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1、 通信电子线路课程设计说明书三极管混频器 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子 0802 完成时间： 2010、12、7 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 485M 一 870M 的图象信号要变成 38MHZ
2、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。现代通信系统的组成图如下：输输入变换器输发送设备输传输信道输接收设备输输出变换器干扰通信系统的种类很多，这里就不一一介绍了，但通信系统中的发送设备和接受设备的各项的功能则是各种高频功能电路来实现的。我此次毕业
3、设计课题就是在无线通信系统中不可缺少的混频电路。混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把次中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。此外为辅助电路，此次的毕业设计还应用了 LC 谐振回路以及 RC 二阶有源滤波器，以实现对干扰信
4、号的有效抑制。关键词： Multisim 超外差接收机 混频 AbstractKinds of information is very important to human life, so people are always looking for fast way to communicate over distance, to transfer or to exchange information. Modern long distance communication technology was invented in mid of 18th century thanks to the
5、 invention of radio technology. Since then, this technology was well developed and many new methods came out. From Morse code to satellite, modern communication is playing more and more important role. As a key part of radio technology mixing, e.g. transistor mixer, diode mixer and FET mixer, etc. a
6、re broadly used in different system，to shift frequency.The figure hereafter illustrated the basic components of a communication system. There are kinds of communication technology; they are not going to be introduced here one by one. However most of the transmitters and receivers are made by RF syst
7、em. The topic of this document is to design and simulate a key unit circuit of wireless communication system - mixer.Mixing technology is very useful; normally they are applied by the front end of receiver. They are used by superheterodyne receiver, frequency synthesizer, microwave repeater and inst
8、ruments. Therefore, this kind of design practice can greatly help to understand RF knowledge well.Furthermore, as auxiliary circuit, LC network and RC active filter are applied to this design, to effectively eliminate interference.Key word: Multisim; Superheterodyne; receiver; 目 录1 设计要求及指标1.1 设计目标61
9、.2 设计要求和技术指标61.3 三极管混频器总体方案介绍及工作原理说明62 三极管混频器的仿真分析 2.1 混频电路分析 72.2 仿真结果113 仿真结果分析、干扰及解决办法、设计总结3.1 仿真结果分析163.2 干扰及解决办法163.3 设计总结16参考文献17致谢18附录191 设计要求及指标1.1 设计目标设计一个三极管混频器。1.2 设计要求和技术指标设计一个三极管混频器。要求中心频率为 10MHz,本振频率为16.455MHz。1.3 混频电路的基本原理混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与
10、幅度较小的外来信号同时加到作为时变参量线性电路的器件上，则输出端可取得此二性号的差频或和频，完成变频作用。他的功能是将已调波好的载波频率变换成固定的中频载频率。而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频率谱搬电路，对于调幅波、调频波或调相波通过变频电路后仍然是调幅波，调频波或调相波。只是其载波频率变化了，其调制规律是不变的。常用的有模拟相乘混频器、二极管平衡混频器、环型混频器、三极管混频器等。其中三极管混频器最为常用。正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源图 1.3.1 混频原理框图2.、三极管混频器的仿真分析2.1.1 混频电路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
11、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U s(t)是已调高频信号。U l(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： 图2中，U s(t)为输入信号，U c(t)为
12、本振信号。U i(t)输出信号。分析：当 2.1stsmso(t)则 (t)csp= tmsts Uo= 2.2ctstcA其中： cmsUA对上式进行三角函数的变换则有： 2.3tcst1poc t)t-(cs)tco( A21so从上式可推出，U p(t)含有两个频率分量和为( c+ S)，差为( C- S)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为2.4t Amcos21(t)si 若选频网络是理想下边带滤波器则输出： 2.5t-cs(t)Usi以下是调幅波频率形图和混频前后的频谱原理图：图 1.3.2 调幅波变频波2.1.2 总体方案介绍高频电路中的混频器利用电路中的非线性，可以对两个输入
13、信号进行频率加或减，产生和频信号或差频信号。本实验采用晶体三极管作混频电路,产生差频信号，将高频信号转化成低频信号。采用共射混频电路。信号电压由基极输入，本振电压由发射极注入。采用此电路，相互干扰产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗小，使本振负重较重，虽不易起振但也不易过激，因此振荡波形好，失真小。三极管混频电路原理图如下图 1.3.3 所示。其中，晶体管起信号的混频作用，两个输入信号分别为和；电容 Cin1、 Cin2、 Cout为信号输入和输出的耦合电容，起到隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性；电容 Ce对高频交流信号相当于短路
14、，消除偏置电阻 Re对高频信号的负反馈作用，提高高频信号的增益；电阻元件 Rb1、 Rb2、 Re决定晶体管的工作点；电路中的电感 L 和电容 C 组成的谐振电路起选频作用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出信号。图 1.3.3 晶体管混频器实验原理电路图2.1.3 工作原理说明晶体三极管混频器的原理性电路如图 1.3.4 所示，在发射结上作用有三个电压，即直流偏置电压 VBB信号电压 us和本振电压 uL 。为了减小非线性器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅 ULm Usm，也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个大信号 uL 和一个小信号 us 同时作用于非
15、线性器件时，晶体管可近似看成小信号的工作点随大信号变化而变化的线性元件，如图 1-5 所示。t 1时刻，在偏压 VBB和本振电压 uL的共同作用下，它的工作点在 A 点，此时 us较小。因此，对 us 而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。在另一时刻 t2，对于 us 而言，由于偏压和本振电压的作用，工作点移到 B 点，这时对 us 仍可看成工作于线性状态。虽然两个时刻均工作于线性状态，但工作点不同，这两个时刻的线性参数就不一样。因为 us 的工作点随 uL 的变化而变化，所以线性参量也就随着 uL 变化而变化，可见线性参量是随时间变化的，这种随时间变化的参量称为时变参量。这样的电路称为线性时变电路。应当注意，虽然这种线性时变电路是由非线性器件组成。但对于
