三极管混频器课程设计论文-毕业论文.doc

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1、通信电子线路课程设计说明书 三极管混频器 院 、 部： 学生姓名： 指导教师： 职称： 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要 混频器在现代通信中的应用非常的广泛，融入了人们的生活当中。是现代通信中一个不可或缺的。混频器通过改变频率来达到应有的目的，即变频。本次课程设计采用三级管混频器，电路简单，变频增益高。输入两个高频信号，通过三极管混频电路和选频回路，最后可以得到一个差频信号。采用9014三极管，用中周来充当选频回路，本设计结构简单，性能相对较为稳定，成本低，使用滑动变阻器改变静态工作点，使其工作在非线性工作区域，是发射极注入、基极输入式变频电路。关键词：混频器；三极管；选频 ABSTRA

2、CTApplication of mixer in modern communication is very wide, into peoples lives. The modern communication is an indispensable. The mixer to achieve the desired objective by changing frequency, variable frequency.This course is designed with three pipe mixer, simple circuit, high conversion gain. Inp

3、ut two high-frequency signal, pipe mixer circuit and frequency selection circuit through the pole, and then we can get a difference frequency signal. The 9014 triode, used in the weeks to act as a frequency selective circuit, this design has the advantages of simple structure, performance is relativ

4、ely stable, low cost, the use of a sliding rheostat change the static working point, which works in the nonlinear area, is the emitter injection, base input type frequency conversion circuit.Key word: mixer;transistor;frequency 目 录第一章 三极管混频器的设计内容及要求11.1 设计内容11.2 设计要求11.3 混频器工作原理及系统框图11.4 三极管混频器的设计方案

5、3第二章 电路设计及其原理分析42.1 本地振荡电路42.2 混频电路6第三章 三极管混频器的仿真和调试93.1 仿真软件介绍93.2 混频器电路的仿真93.3 实物调试103.4 总结10参考文献11致 谢12附 录13附录 A13附录 B14附录 C14附录 D15第一章 三极管混频器的设计内容及要求1.1 设计内容在本次课程设计中采用了Multisim仿真软件对三极管混频器进行设计及绘制，并模拟仿真。从理论上对电路进行了分析。选择合适的预案器件，设计出满足要求的三极管混频器。1.2 设计要求设计一个三极管混频器，要求输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.455MHz正弦波，混频输出

6、为6.465MHz的正弦波。1.3 混频器工作原理及系统框图一个实际应用中调幅收音机的混频电路的主要功能是使信号自某一频率变换成另外一个频率，实际上是一种频谱线性搬移电路。它能将高频载波信号或已调波信号进行频率变换，将其变换为频率固定的中频信号。而变换后的信号，它的频谱内部结构和调制类型保持不变，改变的仅仅是信号的载波频率。混频电路的类型较多，常用的模拟相乘混频器、二极管平衡混频器、环形混频器、三极管混频器等。其中三极管混频器最为常用，其工作原理图如下：中频谐振回路混频器 高频信号 中频输出 f外 f中 本机振荡器 f本图1 系统原理图 从图1中可以看出混频电路主要有三大部分组成：本地振荡器、

7、晶体管变频器电路和中频滤波网络，各部分独立工作。本地振荡器产生稳定的振荡信号(设其频率为),输入的高频调幅波信号（设其频率为），由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生、 频率的信号，然后通过中频滤波网络，取出 频率的信号，调节好 、 的大小使其差为中频频率，即所需要的中频信号6.455MHZ。以下是混频前后的波形图和混频前后的频谱图：图2混频前后的波形图如上波形图可以看出，混频器上加了两个信号：输入调幅信号VS(t)和本振信号VL(t)，经过变频后，输出中频信号VI(t)。输出的中频调幅波输入的高频调幅波调幅规律完全相同，唯一差别就是频率不同。图3组成模型混频电路是一种典型的频谱搬移电路

