三极管混频器

1.三极管混频器的设计内容及要求

1.1设计内容

在本次通信电子线路课程设计中我采用了Multisim仿真软件对三极管混频器进行设计及绘制，并模拟仿真，在仿真的基础上再做了实物。从理论上对电路进行了分析。选择合适的元器件，设计出满足要求的三极管混频器。

1.2设计要求

设计一个三极管混频器。要求中心频率为10MHz, 本振频率为16.455MHz。

1.3设计框图及原理说明

1.3.1混频原理框图

混频器是一种典型的线性时变参数电路，要完成频谱的线性搬移，关键是要获得两个输入信号的乘积，能找到这个乘积项，就可完成所需的线性搬移功能。如下图1.1为混频器的组成电路，它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成。

图1.1 混频工作原理

1.3.2混频原理说明

混频电路输入的是载频为f

c 的高频已调波信号u

i

（t）和频率为f r的本地振

荡信号u

r

(t),经过非线性器件变频后输出端有两个信号的差频（f r-f c）、和频（f r+f c）及其他频率分量，再经滤波器滤掉不需要的频率分量，取差频（或和频）

f I 作为中频已调波信号u

I

（t）,即中频f I=(f r-f c),或f I=(f r+f c),从而实现变频作用。

通常从输出端取出差频的混频称为下混频，而取出和频的混频称为上混频。

本次课程设计我的电路是用10MHZ的交流信号电压源、本振电路（产生

16.455MHZ）、三极管混频器电路以及选频电路组成。信号源所产生的10MHZ 的正弦波与本振电路所产生的16.455MHZ正弦波通过三极管进行混频后产生和频、差频信号及其它频率信号，然后通过滤波网络滤掉不需要的频率分量，取出差频（6.455MHZ）的信号，即为所需的6.455MHZ信号。

2．设计电路及原理与仿真

2.1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，

2.1.1振荡起振条件

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。本设计中用的是反馈式振荡器，图2.1所示即为LC 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：1X 与2X 的符号相同，与3X 的符号则相反。凡是违反这一准则的电路不能产生振荡（射同它异）。

图2.1 LC 三点式反馈式振荡器的原理图

2.1.2电路及电路参数选择

如图2.2示，此次设计的本振电路采用的是西勒振荡器，它是改进型电容三点式振荡器，其主要特点是在回路电感L 两端并联了可变电容C4,而C3为固定值电容器，且满足C1、C2远大于C3，C1、C2远大于C4，回路总等效电容为

434)312111(1C C C C +≈+++=……………………2.1

振荡频率为 ()

4321

21

C C L LC f +≈≈ππ……………………….2.2

图2.2 本振电路（西勒振荡器）

图2.3 交流等效电路

据西勒振荡电路的特点，C3的大小对电路性能有很大影响。因为频率是靠调节C4来改变的，所以C3不能过大，否则振荡频率主要由C3和L决定，因为将限制频率调节的范围。此外，C3过大也不利于消除晶体管极间电容的影响。

在西勒振荡器中，L和C1~C4的值可用式（1.1）计算出，不过若L与C的比值太小的话，在低频下难以振荡。有大致的标准，即振荡频率为1MHZ时，L 在10uH以上；10MHZ时L>1uH。另需注意C1、C2的大小，若C2/C1太小，波形就会受限制，同事也会增加输出波形中的高次谐波。反之，若太大，不能够完全补偿振荡电路的损耗而停振。

又由于本电路要产生16.455MHZ的信号，所以f0=16.455MHZ

即CL f π21

= =16..455MHZ

综上所述，可以取值C1=60PF,C1=120PF,C3=30PF,C4=18PF,L2=2.5uH.

其它主要器件的参数如下，C 5=300pF 为基极耦合电容，3100R =Ω用来限制射极电流，R1=12K,R2=2K 为基极偏置电阻，用来给三极管确定一个合适的静态工作点，L1为高频扼流圈。

2.1.3电路仿真

图2.4 本振信号波形

图2.5 本振信号频率

由仿真效果挺稳定，验证了西勒振荡器稳定性好波段范围内输出电压幅度比较平稳的特点。此前我也用了克拉泼振荡器做本振，发现效果没西勒稳定。

2.2混频电路

三极管混频器的特点是电路简单，有较高的变频增益，要求本振电压幅度较小，在50~200 之间 （当信号电压较大时会产生非线性失真）。

2.2.1混频原理电路

图2.6 晶体管混频电路原理图

三极管混频电路的形式与小信号谐振放大器相似，其差别有两点：输入、输出回路调谐在不同频率上；增加了本振电压的注入电路。晶体管混频器的工作原理电路如图2.6所示。

图中，直流偏置V BB 、本振电压0v 和信号电压s v 都加在晶体管的基极和发射机之间，一般情况下,m 0ν>>sm ν,也就是本振电压是大信号，而输入信号电压为小信号。根据线性时变电路分析法可知，在一个大信号0v 和一个小信号s v 同时作用于非线性器件时，晶体管可看作是小信号工作点随大信号变化而变化的线性参