高频电子线路课程设计-晶体管混频器设计.doc

通信电子线路课程设计说明书 晶体管混频器院 、 部： 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 通信工程 班 级： 学 号： 完成时间： 2012年12月 摘 要 现代通讯技术在人们日常生活中占据越来越重要的地位。混频电路作为无线传输体系中不可缺少的重要部分，被广泛应用于各种通讯设备中，以实现信号频谱的搬移。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，混频器应用最为广泛，如AM 广播接收机将频率为535KHZ一1605KH的已调信号变为465KHZ中频信号，电视接收机将频率为485M一870M 的已调图象信号变为38MHZ的中频图象信号。 在本次课程设计中，本小组选择设计一个三极管混频器，当输入信号为10MHz正弦波、本振信号为16.455MHz正弦波时，混频器能输出频率为6.465MHz左右的正弦波。设计结果基本满足本次设计要求。关键词: 混频；晶体管 ABSTRACT Modern communication technology in Peoples Daily life occupy an increasingly important position. Mixing circuit as a wireless transmission system is an essential part, is widely applied in various communication equipment, in order to realize signal spectrum of the move. In the modulation system, the input of the baseband signal are through frequency conversion into high frequency modulated signal. In the demodulation process, receiving high frequency modulated signal also should pass frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal. Especially in the superheterodyne receiver, mixer are widely used, such as AM radio receiver will frequency for 535 KHZ a 1605 kh of modulated signal into 465 KHZ intermediate frequency signal, TV receiver will frequency is 48.5 M a 870 M of the modulated signal is transformed into the image of the intermediate frequency image signal . In this course design, the team chose to design a triode mixer, when the input signal for 10 MHz sine wave, the vibration signal is 16.455 MHz sine wave, mixer can output frequency is 6.465 MHz or so sine wave. Design results are basically meet the design requirementsKeywords: mixing; transistor目录1 方案论证11.1 课题设计任务及功能要求11.2 三极管混频电路方案分析1 1.2.1 方案一1 1.2.2 方案二1 1.2.3 方案三11.3 三极管混频器方案确定12 硬件电路设计32.1 混频电路3 2.1.1 混频电路工作原理3 2.1.2 静态工作点的选取5 2.1.3 选频网络的参数设置63 电路仿真及结果分析73.1 Multisim 11 软件简介73.2 仿真电路73.3 仿真结果83.3.1 仿真结果分析104 电路板的制作与调试11 4.1 电路板的制作11 4.2 电路板的调试114.2.1 调试过程的波形图记录114.2.2 三极管混频器的误差分析13结束语14致 谢15参考文献16附录A:元件清单17附录B:电路原理图18附录C:PCB图19附录D:实物图201 方案论证1.1 课题设计任务及功能要求 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，混频输出为6.465MHz的正弦波。1.2 三极管混频电路方案分析 晶体管混频原理电路，其电路组态可归为4种电路形式图1.1 晶体管混频器原理电路图1.2.1 方案一 图(a)电路对振荡电压来说是共射电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小，这是它的优点。但有可能产生频率牵引现象，这是它的缺点。1.2.2 方案二 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。1.2.3 方案三图(c)和图(d)两种电路都是共基混频电路。此类电路工作在较低的频率范围内时，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。但在较高的频率范围内工作时，因为共基电路的截止频率fa比共发电路的fb要大很多，所以变频增益较大。