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f =16.455MHz，本振信号频率f = 14.14MHz，中频信号f2 = 2.315MHz f2 = f - f)3、 电源电压匕c=12V，建议工作电流、q = 0.1 ~ 0.5mA ；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f' = f，在1KQ负载上谐振电压放大倍数A > 25dB ；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1k==ci0.1二 C2O.luR750K=L C412QpR6Ik1kD WTu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IEq = 0.1 ~ 0.5mA。
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IE (OPT)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：f2 = ^^TLC (1)其中，f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 2f0 = 16.455 MHz，本振信号匕=14.31818 MHz，中频信号 f2 = f0 - f、= 2.13682MHz取C4=120pF，带入(1)式得到L = 46rH，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-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，中放七=1.007V中放增益A = 35.6 = 3ldB，满足要求混频和中放整体，当输入有效值为10mV时，输出七=1.72V，气=60.8 = 35.8dB2、 寻找混频器最佳工作点IE （OPT）I Eg 广 0.36 mALC带通的3dB带宽： BW=150kHz3、 在Ie = IE（opT）、本振信号V= 100mVEMF情况下，观察输入输出信号的频谱：（1）输入信号为匕=5mVEMF单频正弦波（九二16.455MHz）；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V，= 5mVEMF受20KHz信号调制的30%标准调幅波（载频 f0 = 16.455MHz）；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输入信号为匕=5mVEMF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‘E = 'E(opt)的情况下，输入信号为V- = 5mVEMF的单频正弦波，V1分别为50mVEMF、 500mVE^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)匕=50山七呻频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-13.64.3-44.614.4-50.2(2) V=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 匕=500mVEMF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I广‘E(opt)的情况下，本振信号为匕=100秫匕成，观察输入正弦波的幅度匕分别 为2mVEMF、20mVEMF时的中频信号频谱，并与2 (1)的实验结果相比较1) V = 2mVEMF频率/MHz幅度/dBm输出信号2.14-19.82.92-43.94.3-50.814.3-47.8(2) V = 20m%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匕=2QmVEMF 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%2= 0.1 ~0.5mA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R2 = 150并适当调节工作点后，自激现象得以消除R1六、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!。