高频电子课程设计

1、高频电子线路课程设计河北科技师范学院课程设计说明书课程名称：高频电子线路设计题目：混频器放大电路姓 名：王少男系 别：机电工程学院专业班级：电子信息1001学 号：0414100120指导教师：杜殿会 摘要 这次的高频课程的设计混频放大电路，它的任务是把变频得到的信号加以放大，然后放到检波器检波。混频器作为超外差接收机的重要组成部分，已经在雷达、电子对抗、通信、广播电视、遥控遥测等诸多领域得到了广泛的应用。其技术指标的好坏直接影响到整机性能的发挥。混频是将高频时将高频信号经过频率变换，变为一个固定的频率，这种频率变换通常是将已调高频信号的载波从高频变为中频，同时必须保持其调制规律不变，再通过放

2、大器是得到的信号加以放大，具有这种功能的电路成为混频放大电路。关键字 混频放大电路 超外差 高频信号 引言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485M一870M 的图象信号要变成38MHZ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

3、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。1、 混频器设计指标 本地振荡 高频信号源 最终得到信号 混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。 混频器分为晶体管混频器、二极管混频器、差分对模拟乘法器等。本文通过

4、MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率的转换,变成需要的信号。具体原理框图如图1所示。高频小信号源模拟乘法器选频、放大电路正弦波振荡器图1 混频器原理框图 二、方案分析对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。 混频电路的基本组成模型及主要技术特点：混频电路的组成模型及频谱分析 图 2图2是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，其中Us(t)是已调高频信号。Ul(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是U

5、i(t)为中频信号。混频电路的基本原理： 图 3图3中，Us(t)为输入信号，Uc(t)为本振信号。Ui(t)输出信号。分析：当则= = 其中：对上式进行三角函数的变换则有：从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和为(c+S)，差为(C-S)。若选频网络是理想上边带滤波器则输出为若选频网络是理想下边带滤波器则输出：工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有c >>S往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。该电路由正弦波振荡器高频信号源

6、模拟乘法器以及选频放大电路组成。正弦波振荡器产生的10MHz正弦波与高频信号源所产生的8MHz正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz的正弦波信号。三、单元电路的工作原理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，通过滤波器得到中频信号-。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

7、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。 图4所示即为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 4 本振电路原理图 三点式反馈式振荡电路又分为电容反馈式三端振荡电路，电感反馈式三端振荡电路。1.2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

8、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。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线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。 图5 石英晶体等效电路石英晶体电路参数选择及性能分析 图6 本振电路图 图7交流等效电路 图6是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，其交流等

9、效电路如图7所示，由图可知，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

10、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。1.3 LC正弦波振荡器设计采用LC电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。三点式LC振荡器的相位平衡条件是，在LC谐振回路，与性质相反，当为电容，就是电感；当为电感，

11、就是电容。在LC三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：选取，故选用2N2222A三极管。2N2222A是NPN型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流电压为：由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率=10MHz，电路连接如图8所示 图8 LC正弦波振荡器R1R2R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2CTCC4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q值，C1C3为耦合电容，L1C6C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互

12、影响。其交流通路如图9所示。图9 交流通路图根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz，故由此可以大概确定L2C4CT的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为 ，静态工作点为，基本符合设求。2模拟乘法器电路 用模拟乘法器实现混频，就是在端和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，其原理方框图如图6所示：通频带滤波器 图10 混频原理框图若 则经带通滤波器后，取差频 为所需要的中频频率。由MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图10所示。图中，LC正弦波振荡器输出的10MHz正弦波由10端（X输入端）注入，高频信号源输出的10MHz正弦波

13、由一端（Y输入端）输入，混频后的中频电压由6端经形带通滤波器输出，其中C17L11C11C19构成一选频滤波回路，调节可变电阻Rp能使14脚直流电位差为零，可以减小输出信号的波形失真，使电路平衡。在23脚之间加接电阻，可扩展输入信号的线性范围。 图 10 MC1496构成的混频器 3选频放大电路电路连接如图11所示，晶体管选2SC945，R1R2Re组成支流偏置电路，L2L3C2R构成并联谐振回路，其中R用来改变回路的Q值，C1为输入耦合电容，C3 为输出耦合电容，C7位晶体管发射极旁路电容，L1 C4C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响，R1 R2 提供电路的静态工作点。其中电

14、路的谐振频率为静态工作点为 。 图11 选频放大电路四电路性能指标的测试 根据设计方案，应用计算机Multisim软件进行了模拟仿真。用示波器观察LC正弦波振荡器的输出，输出波形如图12所示。 图 12 LC正弦波振荡器输出波形用示波器观察混频器输出信号，波形如图13所示。图13 混频后的信号波形图用示波器观察模拟乘法器的输出，输出波形如图14所示。 图14 模拟乘法器输出波形LC正弦波振荡器的输出频率应为 ，静态工作点 ；选频放大电路输出频率应为：静态工作点。通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz，静态工作点 ；选频放大电路输出频率为1.99MHz，静态工作点。 结论：有

15、计算值与仿真值的比较可得,本设计基本完成了设计要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。五、课程设计体会本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了高频电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更

16、重要的是培养我们的能力！我们在书本中的知识知识我们所运用知识的基础，实际操作中我们会遇到很多问题，这是课本中我们不会见到的情况，所以我们要充分利用每次的实践，在实际操作中发现问题与不足，学以致用才是我们的最终目的。通过本次课程设计使我对高频电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容，顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。虽然课设中有很多困难，但经过指导老师的帮助和我的努力都一一克服了，增强了自信心。 元器件清单序号编号元件名称型号数量1C15电容1.0nF1个2C14电容510pF1

17、个3R10电阻15K1个4R9, R5电阻1.0k2个5L5可变电感10uH1个6U1模拟乘法器MC14581个7C7, C6电容1.6pF2个8C12电容1.0nF1个9C11, C10电容10nF2个10Q2三极管2SC9451个11R8电阻6.2k1个12R7电阻15k 1个11 C4电容120pF 1个12C5可变电容350pF 1个13C9, C8, C2, C1电容10nF 4个14L2电感330uH1个15L1电感10uH1个16Q1 三极管2N2222A1个17C3电容100pF1个18R6电阻110k1个19R4电阻2.0K1个20R3电阻2.2k1个21R2可变电阻100K1个22R1电阻5.1k1个23V1 高频信号源8MHz 1个参考文献1 宋树祥，