高频电子线路课程设计报告

目录

一、设计任务与要求............................................................................... .. (1)

二、总体方案 (1)

三、设计内容 (3)

电路工作原理 (3)

LC正弦波振荡器 (3)

模拟乘法器电路 (4)

选频﹑放大电路 ..................................................................... (6)

仿真结果与分析 (6)

四、总结........................................................................................ . (9)

五、主要参考文献 (9)

附录 (9)

一、设计任务与要求

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。

混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。具体原理框图如图1所示。

振荡器输出一频率为1f =10MHz 、幅值＜m U 1＜1V 的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，2f =10MHz 、幅值

m U 2=200mV ，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的

输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz 的正弦波信号。

图1混频器原理框图

二、总体方案

对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。

混频电路的基本组成模型及主要技术特点：

混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。混频电路的基本原理：

^ 图2中，U s (t)为输入信号，U c (t)为本振信号。U i (t)输出信号。

正弦波

振荡器 模拟 乘法器 选频、 放大电路

高频 信号源

分析：当st sm s cos U (t)U ψ= 则(t)(t)U U (t)U c s p = = ct cm st sm cos U cos U ψψ = ct st cos cos Am ψψ 其中：cm sm U U Am =

对上式进行三角函数的变换则有

()t c st 1p cos cos Am t U ψψ=：)t]-(c s)t c [cos( Am 2

1s c ψψψψos ++

从上式可推出，Up(t)含有两个频率分量和为(ψc+ψS)，差为(ψC-ψS)。若选频网络是理想

上边带滤波器则输出为]t

Amcos[21(t)U s c i ψψ+=．

若选频网络是理想下边带滤波器则输出：

]t

-Amcos[21(t)U s c i ψψ=．

工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψc >>ψS ．往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，

]t

-Amcos[21(t)U s c i ψψ=为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g ：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。

该电路由LC 正弦波振荡器﹑高频信号源﹑模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC 正弦波振荡器产生的10MHz 正弦波与高频信号源所产生的8MHz 正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz 的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz 的正弦波信号。混频器电路如图3所示。

图3 混频器电路图

三、设计内容

电路工作原理

LC 正弦波振荡器

本次设计采用LC 电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC 谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。

三点式LC 振荡器的相位平衡条件是πφφ2=+F k

，在LC 谐振回路，

()ce be cb X X X +=，cb X 与be X ﹑ce

X 性质相反，当be X ﹑ce X 为电容，cb X 就是电

感；当be X ﹑ce X 为电感，cb X

就是电容。

在LC 三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足1>•F A 。

由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：

F F F R i 11+

•>β 选取60=β，故选用2N2222A 三极管。2N2222A 是NPN 型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流

()BQ

B I I 10~5=

电压

由此可以确定R1=，R3=，R4=2K 。

11~53B cc

U U ⎛⎫

= ⎪⎝⎭

正弦波的输出信号频率

f

=10MHz ，电路连接如图4所示

图4 LC 正弦波振荡器

R1﹑R2﹑R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2﹑CT ﹑C ﹑C4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q 值，C1﹑C3为耦合电容，L1﹑C6﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。其交流通路如图5所示。

图5 交流通路图

根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz ，故由此可以大概确定L2﹑C4﹑CT 的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为

()CT C L f //4221⨯=πMHz 1.10%

710350101014.32112

6≈⨯⨯⨯⨯⨯≈--，静态工作点为mv R R R R V B 3.982%

551002.21.51

.512321112≈⨯++⨯=++⨯

=，

基本符合设求。

模拟乘法器电路

用模拟乘法器实现混频，就是在x U 端和y U 端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图6所示：