三倍频器设计解读

辽宁工业大学高频电子线路课程设计（论文）题目： 3倍频器电路设计学院：电子与信息工程学院专业班级：通信091学号： *********学生姓名：指导教师：教师职称：讲师起止时间： 2012.6.29——2012.7.8课程设计（论文）任务及评语目录第一章倍频器工作原理分析 (1)1.1工作原理 (1)1.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点 (2)第二章丙类倍频器功效分析 (4)第三章三倍频器的主要质量指标 (7)3.1 变频增益 (7)3.2 失真和干扰 (7)3.3 选择性 (7)3.4噪声系数 (7)第四章电路设计与仿真 (8)第五章设计分析与总结 (10)参考文献 (11)第一章 倍频器工作原理分析1.1工作原理倍频器（Frequency double ）是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率，如下图所示的例子。

图1.1倍频器的应用采用倍频器以下优点：发射机的主振频率可以降低，这对稳频是有利的。

因为振荡器的频率越高，频率稳定度就越低。

一般主振频率不宜超过5MHz 。

因此，发射频率高于5MHz 的发射机，一般宜采用倍频器。

在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易震碎。

一般来说，最薄的石英晶体的固有振荡频率限制在20MHz 以下。

超过这一频率，就宜在石英振荡器后面采用倍频器。

如果中间级既可以工作在放大状态，也可以工作于倍频状态，那么就可以在不扩展主振波段的的情况下，扩展发射机的波段。

这对稳频是有利的，因为振荡波段越窄，频率稳定度就越高。

倍频器的输入与输出不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的工作稳定性提高。

如果是高频或调相发射机，则可采用倍频器来加大频移或相移，亦即加深调制度。

在超高频段难以获得足够的功率，可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。

倍频器按其工作原理可分为三类。

一类是和丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频。

第二类是利用模拟乘法器实现倍频。

第三类是利用 PN结电容的非线性变化,得到输入信号频率的谐波,经选频回路获得倍频,称为参量倍频器。

当工作频率为几十MHz时,主要采用三极管丙类倍频器,而当工作频率高于１０００ＭＨＺ时,主要采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。

乘法器构成的倍频器主要受乘法器的上限工作频率的限制。

本次设计的3倍频器电路是一种主要采用丙类功率放大器的晶体管倍频器，即丙类倍频器。

其原理图如图1.2所示。

图1.2丙类倍频器1.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点（一）电路：与丙类谐振功放相似，不同点在于LrCr谐振在（二）工作状态：（1）应工作在欠压或临界状态（2）一般不工作在过压状态的原因：a）需很大的激励功率，使功率管增益明显下降b）晶体管进入饱和区输出阻抗明显降低，致使下降，严重影响滤波能力（三）特点：（1）谐振在nωs上，n不宜过大，否则电流太小（2）LC 选频网络选出nωs分量，滤除大于或小于nωs的分量，要求滤波条件苛刻。

（3）n一般采取2或3，不宜过大，否则会导致：若可能导致B-E结击穿；若，LC回路难以选择，所以n一般为2或3。

(四)电路：（1）高的倍频可以用n个二倍频或三倍频电路级联（2）采用推挽电路：a）若输出电流差分，可实现奇数倍频b）若输出电流之和，可实现偶数倍频第二章丙类倍频器功效分析图2.1丙类功率放大器工作原理图图2.1是一个丙类功率放大器原理图在丙类工作时 ,晶体管集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量。

如果把集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上。

那么,放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。

这样的丙类放大器就成为二倍频器或三倍频器。

倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为而晶体管极间瞬时电压可写成为式中 ,为回路两端的n次谐波电压振幅。

利用高频功率放大器的分析结果 ,n次倍频器输出的功率和效率为式中由余弦脉冲分解系数可知 ,无论导通角为何值,均小于,也就是在同样条件下,丙类倍频器的输出功率都低于丙类放大器的输出功率和效率。

为了提高输出功率和效率 ,丙类倍频器在导通角的选取上,必须满足=120/n因为 n=2时,=60°,=0.536为最大值;有n=3时,=40°·=0.276为最大值。

