专业课程设计混频器.doc

通信电子线路课程设计阐明书

三极管混频器

院 、部：
学生姓名：
指引教师： 职称：
专 业：
班 级：
完毕时间：

摘 要
混频器在当代通信中应用非常广泛，融入了人们生活当中。是当代通信中一种不可或缺。混频器通过变化频率来达到应有目，即变频。
本次课程设计采用三级管混频器，电路简朴，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，最后可以得到一种差频信号。采用9014三极管，用中周来充当选频回路，本设计构造简朴，性能相对较为稳定，成本低，使用滑动变阻器变化静态工作点，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。

核心词：混频器；三极管；选频

ABSTRACT
Application of mixer in modern communication is very wide，into people's 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. Input 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 relatively 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 三极管混频器设计内容及规定 1
1.1 设计内容 1
1.2 设计规定 1
1.3 混频器工作原理及系统框图 1
1.4 三极管混频器设计方案 3
第二章 电路设计及其原理分析 4
2.1 本地振荡电路 4
2.2 混频电路 6
第三章 三极管混频器仿真和调试 9
3.1 仿真软件简介 9
3.2 混频器电路仿真 9
3.3 实物调试 10
3.4 总结 10
参照文献 11
致 谢 12
附 录 13
附录 A 13
附录 B 14
附录 C 14
附录 D 15

第一章 三极管混频器设计内容及规定
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，并模仿仿真。从理论上对电路进行了分析。选取适当预案器件，设计出满足规定三极管混频器。
1.2 设计规定
设计一种三极管混频器，规定输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.455MHz正弦波，混频输出为6.465MHz正弦波。
1.3 混频器工作原理及系统框图
一种实际应用中调幅收音机混频电路重要功能是使信号自某一频率变换成此外一种频率，事实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中频信号。而变换后信号，它频谱内部构造和调制类型保持不变，变化仅仅是信号载波频率。混频电路类型较多，惯用模仿相乘混频器、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惯用，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重要有三大某些构成：本地振荡器、晶体管变频器电路和中频滤波网络，各某些独立工作。本地振荡器产生稳定振荡信号(设其频率为),输入高频调幅波信号（设其频率为），由于晶体管非线性特性，两个信号混合后会产生、频率信号，然后通过中频滤波网络，取出 频率信号，调节好 、大小使其差为中屡屡率，即所需要中频信号6.455MHZ。
如下是混频先后波形图和混频先后频谱图：

图2混频先后波形图
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)，通过变频后，输出中频信号VI(t)。输出中频调幅波输入高频调幅波调幅规律完全相似，唯一差别就是频率不同。

图3构成模型
混频电路是一种典型频谱搬移电路，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混频先后频谱图
若设输入调幅信号VS(t),相应频谱如图4（b）所示，当>时，相乘器输出电压频谱如图4（c）所示，即将VS(t)频谱不失真地搬移到本振角频率wc两边，一边搬移到()上，构成角频率为()调幅信号；另一边搬移到()上，构成角频率为()调幅信号。若令 ，则前者为无用寄生分量，而后者则为有用中频分量。因而调谐在上带通滤波器频带宽度应不不大于或等于输入调幅信号频谱宽度。
1.4 三极管混频器设计方案
本课程设计电路是用10MHZ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构成。信号源所产生10MHZ正弦波与本振电路所产生16.455MHZ正弦波通过三极管进行混频后产生和频、差频信号及其他频率信号，然后通过滤波网络滤掉不需要频率分量，取出差频（6.455MHZ）信号，即为所需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重要某些，同步也是超外差式接受机重要某些。其作用是将直流信号变为高频正弦信号，将产生正弦高频信号与输入高频调幅信号通过混频电路得到、信号，其中为本地振荡器产生正弦信号频率，为输入高频调幅波信号频率，通过中频滤波器得到中频信号。即本地振荡器重要是产生一种正弦高频信号，若振荡器不可以稳定工作，就会使产生中频信号不稳定，为此咱们必要保证振荡器稳定性，故这里采用高稳定度西勒振荡器。
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勉励信号，而是由自身正反馈信号来代替外加勉励信号作用。负阻式振荡器则是将一种呈现负阻性有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。本设计中用是反馈式振荡器，图5即为LC三点式反馈式振荡器原理图。通过咱们对高频电路学习懂得，三点式振荡电路构成法则是：交流通路中三极管三个电极与谐振回路三个引出端点相连接，其中与发射极相接为两个同性质电抗，而另一种（接在集电极与基极间）为异性质电抗。

