1、高频课程设计混频器讲解 通信电子线路课程设计说明书 混频器 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 卢卓然 指导教师： 张松华 职称 副教授专 业： 电子信息工程 班 级： 电子1201班 学 号： 1230340104 完成时间： 2014.12.22 2014 年12 月摘 要 模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。工作象限是指容许输入变量的符号范围。只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。线性度是指相乘器的输出电压uO与输入电压ux(或uy)成线性的程度。馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大
2、小。 混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号。 在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器
3、比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。 关键词：模拟相乘器；混频电路ABSTRACTThe mixer in communication engineering and radio technology, application is very extensive, in modulation system, the input of baseband signal are throughfrequency conversion into a high frequency modulated signal. In the de
4、modulation process, the received modulated high frequency signal afterfrequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to.Especially in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, such as AMradio receiver will be amplitude modulated signal 535KHZ- a 1605KHZ to become 4
5、65KHZ IF signal, image signal television receiver will have a 870M48.5M to become 38MHZ of intermediate frequency image signal. In mobile communication, a frequency and the two frequency etc. In the transmitter, in order to improve the stability of transmitting frequency, uses the multistagetype tra
6、nsmitter. With a low frequency of the quartz crystal oscillator as the main oscillator, generating the main oscillation signal of a frequency is verystable, and then through the frequency plus or minus, multiply, divide intoradio frequency, we must use a mixer circuit, such as converting TV transpos
7、er transceiver channel, the uplink, downlink frequency in satellitecommunication transform, must be in the mixer. Thus, mixing circuit is the key module of Applied Electronic Technology and professional radio must master.Key words anlog mixer; mixer circuit绪论 .11 系统分析.3 1.1 设计课题任务.4 1.2 课题基本原理.5 1.3
8、 混频电路分类.6 1.4 混频电路的实际运用.72 单元电路工作原理.8 2.1 模拟乘法器.9 2.2 混频器.10 2.3 选频电路.113 电路性能指标测试.154 结论.16参考文献.17致谢.18附录.19 绪论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48.5M一870M 的图象信号要变成38M
9、HZ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。 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
10、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，此次的课程设计还应用了LC谐振回路以及RC二阶有源滤波器，以实现对干扰信号的有效抑制。1 系统分析1.1 设计课题任务设计一混频电路要求输入信号为10MHz正弦波，本振信号为16.465MHz正弦波，输出为465KHz的正弦波，谐振回路选用465KHz的中周。1.2 课题基本原理 混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的
11、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。混频电路输入是载频为fc的高频已调波和频率为fL的本地振荡信号。经过非线性器件变频后输出端有两个信号的差频fL-fc、和频fL+fc，及其他频率分量，经滤波器电路取出有用分量。混频器常用在超外
