课程设计混频器

湖南工学院高频电子线路课程设计第3页1高频电子线路课程设计报告院校专业______________组员姓名______________指导老师______________课题名称______________湖南工学院高频电子线路课程设计第3页2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广播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48．5M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。本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号.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。本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号.湖南工学院高频电子线路课程设计第3页3目录摘要..............................................................................................................................................................1一．概述......................................................................................................................................................4二.方案分析...............................................................................................................................................5三．单元电路的工作原理..........................................................................................................................71．LC正弦波振荡器...................................................................................................................................72．模拟乘法器电路....................................................................................................................................83．选频﹑放大电路....................................................................................................................................9四．电路性能指标的测试.........................................................................................................................11五．课程设计体会....................................................................................................................................13参考文献....................................................................................................................................................14附录Ⅰ总电路图....................................................................................................................................16附录Ⅱ元器件清单................................................................................................................................17湖南工学院高频电子线路课程设计第3页4一．概述混频技术应用的相当广泛，混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大（频率越高，放大量越低，反之频率低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为放大功能主要放在中放，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后，调整方便，放大量﹑选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、频谱分析仪等）的重要组成部分。混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图1所示。振荡器输出一频率为1f=10MHz、幅值0.2V＜mU1＜1V的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，2f=10MHz、幅值mU2=200mV，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz的正弦波信号。湖南工学院高频电子线路课程设计第3页5图1混频器原理框图二.方案分析对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。混频电路的基本组成模型及主要技术特点：混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。混频电路的组成模型及频谱分析图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中Us(t)是已调高频信号。Ul(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是Ui(t)为中频信号。混频电路的基本原理：正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源湖南工学院高频电子线路课程设计第3页6^图2中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。Ui(t)输出信号。分析：当stsmscosU(t)U则(t)(t)UU(t)Ucsp=ctcmstsmcosUcosU=ctstcoscosAm其中：cmsmUUAm对上式进行三角函数的变换则有tcst1pcoscosAmtU：)t]-(cs)tc[cos(Am21scos从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和为(ψc+ψS)，差为(ψC-ψS)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为]tAmcos[21(t)Usci．若选频网络是理想下边带滤波器则输出：]t-Amcos[21(t)Usci．工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψcψS．往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，]t-Amcos[21(t)Usci为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由LC正弦波振荡器﹑高频信号源﹑模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。混频器电路如图3所示。湖南工学院高频电子线路课程设计第3页7图3混频器电路图三．单元电路的工作原理1．LC正弦波振荡器本次设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是2Fk，在LC谐振回路，cebecbXXX，cbX与beX﹑ceX性质相反，当beX﹑ceX为电容，cbX就是电感；当beX﹑ceX为电感，cbX就是电容。在LC三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足1FA。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：FFFRi11选取60，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流BQBII10~5电压湖南工学院高频电子线路课程设计第3页8ccBUU31~51由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率f=10MHz，电路连接如图4所示图4LC正弦波振荡器R1﹑R2﹑R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2﹑CT﹑C﹑C4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q值，C1﹑C3为耦合电容，L1﹑C6﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。其交流通路如图5所示。图5交流通路图根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz，故由此可以大概确定L2﹑C4﹑CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为CTCLf//4221MHz1.10%710350101014.321126，静态工作点为mvRRRRVB3.982%551002.21.51.512321112，基本符合设求。2．模拟乘法器电路用模拟乘法器实现混频，就是在xU端和yU端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，湖南工学院高频电