1.3 三极管混频器方案确定本次课程设计采用方案二。在该方案中，将频率为10MHz的高频小信号从三极管的基极输入，将频率为16.455MHz的本振信号从三极管的射极注入。选定该方案的原因在于此类电路相互干扰产生牵引现象的可能性小，振荡波形好，失真小。根据以上分析，确定电路图如下图1.2 设计电路原理图2 硬件电路设计2.1 混频电路图2.1 混频模块电路原理图2.1.1 混频电路工作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。如一个振幅较大的振荡电压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时，输出端可取得这两个信号的差频或和频，完成变频作用。它的功能是将已调波的载波频率变换成固定的中频而保持其调制规律不变，也就是说它是一个线性频谱搬移电路，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，只是其载波频率发生了变化，其调制规律是不变的。混频电路主要由三大部分组成：本地振荡器、非线性器件变频器电路和中频滤波网络，各个部分独立工作。当本地振荡器产生的振荡信号（设其频率为）和输入的高频调幅波信号（设其频率为）混合时，由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生频率为或的信号，然后通过中频滤波网络，取出频率为的信号，调节、的大小使其差为中频频率，最终能输出所需要的中频信号。 混频前后的频谱原理图如下所示： 图2.2 混频器频谱原理图 混频前后的频谱搬移特性图如下所示： 图2.3 混频器频谱搬移特性图2.1.2 静态工作点的选取通过对混频电路原理图的分析，可得此设计电路的关键就是找到合适的静态工作点和正确的选频网络。对于静态工作点的选取，要求混频器工作在放大区，避免晶体三极管因工作在饱和区和截止区而出现波形失真。所以选择VR13电位器来进行调节，使得工作点不要太高也不要太低。 为选取正确的静态工作点，设计交流通路如下： 图2.4 交流通路图2.2 选频回路 选频网络即交流通路如下： 图2.5 选频网络图2.1.3 选频网络的参数设置，取电容为60pF,可求得电感为10uH。3 电路仿真及结果分析3.1 Multisim 11 软件简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim中完整的器件库，您可以快速创建原理图，并利用工业标准SPICE仿真器仿真电路。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行迅速的验证，从而缩短建模循环。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。本次三极管混频器设计采用Multisim 11 软件。3.2 仿真电路 图3.1 混频电路仿真图3.3 仿真结果 图3.2 VR13=3k时的仿真波形图图3.3 VR13=3k时的频率输出图 图3.4 VR13=5k时的仿真波形图图3.5 VR13=5k时的频率输出图 图3.6 VR13=10k时的仿真波形图 图3.7 VR13=10k时的频率输出图3.3.1 仿真结果分析通过仿真调试，得到输出混频信号频率在6.455MHZ左右波动，符合设计要求。4 电路板的制作与调试4.1 电路板的制作首先利用ptotel软件画好电路原理图，然后绘制PCB图，接着把图转印到板子上，进行元器件的焊接，最后检测电路板是否连接正确。4.2 电路板的调试 利用实验箱上的本振信号模块和高频小信号模块，将本振信号和高频小信号接进电路板，然后通过调节中周选频，使其能选出频率为6.455MHZ左右的信号。再通过调节VR13改变其静态工作点,使其能输出最大不失真波形。4.2.1 调试过程的波形图记录 图4.1 输出频率为6.5351MHZ的波形图图4.2 输出频率为6.4410MHZ的波形图图4.3输出频率为6.6995MHZ的波形图4.2.2 三极管混频器的误差分析 输出波频率的实际值与理论值6.455MHz存在一定程度的偏差，其主要原因是混频器存在非线性干扰。同时还有一些其他的干扰，比如交调互调，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干扰哨声。2、提高混频电路选频网络的选择性能, 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，对于镜像干扰可采用陷波电路将它滤除。结束语 本次课程设计已经圆满结束。设计结果基本满足要求，并且由示波器可观察到相应的波形，说明电路各部分均正常工作。但是需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确、抗干扰能力更强。通过这次课程设计，我学到了很多。这不仅是对以往所学知识的检验，更是对动手能力的检验。通过设计电路，既复习了以前所学过的知识，又学习了许多新的东西。理论上的东西不经过实际的检验是不具有说服力的，而设计正是理论与实践的结合。本次设计让我提高了解决实际问题的能力，对所学课程的应用有了新的认识，增强了对本专业的兴趣，这将会使我在以后的学习中更加努力。当然在设计的过程中出现了很多问题，这是由于理论知识掌握的不够牢固，对于实际应用电路和理论上研究电路之间的差异缺乏正确的认识。致 谢 课程设计能够完成，首先要感谢我的指导老师张松华老师，她精深的学术造诣，让我非常佩服。张老师非常耐心的指导我解决在设计中遇到的各种问题，而且引导我们透过现象去发现问题的本质。通过本次课程设计，使我的高频理论知识更上一层楼。张老师的学术水平与耐心关怀，使我获益良多。