(完整word版)基于模拟乘法器的混频器

基于模拟乘法器的混频器
摘要
Multism10是属于新一代的电子工作平台，是一种在电子技术界广泛应用的优秀的计算机仿真软件，Multism10被称为电子工作人员的“计算机里的电子实验室”。

集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。

在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、监频、相频等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。

采用集成模拟乘法器实现上述工程采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。

所以目前在无线通信、广播电视等方面应用比较多。

继承模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。

主要内容是基于MC1496混频器应用设计与仿真，阐述了混频器基本原理，并在电路设计与Multism仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合双踪示波器实现对信号的混频。

关键字：Multism10，模拟乘法器MC1496，混频器
第一章绪论
混频器在高频电子线路和无线电技术中，应用非常广泛，在调制过程中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频的已调信号。

在解调过程中，接受的已调高频信号也要经过频率转换，变成对应的中频信号。

特别是在超外差式接收机中，混频器应用比较广泛，如AM广播接收机将已调信号535KHZ-1605KHZ要变成465KHZ 的中频信号，电视接收机将48.5M-870M的图像信号要变成38M的中频图像信号。

再发射机中，为提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。

用一个频率较低的石英晶体振荡器为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加减乘除运算变换成射频，所以必须使用混频电路。

由此可见，混频电路是电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。

本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率转换，变成需要的中频信号。

第二章硬件设计
2-1 混频器原理
变频电路的基本功能是保持已调信号的调制规律不变，仅改变其载波频率处理过程。

用模拟乘法器实现混频，只要在Ux 端和Uy 端分别加上两个不同的频率信号，相差一中频如10.7MHZ ，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如下：
Ux Uc V0
图2-1混频器原理框图
若Ux （t ）=Uscoswst Uy=u 0cosw 0t 则Uc(t)=KVsV 0cosw s tcosw 0t
=1/2KVsV 0[cos(w 0+w s )t+cos(w 0-ws)t] 经带通滤波器后，取差频
V 0(t)=1/2KVsV 0cos(w 0-w s )t w 0-w s =w i 为某中频频率
2-2 变频电路的主要性能指标：
（1） 变频增益
变频增益实质变频电路输出的中频电压振幅V 1m 与其输入的高频电压振幅V sm 之比，用A vc 表示，即 Avc=V 1m /V sm .
对晶体管来说，还应有变频功率增益这个指标，即变频电路输出的中频信号功率P I 与诸
如的高频信号功率P
s 之比，用A
pc
表示，A
pc
=P
I
/P
s
（2）失真与干扰
变频电路除有频率失真与非线性失真外，还会产生各种组合频率干扰。

如何既完成混频任务，又尽量避免或减少这些失真和干扰是我们过关心的问题。

（3）选择性
在变频电路的输出中，可能存在很多与中频频率接近的干扰信号，为了抑制这些干扰，就要求中频滤波器具有良好的、接近于矩形的幅频特性。

（4）噪声系数
变频电路的噪声系数大小，将直接影响整机总的噪声系数，尤其是变频电路前没有高频放大器的无线电接收设备，其影响就更大。

变频电路噪声系数的大小，与所用器件及其工作状态有关，实践中必须仔细选择。

（5）稳定性
因为变频电路的输入输出端分别连接调谐于高频和中频的谐振回路，所以不会产生因反馈而引起的不稳定现象。

这里所说的稳定性，主要是指本振的频率稳定度。

因为变频电路输出端的中频滤波器的通频带宽度是一定的，如果本振频率产生较大的漂移，那么经变频所得的中频可能超出中频滤波器通频带的范围，引起总增益的降低。

2-3 常用的混频电路：
晶体三极管混频电路、场效应管混频电路、晶体二极管混频电路、集成模拟乘法器混频电路等。

2-4 变频干扰
（哨声干扰）
信号本振
（交叉（寄生（本振
调制）通道）噪声）
干扰噪声
（互相调制）（倒易混频）
图2-2混频干扰分类及其名称示意图
哨叫干扰是由于变频器不满足时变参量线性电路条件而形成。