所以,三倍频器的应取40°。

这样,对应的输出功率和效率达最大。

这时与=120°时的放大器输出功率相比较有：=0.52=0.35由此可见，在采用最佳通角值的情况下，二次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的1/2，三次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的1/3。

同样由效率公式可以推出它的效率也随着倍频次数n的增加而下降。

由以上的讨论可见，随着倍频次数n的增大，它的输出功率与效率下降。

同时，n越高，最佳的越小。

为了减小，就必须倍频器的基极反向偏压-。

加大后基极激励电压也加大。

对于晶体管电路来说，增加激励电压与偏压，就可能是发射结的反向偏压超过击穿电压。

所以单级丙类倍频器一般只作为二倍频器或三倍频器使用。

若要提高倍频次数 ,可以采用多级丙类倍频器来实现。

第三章三倍频器的主要质量指标3.1 变频增益二倍频器输出电压振幅V im与高频输入信号电压振幅V sm之比，成为变频电压增益或变频放大倍数，表示如下：变频电压增益VV Asmim vc=另一种表示方法为：PP A pcsi 高频输入信号功率更高频输出信号功率=显然，边频增益高对提高接收机的灵敏度有利。

3.2 失真和干扰失真有频率失真和非线性失真。

由于非线性还会产生组合频率、交叉调制与互相调制、阻塞和易倒混频干扰。

这些是二倍频器产生的特有干扰。

3.3 选择性接收有用信号，排除干扰信号的能力决定于高频输出回路的选择性是否良好。

3.4噪声系数二倍频器的噪声系数对接收设备的总噪声系数影响很大，应尽量低。

这就要求很好的选择所用器件和工作点电流。

第四章电路设计与仿真输入信号为幅值为10V的正弦交流信号，频率为任务所要求的100KHZ。

经计算变频电路中的电感分别取值0.531uH,1mH,电容分别取值1uF，0.531uF。

直流电压为12V，为晶体管集电极提供偏压，滤波电路滤除杂波，使输出稳定。

整体电路如图4.1.图4.1 3倍频器涉及电路图将该电路在EWB环境下进行仿真模拟，滤波器显示如图4.2：图4.2电路仿真结果示波器显示示波器显示图中，位于上侧的是输出信号，下侧为输入的正弦信号。

由图形可分析知，输入信号为100KHz,输出信号频率为300KHz,达到了3倍频的设计参数要求，输出图形没有较明显的失真，基本满足了设计要求。

第五章设计分析与总结本次设计的要求是设计一个3倍频器电路，即输出信号频率是输出信号频率的3倍。

在晶体管倍频器和参数倍频器中选择栏晶体管倍频器。

晶体管倍频器以晶体管放大电路为基础组成频率放大电路。

其中包含了倍频电路与滤波电路，分别进行频率放大与频率选择。

电路中以12V直流电源为晶体管提供集电极偏压，电容与电感的参数值均为计算所得。

总体电路设计完成之后，在EWB环境中进行仿真模拟，调试校正，调得最佳状态。

从图中解析，输出信号达到了300KHZ，是输入信号的3倍，达到了设计要求，幅值增益与衰减也在允许范围内，基本符合了设计任务的要求。

但是，仿真结果中，输出信号出现了类似于振荡的失真与衰减，经调整参数后仍无法消除。

分析后认为，可能是由于晶体管的静态工作点不够理想所致，应设法予以减小。

参考文献[1]高频电子线路.张肃文.北京：高等教育出版社，2009[2]高频电子线路.林春芳.北京：高等教育出版社，2002[3]电子技术课程设计.彭介华.北京：高等教育出版社，1997[4]常用电子电器电路精选.曲学基.武汉：电子工业出版社，1991[5]电子技术实验与课程设计.蔡忠法.杭州：浙江大学出版社，2003[6]现代电子技术实践课程指导.谢云,易波.北京：机械工业出版社，2003辽宁工业大学课程设计（论文）读书的好处1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。

——达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。

——颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

8、读书要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。

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12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。

——高尔基14、书到用时方恨少、事非经过不知难。

——陆游15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。

——笛卡儿17、学习永远不晚。

——高尔基18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。

——刘向19、学而不思则惘，思而不学则殆。

——孔子20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。

——培根。