1三極管混頻器任務(wù)、功能要求說明及總體方案1.1課題任務(wù)設(shè)計一個三極管混頻器。要求中心頻率為10MHz,本振頻率為16.455MHz。1.2課題總體方案介紹及工作原理1.2.1總體方案圖1.1圖1.1結(jié)構(gòu)和原理譜上搬移了一個位置。⑶譜上搬移了一個位置。⑶f廣fS-fL 匕<fSfI=fS-fL 1sfI=fS+fL fI>fS一般，用于振幅調(diào)制與解調(diào)的電路均可用于混頻，（稱為下混頻）低中頻（1）輸出中頻調(diào)幅波與輸入高頻調(diào)幅波規(guī)律完全相同，即載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同。唯一的差別是載波頻率不同。（2）從頻譜上看，輸出中頻信號與輸入高頻信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過在頻（稱為上混頻）高中頻需要改變的只是輸入、輸出回路和輸出濾波器的參數(shù)。若非線性器件本身僅實現(xiàn)混頻，本振信號由單獨的本地振蕩器提供，稱為混頻器；若非線性器件既產(chǎn)生本振信號又實現(xiàn)混頻，則稱為變頻器。

1.2.2工作原理混頻電路的基本原理:u心)u心)TOC\o"1-5"\h\z圖2中，U(t)為輸入信號，U(t)為本振信號。U(t)輸出信號。s c i\o"CurrentDocument"分析： 當(dāng)U(t)=Ucosw (1.1)\o"CurrentDocument"則： U(t)=U(t)U(t) (1.2)=U coswUcosw\o"CurrentDocument"=Amcoswcoswst ct其中： Am=UU (1.3)U(tU(t)=Amcosqcosq:%Am[cos叩c+Ws)t+cos叩-w)t]若選頻(1.4)從上式可推出，U(t)含有兩個頻率分量和為(W+W),差為若選頻(1.4)p cS CS網(wǎng)絡(luò)是理想上邊帶濾波器則輸出為U.(t)=12Amcos[w+W]t若選頻網(wǎng)絡(luò)是理想下邊帶濾波器則輸出： cs\o"CurrentDocument"U(t)=12Amcos[w-W]t (1.5)工程上對于超外差式接收機而言，如廣播電視接收s機則有wc>>ws.往往混頻器的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波器，則輸出為差頻信號，U的選頻網(wǎng)絡(luò)為下邊帶濾波器，則輸出為差頻信號，U.(t)=%AmcosW-W]t。高頻電路中的混頻器利用電路中的非線性，可以對兩個輸入信號進行頻率加或減，產(chǎn)生和頻信號或差頻信號。本實驗采用晶體三極管作混頻電路，產(chǎn)生茶品信號，將高頻信號轉(zhuǎn)化成低頻信號。晶體管混頻電路原理圖如下圖2-2所示。其中，晶體管起信號的混頻作用，兩個輸入信號分別為和；電容Cini、Cin2、Cout為信號輸入和輸出的耦合電容，起到隔直流的作用，使前后級的直流電位不相互影響，保證各級工作的穩(wěn)定性；電容對高頻交流信號相當(dāng)于短路，消除偏置電阻Re對高頻信號的負反饋作用，提高高頻信號的增益；電阻元件、、Rb2、Re決定晶體管的工作點；電路中的電感L和電容C組成的諧振電路起選頻作用，在產(chǎn)生的組合頻率中選擇所需要的中頻輸出信號。

