實驗三_混頻器

1、實驗三、混頻器3陳建一、實驗?zāi)康?. 了解三極管混頻器和集成混頻器的基本工作原理，掌握用MC1496來實現(xiàn)混頻 的方法。2. 了解混頻器的寄生干擾。3. 探究混頻器輸入輸出的線性關(guān)系。二、實驗原理在通信技術(shù)中，經(jīng)常需要將信號自菜一頻率變換為另一頻率，一般用得較多的 是把一個已調(diào)的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調(diào)信號，完成這種頻率變 換的電路稱混頻器。在趨外差接收機中的混頻器的作用是使波段工作的高頻信 號，通過與本機振蕩信號相混，得到一個固定不變的中頻信號。采用混頻器E,接收機的性能將得到提高，這是由于：(1) 混頻器將高頻信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，放大器的增益可 以做得很高而不

2、自激，電路工作穩(wěn)；經(jīng)中頻放大輸入到檢波器的信號可以達 到伏特數(shù)量級，有助于提高接收機的靈敏度。(2) 由于混頻后所得的中頻頻率是固定的，這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡化。(3) 要求接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好，有一定困難，而對于某一固定 頻率選擇性可以做得很好?；祛l器的電路模型下圖所示。心咲一個等幅的高頻信號，并與輸入經(jīng)混頻后所產(chǎn)生的差頻信號經(jīng)帶通濾波器濾出， 這個差頻通常叫做中頻。輸出的中頻信號與輸入信號載波振幅的包絡(luò)形狀完全相 同，唯一的差別是信號載波頻率變換成 中頻頻率。目前高質(zhì)量的通信接收機廣 泛采用二極管環(huán)形混頻器和由差分對 管平衡調(diào)制器構(gòu)成的混頻器，而在一般 接收機(例如廣播收音機)中

3、，為了簡 化電路，還是采用簡單的三極管混頻 器。2. 當采用三極管作為非線性元件時就 構(gòu)成了三極管混頻器，它是最簡單的混 頻器之一，應(yīng)用又廣，我們以它為例來 分析混頻器的基本工作原理。從上圖可知，輸入的高頻信號S),通過ci加到三極管b極，而本振信號叫(Q 經(jīng)Cc耦合，加在三極管的e極，這樣加在三極管輸入端(be之間)信號為e = u5 + uLo即兩信號在三極管輸入端互相疊加。由于三極管的bUbe特性(即轉(zhuǎn)移特性)存在非線性，使兩信號相互作用，產(chǎn)生很多新的頻率成分，其中就包 括有用的中頻成分fL-fS和fL+fS,輸出中頻回路(帶通濾波器)將其選出，從 而實現(xiàn)混頻。通?；祛l器集電極諧振回路的

4、諧振頻率選擇差頻即fL-fS,此時輸 出中頻信號比輸入信號頻率低。根據(jù)需要有時集電極諧振回路選擇和頻即 fL+fS,此時輸出中頻信號比輸入信號頻率高，即將信號頻率往高處搬移，有的 混頻器就取和頻。3. 混頻干擾及其抑制方法為了實現(xiàn)混頻功能，混頻器件必須工作在非線性狀態(tài)，而作用在混頻器上的 除了輸入信號電壓和本振電壓外，不可避免地還存在干擾和噪聲。它們之間任意 兩者都有可能產(chǎn)生組合頻率，這些組合頻率如果等于或接近中頻，將與輸入信號 一起通過中頻放大器和檢波器，對輸出級產(chǎn)生干擾，影響輸入信號的接收。 干擾是由于混頻不滿圧線性時變工作條件而形成的，因此不可避免地會產(chǎn)生干 擾，其中影響最大的是中頻干擾

5、，鏡像干擾和組合頻率干擾。通常減弱這些干擾的方法有三種：(1) 適當選擇混頻電路的工作點，尤其是不要過大；(2) 輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波幅值也大，使干擾增強；(3) 合理選擇中頻頻率，選擇中頻時應(yīng)考慮各種干擾所產(chǎn)生的影響。4. 具體三種典型混頻實驗電路二極管環(huán)形混頻器實驗電路圖3-4為二極管混頻器實驗電路，圖中2D、2T2、2D01. 2D02、2D03、2D04 構(gòu)成環(huán)形混頻電路。2P03為射頻信號輸入口，2P04為本振信號輸入口。晶體三 極管2Q2組成放大電路，對環(huán)形混頻器輸出進行放大。由2L6、2L7、2C12和 變?nèi)莨?D05構(gòu)成濾波電路，選出所需要的中頻信號，而濾除其它無

