混频器及中频放大器的设计(demo)

无46班李超逸2004011119混频器及中频放大器的设计一、实验目的1、加深对混频器概念的认识；2、掌握混频电路的工程设计方法；3、学会对电路性能进行研究。二、设计要求1、设计一个晶体管混频电路，包括LC带通滤波器；2、输入信号频率016.455fMHz，本振信号频率114.14fMHz，中频信号22.315fMHz。（201fff）3、电源电压12ccVV，建议工作电流0.1~0.5EQImA；4、混频器工作点连续可调；5、设计一个中频谐振放大器，中心频率'02ff，在1K负载上谐振电压放大倍数025VAdB；6、混频输出经放大后波形目测无失真。三、实验电路设计及原理1、混频器无46班李超逸2004011119混频器采用共射极电路。由高放模块给出的输入信号由基极接入，由晶振给出的本振信号通过射极接入。利用三极管的非线性特性，三极管集电极的输出可能包含本振信号和输入信号的各种频率分量组合，最后经过LC选频网络选出二者差频，即需要的中频分量。R7为一个可变电阻，R7和R3通过分压给基极提供直流偏置，通过调节R7改变晶体管Q1的工作点，使电阻R4两端电压约为0.1~0.5V，此时0.1~0.5EQImA。改变直流工作点可以改变输出信号幅度。，并将其调至混频器的最佳工作点()EOPTI混频器的中频信号出处通过电感TX1和电容C4构成的选频网络耦合输出。C4和L应满足：212fLC（1）其中，2f为中频信号的频率，等于输入信号与本振信号频率之差。本实验中输入信号016.455fMHz，本振信号114.31818fMHz，中频信号2012.13682fffMHz取C4=120pF，带入(1)式得到46LH，在可调电感的范围之内。通过微调可调电感TX1，可使中频输出信号幅度最大且不失真。2、中频放大器中频放大部分采用共射极电路。可变电阻R8和R4通过分压为晶体管Q1提供直流偏置。通过调节R8可以改变晶体管的工作点，以使放大器的增益足够而且不会引起自激。无46班李超逸2004011119放大信号由集电极输出后，经过C6和可变电感TX1构成的选频网络输出。与混频器一样，C6取120pF，调节可变电感，选出中频使输出无失真且输出幅度最大。四、电路测试和性能研究1、中放增益及整体增益输入有效值为10mV时，中放1.007ppVV中放增益35.631vAdB，满足要求混频和中放整体，当输入有效值为10mV时，输出1.72ppVV，60.835.8vAdB2、寻找混频器最佳工作点()EOPTI()0.36EOPTImALC带通的3dB带宽：BW=150kHz3、在()EEOPTII、本振信号1100EMFVmV情况下，观察输入输出信号的频谱：（1）输入信号为5iEMFVmV单频正弦波（016.455fMHz）；频率/MHz幅度/dBm输入信号16.455-41.56输出信号2.14-10.34.31-40.114.33-42.7可以看出输出频谱2.14MHz分量最大，这就是输入和本振的差频信号，增益31dB左右。另外也出现了两个幅度较小的频率，4.31MHz是中频的二倍频，而14.33MHz则约为本振频率，它们幅度都在-40dBm，是三极管的非线性放大所致。（2）输入信号为5iEMFVmV受20KHz信号调制的30%标准调幅波（载频016.455fMHz）；频率/MHz幅度/dBm输入信号16.4353-58.17中心频率16.455-46.0616.4752-58.19输出信号2.1177-28.6中心频率2.1374-11.52.1576-28.8无46班李超逸2004011119输入信号为5iEMFVmV受20KHz信号调制的30%标准调幅波时，可看出输入、输出除了中心频率外，还有两个旁频分量，距离中心频率20kHz左右。中心频率分量可放大35dB左右而两个旁频分量只能放大30dB，这是由于LC网络的选频作用所造成的。4、本振信号幅度对混频器性能的影响在()EEOPTII的情况下，输入信号为5iEMFVmV的单频正弦波，1V分别为50EMFmV、500EMFmV时，用频谱分析仪观察混频后的频谱，并与2（1）的实验结果相比较。