实验三_混频器

1、实验三、混频器3陈建一、实验目的1. 了解三极管混频器和集成混频器的基本工作原理，掌握用MC1496来实现混频 的方法。2. 了解混频器的寄生干扰。3. 探究混频器输入输出的线性关系。二、实验原理在通信技术中，经常需要将信号自菜一频率变换为另一频率，一般用得较多的 是把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号，完成这种频率变 换的电路称混频器。在趨外差接收机中的混频器的作用是使波段工作的高频信 号，通过与本机振荡信号相混，得到一个固定不变的中频信号。采用混频器E,接收机的性能将得到提高，这是由于：(1) 混频器将高频信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可 以做得很高而不

2、自激，电路工作稳；经中频放大输入到检波器的信号可以达 到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。(2) 由于混频后所得的中频频率是固定的，这样可以使电路结构简化。(3) 要求接收机在频率很宽的范围内选择性好，有一定困难，而对于某一固定 频率选择性可以做得很好。混频器的电路模型下图所示。心咲一个等幅的高频信号，并与输入经混频后所产生的差频信号经带通滤波器滤出， 这个差频通常叫做中频。输出的中频信号与输入信号载波振幅的包络形状完全相 同，唯一的差别是信号载波频率变换成 中频频率。目前高质量的通信接收机广 泛采用二极管环形混频器和由差分对 管平衡调制器构成的混频器，而在一般 接收机(例如广播收音机)中

3、，为了简 化电路，还是采用简单的三极管混频 器。2. 当采用三极管作为非线性元件时就 构成了三极管混频器，它是最简单的混 频器之一，应用又广，我们以它为例来 分析混频器的基本工作原理。从上图可知，输入的高频信号S),通过ci加到三极管b极，而本振信号叫(Q 经Cc耦合，加在三极管的e极，这样加在三极管输入端(be之间)信号为e = u5 + uLo即两信号在三极管输入端互相叠加。由于三极管的bUbe特性(即转移特性)存在非线性，使两信号相互作用，产生很多新的频率成分，其中就包 括有用的中频成分fL-fS和fL+fS,输出中频回路(带通滤波器)将其选出，从 而实现混频。通常混频器集电极谐振回路的

4、谐振频率选择差频即fL-fS,此时输 出中频信号比输入信号频率低。根据需要有时集电极谐振回路选择和频即 fL+fS,此时输出中频信号比输入信号频率高，即将信号频率往高处搬移，有的 混频器就取和频。3. 混频干扰及其抑制方法为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的 除了输入信号电压和本振电压外，不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意 两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号 一起通过中频放大器和检波器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。 干扰是由于混频不满圧线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干 扰，其中影响最大的是中频干扰

5、，镜像干扰和组合频率干扰。通常减弱这些干扰的方法有三种：(1) 适当选择混频电路的工作点，尤其是不要过大；(2) 输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大，使干扰增强；(3) 合理选择中频频率，选择中频时应考虑各种干扰所产生的影响。4. 具体三种典型混频实验电路二极管环形混频器实验电路图3-4为二极管混频器实验电路，图中2D、2T2、2D01. 2D02、2D03、2D04 构成环形混频电路。2P03为射频信号输入口，2P04为本振信号输入口。晶体三 极管2Q2组成放大电路，对环形混频器输出进行放大。由2L6、2L7、2C12和 变容管2D05构成滤波电路，选出所需要的中频信号，而滤除其它无

6、用信号。调 整2W02可以改变变容二极管2D05上的偏压，从而调整2D05的容量。因此调 整2W02,可以调整滤波电路谐振频率。图中2P05为混频输出口，2TP05为输 出测量点。2KG舒、L-W=i21X(5三极管混频器实验电路下图是晶体三极管混频实验电路。图中2Q1为混频管，2W1用来调整其工作 点，2Q2为放大管，用来对混频后的信号进行放大，2L6、2C7、2L7、2L8、2D1构 成谐振回路，选出所需要的频率，对其它无用信号进行抑制，2W2用来调整2D1 的偏压、从而调整其谐振回路的频率。由图可以看出，本振电压U L从2P01输入，经2C1送往晶体管2Q1的发 射极。射频信号Us从2P

7、02输入，经2C2送往2Q1的基极，混频后的中频信 号由晶体三极管2Q1的集电极输出，集电极负载由2L6、2C7构成谐振回路， 该谐振回路调谐在中频上。本实验中频 左右，谐振回路选出的中频经2C11耦 合，由2Q2组成的放大器进行放大，放大器的负载为2L7、2L8、2D1组成的谐 振回路，同样谐振在左右。混频后的中频信号由2P03输出，2TP03为输出测 量点。用MC1496集成电路构成的混频器下图是用MC496集成电路构成的混频器，该电路图利用一片1496集成块构 成两个实验电路，即乘法器幅度调制与混频，本节我们只讨论混频电路。MC1496 是一种四象限模拟相乘器（我们通常把它叫做乘法器），

