1、三极管混频电路设计概述摘要 3第一章 系统分析 71.1设计课题任务 71.2课题基本原理 71.3混频电路的分类 81.4混频电路的实际应用 9第二章 电路图及原理分析 102.1 本地振荡电路 102.2 振荡器起振条件 10第三章 设计课题的参数选择及调试 133.1电路性能分析 133.2电路参数选择 14 3.3设计课题的调试 15第四章 结论 17致谢 18参考文献 19附录 20第一章 系统分析1.1设计课题任务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。1.2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
2、的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与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信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波好的载波频率变化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。以下是调幅波频率形图和混频前后的频谱原理图：图1.2调幅波变频波形图调幅波的混频示意图中，混频器上加了俩个信号载频为1.76MHZ的调幅波Vs（输入信号）和频率为2.1656.465MHZ的等幅波Vo(本振信号)，经过变
3、频后，输出为465KHz的中频调波Vi。输出的中频调幅波与输入的高频调幅波调幅规律完全相同，即载没振幅的包络形状完全相同，唯一差别就是频率不同。下面我们来研究变频是频谱的变化，从示意图我们可以看出经过混频，高频已调波变成中频已调波，只是把已调波的频谱从高频率位置到了中频率位置，输入信号中每个频率分量的位置及相对大小、相互间距不发生变化，当应注意高频率已调波的上、下边频搬到中频位置后，分别成了下、上边频。图1.3变频前后的频谱图1.3混频电路的分类混频电路是基于某些器件的非线性远离工作的，其核心部件就是非线性元件。根据所用器件不同，混频器主要有：1） 晶体管混频器；2） 二极管混频器；3） 场效
4、应管混频器；4） 差分对混频器。根据电路结构分有：1） 单管混频器；2） 平衡混频器；3） 环形混频器。1.4混频电路的实际应用 超处差式接收机的主要特点是，把被接收的已调波信号的载波的频率c先变为频率较低的（或较高的）但是固定不变的中间频率i（称为中频），而其振幅的变化规律保持不变，即是由低频调制信号来决定，然后利用中频放大器加以放大送至检波器进行检波。解调出与调制信号U(t) 线性关系的输出电压。随后通过低频电压放大、功率放大、由扬声器还原为原来的声音，因为中频放大器的中心频率是固定不变的，中频放大器容易取得较大的增益和近似理想的选择性曲线。而接收器的主要放大倍数由中频放大承担所以整机增益
5、在接收频率范围内，高端和底端的差别就会很小，即易于获得较高的灵敏度和临道选择性。对于调谐来说需要对混频器的选频输入回路和本机振荡器进行同步调谐，这是容易实现的。 第二章 电路图及原理分析1.1本地振荡电路 本地振荡器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。其主要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相乘得到+、-的信号，其中为正弦信号频率，为调幅信号频率，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和调幅信号相乘的高频信号，通过信号相乘以得到新的频率，若振荡器不能够稳定工作，就会使产生的中频信号不稳，为此我们必须保证振荡器的稳定
6、性，故这里采用高稳定度的石英晶体振荡器。1.2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1.1所示即为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，三点式振荡器的构成法则是：与的符号相同，与的符号则相反。凡是违反这一准则的电路不能产生振荡。图 1.1本振电路原理图1.