图5 三点式振荡器原理电路
2.1.2 电路及电路参数选取
如图6所示，本次设计采用本振电路采用是西勒振荡器，它是改进型电容三点式振荡器，其重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远不不大于C3，C1、C2远不不大于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
依照西勒振荡电路特点，C3大小对电路性能有很大影响。由于频率是靠调节C4来变化，因此C3不能过大，否则振荡频率重要由C3和L决定，由于将限制频率调节范畴。此外，C3过大也不利于消除晶体管极间电容影响。
在西勒振荡电路中，L和C1-C4值可用式（2.1）计算出，但是若L与C比值太小话，在低频下难以振荡。有大体原则，即振荡频率为1MHZ时，L在10uH以上；10MHZ时L>1uH。另需注意C1、C2大小，若C2/C1太小，波形就会受限制，同步也会增长输出波形中高次谐波。反之，若太大，不可以完全补偿振荡电路损耗而停振。
又由于本电路要产生16.544MHZ信号，因此=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
其他重要器件参数如下，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，用来给三极管拟定一种适当静态工作点，L1为高频扼流圈。
2.2 混频电路
三极管混频器特点是电路简朴，有较高变频增益，规定本振电压幅度较小，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，加在发射结上电压 。若将（）作为三极管等效基极偏置电压，用 表达,称之为时变基极偏压，则当输入信号电压很小，满足线性时变条件时，三极管集电极电流 ..................2.4

图8 三极管混频器原理电路
在时变偏压作用下，傅里叶级数展开式为
...............2.5
中基波分量与输入信号电压相乘
.......2.6
令，得到中频电流分量为
..................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一半。
若设中频回路谐振电阻为Re，则所需中频输出电压 ， 相应混频增益为
..................2.8
综上所述，在满足线性时变条件下，三极管混频电路混频增益与成正比。而又与和静态偏置关于。
2.2.2 设计电路及电路参数选取
如图9为晶体混频器设计电路。电路输入信号（10MHZ信号源）与本振电压分别从基极输入和发射极注入。该电路重要由Q2和6.455MHZ选频回路（图10）构成。

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，由于某种因素，会产生不需要振荡信号，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用来拟定静态工作点，通过变化电阻R2值来变化混频器晶体工作点，使其工作在适合非线性区域，同步也可以用来调节混频增益。
而选频电路取值： ..................2.9
倒推可得： ..................2.10
从而结合仿真效果，取L=3uH，C=200pF。

第三章 三极管混频器仿真和调试
3.1 仿真软件简介
Multisim软件是迄今为止，在电路级仿真上体现最为出众软件，有了Multisim软件，就相称于拥有了一种设备齐全实验室，可以非常以便从事电路设计、仿真、分析工作。Multisim软件前身是加拿大IIT(Electronics Workbench)，日后，EWB将原先版本中仿真设计模板改名为Multisim。
相对于其他EDA软件，它具备更加形象直观人机交互界面，并且提供更加丰富元件库、仪表库和各种分析办法。完全满足电路中各种仿真需要。
3.2 混频器电路仿真
三极管混频电路仿真成果如下

图12 本地振荡电路仿真成果
当R2=5KΩ时，仿真成果最为稳定，达到了设计规定，仿真调试完毕，但是浮现了干扰，并较为明显，但是基本达到规定。
3.3 实物调试

图13 混频输出波形图
混频器输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.455MHz正弦波，输出信号为6.25MHZ正弦波，基本满足规定，实物存在外界干扰,但是不大，通过多次调试，期间也失败了诸多次。有些是跟元器件关于，在更换器件，并找到某些虚焊后，完美解决，实物调试最后获得了喜人成果，同步宣布本设计课题圆满结束。

3.4 总结
通过本次设计课题，虽然我失败了诸多次，但是最后还是获得了喜人成果。在设计中加深了对理论知识理解，同步也增长了动手能力，在解决问题方面也增长了诸多，让我受益匪浅。让我在WORD使用方面更加纯熟，对于其他各个软件使用也更加纯熟，虽然过程艰辛，但是最后也让我成长了诸多！混平频电路比较稳定，但是还是会受到某些干扰，但是不影响正常使用，已经达到了基本实验规定。

参照文献
［1］康华光《电子技术基本》（模仿某些）.高等教诲出版社.1999
［2］曹才开.《高频电子线路原理与实践》.中南大学出版社.
［3］阎石.《数字电子技术》.第四版.高等教诲出版社.
［4］谢自美.《电子线路设计与实验测试》.第二版.华中科技大学.
［5］曹才开.《电路分析基本》.第四版.北京：清华大学出版社.
[6] 曹才开.《高频电子线路原理与实践》.中南大学出版社

致 谢
本课程设计终于结束了。在此，一方面感谢我指引教师张松华教师，在课题设计过程中遇到了诸多问题，予以了我诸多协助，不但在在学术予以指引，并且予以我极大勉励和支持，使我饱含激情完毕了设计。她认真负责态度让我在设计中收获诸多，也成长了诸多，再次感谢张松华教师辅导。在期间遇到了诸多困难，在人们协助下最后顺利解决。最后完毕时，心中非常高兴，最后要感谢那些协助过那些同窗。

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
10nF
4
电容
33pF
1
电容
1nF
1
电容
10pF
1
电解电容
10uF
2
电感
470uH
2
电感
100uH
1
电阻
8K2
1
电阻
2K4
1
滑动变阻器
10K
1
三极管
9014
1
中周
6.5M
1
排针

1
直流稳压电源
12V
1