1、晶體三極管混頻電路實驗一、實驗目的1.進一步學習變頻電路的相關理論。2.掌握三極管混頻電路的工作原理和調試方法二、實驗使用儀器1三極管混頻電路實驗板2200MH泰克雙蹤示波器3 .FLUKE萬用表4. 頻譜分析儀（安泰信） 5. 高頻信號源三、實驗基本原理與電路1. LC振蕩電路的基本原理在通信技術中，經常需要將信號自某一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的是把一個已調的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調信號。例如：在超外差中波接收機中，常天線接收到的高頻信號(載頻位于535 kHz1605kHz中波波段各電臺的普通調幅信號) 通過變頻，變換成455KHz的中頻信號；在調頻廣播接收機中, 把載

2、頻位于88 MHz108MHz的各調頻臺信號變換為中頻為10.7MHz的調頻信號。完成這種頻率變換的電路稱變頻器，采用變頻器后，接收機的性能將得到提高。圖 2-1混頻器的電路模型混頻器的電路模型如圖 2-1所示?；祛l器常用的非線性器件有二極管、三極管、場效應管和乘法器。其中二極管混頻器又可以分為二極管平衡混頻器和二極管環(huán)形混頻器等，目前二極管混頻器的集成電路已經在市面上廣泛使用。二極管混頻電路的主要特點是：1.混頻電路本身沒有增益。2.混頻后出現(xiàn)的非線性分量較少。3.混頻電路的輸入信號線性范圍較大。三極管混頻電路和場效應管混頻電路相比：1.具有較大的電壓增益。 2.電路噪聲和非線性分量較多.

3、3. 場效應管混頻電路的工作頻率更高。 模擬乘法器可以實現(xiàn)兩個輸入信號的乘積，模擬乘法器后面加上帶通濾波器就可以形成混頻電路。本振信號用于產生一個等幅的高頻信號UL ，并與輸入信號US經混頻器后所產生的差頻信號經帶通濾波器濾出。目前，高質量的通信接收機廣泛采用二極管環(huán)形混頻器和由差分對管平衡調制器構成的混頻器，而在一般接收機（例如廣播收音機）中，為了簡化電路，還是采用簡單的三極管混頻器，本實驗采用晶體三極管作混頻電路實驗?；祛l器主要技術指標有：混頻增益KPc 所謂混頻增益KPc是指混頻器輸出的中頻信號功率Pi與輸入信號功率Ps之比。噪聲系數(shù)NF混頻器由于處于接收機電路的前端，對整機噪聲性能的影

4、響很大，所以減小混頻器的噪聲系數(shù)是至關重要的。 混頻失真與干擾 混頻器的失真有頻率失真和非線性失真。此外，由于器件的非線性還存在著組合頻率干擾。這些組合頻率干擾往往是伴隨有用信號而存在的，嚴重地影響混頻器的正常工作。因此，如何減小失真與干擾是混頻器研究中的一個重要問題。選擇性所謂選擇性是指混頻器選取出有用的中頻信號而濾除其他干擾信號的能力。選擇性越好輸出信號的頻譜純度越高。選擇性主要取決于混頻器輸出端的中頻帶通濾波器的性能。2.實驗電路晶體三極管混頻電路實驗 電路如圖2-2所示。 本振電壓UL頻率為(10.7MHz)從晶體管的發(fā)射極e輸入，信號電壓Us(頻率為10.245MHz)從晶體三極管的

5、基極 輸入，混頻后的中頻(Fi=FL-Fs)信號由晶體三極管的集電極輸出。輸出端的帶通濾波器必須調諧在中頻Fi上，本實驗的中頻為Fi=FL-Fs=10.7MHZz10.245MHz=455KHz。圖2-2 晶體三極管混頻電路實驗電路圖電容C1是隔直電容，滑動變阻器RW1和電阻R1,R2是晶體管基極的直流偏置電阻，用來決定晶體管基極的直流電壓，電阻R3是射極直流負反饋電阻，決定了晶體管射極的直流電流Ie。晶體管需要設置一個合適的直流工作點，才能保證混頻器電路正常工作，有一定的電壓增益。通常，適當?shù)脑黾泳w管射極的直流電流Ie可以提高晶體管的交流放大倍數(shù)，增大混頻器電路的變頻增益。但Ie過大，混頻