6、用信號。調(diào) 整2W02可以改變變?nèi)荻O管2D05上的偏壓，從而調(diào)整2D05的容量。因此調(diào) 整2W02,可以調(diào)整濾波電路諧振頻率。圖中2P05為混頻輸出口，2TP05為輸 出測量點。2KG舒、L-W=i21X(5三極管混頻器實驗電路下圖是晶體三極管混頻實驗電路。圖中2Q1為混頻管，2W1用來調(diào)整其工作 點，2Q2為放大管，用來對混頻后的信號進行放大，2L6、2C7、2L7、2L8、2D1構(gòu) 成諧振回路，選出所需要的頻率，對其它無用信號進行抑制，2W2用來調(diào)整2D1 的偏壓、從而調(diào)整其諧振回路的頻率。由圖可以看出，本振電壓U L從2P01輸入，經(jīng)2C1送往晶體管2Q1的發(fā) 射極。射頻信號Us從2P

7、02輸入，經(jīng)2C2送往2Q1的基極，混頻后的中頻信 號由晶體三極管2Q1的集電極輸出，集電極負載由2L6、2C7構(gòu)成諧振回路， 該諧振回路調(diào)諧在中頻上。本實驗中頻 左右，諧振回路選出的中頻經(jīng)2C11耦 合，由2Q2組成的放大器進行放大，放大器的負載為2L7、2L8、2D1組成的諧 振回路，同樣諧振在左右。混頻后的中頻信號由2P03輸出，2TP03為輸出測 量點。用MC1496集成電路構(gòu)成的混頻器下圖是用MC496集成電路構(gòu)成的混頻器，該電路圖利用一片1496集成塊構(gòu) 成兩個實驗電路，即乘法器幅度調(diào)制與混頻，本節(jié)我們只討論混頻電路。MC1496 是一種四象限模擬相乘器（我們通常把它叫做乘法器），

8、其內(nèi)部電路在振幅調(diào)制 一節(jié)中作介紹。圖中3P01為本振信號U L輸入口，3TP01為本振信號測試點。本振信號經(jīng) 3R1 > 3C1從乘法器的一個輸入端(10腳)輸入。3P02為射頻信號輸入口，3TP02 為測試點。射頻信號電壓U S從乘法器的另一個輸入端(1腳)輸入，混頻的 中頻信號由乘法器輸出端(12腳)輸出。輸出端的帶通濾波器由3C7、3L1. 3C8組成，帶通濾波器調(diào)諧在中頻頻率上，本實驗的中頻頻率為465KHZ左右。 如果輸入的射頻信號頻率為1MHZ,則本振頻率應(yīng)為。由于中頻固定不變，當射 頻信號頻率改變時，本振頻率也應(yīng)跟著改變。因為乘法器(12腳) 輸出的頻率成分很多，經(jīng)帶通濾

9、波器濾波只選出我們所需要的中頻465KHZ, 其它頻率成分被濾波器濾除掉了。圖中三極管3Q2為射極跟隨器，它的作用是 提高本級帶負載的能力。帶通濾波器選出的中頻，經(jīng)射極跟隨器后由3P04輸出， 3TP04為混頻器輸出測量點。三. 實驗步驟與結(jié)果1. 實驗準備將含有二極管環(huán)形混頻器，晶體三極管混頻器和乘法器幅度調(diào)制與混頻的模塊 以及正弦振蕩器模塊，插入到實驗箱底板上，接通實驗箱與所需各模塊電源。2. 中頻頻率的觀測(1) 二極管環(huán)形混頻器將正弦波振蕩器模塊上的LC振蕩器輸出頻率調(diào)整為，幅度峰-峰值Vp-phV 左右，作為本實驗的本振信號，送入二極管環(huán)形混頻器的本振輸入端(2P04)。 高頻信號源

