高频电子线路课程设计_晶体管混频器设计

《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：
完成时刻： 2012年12月
摘要
现代通信技术在人们日常生活中占据愈来愈重要的地位。

混频电路作为无线传输体系中不可缺少的重要部份，被普遍应用于各类通信设备中，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通过频率的转换变成高频已调信号。

在解调进程中，接收的已调高频信号也要通过频率的转换，变成对应的中频信号。

专门是在超外差式接收机中，混频器应用最为普遍，如AM 广播接收机将频率为535KHZ一1605KH的已调信号变成465KHZ中频信号，电视接收机将频率为48．5M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。

设计结果大体知足本次设计要求。

关键词: 混频；晶体管
ABSTRACT
Modern communication technology in People's 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 requirements
Keywords: mixing; transistor
目录
1 方案论证 0
1.1 课题设计任务及功能要求 0
1.2 三极管混频电路方案分析 0
1.2.1 方案一 0
1.2.2 方案二 0
1.2.3 方案三 0
1.3 三极管混频器方案确信 0
2 硬件电路设计 (2)
2.1 混频电路 (2)
2.1.1 混频电路工作原理 (2)
2.1.2 静态工作点的选取 (4)
2.1.3 选频网络的参数设置 (4)
3 电路仿真及结果分析 (5)
3.1 Multisim 11 软件简介 (5)
3.2 仿真电路 (5)
3.3 仿真结果 (6)
3.3.1 仿真结果分析 (8)
4 电路板的制作与调试 (9)
4.1 电路板的制作 (9)
4.2 电路板的调试 (9)
4.2.1 调试进程的波形图记录 (9)
4.2.2 三极管混频器的误差分析 (11)
终止语 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
附录A:元件清单 (15)
附录B:电路原理图 (16)
附录C:PCB图 (17)
附录D:实物图 (18)
1 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)电路对振荡电压来讲是共射电路，输出阻抗较大，混频时所需本地振荡注入功率较小，这是它的优势。

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别离从基极输入和发射极注入，因此，彼此干扰产生牵引现象的可能性小。

同时，关于本振电压来讲是共基电路，其输入阻抗较小，不易过鼓励，因此振荡波形好，失真小，这是它的优势。

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样都不采纳。

但在较高的频率范围内工作时，因为共基电路的截止频率f α比共发电路的f β要大很多，因此变频增益较大。

1.3 三极管混频器方案确信
本次课程设计采纳方案二。

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。

选定该方案的缘故在于此类电路彼此干扰产生牵引现象的可能性小，振荡波形好，失真
(a) (b) (c) (d)
小。

依照以上分析，确信电路图如下
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维持其调制规律不变，也确实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转变，其调制规律是不变的。

混频
电路要紧由三大部份组成：本地振荡器、非线性器件变频器电路和中频滤波网络，各个部份独立工作。

当本地振荡器产生的振荡信号（设其频率为L f ）和输入的高频调幅波信号（设其频率为S f ）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L s f f +或L s f f -的信号，然后通过中频滤波网络，掏出频率为L s f f -的信号，调剂L f 、S f 的大小使其差为中几回率，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确实是找到适合的静态工作点和正确的选频网络。

关于静态工作点的选取，要求混频器工作在放大区，幸免晶体三极管因工作在饱和区和截止区而显现波形失真。

因此选择VR13电位器来进行调剂，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 2f CL π=，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）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。

它包括了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰硕的仿真分析能力。

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能壮大的仿真，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，您能够快速创建原理图，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能够完成从理论到原理图捕捉与仿真再到原型设计和测试如此一个完整的综合设计流程。

本次三极管混频器设计采纳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=3kΩ时的仿真波形图
图3.3 VR13=3kΩ时的频率输出图
图3.4 VR13=5kΩ时的仿真波形图
图3.5 VR13=5kΩ时的频率输出图
图3.6 VR13=10kΩ时的仿真波形图
图3.7 VR13=10kΩ时的频率输出图
3.3.1 仿真结果分析
通过仿真调试，取得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
第一利用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，最后检测电路板是不是连接正确。

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，然后通过调剂中周选频，使其能选出频率为6.455MHZ左右的信号。

再通过调剂VR13改变其静态工作点,使其能输出最大不失真波形。

4.2.1 调试进程的波形图记录
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存在必然程度的误差，其要紧缘故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。

干扰的解决方法：
一、选择适合的中频，若是将中频选在接收信号频段之外, 能够幸免中频干扰和干扰哨声。

二、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。

如此可减小交调干扰和互调干扰，关于镜像干扰可采纳陷波电路将它滤除。

本次课程设计已经圆满终止。

设计结果大体知足要求，而且由示波器可观看到相应的波形，说明电路各部份均正常工作。

可是需要进一步改善电路的性能，使电路加倍精准、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查验，更是对动手能力的查验。

通过设计电路，既温习了以前所学过的知识，又学习了许多新的东西。

理论上的东西不通过实际的查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熟悉，增强了对本专业的爱好，这将会使我在以后的学习中加倍尽力。

固然在设计的进程中显现了很多问题，这是由于理论知识把握的不够牢固，关于实际应用电路和理论上研究电路之间的不同缺乏正确的熟悉。

课程设计能够完成，第一要感激我的指导教师张松华教师，她精深的学术造诣，，让我超级佩服。

张教师超级耐心的指导我解决在设计中碰到的各类问题，而且引导咱们透过现象去发觉问题的本质。

通过本次课程设计，使我的高频理论知识更上一层楼。

张教师的学术水平与耐心关切，使我获益良多。

再次感激张松华教师。

第二还要感激我的组员，在咱们碰到问题时能够相互交流,一起进步，最后还要感激其他所有帮忙过我的同窗，因为有了他们的帮忙，我才能更好的完成任务。

在此,祝教师工作顺利、躯体健康、家庭幸福,祝同窗们学业有成，心想事成。

参考文献
［1］曹才开.高频电子线路原理与实践［Ｍ］.2020年6月.第1版.中南大学出版社
［2］谢自美.电子线路设计与实验测试［Ｍ］.第二版.华中科技大学.2020年［3］康华光.电子技术基础模拟部分［Ｍ］.第五版.华中科技大学出版社.2005.7
附录A:元件清单
附录B:电路原理图
附录C:PCB图
附录D:实物图。