8、，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移，如图3所示。图4混频前后的频谱图若设输入调幅信号VS(t),相应的频谱如图4（b）所示，当时，相乘器的输出电压频谱如图4（c）所示，即将VS(t)的频谱不失真地搬移到本振角频率wc的两边，一边搬移到()上，构成角频率为()的调幅信号；另一边搬移到()上，构成角频率为()的调幅信号。若令 ，则前者为无用的寄生分量，而后者则为有用的中频分量。因此调谐在上的带通滤波器的频带宽度应大于或等于输入调幅信号的频谱宽度。1.4 三极管混频器的设计方案 本课程设计电路是用10MHZ的交流信号电压源、本振电路（产生16.455MHZ）、三极管混频器电路以及选频电路组成。

9、信号源所产生的10MHZ的正弦波与本振电路所产生的16.455MHZ正弦波通过三极管进行混频后产生和频、差频信号及其它频率信号，然后通过滤波网络滤掉不需要的频率分量，取出差频（6.455MHZ）的信号，即为所需的6.455MHZ信号。第二章 电路设计及其原理分析2.1 本地振荡电路 本地振荡电路是本设计电路的重要部分，同时也是超外差式接收机的主要部分。其作用是将直流信号变为高频正弦信号，将产生的正弦高频信号与输入的高频调幅信号通过混频电路得到、的信号，其中为本地振荡器产生的正弦信号频率，为输入的高频调幅波信号频率，通过中频滤波器得到中频信号。即本地振荡器主要是产生一个正弦高频信号，若振荡器不能

10、够稳定的工作，就会使产生的中频信号不稳定，为此我们必须保证振荡器的稳定性，故这里采用高稳定度的西勒振荡器。 2.1.1 振荡器起振条件 正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓振荡器是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻性的有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。本设计中用的是反馈式振荡器，图5即为LC三点式反馈式振荡器的原理图。通过我们对高频电路的学习知道，三点式振荡电路的组成法则是：交流通路中三极管的三个电极

11、与谐振回路的三个引出端点相连接，其中与发射极相接的为两个同性质电抗，而另一个（接在集电极与基极间）为异性质电抗。图5 三点式振荡器的原理电路2.1.2 电路及电路参数的选择 如图6所示，此次设计采用的本振电路采用的是西勒振荡器，它是改进型电容三点式振荡器，其主要特点是在回路电感L两端并联了可变电容C4，而C3为固定值电容器，且满足C1、C2远大于C3，C1、C2远大于C4，回路总等效电容为： .2.1振荡频率为： .2.2图6 本地振荡电路图7 交流等效电路 根据西勒振荡电路的特点，C3的大小对电路性能有很大影响。因为频率是靠调节C4来改变，所以C3不能过大，否则振荡频率主要由C3和L决定，因

12、为将限制频率调节的范围。此外，C3过大也不利于消除晶体管极间电容的影响。 在西勒振荡电路中，L和C1-C4的值可用式（2.1）计算出，不过若L与C的比值太小的话，在低频下难以振荡。有大致的标准，即振荡频率为1MHZ时，L在10uH以上；10MHZ时L1uH。另需注意C1、C2的大小，若C2/C1太小，波形就会受限制，同时也会增加输出波形中的高次谐波。反之，若太大，不能够完全补偿振荡电路的损耗而停振。 又由于本电路要产生16.544MHZ的信号，所以=16.455MHZ 即MHZ .2.3 综上所述，可以取值C1=60PF,C2=120PF,C3=30PF,C4=18PF,L2=2.5uH 其它

13、主要器件的参数如下，C5=300PF为基极耦合电容，R3=100用来限制射极电流，R1=12K,R2=2K为基极偏置电阻，用来给三极管确定一个合适的静态工作点，L1为高频扼流圈。2.2 混频电路三极管混频器的特点是电路简单，有较高的变频增益，要求本振电压幅度较小，当信号电压较大时会产生非线性失真。2.2.1 混频原理电路 图8是三极管混频器的原理电路。图中，L1C1为输入信号回路，调谐在上。L2C2为输出中频回路，调谐在上。本振电压 接在基极回路中，为基极静态偏置电压，由图可见，加在发射结上的电压 。若将（）作为三极管的等效基极偏置电压，用 表示,称之为时变基极偏压，则当输入信号电压很小，满足