10、輸出頻率調(diào)為1MH乙幅度峰-峰值Vp-p二500mv左右，作為射頻信號 輸入到二極管環(huán)形混頻器的射頻輸入端(2P03)o用示波器觀測2P03.2P04.2P05 的波形，調(diào)整2W02使2P05波形幅度最大。用頻率計測量2P03.2P04.2P05的 頻率，并計算各頻率是否符合。當改變高頻信號源的頻率時，輸出中頻2P05的 波形作何變化，為什么本振(fL)信號源(fs)混頻輸出(fi)頻率1MHz幅值500mV由上表的測試結(jié)果可知，頻率滿足f i二fL-fs的關(guān)系。 下而我們保持fL不變，改變fsfs900kHzfi的頻率569kHz365kHzfi的幅值900mV620mV我們看到，改變輸入信

11、號頻率，混頻輸出頻率依然滿足fi二fL-fs,但是幅度 都有下降，是因為后面的中頻放大器中心頻率在465kHz,偏離這個頻率之后放 大倍數(shù)會降低。下面我們來探究當本振不是正弦波而是方波時的情況。下表是隨本振幅度變化 輸出信號幅度的變化，以此來研究該混頻器的線性工作范圍：方波幅 度/V1輸出幅 度/V輸出頻 率/kHz465465465465465465465465將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像:由圖像可見，對于載波是方波的情況下，在幅度為700mV間是線性的。而低 于700mV,由于二極管的閾值電壓，二極管處于截止狀態(tài)，幾乎沒有輸出。(2) 晶體三極管混頻器將信號源頻率調(diào)為25MHz,幅度調(diào)至200

12、mV,作為本實驗的本振信號輸入到混 頻器的本振輸入端(2P01),混頻器的另一個輸入端(2P02)接高頻信號源，用 示波器觀測2TP0K2TP02.2TP03的波形，微調(diào)2W1和2W2使混頻輸出(2TP03) 幅度達到最大值。用頻率計測量2TP01 > 2TP022TP03的頻率并計算各頻率是否 符合。當改變高頻信號源的頻率時，輸出中頻2P03的波形作何變化，為什么下而我們保持fL(25MHz, 50mV)不變，改變fsfs/MHzfi的頻率fi的幅值我們看到，改變輸入信號頻率，混頻彳渝出頻率依然滿足fi=fL-fs,但是幅度都有下降，是因為后而的中頻放大器中心頻率在，偏離這個頻率之后放

13、大倍數(shù)會 降低。下而我們來看靜態(tài)工作點會不會對晶體三極管混頻線性區(qū)間的影響。 下面我們測了兩組數(shù)據(jù)：Ic1= fs=由圖像所示，合理改變工作點對線性范圍和斜率影響不大，但是對輸出幅度會 有整體抬升，因而為獲得較大的輸出幅度，選擇合適的工作點尤為重要。(3) 集成乘法器混頻器將正弦振蕩器模塊上的LC振蕩器輸出頻率調(diào)為，幅度調(diào)為峰-峰值800mv, 作為本實驗的本振信號輸入到乘法器的一個輸入端3P01端，高頻信號源輸出頻 率調(diào)為1MH乙Vp-p二500mv,作為射頻信號輸入到乘法器的另一個輸入端3P02 端。用示波器觀測3TP01 > 3TP02. 3TP04的波形，用頻率計測量3TP01.

14、 3TP02、3TP04的頻率，并計算各頻率是否符合。當改變高頻信號源的頻率時，輸出中 頻3TP04的波形作何變化，為什么這個實驗老師并沒有做要求，探究發(fā)現(xiàn)，滿足fi=fL-fs。另外測了一下集成 乘法器的線性，作圖如下：乘法器線性范圍在700mV左右，而且在這段區(qū)間是比較嚴格線性的。四. 實驗思考總結(jié)1. 干擾及解決辦法混頻器的各種非線性干擾是很重要的問題，并且在討論各種混頻器時，把非線 性產(chǎn)物的多少，作為衡量混頻器質(zhì)量的標準之一非線性干擾中很重要的一類就是 組合頻率干擾和副道波干擾。這類干擾是混頻器特有的。還有一些其他的干擾， 比如交調(diào)互調(diào)，阻寒干擾等。干擾的解決辦法：(1) 選擇合適的中頻。如果將中頻選在接收信號頻段之外，可以