实验三集成混频器研究通信电路与系统实验

实验三 集成混频器的实验研究

一、实验目的

1．了解集成乘积混频器的工作原理及典型电路。

2．了解本振电压幅度和模拟乘法器的偏置电流对混频增益的影响。 3．学习利用直流负反馈改善集成混频器动态工作范围的方法。 4．观察混频器寄生通道干扰现象。

二、实验原理

当本振电压u L 和信号电压u s 皆为小信号(U Lm <<26mV ，U sm <<26mV)时，模拟乘法器的输出电压可表示为[1][4]

[]t t U U kT q R I u s L s L sm Lm L o )cos()cos(42

0ωωωω++-⎪⎭

⎫

⎝⎛≈ (2-15)

式中，R L 为负载电阻，I 0为恒流源电流。

当u L 为大信号、u s 为小信号(U Lm 约为100～200mV ，U sm <<26mV)时，模拟乘法器的输出电压是多谐波的，可表示为[1][4]

[]2

01sin 2cos()cos()22

L o Lm sm L s L s n n I R q u U U t t n kT πωωωωπ∞

=⎛⎫ ⎪

⎛⎫≈⋅-++ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭

∑ (2-16) 其中最低的一组频率分量(n=1)为

[]2

00.637cos()cos()2L o Lm sm L s L s I R q u U U t t kT ωωωω⎛⎫

≈-++ ⎪⎝⎭

(2-17)

式中，相乘因子较Lm u 为小信号时增大。

由上述讨论可知，若模拟乘法器输出端接有带通滤波器，也就是说接有中频为)(S L I ωωω-=的滤波网络作为负载，可取出所需的差频分量来实现混频。

三、实验电路说明

集成混频器的实验电路如图2-7所示。图中，晶体管VT 1与电容C 1、C 2、C 3、C 4及 L 1构成改进型电容三点式振荡电路，作为本地振荡器。晶体管VT 2和VT 3分别构成两级射随器起缓冲隔离作用。本振电压u L 从P1端口馈入，信号电压u s 从P2端口馈入。中频滤波网络为L 2、C 13、C 14构成的并联回路。VT4为缓冲隔离级。

在图2-7所示实验电路中，中频回路调谐于2MHz ，模拟乘法器及其外接元件的作用与前一个实验中的情况相似，只是R w4代替了接在MC1496P 引脚2和引脚3之间的固定反馈电阻R E 。电位器R w5用来调节乘法器的偏置电流I 5。另外，图中的P4端口是由中频回路副方输出的中频电压u I 。

四、实验仪器及设备

1．直流稳压电源 SS3323型

1台 2．数字示波器 DSO-X2012A 型 1台 3．高频信号发生器 TFG6080型 1台 4．数字万用表 DT9202型 1块 5．实验电路板

1块

五、实验内容

1．测量U Im ～U Lm 关系曲线

(1)接通实验板电源，用示波器测量P 1点，调整W 2使其输出一个不失真的、振荡频率为10MHz 、幅度U Lm ＜1V 的本振信号电压。

本振信号波形：

(2)高频信号源输出信号频率f s =8MHz 、输出电压幅度U s ≈15mV ，将此信号作为混频器输入u s ；记录中频调谐输出电压U Im 的频率、幅度及波形。

图2-7 集成混频器的实验电路

I 5

P 3

VT1

VT2

VT3

VT4

中频信号波形：

U Im 频率2.016MHz 、幅度3.425V

(3)令R w4≈0，调节R w5使I 5=1mA(用万用表电压挡测量R 6两端的电压，计算出I 5电流)，然后调节R w2改变 U Lm （mV ） U Im （V ） 1 340 3.235 2 530 3.345 3 750 3.540 4 930 3.740 5 1120 3.960 6 1380 3.860

U Im ～U Lm 曲线：

结果分析：U Lm 和U im 基本成线性关系，正相关。由（2-17）可得：

[]2

00.637cos()cos()2L o Lm sm L s L s I R q u U U t t kT ωωωω⎛⎫

≈-++ ⎪⎝⎭

当U im 随U Lm 随之线性增大。

2．测量U Im ～I 5关系曲线

保持上述信号源频率U S 不变。令本振信号幅度U Lm =500mV ，保持R w4≈0，调节R w5改变I 5(用万用表)，测量U Im I 5（mA ） U Im （V ） 1 0.6 2.17 2 0.7 2.42 3 0.8 2.76 4 0.9 3.04 5 1 3.28 6 1.1 3.58 U I 5：

结果分析： U Im 和I 5

成正比，随着

I 5的增大，U im 随之线性增大。

[]2

00.637cos()cos()2L o Lm sm L s L s I R q u U U t t kT ωωωω⎛⎫

≈-++ ⎪⎝⎭

，其中I 5≈I 0

3．观察串联电流负反馈电阻R w4对输出中频信号幅度的影响。

保持本振幅度u L =500mV ，R w4≈0不变，输入一个调幅波，调幅波的载频为f S =8MHz ，调制信号频率为F =1kHz ，调制度为m=40%，乘法器偏置电流I 5≈0.6mA 。

(1)令R w4≈0，调节高频信号源输出电压幅度U sm 的大小，使之逐步加大到中频电压波形开始出现明显失真为止，记下此时的U smo 和U Imo 大小(U smo 值可直接从高频信号发生器读取，U Imo 值可利用示波器来测量)。

U sm o 和U Im o 大小，并与R w4≈0时测量的结果进行比较。

U smo （mV ） U Imo （V ）

1 R w4≈0 50 4.

2 2 R w4>0 60 2.45

中频电压失真波形：

结果分析： 当R w4增大时，波形失真越不明显。当R W4>0时对回路起到了负反馈的作用，使得系统更加稳定，使乘法器的输出波形更加不失真。

4．观察混频器中干扰信号的分布情况

用高频信号源输入一个等幅波，且U s ≈15mV ，本振U Lm =500mV ，保持I 5=1mA ，在6.5MHz ～30MHz 范围内改变高频

干扰信号f （MHz ）

2 12 18 22 28