实验三混频器Word文件下载.docx

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2.当采用三极管作为非线性元件时就构成了三极管混频器，它是最简单的混频器之一，应用又广，我们以它为例来分析混频器的基本工作原理。

从上图可知，输入的高频信号

，通过C1加到三极管b极，而本振信号

经Cc耦合，加在三极管的e极，这样加在三极管输入端（be之间）信号为

。

即两信号在三极管输入端互相叠加。

由于三极管的

特性（即转移特性）存在非线性，使两信号相互作用，产生很多新的频率成分，其中就包括有用的中频成分fL-fS和fL+fS，输出中频回路（带通滤波器）将其选出，从而实现混频。

通常混频器集电极谐振回路的谐振频率选择差频即fL-fS，此时输出中频信号比输入信号频率低。

根据需要有时集电极谐振回路选择和频即fL+fS，此时输出中频信号比输入信号频率高，即将信号频率往高处搬移，有的混频器就取和频。

3.混频干扰及其抑制方法

为了实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，而作用在混频器上的除了输入信号电压和本振电压外，不可避免地还存在干扰和噪声。

它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器和检波器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。

干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，因此不可避免地会产生干扰，其中影响最大的是中频干扰，镜像干扰和组合频率干扰。

通常减弱这些干扰的方法有三种：

（1）适当选择混频电路的工作点，尤其是不要过大；

（2）输入信号电压幅值不能过大，否则谐波幅值也大，使干扰增强；

（3）合理选择中频频率，选择中频时应考虑各种干扰所产生的影响。

4.具体三种典型混频实验电路

4.1二极管环形混频器实验电路

图3-4为二极管混频器实验电路，图中2T1、2T2、2D01、2D02、2D03、2D04构成环形混频电路。

2P03为射频信号输入口，2P04为本振信号输入口。

晶体三极管2Q2组成放大电路，对环形混频器输出进行放大。

由2L6、2L7、2C12和变容管2D05构成滤波电路，选出所需要的中频信号，而滤除其它无用信号。

调整2W02可以改变变容二极管2D05上的偏压，从而调整2D05的容量。

因此调整2W02，可以调整滤波电路谐振频率。

图中2P05为混频输出口，2TP05为输出测量点。

4.2三极管混频器实验电路

下图是晶体三极管混频实验电路。

图中2Q1为混频管，2W1用来调整其工作点，2Q2为放大管，用来对混频后的信号进行放大，2L6、2C7、2L7、2L8、2D1构成谐振回路，选出所需要的频率，对其它无用信号进行抑制，2W2用来调整2D1的偏压、从而调整其谐振回路的频率。

由图可以看出，本振电压UL从2P01输入，经2C1送往晶体管2Q1的发射极。

射频信号Us从2P02输入，经2C2送往2Q1的基极，混频后的中频信号由晶体三极管2Q1的集电极输出，集电极负载由2L6、2C7构成谐振回路，该谐振回路调谐在中频上。

本实验中频10.7MHZ左右，谐振回路选出的中频经2C11耦合，由2Q2组成的放大器进行放大，放大器的负载为2L7、2L8、2D1组成的谐振回路，同样谐振在10.7MHZ左右。

混频后的中频信号由2P03输出，2TP03为输出测量点。

4.3用MC1496集成电路构成的混频器

下图是用MC496集成电路构成的混频器，该电路图利用一片1496集成块构成两个实验电路，即乘法器幅度调制与混频，本节我们只讨论混频电路。

MC1496是一种四象限模拟相乘器（我们通常把它叫做乘法器），其内部电路在振幅调制一节中作介绍。

图中3P01为本振信号UL输入口，3TP01为本振信号测试点。

本振信号经3R1、3C1从乘法器的一个输入端（10脚）输入。

3P02为射频信号输入口，3TP02为测试点。

射频信号电压US从乘法器的另一个输入端（1脚）输入，混频的中频信号由乘法器输出端（12脚）输出。

输出端的带通滤波器由3C7、3L1、3C8组成，带通滤波器调谐在中频频率上，本实验的中频频率为465KHZ左右。

如果输入的射频信号频率为1MHZ，则本振频率应为1.465MHZ。

由于中频固定不变，当射频信号频率改变时，本振频率也应跟着改变。

因为乘法器（12脚）

输出的频率成分很多，经带通滤波器滤波后，只选出我们所需要的中频465KHZ，其它频率成分被滤波器滤除掉了。

图中三极管3Q2为射极跟随器，它的作用是提高本级带负载的能力。

带通滤波器选出的中频，经射极跟随器后由3P04输出，3TP04为混频器输出测量点。

三．实验步骤与结果

1.实验准备

将含有二极管环形混频器，晶体三极管混频器和乘法器幅度调制与混频的模块以及正弦振荡器模块，插入到实验箱底板上，接通实验箱与所需各模块电源。

2.中频频率的观测

（1）二极管环形混频器

将正弦波振荡器模块上的LC振荡器输出频率调整为1.465MHZ，幅度峰-峰值Vp-p=1V左右，作为本实验的本振信号，送入二极管环形混频器的本振输入端（2P04）。