6、電路的噪聲系數(shù)會急劇增加。對于混頻器電路，一般控制Ie在0.2-1mA之間。電阻R4是混頻器的負載電阻。電容C3，C4是混頻器直流電源的去耦電容。同時混頻電路的電壓增益還和本振信號的幅度有關。輸入信號幅度不變時，逐漸增加本振信號的幅度，剛開始由于本振信號的幅度較小，晶體管的變頻跨導較小，此時隨著本振信號幅度的增加，晶體管的變頻跨導也逐漸增加，混頻器的變頻增益逐漸增加。當本振信號幅度達到一定大小時，再增加本振信號的幅度，晶體管工作點的變化更加劇烈，晶體管的變頻跨導就會逐漸下降，混頻器的變頻增益也逐漸下降，并且混頻器的噪聲系數(shù)會大大增加。 當本振信號的幅度一定時，隨著輸入信號幅度的增加，混頻器的變

7、頻增益也會逐漸下降。 要注意的是：混頻器只是實現(xiàn)頻譜的搬移而不會改變原來輸入信號的波形和頻譜，原來輸入的是調頻波則混頻輸出的還是調頻波；原來輸入的是調幅波則混頻輸出的還是調幅波，只是載波的中心頻率發(fā)生了變化。四、實驗內容及分析1、仿真仿真電路圖為：輸入信號頻率為10.245MHz，本振信號頻率為10.7MHz，兩者的頻率差為455KHz，仿真觀察輸出信號的波形。（1）在仿真過程中增加射極電流Ie的值，輸出波形如下： 增大Ie之后：對比可以發(fā)現(xiàn)，增大Ie之后，增益會增大，而輸出波形幾乎沒有變化（2）在仿真過程中增加本振信號的幅度，輸出波形如下：增大本振信號幅度后：對比可以發(fā)現(xiàn)，當本振信號幅度增大

8、后，實際上僅在剛通電的瞬間輸出波形的幅值比原先大，但會慢慢減小到和原先一樣大，到平穩(wěn)時增益沒有變化，波形也一樣。（3）在仿真過程中增加輸入信號的幅度，波形如下： 當增大輸入信號幅度后，對比可以發(fā)現(xiàn)，輸出波形的幅值會增大，即增益增大了，但波形形狀幾乎不變。（4）輸入信號換成調幅波，波形如下：輸入為調幅波時，輸出也是調幅波，波形如下：2、中頻頻率觀測將10.7MHz正弦信號作為本振信號接入IN2端，將10.245MHz輸入信號接入IN1端。調整本振信號幅度為500mV，輸入信號的幅度為200mV和RW1（晶體管的射極電流在1mA左右），此時用示波器觀測 TP3點，輸出信號是頻率為455KHz的正弦

9、信號。然后，調整微調電容CV，使輸出信號幅值最大、失真最小，此時本振信號幅值為1Vpp，輸入信號幅值為400mVpp，輸出信號幅值為1.16Vpp，455.6kHz ?？梢园l(fā)現(xiàn)，當改變輸入信號源的頻率時，輸出中頻 TP3的波形形狀不變，但是其幅值會減小。3、混頻的綜合觀測用高頻信號源產生中心頻率為10.245MHz的調幅信號，接入晶體三極管混頻電路實驗模塊IN1端，由高頻信號源產生的10.7MHz本振信號接入IN2端。調整兩個信號的大小和RW1，用示波器觀測 TP3點波形，觀察發(fā)現(xiàn)TP1和TP3兩點波形的包絡一致，但TP3略有延遲，約30us 。4、靜態(tài)工作點對混頻器增益和輸出波形的影響（逐步

10、增加射極電流Ie的值）：VR3（V）U0（V）增益A4.1870.9602.4005.6451.0802.700VR3=Ie*R3，由表格可以發(fā)現(xiàn)，當Ie增大時，增益會變大，而波形的形狀不變。5、本振信號幅度對混頻器增益和輸出波形的影響（增加本振信號的幅度）輸入信號為400mVpp本振信號幅值（mVpp）U0（Vpp）增益A2000.822.054001.002.506001.082.70觀察表格可以發(fā)現(xiàn)：當本振信號小于400mVpp時，增大本振信號幅值時，增益變大，而波形形狀不變。而當本振信號大于400mVpp后，增大幅值時，增益幾乎不變，波形也沒有變化，最大輸出信號為1.08Vpp 。6、

11、輸入信號幅度對混頻器增益和輸出波形的影響。（增加輸入信號的幅度），本振信號為1Vpp輸入信號幅值mVppU0（Vpp）增益A2000.844.24001.082.76001.191.98觀察表格得：當輸入信號幅值增大時，波形形狀不變，輸出波形幅值增大，增大至1.22Vpp后幾乎不變。7、鏡像干擾輸入信號為10.245MHz時的輸出波形：輸入信號為11.155MHz時的輸出波形：在IN1端輸入11.155MHz的信號后，依舊有輸出波形，且和輸入為10.245MHz時完全一樣，說明有鏡像干擾。五、實驗總結本次晶體三極管混頻實驗主要通過實驗的方法驗證了之前所學的理論知識，在實驗中對混頻的原理有了更深的