晶体三极管混频电路实验

高频实验二

晶体三极管混频电路实验

一、实验目的

1.进一步学习变频电路的相关理论、工作原理以及基本电路结构。

2.掌握三极管混频电路的工作原理和调试方法。

3．了解熟悉其他变频方法以及电路。

4．学会通过仿真而了解混频电路特性以及各电路原件的作用的方法。

二、实验仪器

1．小信号调谐放大器实验板

2．200MHz泰克双踪示波器(Tektronix TDS 2022B)

3. 8808A FLUKE万用表

4.220V市电接口

5.EE1461高频信号源

6.AT6011 频谱分析仪

7.PC一台(附有multisim仿真软件)

三、背景介绍：

在通信技术中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用得较多的是把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号。例如：在超外差中波接收机中，经天线接收到的高频信号(载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号) 通过变频，变换成465kHz的中频信号；在调频广播接收机中, 把载频位于88 MHz～108MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz 的调频信号。完成这种频率变换的电路称变频器，采用变频器后，接收机的性能将得到提高。

图 2-1混频器的电路模型

本振信号用于产生一个等幅的高频信号U L ，并与输入信号US 经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。

四、实验原理

高频电路中的混频器利用电路中的非线性，可以对两个输入信号进行频率加或减，产生和频信号或差频信号。本实验采用晶体三极管作混频电路,产生茶品信号，将高频信号转化成低频信号。

晶体管混频电路原理图如下图2-2所示。其中，晶体管起信号的混频作用，两个输入信号分别为

和

；电容C in1、C in2、C out 为信号输入和输出的耦合电

容，起到隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性；电容C e 对高频交流信号相当于短路，消除偏置电阻R e 对高频信号的负反馈作用，提高高频信号的增益；电阻元件R b1、R b2、R e 决定晶体管的工作点；电路中的电感L 和电容C 组成的谐振电路起选频作用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出信号。

图2-2 晶体管混频器实验原理电路

公式推导：

在忽略三极管内部反馈和集电极电压反作用的情况下，基极电压和集电极电流的函数关系可以写为

v in1

C in1 v in2

将上式用泰勒级数展开，鉴于很小，可以忽略二次方以及以上各项，并将各表达式代入，可得

运用数学手段，化简上式，提取中频频率,那么中频电流分量为

，其

振幅为，输出的中频电流振幅与输入的高频

信号电压振幅之比，称为变频跨导,并且有

.

实验电路：

晶体三极管混频电路实验电路如图2-2所示。本电路使用的是共发电路，本

振电压U

L (F

L

频率为10.7MHz)从晶体管的发射极e输入，信号电压Us(频率Fs为

10.245MHz)从晶体三极管的基极输入，混频后的中频(Fi=F

L

-Fs)信号由晶体三极管的集电极输出。输出端的带通滤波器必须调谐在中频Fi上，本实验的中频为

Fi=F

L

-Fs=10.7MHz-10.245MHz=455kHz。且电路中,即本振电压为大信号，输入信号电压为小信号。

LED1

A8-080

图2-3 晶体三极管混频电路实验电路图

电容C1是隔直电容，滑动变阻器RW1和电阻R1,R2是晶体管基极的直流偏置电阻，用来决定晶体管基极的直流电压，电阻R3是射极直流负反馈电阻，决定了晶体管射极的直流电流Ie。晶体管需要设置一个合适的直流工作点，才能保证混频器电路正常工作，有一定的电压增益。通常，适当的增加晶体管射极的直流电流Ie可以提高晶体管的交流放大倍数 ，增大混频器电路的变频增益。但Ie过大，混频电路的噪声系数会急剧增加。对于混频器电路，一般控制Ie 在0.2-1mA之间。电阻R4是混频器的负载电阻。电容C3，C4是混频器直流电源的去耦电容。

五、实验准备

第一部分：理论计算

要产生455kHz的中频信号，那么两输入信号的频率差就应为455kHz，鉴于实验室比较容易获得10.7MHz的高频信号，那我们不妨就取本振信号为10.7MHz，于是输入信号的频率就应为10.7MHz-455kHz=10.245MHz。另外为了满足本振信号是大信号，输入信号是小信号的约束条件，我们不妨就取输入信号

=100mV,=500mV。

下面来计算谐振回路的LC，谐振回路所起的主要作用就是选频，即选出频率是

455kHz的中频信号，即,从而我们不妨取L=10uH，C=12nF,把这些参数值代入仿真电路即可

第二部分：仿真

下图为仿真时的电路图：

步骤一、输入信号的频率为10.245MHz，本振信号的频率为10.7MHz，两者的频率差为455kHz，仿真观察输出信号的波形及频率（波形记录如下）。

频率计显示的输出信号的频率：

将

Timebase

调小，将图形放大了测量其幅值

，

步骤二、在仿真过程中增加射极电流Ie 的值，观察混频器变频增益的变化，和输出波形的变化。（噪声，失真度）

规律总结：随着射极电流的增大，电路的变频增益也逐渐增大。但是随着射极电流的增大，混频电路的噪声系数会急剧增加，受噪声影响输出波形有很多毛刺（如下图）。