logo资料库

三极管混频电路实验详细介绍（包含multisim仿真电路图）.docx

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.57M 资料格式：docx 举报 版权申诉
第1页 / 共8页
第2页 / 共8页
第3页 / 共8页
第4页 / 共8页
第5页 / 共8页
第6页 / 共8页
第7页 / 共8页
第8页 / 共8页
资料共8页，全文预览结束
    一、实验目的 实验四 三极管混频电路 1、了解三极管混频器的工作原理； 2、研究晶体管静态工作点、夲振电压及输入信号大小对混频增益特性的影响。 二、实验内容 1、研究三极管混频器的频率变换过程，熟悉混频器重要性能指标。 2、研究三极管混频器输出中频电压与输入本振电压的关系 3、研究三极管混频器输出中频电压与输入信号电压的关系 4、了解混频器频率变换前后的时域波形，及频域的频谱特性。 三、 实验原理及实验电路说明 1 混频电路基本原理 在超外差无线通信中，常常需要将信号自某一频率变成另一个频率。这样不 仅能满足各种无线电设备的需要，而且有利于提高设备的性能。对信号进行变频， 是将信号的各分量移至新的频域，各分量的频率间隔和相对幅度保持不变。进行 这种频率变换时，新频率等于信号原来的频率与某一参考频率之和或差。该参考 频率通常称为本机振荡频率。本机振荡频率可以是由单独的信号源供给，也可以 由频率变换电路内部产生。当本机振荡由单独的信号源供给时，这样的频率变换 电路称为混频器。 混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。本振用于 产生一个等幅的高频信号 VL，并与输入信号 VS 经混频器后所产生的混频信号经 选频网络输出所需的中频。 本实验采用晶体管混频电路。因为晶体管混频电路的输出频率包含有两个输 入频率之差或和，必须加滤波器滤除不需要的分量，取和频或者差频二者之一。 图 5-1 混频原理框图
    调幅 本振 中频 图5-3 混频器输入输出时域波形图 图5-1所示为相乘混频器的方框图。设滤波器滤除和频，则输出差频信号。图4-2 为信号经混频前后的频谱图。图5-3 变频器输入输出信号时域波形图。假设信号 是：载波频率为 Sf 的普通调幅波。本机振荡频率为 Lf 。 设输入信号为 v S  V S cos S t ，本机振荡信号为 v L  V L cos L t 由相乘混频的框图可得输出电压
    v 0   V 0  1 2 V 0 1 2 式中 cos(  S  L VVKK SLMF cos(  S  L ) t ) t VVKK SLMF 定义混频增益 MA 为中频电压幅度 0V 与高频电压 SV 之比，就有 A M  V 0  V S 1 2 VKK LMF 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 VS 和本振电压 VL 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，这些组合信号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、解调器，对输出级产生干涉，影响输入信号的 接收。 干扰是由于混频器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和镜象干扰。 （2）噪声系数NF 2 混频器主要性能指标 （1）混频增益（或变频损耗） 混频器输出中频电压幅值im与输入信号幅值sm的比值称为混频增益： =imsm，变频增益常以分贝表示，它主要是用来衡量由高频转换为低频的能力。 用功率表示为：=10log10(), 用电压表示为：=20log10imsm()。 其中，，分别是输出的中频功率和输入高频信号的功率。 信号能力的强弱， NF是指在混频器输入端信号频率的输入信噪比与在混频器 输出端中频频率的输出信噪比的比值： 输出信噪比（在信号频率上）= （S/N） NF= 输入信噪比（在信号频率上） （S/N） NF=10log10 SN SN （dB） 进而产生内部噪声并对输出中频信号产生干扰。噪声系数直接决定了接收机接收 由于非线性器件的特性是非直线型的，这时就会产生新的频率分量的信号，
    （3）1dB压缩电平(对RF信号来说)——1dB Compression Level 理想混频器的混频增益为常数，即=imsm= 常数，也就是说输出的中频 信号振幅im正比于输入已调波信号的振幅sm。 想线性功率增益1dB时所对应的中频功率电平称为1dB压缩电平，用1dB表示， 一开始混频增益为定值是因为当输入信号功率较小时，输出中频功率随输 入信号功率线性增大，但是当输入信号功率增大到一定程度时，非线性器件的非 直线型特性开始作用，使得输出中频功率并不随着输入信号功率的增大而呈直线 增大，这时就出现了所谓的“增益压缩”的现象。而混频器实际功率增益低于理 如图4-4所示。 （4）选择性 理论上混频器的输出只可能是中频，但是实际上由于干扰、非线性器件的 影响会混杂很多干扰信号，使混频器的输出受到干扰。 图4-4 1dB压缩电平示意图 3 实验电路说明 电路背景：广播收音机中波载波频率为 535KHz-1.6MHz，接收机本地振荡频率 为 1-2.065MHz，输出信号的中频频率为 465KHz。 要求：构建晶体三极管混频电路，射频载波 1.6MHz, 夲振频率为 2.065MHz，中 频 465KHz, 运用 multisim 对混频特性进行研究。  ( t m v  c o s 2 2 0 6 5 1 0  V    L m f L 本振信号为： 3 ) ； 调幅信号为： fs  20(1 cos(2  10 )) cos(2    1.6 10 ) (   ) t mv  3 6 。 图 5-5 给出晶体管混频器参考电路。
