV，V2=1V时输出波形 图 3.9当V1=500mV，V2=3V时输出波形 当保持V2为500mV时，通过改变V2电压看输出波形表二：V1电压50mV100mV300mV500mvV1.0V1.5V2.0V2.5V3.0V输出波形情况失真失真失真不失真不失真不失真不失真不失真失真图 3.10当V1=50mV，V2=500mV时输出波形图 3.11当V1=1V，V2=500mV时输出波形图 3.12当V1=3V，V2=500mV时输出波形3.3 设计课题的仿真调试 混频器的各种非线性干扰是很重要的问题，并且在讨论各种混频器时，把非线性产物的多少，作为衡量混频器质量的标准之一非线性干扰中很重要的一类就是组合频率干扰和副道波干扰。这类干扰是混频器特有的。还有一些其他的干扰，比方交调互调，阻塞干扰等。干扰的解决方法：1：选择适宜的中频。如果将中频选在接收信号频段之外, 可以防止中频干扰和最强的干扰哨声2：提高混频电路之前选频网络的选择性, 减少进入混频电路的外来干扰, 这样可减小交调干扰和互调干扰。对于镜频可采用陷波电路将它滤掉。3：采用具有平方律特性的场效应管、模拟乘法器或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路, 可以大大减少无用组合频率分量的数目, 尤其是靠近有用频谱的无用组合频率分量, 从而降低了各种组合频率干扰产生的可能性。 在本课程设计中，高频干扰由LC谐振网络及RC有源滤波器共同完成，故效果较好。滤波器由RC网络和运放组成，具有高输入阻抗低输出阻抗的特点，具有缓冲作用。在设计过程中取f0为6.455MHz, 通带增益1，带宽500kHz. 根据公式：取， 则： 由于本实验的目的是演练二阶有源滤波器的设计，电路中采用理想元件。实际电路中可采用精细可调元件代替。 图 3.13 RC有源二阶滤波 经仿真，该带通滤波器的幅频特性如下：图 3.14带通滤波器的幅频特性下面的两个输出波形可以生动展示该RC有源二阶滤波器在本混频系统中的作用。图 3.15滤波前后波形比照左边为经过RC有源二阶滤波器的输出信号波形，每个周期的信号幅值较为一致。而右变未经过RC有源二阶滤波器的输出信号每个周期的信号幅值显然有起伏。这说明有局部残留的干扰信号被该带通滤波器有效地抑制了。 接待测网络的输出。关键点是必须在网络的输入端在并接一个函数信号发生器。第四章 设计体会 通过这次课程设计，我发现实践一定需要理论的指导，不然完全没法做。首先是设计原理图，通过multisim软件仿真，验证是否能得出相应的结果。当然最重要的就是元器件的选择以及规格，这就需要理论的支持了，包括书上的理论公式以及相应的定律。这个反而成了这次设计的难点。通过在图书馆找寻相应的书籍，还有在网上借鉴相应课题的资料，得到原理图，然后再得出元器件参数。接下来就是就是通过软件仿真，得出的图形发现是比较完美的，但是在实物上验证时发现还是有很大的误差，不知道问题出在哪里，然后通过网上资料的查询，发现误差很大可能是来自电路的设计以及混频器的各种的非线性干扰，包括组合频率干扰，副道波干扰，交调互调以及阻塞干扰等，当然还有一定的环境因素包括温度，湿度等。误差在所难免，所以就需要对电路进展合理的优化过程，包括合理选择原理图方案，以及参数的重新定义，让其工作在适宜的环境中，从而到达最准确的实验结果。这次课题的设计真是十分的艰辛，但是苦中还是有乐的，因为在其中收获了更多的知识。完毕语本次的课程设计历经几周终于完毕了，这对于每个人来说都是一次极大的收获。通过这次课题，把之前学过的大局部理论知识都通过实验让我深深体会到学以致用的乐趣，很多模糊不清的概念和知识点在实践过程当中清楚了。这学期感觉也是收获最多的一学期，通过高频电子线路的课程逐渐让我把先前学过的电路，数字电子电路，以及模拟电子电路的一些知识串联起来了，我想对以后的专业学习也会有很大的帮助。致 我相信每次暴风雨过后，就会出现彩虹。经过这煎熬的几周，总会换来收获的喜悦。对于这次课程设计的完成，首先要感的是松华教师，在她的耐心指导下，我一步步的解决了所面对的难题，她也积极引导我们去发现问题，从而去解决问题。与此同时，为了完成这次任务，查询资料和复习是必不可少的，根据课题的要求，我先学习了相应的一些软件，比方Multisim仿真软件，了解混频电路的特性等，还有接触了一些更深层次的知识。在辩论时，教师也是严格要求我们，对于知识点也是让我们牢牢掌握，有发现新问题时，也会要求要踏踏实实的去解决，教师在教学工作方面确实是很尽责，当然这也是对我们负责，让我们学到更多的知识。 另外我还要感帮助我的同学，因为有了他们的帮助，我才能更好的解决所遇到的问题，发现不懂的问题就相互间帮助，实在不能解决就去咨询教师，这就让我们养成了一个良好的学习气氛，很开心能有这么一群好伙伴，你们。 最后，再次向松华教师致以诚挚的意和崇高的敬意，祝教师工作顺利，家庭幸福美满。参考文献1才开.?高频电子线路原理与实践?.2021年6月.第1版.中南大学2黄智伟.?基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析?.2004年7月，第1版.电子工业3才开.?高频电子线路原理与实践?.中南大学.2021年4阎石.?数字电子技术?.第四版.高等教育.2021年5自美.?电子线路设计与实验测试?.第二版.华中科技大学.2021年6康华光.?电子技术根底模拟局部?.第五版.华中科技大学.2005.77才开.?电路分析根底?.第四版.清华大学.2021附录 AMultisim 扫频仪的介绍附录 BPCB图附录 C实物图附录 D元器件清单. z