混频器设计报告

高频电子线路课程设计说明书题目混频器院、部：电气与信息工程学院学生姓名：张韦指导教师：张松华职称专业：电子信息工程班级：电子1004班完成时间：2012—11—29目录一、设计任务与要求………………………………................................................1二、总体方案…………….………………………………………………………...1三、设计内容……………………………………………………………………....33.1电路工作原理...........................................…………………………….…......33.1.1LC正弦波振荡器………………………………….….................…..….33.1.2模拟乘法器电路…………………….……….......................................43.1.3选频﹑放大电路.……….......................................................................63.2仿真结果与分析…………………………………………………….........6四、总结…………………………………………………......…...….......................9五、主要参考文………………………………………………………………....9附录………………………………………………………………………………....9一、设计任务与要求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。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。图1正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源二、总体方案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。混频电路的基本原理：图2^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。图3混频器原理图图4混频器原理图输出波形图三、设计内容3.1电路工作原理3.1.1LC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11~53BccUU图5LC正弦波振荡器图6C正弦波振荡器波形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7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。3.1.2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，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图6所示：xUcU0UgU图8混频原理框图若ssxwUtUcostwUtUy00cos则通频带滤波器twwtwwVKVtwtwVKVtUsssssc00000coscos21coscos经带通滤波器后，取差频twwVKVtVss000cos21is0为所需要的中频频率。由MC1496模拟乘法器构成的混频器电路如图7所示。图中，LC正弦波振荡器输出的10MHz正弦波由10端（X输入端）注入，高频信号源输出的10MHz正弦波由一端（Y输入端）输入，混频后的中频电压由6端经形带通滤波器输出，其中C17﹑L11﹑C11﹑C19构成一选频滤波回路，调节可变电阻Rp能使1﹑4脚直流电位差为零，可以减小输出信号的波形失真，使电路平衡。在2﹑3脚之间加接电阻，可扩展输入信号su的线性范围。图9MC1496构成的混频器3.1.2选频﹑放大电路电路连接如图8所示，晶体管选2SC945，R1﹑R2﹑Re组成支流偏置电路，L2﹑L3﹑C2﹑R构成并联谐振回路，其中R用来改变回路的Q值，C1为输入耦合电容，C3为输出耦合电容，C7位晶体管发射极旁路电容，L1﹑C4﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响，R1﹑R2提供电路的静态工作点。其中电路的谐振频率为32221LLCfMHz99.11043.210101051014.3216612图10选频﹑放大电路图11选频﹑放大电路波形图3.2仿真结果与分析LC正弦波振荡器的输出频率应为CTCLf//4221MHz1.10%710350101014.321126，静态工作点mvRRRRVB3.982%551002.21.51.512321112；选频﹑放大电路输出频率应为32221LLCfMHz99.11043.210101051014.3216612，静态工作点VRRRVB51.32.6152.61221212。通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz，静态工作点mvVB3.983；选频﹑放大电路输出频率为1.99MHz，静态工作点mvVB47.3。结论:有计算值与仿真值的比较可得,本设计基本完成了设计要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。四、总结本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了通信电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容，基本达到了预期要求，由于时间原因，尚有不足之处没有找到。五、主要参考文献[1]宋树祥，周冬梅.高频电子线路.[M]北京大学出版社，2007年2月[2]陈邦媛.射频通信电子线路学习指导.[M]科学出版社，2007年6月[3]吴慎山.高频电子线路.[M]电子工业出版社，2007年1月[4]谢沅清.通信电子线路.[M]电子工业出版社，2007年7月[5]曾兴雯.高频电子线路.[M]高等教育出版社，2004年1月[6]杨翠娥.高频实验与课程设计.[M]哈尔滨工程大学出版社，2005年1月[7]于洪珍.通信电子线路.[M]清华大学出版社，2006年1月[8]陈利永.电子电路基础.[M]中国铁道出版社，2006年7月[9]周选昌.高频电子线路.[M]浙江大学出版社，2006年7月附录元器件清单清单序号编号元件名称型号数量1C15电容1.0nF1个2C14电容510pF1个3R10电阻15K1个4R9,R5电阻1.0k2个5L5可变电感10uH1个6U1模拟乘法器MC14581个7C7,C6电容1.6pF2个8C12电容1.0nF1个9C11,C10电容10nF2个10Q2三极管2SC9451个11R8电阻6.2k1个12R7电阻15k1个11C4电容120pF1个12C5可变电容350pF1个13C9,C8,C2,C1电容10nF4个14L2电感330uH1个15L1电感10uH1个16Q1三极管2N2222A1个17C3电容100pF1个18R6电阻110k1个19R4电阻2.0K1个20R3电阻2.2k1个21R2可变电阻100K1个22R1电阻5.1k1个23V1高频信号源8MHz1个