三极管混频器

通信电子线路课程设计说明书三极管混频器设计系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：贾雅琼职称讲师专业：电子信息工程班级：电子0902完成时间：2011年12月设计任务书一、设计目的学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《通信电子线路》中所学的理论知识和实验技能，掌握通信电子系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。

二、设计内容设计一个三极管混频器。

要求输入信号的中心频率：f0=10MHz, 本振频率：fI=16.455MHz。

三、设计要求1、打印《通信电子线路》课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程；2、根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路板图；3、设计时间：一周；4、制作PCB板；5、人员分组：一人一组一实物，选择同一课题的电路不能相同。

四、参考资料[1]赵淑范．通信电子线路实验与课程设计[M]．北京：清华大学出版社，2009.1；[2]杨翠娥．高频电子线路实验与课程设计[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.9；[3]杨霓清．高频电子线路实验与综合设计[M]．北京：机械工业出版社，2009.4。

电子信息教研室2011年9月16日摘要随着社会的发展，现代化通讯在我们的生活中显得越来越重要。

混频器在通信工程和无线电技术中，得到非常广泛的应用，混频器是高频集成电路接收系统中必不可少的部件。

要传输的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号，才能在空中无线传输，在接收端将接收的已调信号要进行解调得到有用信号，然而在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成相应的中频信号，这就要用到混频器。

其原理是运用一个相乘器件将本地振荡信号与调制信号相乘，经过选频回路选出差频项（中频），在超外差式接收机中，混频器应用十分广泛，如：AM广播接收机将已调振幅信号535K～1605KHZ要变成465KHZ的中频信号；还有移动通信中的一次混频、二次混频等。

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。

关键词混频器；中频信号；选频回路ABSTRACTWith the development of society, the modernization of communication in our life becomes more and more important. Mixer in communication engineering and radio technology, widely used, the mixer is high frequency integrated circuit receiving system essential components. To transmit baseband signal to go through frequency conversion into a high frequency modulated signal, can in the air, wireless transmission, at the receiving end receives the modulated signal to demodulate the received useful signal, however in the demodulation process, receives the modulated high frequency signal to go through frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signal, this will be used mixer. Its principle is to use a multiplication device will be local oscillation signal and modulated signal by frequency selective circuit multiplication, choose the difference frequency term (MF ), in a superheterodyne receiver, mixer, a wide range of applications, such as: AM radio receiver will be modulated amplitude signal 535K ~ 1605KHZ to become 465KHZ intermediate frequency signal; and mobile communication a mixer, a two mixer etc.. Therefore, the mixer circuit is the application of electronic technology and radio professional must grasp the key circuit.Key words Mixer；intermediate frequency signal；frequency selective circuit目录设计任务书 (1)摘要 (2)1 方案论证 (1)1.1总体方案确定 (1)1.2混频电路部分 (1)1.2.1 方案一 (1)1.2.2 方案二 (2)1.2.3 方案三 (2)1.3本地振荡电路部分 (3)1.3.1 方案一 (3)1.3.2 方案二 (4)1.4选频回路部分 (4)2 硬件系统设计 (5)2.1本地振荡电路 (5)2.1.1 振荡器基本原理 (5)2.1.2 克拉泼振荡器原理 (6)2.1.3 参数选择及性能分析 (6)2.2混频电路 (8)2.2.1 混频原理 (8)2.2.2 参数选择及性能分析 (9)2.3选频回路 (10)2.4总电路设计 (10)3 电路仿真及结果 (11)3.1M ULTISIM软件简介 (11)3.2仿真电路 (12)3.3仿真结果 (12)3.4结果分析 (16)设计体会 (17)参考文献 (18)致谢 (19)附录一：总电路图 (20)附录二：PCB图 (21)附录三：元件清单 (22)1 方案论证在接收机中的混频器电路的主要功能是使信号接收到的高频信号由一个频率变换成另外一个较低的频率，实际上是一种频谱线性搬移电路。