2三極管混頻器的仿真分析2.1參數(shù)選擇晶體三極管混頻電路實驗電路如圖2.1所示。本電路使用的是共發(fā)電路，本振電壓Ul（Fl頻率為10.455MHz）從晶體管的發(fā)射極e輸入，信號電壓Us（頻率Fs為10.0MHz）從晶體三極管的基極輸入，混頻后的中頻（Fi=F-Fs）信號由晶體三極L管的集電極輸出。輸出端的帶通濾波器必須調(diào)諧在中頻Fi上，本實驗的中頻為Fi=F-Fs=10.455MHz-10.0MHz=455kHz。且電路中，即本振電壓為大信號，輸入信L號電壓為小信號。tOOpFXSCl---lOOnFH../1Vpk:::七'10455MHItOOpFXSCl---lOOnFH../1Vpk:::七'10455MHI圖1.2仿真電路圖要產(chǎn)生455kHz的中頻信號，那么兩輸入信號的頻率差就應(yīng)為455kHz，鑒于實驗室比較容易獲得10.455MHz的高頻信號，那我們不妨就取本振信號為10.455MHz，于是輸入信號的頻率就應(yīng)為10.455MHz-455kHz=10.0MHz。另外為了滿足本振信號是大信號，輸入信號是小信號的約束條件，我們不妨就取輸入信號Ui=100mV;Us=500mV下面來計算諧振回路的LC,諧振回路所起的主要作用就是選頻，即選出頻率是455kHz的中頻信號，即，從而我們不妨取L1=10uH，C1=12nF,把這些參數(shù)值代入仿真電路即可f=2兀立I和2x3.1牝10X10-6x12X10-12 ^、KHz（2.1）電容C5是隔直電容，滑動變阻器R2和電阻R3,R4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R5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(shè)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(dāng)?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)p，增大混頻器電路的變頻增益。但Ie過大，混頻電路的噪聲系數(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。2.2仿真結(jié)果輸入信號的頻率為10.0MHz，本振信號的頻率為10.455MHz，兩者的頻率差為455kHz，仿真觀察輸出信號的波形及頻率（波形記錄如下）。圖2.2仿真波形

頻率計顯示的輸出信號的頻率:圖2.3輸出頻率將Timebase調(diào)小，將圖形放大了測量其幅值，變頻增益了圖2.42.3仿真調(diào)試在仿真過程中增加射極電流Ie的值，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（噪聲，失真度）表2.1射極電流Ie（mA）0.6060.7981.17452.238變頻增益（倍）6.898.13710.6714.72規(guī)律總結(jié)：隨著射極電流的增大，電路的變頻增益也逐漸增大。但是隨著射極電流的增大，混頻電路的噪聲系數(shù)會急劇增加，受噪聲影響輸出波形有很多毛刺（如下圖）。

在仿真過程中增加本振信號的幅度，保持輸入信號幅度100mV不變觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（噪聲，失真度）表2.2本振信號幅度U（mV）3005007001000變頻增益（倍）6.066.897.097.44規(guī)律總結(jié)：變頻增益隨著本振信號電壓幅度的變大而增加。在仿真過程中保持本振信號的幅度500mV不變，增加輸入信號的幅度，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（噪聲，失真度）表2.3輸入信號幅度（mV）2050100200變頻增益（倍）10.698.116.894.22規(guī)律總結(jié)：變頻增益隨著輸入信號幅度的增加而減小。3誤差分析、結(jié)論3.1誤差分析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(dǎo)較小，此時隨著本振信號幅度的增加，晶體管的變頻跨導(dǎo)也逐漸增加，混頻器的變頻增益逐漸增加。當(dāng)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(dǎo)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。3.1.1靜態(tài)工作點對混頻器增益和輸出波形的影響。逐步增加射極電流Ie的值，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。（易知由于射極電阻大小不變，所以只要改變射極電壓的大小就可以改變Ie，顯然改變Ve實質(zhì)上也就變成改變的大小了，即旋轉(zhuǎn)R1即可）表3.1Ve(V)3.284.245.065.89輸出信號電壓（mV）198207233254規(guī)律總結(jié)：與仿真結(jié)果一致，隨著射極電流的增大，電路的變頻增益也逐漸增大。原因解釋：有這樣的實驗公式，三極管混頻器的變頻跨導(dǎo)。運用數(shù)學(xué)的手段分析該式，我們可以得到在一定的范圍內(nèi)是隨著的增大而增大的，而由前面的推導(dǎo)可知越大越大，所以隨著的增大而增大。當(dāng)然由于我們用的實驗箱限制，所有器件參數(shù)都固定好了，達不到大的電流，所以觀察不到仿真過程中出現(xiàn)的“隨著射極電流的增大，混頻電路的噪聲系數(shù)會急劇增加，受噪聲影響輸出波形有很多毛刺”的現(xiàn)象。3.1.2本振信號幅度對混頻器增益和輸出波形的影響。逐步增加本振信號的幅度，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。下面是實驗記錄結(jié)果：（輸入信號的幅值一直保持111mV）