12、差接收机中，它的任务是将已调制（调幅或调频）的高频信号变成已调制的中频信号而保持其调制规律不变。该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本次课程设计电路中采用12V，9V供电。VR19（电位器）与R95（10K）、R96（10K）组成平衡调节电路，调节VR19可以使乘法器输出波形得到改善。CP5为6.5MHz选频回路，输入信号频率为fs10MHz，本振频率fo16.455MHz。变频是频谱的变化，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
13、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。1.3 混频电路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 混频电路的实际运用 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
14、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。2 单元电路工作原理 2.1 模拟乘法器 用模拟乘法器实现混频，就是在Ux端和Uy端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理框图为 图一 混频原理框图设载波信号表达式 调
15、制信号表达式为则乘法器输出的DSB调幅信号的表达式为2.2 混频器 图二为晶体管混频器，该电路主要由VT8（3DG6或9014）和6.5MHz选频回路（CP3）组成。10K电位器（VR13）改变混频器静态工作点，从而改变混频增益。输入信号频率fs10MHz，本振频率fo16.455MHz，其选频回路CP3选出差拍的中频信号频率fi6.5MHz，由J36输出。图二 晶体管混频电路图三为平衡混频器，电路中采用12V，9V供电。VR19（电位器）与R95（10K）、R96（10K）组成平衡调节电路，调节VR19可以使乘法器输出波形得到改善。图三 平衡混频电路2.3 选频电路选频电路是利用电路相频特性
16、与相幅特性的原理工作的,当输入信号的 某个频率与选频网络的固有频率相同时,它的输出信号的相位与输入信号相位相 同,而选频网络对其它的频率的信号的阻抗都比固有的频率大,所以衰减的都比较利害,最后只有输出幅值最大的那个信号能顺利的通过选频电路。3 电路性能指标测试根据设计要求，平衡混频器电路由集成模拟乘法器MC1496完成。MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本次课程设计电路中采用12V，9V供电。VR19（电位器）与R95（10K）、R96（10K）组成平衡调节电路，调节VR19可以使乘法器输出波形得到改善。CP5为6.5MHz选频回路。本次课程设计电路中输入信号频率为fs10M
17、Hz，本振频率fo16.455MHz。图四 平衡混频器电路和本振振荡电路根据设计方案，用示波器观察混频器波形，波形如图五所示图五 示波器波形本次课程设计是将频率为10MHZ的输入信号，和频率为16.465MHZ的本振信号，利用MC1496模拟乘法器进行混频，再利用中周得到频率为464KHZ的输出信号。平衡混频器的具体参数分析：通带上边带截止频率：通带下边带截止频率：带通滤波器的同频带460KHZ469.5KHZ滤除13.395MHZ，保留465KHZ结论 这次课程设计我们按照课程设计上的程序以及导师指导下一步一步完成，先复习混频电路的原理，然后选择电路，计算关键元件的值，学习Multisim的
18、使用，最后连线调试出预期的混频和滤波效果,然后做出实际电路。在做开题报告时我对混频的认识只限于基本原理和理论-在通信接受机中，混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频（中频）的高频已调波信号。调幅信号频谱宽度不变，包络形状不变。正式开始设计后，在对电路的实现中，我先学习了Multisim软件的使用，这个虚拟电子实验室可以仿真各种电路。应用过程中我发现这个软件确实功能强大，操作简单，可以免去直接用硬件做实验带来的各种麻烦。而且这个软件是英文版的，使我的专业英语的词汇量大大增加。同时对设计格式的严格要求，也让我掌握了WORD 的一些高级编辑技巧。在搭设实际电路的过程中，我对
19、混频电路有了进一步的认识，将理论知识加入实际设计当中去，更加加深了我对理论知识的理解和认识。在设计过程中曾遇到高频干扰，输出波形失真相当严重，经过老师和同学的帮助，通过加入各种滤波电路，失真现象有了明显的改善，最终得到比较理想的结果。同时也演练了LC滤波器和RC有源二阶滤波器的设计及参数计算。几个月的课程设计中遇到过各种困难，有学习软件时的困难，有调试时的学术问题。在导师和同学的帮助下，终于克服了困难。从中我学习到遇到问题时怎么分析问题，解决问题，如何分清主次。课程设计使我获益良多，它将很好地衔接理论与实际的工作实践。参考文献1曹才开.高频电子线路原理与实践.2010年6月.第1版.中南大学出
20、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罗桂娥.模拟电子技术基础 .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.20098严囯萍、龙占超.通信电子线路 .清华大学出版社.2009致 谢 设计能按时完成，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
21、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张老师总是引导我去寻找引发问题的的原因并提出解决问题的方法，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。附 录附 录B: 元器件清单序 号 型号与规格 大小 数量 备注1） 双面板 1块 2 差分对模拟乘法器 MC1496 1块 3 中周 6.5M 1块 4 电阻 51 3个 5 电阻 10K 2个 6 电阻 1K 2个 7 电阻 6.8K 1个 8 电容 102 5个 9 电容 103 1个 10 电感 5.6UH 2个 11 电位器 50K 1个 12 直流电源 12V/1A 1个 13 直流电源 -12V/1A 1个