8、其内部电路在振幅调制 一节中作介绍。图中3P01为本振信号U L输入口，3TP01为本振信号测试点。本振信号经 3R1 > 3C1从乘法器的一个输入端(10脚)输入。3P02为射频信号输入口，3TP02 为测试点。射频信号电压U S从乘法器的另一个输入端(1脚)输入，混频的 中频信号由乘法器输出端(12脚)输出。输出端的带通滤波器由3C7、3L1. 3C8组成，带通滤波器调谐在中频频率上，本实验的中频频率为465KHZ左右。 如果输入的射频信号频率为1MHZ,则本振频率应为。由于中频固定不变，当射 频信号频率改变时，本振频率也应跟着改变。因为乘法器(12脚) 输出的频率成分很多，经带通滤

9、波器滤波只选出我们所需要的中频465KHZ, 其它频率成分被滤波器滤除掉了。图中三极管3Q2为射极跟随器，它的作用是 提高本级带负载的能力。带通滤波器选出的中频，经射极跟随器后由3P04输出， 3TP04为混频器输出测量点。三. 实验步骤与结果1. 实验准备将含有二极管环形混频器，晶体三极管混频器和乘法器幅度调制与混频的模块 以及正弦振荡器模块，插入到实验箱底板上，接通实验箱与所需各模块电源。2. 中频频率的观测(1) 二极管环形混频器将正弦波振荡器模块上的LC振荡器输出频率调整为，幅度峰-峰值Vp-phV 左右，作为本实验的本振信号，送入二极管环形混频器的本振输入端(2P04)。 高频信号源

10、输出频率调为1MH乙幅度峰-峰值Vp-p二500mv左右，作为射频信号 输入到二极管环形混频器的射频输入端(2P03)o用示波器观测2P03.2P04.2P05 的波形，调整2W02使2P05波形幅度最大。用频率计测量2P03.2P04.2P05的 频率，并计算各频率是否符合。当改变高频信号源的频率时，输出中频2P05的 波形作何变化，为什么本振(fL)信号源(fs)混频输出(fi)频率1MHz幅值500mV由上表的测试结果可知，频率满足f i二fL-fs的关系。 下而我们保持fL不变，改变fsfs900kHzfi的频率569kHz365kHzfi的幅值900mV620mV我们看到，改变输入信

11、号频率，混频输出频率依然满足fi二fL-fs,但是幅度 都有下降，是因为后面的中频放大器中心频率在465kHz,偏离这个频率之后放 大倍数会降低。下面我们来探究当本振不是正弦波而是方波时的情况。下表是随本振幅度变化 输出信号幅度的变化，以此来研究该混频器的线性工作范围：方波幅 度/V1输出幅 度/V输出频 率/kHz465465465465465465465465将表格中的数据转化为图像:由图像可见，对于载波是方波的情况下，在幅度为700mV间是线性的。而低 于700mV,由于二极管的阈值电压，二极管处于截止状态，几乎没有输出。(2) 晶体三极管混频器将信号源频率调为25MHz,幅度调至200

12、mV,作为本实验的本振信号输入到混 频器的本振输入端(2P01),混频器的另一个输入端(2P02)接高频信号源，用 示波器观测2TP0K2TP02.2TP03的波形，微调2W1和2W2使混频输出(2TP03) 幅度达到最大值。用频率计测量2TP01 > 2TP022TP03的频率并计算各频率是否 符合。当改变高频信号源的频率时，输出中频2P03的波形作何变化，为什么下而我们保持fL(25MHz, 50mV)不变，改变fsfs/MHzfi的频率fi的幅值我们看到，改变输入信号频率，混频彳渝出频率依然满足fi=fL-fs,但是幅度都有下降，是因为后而的中频放大器中心频率在，偏离这个频率之后放

13、大倍数会 降低。下而我们来看静态工作点会不会对晶体三极管混频线性区间的影响。 下面我们测了两组数据：Ic1= fs=由图像所示，合理改变工作点对线性范围和斜率影响不大，但是对输出幅度会 有整体抬升，因而为获得较大的输出幅度，选择合适的工作点尤为重要。(3) 集成乘法器混频器将正弦振荡器模块上的LC振荡器输出频率调为，幅度调为峰-峰值800mv, 作为本实验的本振信号输入到乘法器的一个输入端3P01端，高频信号源输出频 率调为1MH乙Vp-p二500mv,作为射频信号输入到乘法器的另一个输入端3P02 端。用示波器观测3TP01 > 3TP02. 3TP04的波形，用频率计测量3TP01.

14、 3TP02、3TP04的频率，并计算各频率是否符合。当改变高频信号源的频率时，输出中 频3TP04的波形作何变化，为什么这个实验老师并没有做要求，探究发现，满足fi=fL-fs。另外测了一下集成 乘法器的线性，作图如下：乘法器线性范围在700mV左右，而且在这段区间是比较严格线性的。四. 实验思考总结1. 干扰及解决办法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， 比如交调互调，阻寒干扰等。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