高频课程设计二极管双平衡混频器解析.docx

1、高频课程设计二极管双平衡混频器解析河北科技师范学院课程设计说明书课程名称：高频电子线路设计题目：混频器工作原理姓 名：高金龙、郭强、姚明月院 系：机电工程学院专业班级：电子 0701、0702学 号： 041407010704140702100414070227（姓名顺序排列）指导教师：杜殿会日 期： 2009年12月8至 12日1、设计任务与要求 12、方案与论证 13、原理 14、参数计算 35、总原理图与仿真结果 66、元件清单 87、结论与心得 98、参考文献 9二极管双平衡混频器1、设计任务与要求变频（混频）是指将高频已调波经过频率变换，变为固定中频已调波 , 同时必须保持其调 制规

2、律不变。具有这种功能的电路称为混频电路或变频电路，亦称为混频器或变频器。2、方案与论证方案一： 三极管混频器的电路组态电路（ c）和（ d）都是共基级混频器，分为同级注入式和分级注入式 电路（ b），共发分级注入式电路（ a），共发同级注入式方案二 ：二极管混频器图1二极管双平衡混频器的电路图示见图。图中 VS为输入信号电压， VL 为本机振荡电压 在负载 RL上产生差频和合频，还夹杂有一些其它频率的无用产物，再接上一个滤波器（图中 未画出） 二极管双平衡混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混频器 工作于很高的频段。图中的变压器一般为传输线变压器。3、原理二极管双平衡

3、混频器的最大特点是工作频率极高，可达微波波段，由于二极管双平衡混 频器工作于很高的频段。图 1 中的变压器一般为传输线变压器。二极管双平衡混频器的基本工作原理是利用二极管伏安特性的非线性。众所周知，二极 管的伏安特性为指数律，用幂级数展开为2i I S(eVT 1) I S v 1 ( v ) S S VT 2！ VT当加到二极管两端的电压 v 为输入信号 VS和本振电压 VL之和时，V2项产生差频与和频 其它项产生不需要的频率分量。由于上式中 u 的阶次越高，系数越小。因此，对差频与和频 构成干扰最严重的是 v的一次方项（因其系数比 v2 项大一倍）产生的输入信号频率分量和本 振频率分量。用

4、两个二极管构成双平衡混频器和用单个二极管实现混频相比，前者能有效的抑制无用 产物。双平衡混频器的输出仅包含（ pLS）（p 为奇数）的组合频率分量，而抵消了 L、 C 以及 p 为偶数（ pLS）众多组合频率分量。下面我们直观的从物理方面简要说明双平衡混频器的工作原理及其对频率为 L 及 S的抑制作用。a）D3L4RLVLb）图2图 2 双平衡混频器拆开成两个单平衡混频器在实际电路中， 本振信号 VL远大于输入信号 VS。在 VS变化范围内， 二极管的导通与否， 完全取决于 VL。因而本振信号的极性，决定了哪一对二极管导通。当 VL 上端为正时，二极管D3和 D4导通， D1和 D2截止；当

5、上端为负时，二极管 D1和 D2导通， D3和D4截止。这 样，将图 1 所示的双平衡混频器拆开成图 2（a）和（b）所示的两个单平衡混频器。图 2（a） 是 VL上端为负、下端正期间工作；图 2（b）是 VL上端为正、下端为负期间工作。由图 2（a）和（b）可以看出， VL单独作用在 RL上所产生的 L 分量，相互抵消，故 RL 上无L 分量。由 VS产生的分量在 VL 上正下负期间，经 D3产生的分量和经 D4产生的分量 在 RL上均是自下经上。但在 VL 下正上负期间，则在 RL上均是自上经下。即使在 VL一个周 期内，也是互相抵消的。但是 VL 的大小变化控制二极管电流的大小，从而控制

6、其等效电阻， 因此 VS在 VL 瞬时值不同情况下所产生的电流大小不同，正是通过这一非线性特性产生相乘 效应，出现差频与和频。4、参数计算电路方框图末端放大器1混频电路图环形开关混频器工作在开关状态时，输出电流中的组合频率只有本振电压的奇次谐波与信号电压频率的基波的组合，用一通式表示组合频率为2P 1 L 其中 p=0、 1、 2、。即使环形混频器不工作在开关状态时，它的输出电流也只含有本振电压的奇次谐波与信号电压的奇次 谐波的组合，也可用通式2P 1 L 2q 1 s 来表示，其中 p=1、2、3、。较之其他的混频器，组合频率干扰少是其突 出的优点之一。其中四个二极管选用2本振电路电容三端式

7、振荡电路f 1 AFC35 pF负反馈时放大器的闭环增益正反馈时放大器的闭环增益 Af A显然，当 AF 1时， Af ，正反馈产生振荡 ，此后振荡电路的输入信号 Xi 0 ，所以Xi Xf 。因此，产生自激振荡的条件为AF 1应该指出：（1）为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振 荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控 制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产 生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。（2）为了获得单一频率

8、的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或 放大电路合而为一。选频网络由 R、C 和 L、C 等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般 由选频网络来命名。其中电容三端式振荡频率为经计算 L=3uH, C1=50pF, C2=20pF.反馈系数为 0.29可调电容为 0-5pF,产生的本振振荡频率为 21MHz-24.3MHz 。调节可调电容 C 产生 21.5MHz 的本振信号，输入信号频率假定为 20MHz ，则可选出频率为 1.5MHz 的中频信号。 调节 C 则可将不同频率的输入信号变 为 1.5MHz 的中频信号。3信号放大电路放大器各项性能指标及测量方法如下：（1）谐振

9、频率放大器的调谐回路谐振时所对应的频率 fo 称为放大器的谐振频率， 对于图 1-1 所示电路 （也是以下各项指标所对应电路） ， fo 的表达式为1-1)f0 10 2 LC式中， L 为调谐回路电感线圈的电感量； C 为调谐回路的总电容。5、总原理图与仿真结果1、总原理图第8页 共 9页2 本振信号及混频之后的输出信号仿真图6、元件清单如下表：元件标号数值备注元件标号数值备注C50.01uR615KC60.01uV120KR51.5KRc35KL41mR247KL11mR1100kRe2.5KL2100uRb22KL3100uR42KC4120pQ12N2218ARb1400KCb2uFD

10、4DIODECe2uFD1DIODECo2uFD3DIODER35.1KD2DIODEC35pFT3TRANS1C210pT1TRANS5C110pT2TRANS7、结论与心得为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程 是痛苦的，结果是收获的。这就是我这一周来最大的感受。我们是在发现问题和解决问题中 不断进步的。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，辛 苦的去钻研、去学习，最终都克服了这些困难，使问题得到了解决。 通过这一个星期的学习， 我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理 论联系实际的能

11、力还急需提高。 经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为 在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于一些专业基础课有了更深层次的掌握，并且 提高了动手能力和独立解决问题的能力。本周课程设计不但锻炼了我们最基本的高频电子线 路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。8、参考文献1 杨翠娥 . 高频电子线路实验与课程设计 M . 哈尔滨 : 哈尔滨工程大学出版社 ,2005.2胡宴如 .高频电子线路 M .北京 :高等教育出版社 ,2002.3张肃文 .高频电子线路 M .北京 :高等教育出版社 ,2004.4张玉兴 1射频模拟电路 M 1北京: 电子工业出版社 , 2002 15武秀玲 1高频电子线路 M 1西安 : 西安电子科技大学出版社 , 1999 1