它能将高频载波信号或已调波信号进行频率的搬移，将其变换为某一特定固定频率的信号。

而变换后的信号，它的频谱内部结构和调制类型保持不变，改变的仅仅是信号的载波频率。

1.1 总体方案确定混频电路的类型较多，常用的有模拟相乘混频器、二极管平衡混频器、环型混频器、三极管混频器等。

由于本设计课题为三极管混频，所以其它电路不与考虑，其三极管混频器组成框图如图1.1所示图 1.1 三极管混频器组成框图混频电路主要有三大部分组成：本地振荡器、晶体管混频电路和选频回路，各个部分独立工作。

本地振荡器产生稳定的振荡信号（设其频率为0f ）通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号（设其频率为S f ），由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生0f +S f 、0f -S f 频率的信号，然后通过中频选频回路，取出0f -S f 频率的信号，调节好0f 、S f 的大小使其差为中频频率，即所需要的中频信号6.455MHZ 。

1.2 混频电路部分用晶体三极管电路实现相乘的电路有多种形式，一般按照晶体管组态和本地振荡电压注入点的不同可分成下面四种方案的基本电路。

1.2.1 方案一此方案输入信号和本地振荡信号都从基极注入，其等效电路如图1.2所示，此电路对信号电压来说是共射电路，它具有输入阻抗大，变频增益大的有点，用作混频时，本地振荡电路负载较轻，容易起振，需要的本振注入的功率也较小。

但是由于信号和本地振荡信号都加在基极，是直接耦合，因此信号电路与本振电路相互影响较大，可能产生频率牵引现象，当相对频差不大时，牵引现象不较严重，不宜采用此方案。

图1.2方案一等效电路1.2.2 方案二此方案电路对于信号电压都是共基电路，其等效电路如图1.3(a)(b)所示，它在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也较低，因此在频率较低时一般都不采用。

但在较高的频率工作时(几十MHz)，因为共基电路的截止频率fα比共发电路的fβ要大很多，所以变频增益较大。

因此，在较高频率工作时采用这两种电路。

由于本设计要求的频率较低，所以不宜采用此方案。

(a) (b)图1.3方案二等效电路1.2.3 方案三此方案电路的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射极注入，其等效电路如图1.4所示，此电路相互干扰产生牵引现象的可能性小。

同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗较小，是本振电路负载较重，虽不易起振但也不易过激，因此振荡波形好，失真小。

但是需要较大的本振注入功率，不过通常所需的功率也只有几十毫瓦，本振电路完全可也供给。

比较这三种方案，方案三的可行性最好，所以选择此方案。

图1.4方案三等效电路1.3 本地振荡电路部分本振电路主要是产生一个一定频率的高频正弦波信号，产生所需的频率方法多种多样，有LC晶体管振荡器、数字振荡器、运用锁相环路对基准频率倍频或分频等方法，为了电路简单又达到设计要求，本设计采用以LC谐振回路作为选频网络的反馈振荡器，它可以用来产生几十千赫兹到几百兆赫兹的正弦波信号。

LC振荡器按反馈网络结构不同，可分为互感耦合和三点式两大类。

1.3.1 方案一此方案为互感耦合式振荡器，其原理电路如图1.5所示，此电路为了满足振幅起振条件，可通过设计合适的耦合线圈匝数，以及合理调节耦合系数M的大小。

这样，不但可使互感耦合振荡器容易起振，元件的分布电容和漏感的存在，而限制了其振荡频率及稳定度的提高。

另外，因高次谐波的感抗大，故取自变压器次极的反馈电压中高次谐波振幅较大，所以导致输出震荡信号中高次谐波分量较大，波形不理想。

所以不宜采用此方案。

图1.5互感耦合式振荡器原理电路1.3.2 方案二此方案采用克拉泼振荡器，其原理电路如图1.6所示，图中R b1、R b2、R e组成分压式偏置电路； C b、为隔直流电容； L和C1、C2、C3组成振荡回路，作为晶体管放大器的负载阻抗。

电容C1相当于X ce，C2相当于X be，而电感和小电容C3相当于X bc，故它符合三点式振荡器的组成原则。

它属于电容三点式振荡器的一种改进型，此振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。