7、2石英晶振工作原理我们知道由LC构成的振荡器，它们的日频率稳定度大约为的数量级。即使采用了一系列稳频措施，一般也难以获得比更高的频率稳定度。但是，实际情况往往需要更高的频率稳定度。例如本文的本振电路由于它的稳定性直接决定了输出中频信号的稳定度，因此其频率稳定度就要求。显然，普通的LC振荡器是不可能满足上述要求的。为此本设计电路采用了石英晶体振荡器。石英晶体的物理化学性能都十分稳定，因此它的等效谐振回路有很高的标准性。其等效电路如图1.2所示，晶体的参数很大、很小、也不大。因此，晶体的Q値可高达数百万数量级。又由于所以石英晶体工作时，在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲
8、线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。 本课程设计-晶体三极管混频器实验电路如图 图 1.2晶体三极管混频器实验电路 本次课设所使用的石英晶体振荡电路，由图中可以看出是石英晶体并联型振荡电路，在电路中石英晶振显感性，晶体管发射极和电容C3、C4相连其阻抗性质相同，同为容性；集电极和C3、晶振相连，而晶振又显感性所以阻抗性质相反；基极和C4、晶振相连同理其阻抗性质也是相反的，故此振荡器满足振荡条件，其类似于考毕兹振荡电路。振荡频率公式为： 查阅石英晶体资料得11MHZ振荡时其等效电感，当电容选取为50pF时其振荡频率为： 电路中其它主要器件的参数如下为基极偏置电阻，用来给给三极管确定一个合适的
9、静态工作点，C1=1uF为基极耦合电容，L1=10mH为扼流圈，防止突变对三极管造成损害，用来限制射极电流，C2=1uF为旁路电容C5=1uF为电源和地的去耦电容。由于石英晶体是本电路的核心部件，因此在选用晶振时要注意以下几点： 1 石英晶体的激励电平应在规定范围内。过高的激励功率会使石英晶体内部温度升高，损坏石英。2 在并联晶体振荡器中，石英晶体起等效电感作用，若作为容抗，则在石英晶片失效时，石英振荡器的支架电容还存在，线路仍有可能满足振荡条件而振荡，石英晶体振荡器就失了作用。 第三章 设计课题的参数选择3.1电路性能分析由以上分析知在设计电路时须注意变频跨导与本振电压和偏置电压的关系线。只
10、有把握好这一关系，设计出来的电路才能满足我们的设计要求。本文混频电路所采用的晶体三极管是2N3904，根据其变频跨导与本振电压和偏置电压的关系曲线设计电路。 其中V2为11MHZ的本振信号，V1为10.535MHZ的调幅输入信号现对其参数做一简单推导， 设 则二式相乘得 经过中频滤波后为此信号的载波频率为，即我们所需要的中频信号，其实际输出波形的频率为465470MHZ的信号，振幅为0.835V左右，与理论值8.12mV不符，这主要是因为中频滤波网络的放大以及变压器的升压作用的结果。电路中其它一些重要的参数如下：电路图中AM用来代表接收到的调幅波，V2代表前面本振电路产生的振荡信号，C8=10
11、pF,C9=2.2pF为输入信号耦合电容，、为基极偏置电阻，为射极限流电阻，C5=1500pF为旁路电容。 另外在实际应用中变频器是存在干扰的，如果没有采取有效地措施来抑制干扰，它会给从电路带来大量谐波信号严重时会使整个电路无法工作，因此应注意以下几个问题：1 正确选择中频数值。当输出频率确定后，在一个频段内的干扰点就确定了，合理的选择中频频率，可大大减少组合频率干扰的点数，并将阶数较低的干扰排除掉。2 正确选择变频器的工作状态，减少组合频率分量。应使的谐波分量尽可能的减少，使电路接近乘法器。3 采用合理的电路形式。如平衡电路、环形电路、乘法器等，从电路上抵消一些组合分量。3.2电路参数选择晶
12、体管的原理电路如图所示，图中，本振电压和信号电压都加在 晶体管的基极与发射极之间，在混频过程中，跨导随本振电压做周期变换，混频管可看成线性参变组件。当高频信号通过线性参变组件时，便产生各种频率分量，达到变频目的。 图3.1 晶体管原理电路 晶体管混频器的电路有多种形式。一般按照晶体管组态和本地振荡电压注入点的不同有图4所示的四种基本电路。图中（a）和（b）为共发混频电路。图（a）信号电压由基极输入，本振电压也由基极注入。图（b）表示信号电压由基极输入，本振电压由发射极注入。图（c）和（d）为共基混频电路。图（c）和（d）为共基混频电路。图（c）表示信号电压由发射极输入，本振电压也由发射极注入。
13、图（d）表示信号电压由发射极输入，本振电压由基极注入。这四种电路组态各有其优缺点。图3.2晶体管混频器的电路4种形式 图（a）电路对振荡电压来说是共发电路，输入阻抗较大，因此用做混频时，本地振荡电路比较容易起振，需要的本振注入功率也较小。这是它的优点。但是因为信号输入电路与振荡电路相互影响较大（直接耦合），可能产生牵引现象。这是它的缺点。当s与0的相对频差不大时，牵引现象比较严重，不宜采用此种电路。图（b）电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，因此，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，其输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。这是它的优点。