高频信号源输出频率调为1MHZ，幅度峰-峰值Vp-p=500mv左右，作为射频信号输入到二极管环形混频器的射频输入端（2P03）。

用示波器观测2P03、2P04、2P05的波形，调整2W02使2P05波形幅度最大。

用频率计测量2P03、2P04、2P05的频率，并计算各频率是否符合。

当改变高频信号源的频率时，输出中频2P05的波形作何变化，为什么？

本振（fL）

信号源（fs）

混频输出（fi）

频率

1.465MHz

1MHz

461.7kHz

幅值

1.32V

500mV

2.28V

由上表的测试结果可知，频率满足fi=fL-fs的关系。

下面我们保持fL不变，改变fs

fs

900kHz

1.1MHz

fi的频率

569kHz

365kHz

fi的幅值

900mV

620mV

我们看到，改变输入信号频率，混频输出频率依然满足fi=fL-fs，但是幅度都有下降，是因为后面的中频放大器中心频率在465kHz，偏离这个频率之后放大倍数会降低。

下面我们来探究当本振不是正弦波而是方波时的情况。

下表是随本振幅度变化输出信号幅度的变化，以此来研究该混频器的线性工作范围：

方波幅度/V

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

输出幅度/V

0.62

1.18

1.92

2.64

3.04

3.20

输出频率/kHz

465

将表格中的数据转化为图像：

由图像可见，对于载波是方波的情况下，在幅度为700mV~1.1V间是线性的。

而低于700mV，由于二极管的阈值电压，二极管处于截止状态，几乎没有输出。

（2）晶体三极管混频器

将信号源频率调为25MHz，幅度调至200mV，作为本实验的本振信号输入到混频器的本振输入端（2P01），混频器的另一个输入端（2P02）接高频信号源，用示波器观测2TP01、2TP02、2TP03的波形，微调2W1和2W2使混频输出（2TP03）幅度达到最大值。

用频率计测量2TP01、2TP02\2TP03的频率并计算各频率是否符合。

当改变高频信号源的频率时，输出中频2P03的波形作何变化,为什么？

下面我们保持fL（25MHz,50mV）不变，改变fs

fs/MHz

14.3

15.3

16.3

10.7

9.7

8.7

1.22

1.04

我们看到，改变输入信号频率，混频输出频率依然满足fi=fL-fs，但是幅度都有下降，是因为后面的中频放大器中心频率在10.7MHz，偏离这个频率之后放大倍数会降低。

下面我们来看静态工作点会不会对晶体三极管混频线性区间的影响。

下面我们测了两组数据：

Ic1=1.366mAfs=14.3MHz

As/mV

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Ai/V

0.48

0.64

0.74

0.90

1.16

1.26

1.36

1.44

1.53

1.56

Ic2=0.724mAfs=14.3MHz

Ai/mV

0.85

1.01

1.34

1.47

1.58

1.68

1.76

1.82

1.88

将这两个表格转化为图像，如下所示：

由图像所示，合理改变工作点对线性范围和斜率影响不大，但是对输出幅度会有整体抬升，因而为获得较大的输出幅度，选择合适的工作点尤为重要。

（3）集成乘法器混频器

将正弦振荡器模块上的LC振荡器输出频率调为1.465MHZ，幅度调为峰-峰值800mv,作为本实验的本振信号输入到乘法器的一个输入端3P01端，高频信号源输出频率调为1MHZ，Vp-p=500mv,作为射频信号输入到乘法器的另一个输入端3P02端。

用示波器观测3TP01、3TP02、3TP04的波形，用频率计测量3TP01、3TP02、3TP04的频率，并计算各频率是否符合。

当改变高频信号源的频率时，输出中频3TP04的波形作何变化，为什么？

这个实验老师并没有做要求，探究发现，满足fi=fL-fs。

另外测了一下集成乘法器的线性，作图如下：

乘法器线性范围在700mV~2.5V左右，而且在这段区间是比较严格线性的。

四、实验思考总结

1.干扰及解决办法

混频器的各种非线性干扰是很重要的问题，并且在讨论各种混频器时，把非线性产物的多少，作为衡量混频器质量的标准之一非线性干扰中很重要的一类就是组合频率干扰和副道波干扰。

这类干扰是混频器特有的。

还有一些其他的干扰，比如交调互调，阻塞干扰等。

干扰的解决办法：

（1）选择合适的中频。

如果将中频选在接收信号频段之外,可以避免中频干扰和最强的干扰哨声

（2）提高混频电路之前选频网络的选择性,减少进入混频电路的外来干扰,这样可减小交调干扰和互调干扰。

对于镜频可采用陷波电路将它滤掉。

2、本实验基本完成了实验要求，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。

但是需要进一步理解电路原理，有机会自己改善电路的性能，使电路更加精确和抗干扰能力更强。

通过本次课程，巩固了理论知识,动手能力进一步加强。

虽然辛苦，但是收获也是很多的。