表3.2本振信號幅度（mV）5006007008009001000輸出信號幅度（mV）207237251265271275混頻增益（倍）1.862.132.262.392.442.48規(guī)律總結(jié)：與仿真結(jié)果類似，隨著本振信號幅度增加，電路的變頻增益在逐漸大。原因解釋:圖3.1該圖很形象地告訴知道，輸入本振電壓的幅度越大，那么也就越大，根據(jù)關(guān)系式，可知會隨著本振信號幅度的增大而增大，從而也就解釋了如上的規(guī)律。3.1.3輸入信號幅度對混頻器增益和輸出波形的影響。逐步增加輸入信號的幅度，而保持本振信號不變，觀察混頻器變頻增益的變化，和輸出波形的變化。表3.3輸入信號幅度（mV）111166220272330輸出信號幅度（mV）207224234242248變頻增益（倍）1.861.351.060.890.75規(guī)律總結(jié)：變頻增益隨著輸入信號幅度的增加而減小，甚至減小到無增益反而是衰減的情況。原因解釋：有這樣的公式，當(dāng)輸入信號的幅度逐漸增大時，由于其在分母上，而分子基本不變，所以在逐漸變小，即隨著輸入信號幅度的增加，混頻器的變頻增益也會逐漸下降。3.2結(jié)論3.2.1設(shè)計體會本次課程設(shè)計的題目是三極管混頻器的設(shè)計，通過查找資料，結(jié)合書本中所學(xué)的知識，完成了課程設(shè)計的內(nèi)容。把書中所學(xué)的理論知識和具體的實踐相結(jié)合，有利于我們對課本中所學(xué)知識的理解，并加強了我們的動手能力。在這次的課程設(shè)計過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設(shè)計使我對通信電子線路又有了進一步的了解，增加了對所學(xué)知識的應(yīng)用。本次課程設(shè)計教會我查閱書籍的重要性，通過翻閱書籍我找到了與我課設(shè)題目有關(guān)的內(nèi)容，順利進行了課程設(shè)計，我希望通過更多這樣有價值的課設(shè)來充實自己。雖然課設(shè)中有很多困難，但經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和我的努力都一一克服了，增強了自信心。3.2.2設(shè)計重點、難點及精妙之處本次課程設(shè)計的重點難點在與晶體管電路的選擇，四種晶體管混頻電路的優(yōu)缺點比較如下：晶體管混頻器的電路有多種形式，一般按照晶體管組態(tài)和本地振蕩電壓注入點的不同有下圖所示的四種基本電路：(a)(b)(a)(b)22（c） （d）其中3）和（b）為共發(fā)混頻電路，圖（a）信號電壓由基極輸入，本振電壓也由基極注入。圖（b）信號電壓由基極輸入，本振電壓由發(fā)射極注入。圖（c）和圖（d）為共基混頻電路，圖（c）表示信號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓也由發(fā)射極注入。圖（d）表示信號電壓由發(fā)射極輸入，本振電壓由基極注入。這四種電路組態(tài)個有優(yōu)缺點。圖（a）電路對震蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸入阻抗比較大，因此用作混頻的時候，本地振蕩電路容易起振，需要的本振注入功率也較小，這是其優(yōu)點。但是因為信號輸入電路與振蕩電路相互影響較大（直接耦合），可能產(chǎn)生牽引現(xiàn)象。這是它的缺點。當(dāng)與的相對頻差不大時，牽引現(xiàn)象比較嚴重，不宜采用此種電路。圖（b）電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極輸入，因此相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗小，不宜過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。但需要較大的本振注入功率，不過通常所需功率也只有幾十mW,本振電路時完全可以供給的。因此這種電路應(yīng)用較多。圖（c）和3）兩種電路都是共基混頻電路。在較低頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一把不采用。但在較高的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高頻率工作時，由于其工作電路的比共發(fā)電路的要大很多，所以變頻增益較大。因此在較高頻率工作時，一般優(yōu)先考慮此種電路。由于輸入信號電壓很小，那么無論它工作在特性曲線的哪個區(qū)域，都可以認為特性曲線是線性的，而本振信號電壓相對很大的話，可以認為器件參量基本上是受本振信號控制的，即在這種情況下可以認為器件的跨導(dǎo)隨簡諧振蕩電壓周期性改變，從而起到混頻的作用。參考文獻曹才開.高頻電子線路原理與實踐[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2010.28?63CaoCaikai.HighFrequencyCircuitTheoryandPractice[M].Changsha:CentralSouthUniversityPress,2010.28~63謝嘉奎.電子線路非線形部分[M](第四版).北京:高等教育出版社，1996.27XieJiakui.electroniccircuitnon-linearpartofthe[M](FourthEdition).Beijing:HigherEducationPress,1996.27高吉祥，易凡，丁文霞，陸珉,劉安芝.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計】M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.43?48GaoJixiang,YiFan,DingWenxia,LuMin,LiuAnzhi.electronictechnologyexperimentwithcoursedesign[M].Beijing:ElectronicIndustry