14、但需要较大的本振注入功率；不过通常所须功率也只有几十mW，本振电路是完全可以供给的。因此，这种电路应用较多。图（c）和（d）两种电路都是共基混频电路。在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工作时（几十MHz），因为共基电路的比共发电路的要大很多，所以变频增益较大。因此在较高频率工作时也有采用这种电路的。3.3 设计课题的调试 混频器的各种非线性干扰是很重要的问题，并且在讨论各种混频器时，把非线性产物的多少，作为衡量混频器质量的标准之一非线性干扰中很重要的一类就是组合频率干扰和副道波干扰。这类干扰是混频器特有的。还有一些其他的干扰，比如交调互
15、调，阻塞干扰等。干扰的解决办法：1：选择合适的中频。如果将中频选在接收信号频段之外, 可以避免中频干扰和最强的干扰哨声2：提高混频电路之前选频网络的选择性, 减少进入混频电路的外来干扰, 这样可减小交调干扰和互调干扰。对于镜频可采用陷波电路将它滤掉。 3：采用具有平方律特性的场效应管、 模拟乘法器或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路或环形混频电路, 可以大大减少无用组合频率分量的数目, 尤其是靠近有用频谱的无用组合频率分量, 从而降低了各种组合频率干扰产生的可能性。 在本课程设计中，高频干扰由LC谐振网络及RC有源滤波器共同完成，故效果较好。滤波器由RC网络和运放组成，具有高输入阻抗低输出阻抗
16、的特点，具有缓冲作用。在设计过程中取f0为6.455MHz, 通带增益1，带宽500kHz. 根据公式：取， 则：3.13.23.3 3.4由于本实验的目的是演练二阶有源滤波器的设计，电路中采用理想元件。实际电路中可采用精密可调元件代替。第4章 结论 本次的课程设计让我知道了团队合作的总要性，我们在一起讨论，取长补短，学到了不少的知识。经过大家的共同努力把课程设计的实物给做出来，虽然做的不是很完美，但也是我们劳动的成果。可能会有很多的缺点，但是我们以后会改进的。从画图到焊接我都得到许多锻炼，一次次的焊接也逐渐熟练起来，自己也很开心，毕竟自己在进步。虽然比起焊的好的同学还有差距，但至少比前一次好
17、的多。由于实践和经验的关系，不足之处望加以批评指正，以便提高和完善。 虽然这次程设计很快就过去啦，但这次对于我来说意义是不同的，真的让我学到了不少的东西，当然这次对于我来说也是非常痛苦的。因为如果一个事情没有完成的话，我会无法静下心来去做另一件事。但这次的课程设计却不是那么轻而易举可以完成的。所以我必须花全部的精力完成它。不过这也算是我的一个优点了，什么事情都是尽全力去完成。我想在以后的工作中它一定会对我有很大的帮助的。设计终于能上句号，首先要感谢谢我的指导老师张松华老师，她不仅在学术上予以指导，制定课程设计课题，并且给予我极大的鼓励和支持，使我能一直有坚定的信心和饱满的热情来完成我的设计。在
18、设计过程中遇到很多问题贾老师总是引导我去寻找引发问题的的原因并提出解决的问题额方法。还要感谢所有帮助过的同学。因为有了他们的帮助，我才能更好的完成任务。致 谢 设计终于能上句号，首先要感谢谢我的指导老师*老师，她不仅在学术上予以指导，制定课程设计课题，并且给予我极大的鼓励和支持，使我能一直有坚定的信心和饱满的热情来完成我的设计。在设计过程中遇到很多问题贾老师总是引导我去寻找引发问题的的原因并提出解决的问题额方法。还要感谢所有帮助过的同学。因为有了他们的帮助，我才能更好的完成任务。在此，祝老师工作顺利，身体健康，家庭幸福。祝同学们学业有成，心想事成。参考文献1曹才开.高频电子线路原理与实践.20
19、10年6月.第1版.中南大学出版社2黄智伟.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析.2004年7月，第1版.电子工业出版社3曹才开.高频电子线路原理与实践.中南大学出版社.2010年4阎石.数字电子技术.第四版.高等教育出版社.2009年5谢自美.电子线路设计与实验测试.第二版.华中科技大学.2010年6康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.华中科技大学出版社.2005.77曹才开.电路分析基础.第四版.北京.清华大学出版社.2009 附 录 元件清单1三极管BCV721个2滑动变阻器电阻10k1个3电阻8k1个4电阻2k1个5电阻80K1个6电容器33pF3个7电容器10nF4个8电容器1nF2个9电容器10uf2个10电感470uh2个11电感100uh2个12电感10uh1个 电路设计图