    本振信号为： f L  V L m 图 5-5 混频器参考电路原理图   c o s 2 t m v 2 0 6 5 1 0    ( 3 ) ； (1 cos(2    调幅信号为： fs V sm  四、仿真实验内容 3 10 )) cos(2    1.6 10 ) ( t mv  6 ) 。 说明：为了便于观察混频过程，在研究混频电路的基本特性时，输入信号 fs 一 律采用等幅载波。 1 直流工作点分析。 合适的静态工作点是晶体管正常工作的必要条件。通过调整可变电阻 R4 改 变电路的静态工作点，分析静态工作点设置对混频增益的影响。 用到 multisim 虚拟仪器——四踪示波器，有四个通道，调节原型按钮可以设置每 个通道的波形幅度及 Y 位置，从而将夲振信号 Lf 、输入信号 fs 的波形全部展示 出来。如下图： 要求： 1）通过仿真分析，记录可变电阻 R4 取值不同时 ie 的数值，及混频增益。ie 的 数值，将仿真得到的结果填入表 5-1 可用 Multisim 中的探针直接观察读出。
    表 5-1 R4(K) ie（mA） G(dB) 2）根据仿真结果画出 ie 与变频增益的曲线。 3 ） 记 录 混 频 增 益 具 有 最 大 值 时 R4 的 值 及变频增益 。 ， ic 的 值 4）总结说明静态工作点设置过程中应注意哪些重要问题才能顺利实现混频。 （提示：比如将静态工作点设置在转移曲线的弯曲部分，ie 取值应满足什么要求 等） 2 研究 fs 信号对混频特性的影响 （a) 设置本振信号幅度为 150mv，频率为 2.065MHz，输入至三极管的发射极。 将频率为 1.6MHz 等幅载波 fs 信号输入至三极管基极，按照表 5-2 改变 fs 信号的 幅值 SmV ，用示波器观察中频输出波形，并根据仿真结果填写表 5-2。表中 Vim 为中频输出信号的幅值。G 为用 dB 表示的混频增益。 缩时输出中频信号的电平 根据仿真结果观察：随着 fs 信号幅度 SmV 的加大，记录混频增益产生 1dB 压 （即 1dB 压缩电平）。fs 信号幅度的线性动 （下限是指能够实现混频 fs 的最小值，上限是指 混频增益出现 1dB 压缩时输入信号的电平）；记录具有最大混频增益时 fs 信号幅 态范围 mV。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 度 表 5-2 Vsm(mV) Vim（mV） G(dB) （b) 将调幅信号 基极，保持（a)中夲振信号不变，用示波器和频谱仪观察混频输入和输出中频的 输入至晶体管 10 )) cos(2    1.6 10 ) (   ) t mv  3 fs  30(1 cos(2  6 时域和频域仿真波形。
    3 研究本振电平对混频特性的影响 （a) 以 2（a）中分析得到的具有最大混频增益时 fs 信号幅度 ，频率为 1.6MHz 的等幅载波输入至 晶体管基极。夲振频率 2.065MHz,按照表 5-3 改变夲振信号 的幅值，用示波器观察中频时域仿真波形，并根据仿真结果填写表 5-3 表 5-3 V 本振 p-p （mV） V 中频 p-p （mV） G(混频增益) 根据表 5-3 画出夲振功率与混频增益曲线（图 5-6 给出示意图），找出最佳夲振 （mv）及此时的混 信号电平（即：混频增益最大时的夲振电平） 100 120 140 160 180 50 70 200 频增益 （dB）。 注：如果表中给出的夲振功率中找不出最佳值，可调整表格中夲振功率数值 。 图 5-6 夲振功率与混频增益曲线 b) 将调幅波 fs  30(1 cos(2  10 )) cos(2    1.6 10 ) (   ) t mv  3 6 输入至三极管基极， 夲振信号 Lf   2 0 0 c o s 2   2 0 6 5  1 0 3  t m v ( ) 输入至三极管发射极，用示波 器和频谱仪分别观察混频输入和输出中频的时域和频域仿真波形。 4 通过仿真观察下述现象 将夲振与调幅输入信号互换，即：将本振信号加到晶体管基极，将调幅信号 fs 加到发射极，是否能实现混频？ 用 multisim 虚拟仪器——四踪示波器给出仿真
    波形。 以下内容供参考，通过上面的仿真研究说明下面的陈述是否具有普遍指导意义。 实践证明，在中波广播收音机中，为了使变频跨导最大，这个最佳的 ULm 约为 20 ~ 200 mV。反之，当 ULm 一定时，改变 VBB0(或 IEQ) 时，gmc 也会相应变化。 实验证明，IEQ 在 0.2 ~ 1 mA 时，gmc 近似不变，并接近最大值。 四踪示波器仿真波形（供参考） 其本中第一路为调幅输入信号，第二路为本地振荡信号，第三路为混频之后的输 出信号。
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    行业

    共收录7266份资料，累计15个分类，关注成员有19位，主要包括：物流,旅游,餐饮零售,网络游戏,咨询,金融,电子政务,外包,教育,制造,医疗,嵌入式,互联网,交通,电信

    热门标签

    物流 旅游 餐饮零售 网络游戏 咨询 金融 电子政务 外包 教育 制造 医疗 嵌入式 互联网 交通 电信

    最新资料