通信电子线路设计混频器 11页

通信电子线路课程设计混频器的设计摘要：本文设计了一个混频器，它的主要功能是使信号自某一个频率变换成另外一个频率，实际上是一种频谱线性搬移电路。用正弦波振荡电路输出正弦波信号，通过MC1496制成的模拟乘法器和选频放大电路得到混频后的信号。混频器是超外差式接收机的核心，位于低噪声放大器后面，可以将接收到的RF信号下变换为固定的中频。关键词：混频；频谱搬移；MC1496模拟乘法器；一．概述混频技术应用的相当广泛，混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大（频率越高，放大量越低，反之频率低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为放大功能主要放在中放，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后，调整方便，放大量﹑选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、频谱分析仪等）的重要组成部分。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=10MHz、幅值0.2V＜＜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，=10MHz、幅值第10页 通信电子线路课程设计=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。正弦波振荡器模拟乘法器选频、放大电路高频信号源图1混频器原理框图二.方案分析该电路由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2混频器电路图三．单元电路的工作原理1．LC正弦波振荡器第10页 通信电子线路课程设计本次设计采用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，在LC谐振回路，，与﹑性质相反，当﹑为电容，就是电感；当﹑为电感，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。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：选取，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：电流电压由此可以确定R1=5.1K，R3=2.2K，R4=2K。正弦波的输出信号频率=10MHz，电路连接如图4所示图3LC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﹑第10页 通信电子线路课程设计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4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，静态工作点为，基本符合设计要求。2．模拟乘法器电路用模拟乘法器实现混频，就是在端和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5所示：通频带滤波器图5混频原理框图若则经带通滤波器后，取差频为所需要的中频频率。由MC1496模拟乘法器构成的混频器电路如图6所示。第10页 通信电子线路课程设计图中，LC正弦波振荡器输出的10MHz正弦波由10端（X输入端）注入，高频信号源输出的10MHz正弦波由一端（Y输入端）输入，混频后的中频电压由6端经形带通滤波器输出，其中C17﹑L11﹑C11﹑C19构成一选频滤波回路，调节可变电阻Rp能使1﹑4脚直流电位差为零，可以减小输出信号的波形失真，使电路平衡。在2﹑3脚之间加接电阻，可扩展输入信号的线性范围。图6MC1496构成的混频器3．选频﹑放大电路电路连接如图7所示，晶体管选2SC945，R1﹑R2﹑Re组成支流偏置电路，L2﹑L3﹑C2﹑R构成并联谐振回路，其中R用来改变回路的Q值，C1为输入耦合电容，C3为输出耦合电容，C7位晶体管发射极旁路电容，L1﹑C4﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响，R1﹑R2提供电路的静态工作点。其中电路的谐振频率为静态工作点为。第10页 通信电子线路课程设计图7选频﹑放大电路四．电路性能指标的测试根据设计方案，应用计算机Multisim软件进行了模拟仿真。用示波器观察LC正弦波振荡器的输出，输出波形如图8所示。图8LC正弦波振荡器输出波形用示波器观察混频器输出信号，波形如图9所示。图9混频后的信号波形图用示波器观察模拟乘法器的输出，输出波形如图10所示。图10模拟乘法器输出波形由理论计算可得LC正弦波振荡器的输出频率应为10MHz，静态工作点；选频﹑放大电路第10页 通信电子线路课程设计输出频率应为2MHz，静态工作点。通过仿真测试可得LC正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz，静态工作点；选频﹑放大电路输出频率为1.99MHz，静态工作点。本设计基本完成了设计要求，并且由示波器可观察到相应的波形，仿真值基本满足要求，说明电路各部分均正常工作。美中不足的是仿真结果同理论值仍存在一定的误差，需要进一步改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。五．课程设计体会本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了通信电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容，顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。虽然课设中有很多困难，但经过指导老师的帮助和我的努力都一一克服了，增强了自信心。此外，还要非常感谢各位老师在课程设计中对我的帮助，如果没有老师的精心指导，我的课设也不会顺利完成，在此特别感谢各位老师。第10页 通信电子线路课程设计参考文献[1]宋树祥，周冬梅.高频电子线路.[M]北京大学出版社，2007年2月[2]陈邦媛.射频通信电子线路学习指导.[M]科学出版社，2007年6月[3]吴慎山.高频电子线路.[M]电子工业出版社，2007年1月[4]谢沅清.通信电子线路.[M]电子工业出版社，2007年7月[5]曾兴雯.高频电子线路.[M]高等教育出版社，2004年1月[6]杨翠娥.高频实验与课程设计.[M]哈尔滨工程大学出版社，2005年1月[7]于洪珍.通信电子线路.[M]清华大学出版社，2006年1月[8]陈利永.电子电路基础.[M]中国铁道出版社，2006年7月[9]周选昌.高频电子线路.[M]浙江大学出版社，2006年7月第10页 通信电子线路课程设计附录Ⅰ总电路图第10页 通信电子线路课程设计附录Ⅱ元器件清单序号编号元件名称型号数量1C15电容1.0nF1个2C14电容510pF1个3R10电阻15K1个4R9,R5电阻1.0k2个5L5可变电感10uH1个6U1模拟乘法器MC14581个7C7,C6电容1.6pF2个8C12电容1.0nF1个9C11,C10电容10nF2个10Q2三极管2SC9451个11R8电阻6.2k1个12R7电阻15k1个11C4电容120pF1个12C5可变电容350pF1个13C9,C8,C2,C1电容10nF4个14L2电感330uH1个15L1电感10uH1个16Q1三极管2N2222A1个17C3电容100pF1个18R6电阻110k1个第10页 通信电子线路课程设计19R4电阻2.0K1个20R3电阻2.2k1个21R2可变电阻100K1个22R1电阻5.1k1个23V1高频信号源8MHz1个第10页