（1）1VEMF＝50mV频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-13.64.3-44.614.4-50.2（2）1VEMF＝500mV频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-10.34.3-36.612.3-49.514.4-40.216.6-55.5二者对比以及和2(1)中对比可知，当本振信号幅度增大时，输出信号中的中频信号频率2.14MHz分量也随之增大，增益增大。但同时引入的各种干扰频率的幅度也随之增大，在这些干扰频率中，中频二倍频4.3MHz和本振信号频率14.4MHz的幅度最大，干扰最明显。当1VEMF＝500mV时，输出的旁频分量不仅会出现中频二倍频和本振频率，还有本振频率和输入频率的各种线性组合，干扰增多。5、输入信号幅度对混频器性能的影响在()EEOPTII的情况下，本振信号为1100EMFVmV，观察输入正弦波的幅度iV分别为2EMFmV、20EMFmV时的中频信号频谱，并与2（1）的实验结果相比较。（1）2iEMFVmV频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-19.82.92-43.94.3-50.814.3-47.8无46班李超逸2004011119（2）20iEMFVmV频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-2.94.27-20.26.4-38.212.15-51.414.37-49.216.5-53.2二者对比以及和2(1)中对比可知，当输入信号幅度增大时，输出信号中的中频信号频率2.14MHz分量也随之增大，增益增大。但同时干扰频率的幅度也随之增大。当20iEMFVmV时，各种组合频率的干扰较多，输入频率16.5MHz分量的幅度也较大。综上，当本振信号和输入信号幅度增加时，可以提高输出中频分量的幅度，但同时各种干扰频率幅度也会增加，给后面的鉴频造成影响。调整二者幅度时应该考虑两方面因素折衷考虑。五、实验中遇到的问题及解决1、LC选频回路的调节一开始，我把本振信号和输入信号都加进去，然后调直流工作点和选频回路的可调电感，但是输出波形总是很乱，原因是这时可调电阻和可调电感都需要调节，而同时调节很难调到最佳效果，而且这是本振信号和输入信号都加了进来，输出有很多干扰频率分量。请教了老师后，老师告诉我先不加本振信号，输入信号就加中频的频率2.13682MHz，把直流工作点调到0.1~0.5EQImA之间，然后主要调节选频回路的可调电感。这时输出了比较标准的正弦波，很快把可调电感调好。之后再加入本振信号和输入信号，微调直流工作点，就可以完成混频电路的调节了。从这点可以看出，在需要调节的参量超过两个时，最好先固定其他参量，只调节其中一个，然后再按顺序一个一个调节其他参量。2、整机联调时中放自激问题在混频器和中放联调测试的时候很顺利，但四个模块联调时，中放总是出现自激问题，十分让人头疼。联调时花了很大部分时间解决这个问题。中放的电路如下图，其中晶体管基极的R2在混频器单独调试的时候并没有加入，是专无46班李超逸2004011119门为了解决在联调时的自激而加入的基极电阻。加入这个基极电阻后，可以适当降低放大倍数，避免自激的现象。经过调试，最后取2150R，并适当调节工作点后，自激现象得以消除。六、体会与收获在这次实验中，我充分体会到了高频电路实验的复杂度。在实验中，低频时不太注意的很多细节都要特别注意，比如接线一定要短，模块间的信号连接必须用双绞线等等，同时要应付很多意想不到的问题，比如中放的自激。在整机联调时，本振和高频放大器两部分都要连到混频器，混频器是比较关键的部分，也是可能出问题最多的部分。通过这次实验，我不仅了掌握了高频电路设计的基本方法，而且掌握了很多解决高频电路中实际问题的方法和经验。在提高自己对理论知识的理解和动手实验能力的同时也为以后做相关工作打下了良好的基础。最后，对老师和助教在实验过程中对我们的帮助和指导致以最诚挚的感谢！