14、线性时变条件时，三极管集电极电流 .2.4图8 三极管混频器的原理电路在时变偏压作用下，的傅里叶级数展开式为 .2.5中的基波分量与输入信号电压相乘 .2.6令，得到的中频电流分量为 .2.7其中 称为混频跨导，定义为输出中频电流幅值对输入信号电压幅值之比，其值等于中基波分量的一半。若设中频回路的谐振电阻为Re，则所需的中频输出电压 ， 相应的混频增益为 .2.8综上所述，在满足线性时变条件下，三极管混频电路的混频增益与成正比。而又与和静态偏置有关。2.2.2 设计电路及电路参数选择 如图9为晶体混频器的设计电路。电路的输入信号（10MHZ的信号源）与本振电压分别从基极输入和发射极注入。该电路

15、主要由Q2和6.455MHZ选频回路（图10）组成。图9 晶体三极管混频电路图10 选频电路 在高频放大器或振荡器中，由于某种原因，会产生不需要的振荡信号，这种振荡称为计生振荡。为了电源去耦，消除由公共电源引起的多级寄生振荡，在设计电路时加入了C5、C6、C7、C8、L3。而在信号源连接处加一电容是为了滤波用，如C1、C2、C9。R2、R3用来确定静态工作点，通过改变电阻R2的值来改变混频器晶体工作点，使其工作在适合的非线性区域，同时也可以用来调节混频增益。而选频电路的取值： .2.9倒推可得： .2.10从而结合仿真效果，取L=3uH，C=200pF。第三章 三极管混频器的仿真和调试3.1

16、仿真软件介绍Multisim软件是迄今为止，在电路级仿真上表现最为出色的软件，有了Multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。Multisim软件的前身是加拿大IIT(Electronics Workbench)，后来，EWB将原先版本中的仿真设计模板更名为Multisim。相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，并且提供更加丰富的元件库、仪表库和各种分析方法。完全满足电路中各种仿真需要。3.2 混频器电路的仿真三极管混频电路的仿真结果如下图12 本地振荡电路的仿真结果当R2=5K时，仿真结果最为稳定，达到了设计要求，仿

17、真调试完成，不过出现了干扰，并较为明显，但是基本达到要求。3.3 实物调试图13 混频输出波形图混频器的输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.455MHz正弦波，输出信号为6.25MHZ正弦波，基本满足要求，实物存在外界干扰,但是不大，经过多次调试，期间也失败了很多次。有些是跟元器件有关，在更换器件，并找到一些虚焊后，完美解决，实物调试最终取得了喜人的成果，同时宣告本设计课题圆满结束。3.4 总结通过本次的设计课题，虽然我失败了很多次，但是最后还是取得了喜人的结果。在设计中加深了对理论知识的理解，同时也增加了动手能力，在解决问题方面也增加了很多，让我受益匪浅。让我在WORD的使用方面更加

18、的熟练，对于其它的各个软件的使用也更加的熟练，虽然过程艰辛，但是最后也让我成长了很多！混平频电路比较稳定，但是还是会受到一些干扰，不过不影响正常的使用，已经达到了基本的实验要求。参考文献1康华光电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.19992曹才开.高频电子线路原理与实践.中南大学出版社.20103阎石.数字电子技术.第四版.高等教育出版社.20094谢自美.电子线路设计与实验测试.第二版.华中科技大学.20105曹才开.电路分析基础.第四版.北京：清华大学出版社.2009 6 曹才开.高频电子线路原理与实践.中南大学出版社 2010致 谢本课程设计终于结束了。在此，首先感谢我的指导老师张

19、松华老师，在课题设计过程中遇到了很多的问题，给予了我很多帮助，不仅在在学术给予指导，并且给予我极大的鼓励和支持，使我饱含激情的完成了设计。她认真负责的态度让我在设计中收获很多，也成长了很多，再次感谢张松华老师的教导。在期间遇到了很多的困难，在大家的帮助下最终顺利解决。最后完成时，心中非常高兴，最后要感谢那些帮助过的那些同学。附 录附录 A 图14 电路原理图附录 B图15 PCB附录 C图16 实物图附录 D表1 元器件清单器件名称型号数量电容10nF4电容33pF1电容1nF1电容10pF1电解电容10uF2电感470uH2电感100uH1电阻8K21电阻2K41滑动变阻器10K1三极管90141中周6.5M1排针1直流稳压电源12V115