这是，信号本身的谐波不可忽略，其产生干扰的条件是
︱±pw
l ±qw
c
︱=wI+W
式中，W是可听的音频频率。

上式包括以下四种情况
Pw
L -qw
c
=w
I
+W
-pw
L +qw
c
=w
I
+W
pw
L +qw
c
=w
I
+W
-pw
L -qw
c
=w
I
+W
如取wI= wL-wc,则第三种情况是不可能的，第四种情况是不存在的。

而是第一、二种
情况可写成pw
L -qw
c
=±(w
I
+W)
通常Wi≥W,因此上式可化简为w
c ≈(p1±1)w
I
/(q-p)
上式表明，当信号频率wc和已选定的中频频率wI满足上式关系时，就可能产生干扰哨叫声。

若p和q取不同的正整数，则可产生干扰哨声的信号频率就会有无限多个，并且其值均接近于wI的整数倍或分数倍。

但实际上，一旦任何一部接收机的工作频率段都是有限宽的；二因混频器管集电极电流组合中组合频率分量的振幅总是随着（p+q）的增加而迅速地减小，因而只有对应于p和q值较小的信号才会产生明显的干扰哨声，而对应于p和q较大的信号所产生的干扰哨声均可忽略。

由此可见，减少干扰噪声的方法是合理选择中频频率，将产生最强的干扰哨声的频率移到接收频段以外。

其次是限制信号和本振电压的振幅不宜过大。

寄生通道干扰
寄生通道干扰是由于变频器必须工作在非线性状态而形成的。

如果变频器前的高频放
大器也具有非线性特性，则当频率为w
M 的干扰信号Vm(t)通过放大器是，产生了w
M
的各次
谐波，用qw
M 表示，q=0,1,2，...他们与本振信号各次谐波差排，如满足︱±pw
L
±qw
M
︱≈
Wi
该干扰信号将通过接收机，造成对有用信号的干扰，称这种烦扰为寄生通道干扰。

对于中频干扰，混频电路十几起到中频放大的作用，因而它具有比有用信号更强的传
输能力；对于像频干扰，它具有与有用通道相同的变换能力。

只要这两种干扰信号一旦加到混频电路输入端，就无法将其削弱或抑制。

因此，减少中频和像频干扰的主要方法是提高混频电路前级的选择性。

交叉调制干扰
交叉调制干扰是由于混频器或高频放大电路的非线性传输特性产生的。

交调干扰仅与干扰信号振幅有关，而与频率无关，因此它是一种危害性更大的干扰，减少交调干扰的有效方法是提高混频电路前级的选择性。

互相调制干扰
互相调制干扰也是由于混频电路或高频放大电路的非线性传输特性产生的。

减少互调干扰的主要方法是提高混频电路前的选择性和设法是混频器件特性四次方项以及四次方项以上的偶次方项系数为零。

本振噪声干扰与倒易混频干扰
一般情况下，特别是在厘米波段混频电路中，本机振荡电路提供本真信号的同时，还不可变地会产生噪声，其频谱按本振回路谐振特性曲线形状分布。

这样，混频器件就可以把那些与本振频率相差一个中频的噪声频谱分量变换为中频通频带内的噪声，使混频电路的噪声输出增大，通常称为本振噪声干扰。

减少振荡器噪声影响的一个最基本和最重要的手段是提高振荡器的选频回路的Q值，回路Q值越高，谐振曲线也越尖锐，对噪声的衰减也越大，一般LC组成的回路，其空载Q 值一般在300以下。

为提高回路Q值人们采用了许多方法，其中采用石英晶体振荡器是最有效的方法之一。

第三章
基于MC1496模拟乘法器构成的混频器的仿真与实现下图是由MC1496模拟乘法器构成的混频器
示波器产生波形：
第四章心得体会
这次课程设计我们按照课程设计上的程序，先复习混频电路的原理，然后选择电路，计算关键元件的值，学习Multisim的使用，最后连线调试出预期的混频和滤波效果。

在做课程设计报告时我对混频的认识只限于基本原理和理论---在通信接受机中，混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频中频的高频已调波信号。

调幅信号频谱宽度不变，包络形状不变。

正式开始设计后，在对电路的实现中，我先学习了Multisim软件的使用，这个虚拟电子实验室可以仿真各种电路。

应用过程中我发现这个软件确实功能强大的操作软件！
参考文献：张义芳《高频电子线路》第四版
李新春，陈俊霏《高频电子教学实验》。