混频与鉴频器的设计

1课程设计任务书课程名称高频电子电路题目混频与鉴频器设计专业班级学生姓名指导老师审批任务书下达日期2013年6月日设计完成日期2013年6月日2设计内容与设计要求一、设计内容1、混频与鉴频器设计2、以混频、鉴频器模块核心，完成高频调频信号放大、混频、鉴频和混频本振信号产生电路的设计3、相关元件参数及元件选择要求。二、总体要求1、给出具体设计思路和系统实现的框图，系统总体框图打印出图纸。2、给出高频调频信号放大、混频、鉴频和混频本振信号产生电路的具体实现电路，说明其工作原理；对选择回路或滤波器给出元件参数要求。3、编写设计说明书，所有图纸和说明书均用16K纸打印。三、电路指标要求1、高频调频信号频率30MHZ2、中频载波频率为10.6MHZ5、回路空载品质因素Q0=100四、给定条件1、+VCC=8~12V、2、主要器件：三极管、电阻、电容、电感若干。主要设计条件31、提供直流电源一台；2、其它必要的仪器和连接导线等；3、计算机。说明书格式1、课程设计封面；2、任务书；3、说明书目录；4、设计总体思路及系统框图；5、电路设计；6、总结与体会；7、附录；10、参考文献；8、电路器件连接总图。进度安排十五周星期一上午：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；十五周星期一下午至星期三上午：查找资料，确定总体设计方案，画出整机原理图草图；十五周星期三下午至星期五：具体电路设计；十六周星期一上午至星期星期五上午书写设计报告打印出图纸。十六周星期五下午：答辩。4参考文献1.张肃文主编.，《高频电子线路》，高等教育出版社.。2.谢自美主编，《电子线路设计、实验、测试》，华中理工大学出版社。3.沈伟慈主编，《通信电路》，西安电子科技大学出版社。5目录1：设计框图与总体思路.......................62：各个模块电路设计.........................62.1高频小信号放大器......................62.2.混频电路的设计........................92.3：本机振荡器电路：....................112.4、鉴频器电路..........................133：心得与体会..............................164：附录....................................175：总电路图：..............................186：参考文献：..............................1861、设计框图与总体思路混频与鉴频器的设计是以混频、鉴频器模块为核心、完成高频调频信号的放大、混频、鉴频和混频本振信号的产生，其结构框图如图1，其工作原理是：将接受的信号f1经高频小信号放大，进入混频器；本机振荡器输出另一高频信号f2进入混频器，则混频器输出有f1、f2、(f1+f2)、(f2-f1)等频率的信号。在混频器的输出端接入一个选频网络，选出（f2-f1）频率的中频分量，再将中频接入中频放大器重放大，获得足够的增益，然后鉴频器解调出调制信号。f1=30MHZf2-f1=10.6MHZf2=40.6MHZ图12、各个模块电路设计2.1高频小信号放大器高频放大器是用来放大高频信号的器件。根据高频信号放大的对信号源本机振荡器鉴频器高频放大混频器中频放大7象是载频信号，我们可以采用三极管做放大器，用部分接入的并联谐振回路作为负载，让信号谐振在信号的载频上，用并联谐振回路做负载可以有效抑制干扰，由于并联回路谐振时，电路阻抗很大，从而可输出很大的信号，而部分接入可以有效抑制电路的频漂，减少谐振阻抗和输出阻抗对电路的损耗。电路如图2所示：图2高频小信号放大器电路电路的交流等效电路图如图3：8图3其高频等效电路图如图4：图4单级放大器的电压放大倍数定义为输出电压ou与输出电压iu的比值iccoiouUUUUUUA根据并联回路中电压变换关系，集电极电压CU和输出电压oU之比，等于他们在线圈L上的接入系数1p和2p之比ocUppU219由此可得jwljwcgYppAfeu121当电路处于谐振频率时01jwljwc因此电路的电压增益为ieoefeuogpgpgggYppA222121,该高频小信号放大器不仅能放大高频信号，还具有一定得选频作用，且晶体管的负载为LC并联谐振回路。其具体的工作原理：高频信号从C1输入电容滤除直流信号，选取交流高频信号，然后经过晶体管进行放大，由C3、T2组成的调谐回路，进一步滤除无用的信号，再经过变压器放大输出信号f1=30MHZ。2.2.混频电路的设计混频是将不同载频的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号，但保持器调制规律不变，然后送入中频放大器。在接收端，它起频率变换作用，最后采用混频方式可以大大提高接收机性能。在较低而又固定的中频上，还可以用较复杂的回路系统或滤波器进行选频。它们具有接近理想矩形的选择性曲线，因此有较高的邻道选择性。如果器件仅实现变频，振荡信号由其他器件产生则称为混频器。混频器的实质是非线性电路，通过器件的非线性效应产生新的频率的分量。晶体管混频器电路如下图：10图5晶体管混频电路高频信号fl从基极输入，本振信号从发射极输入两种信号相互干扰不易产生牵引现象。高频载波信号从fl输入，通过控制三极管，使晶体管处于开关状态，再让本振信号与开关状态的频率相乘，产生众多的频率分量。对于本振电压来说是共基电路，输入阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。混频器的实质是非线性电路，通过器件的非线性效应产生新的频率分量，最后通过滤波器选择出所需要的频率分量，滤除其它的频率分量其中晶体管起信号混频作用，两个输入信号分别fl和fc，电容C4,C6为信号输入和输出的耦合电容，起隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性。电阻元件R6，R7，R8决定晶体管的工作点；电路中的部分接入的电感T4和电容C5组成的谐振电路起选频作用，在产生的组合频率中选择所需要的中频输出，再通过变压器得到想要的中频信号fs。112.3本机振荡器电路：本振电路与混频电路一起可以接收到不同载频的各发射台高频已调波信号变换为同一载频（中频）的高频已调波信号，然后送入中频放大器进行放大。它一般用LC谐振回路来产生一个稳定的本地振荡频率，将这个稳定的谐振频率与高频放大输出信号混频，得到一个中频信号。电路如图6所示，本机振荡的静态工作点由电阻R10,R11,R12决定，为使本机振荡器的输出较大的电压，静态电流Icq应较大，但也不能太大，否则会使振荡输出的波形发生畸变，产生高次谐波，影响混频级电路的性能。图6本机振荡电路图该图中三极管Q3与LC谐振回路组成的本机振荡器称为皮尔斯12振荡器，它相当于电容三点式振荡器，因为石英谐振器接在晶体管的c,b之间，所以又称为CB型振荡器。石英谐振器参量具有高度的稳定性，皮尔斯振荡器的等效电路如图7所示。图7忽略晶体管极间参数的影响，fo的振荡频率的表达式为：cLfq21Lq为晶振的等效电感，与频率无关。电路中加入微调电容C10，减弱了石英谐振器与晶体管之间的耦合，有利于提高频率稳定度。为了更好的波形，C8，C9，应选大些好，因为高次谐波易滤掉，从皮尔斯振荡器的起振条件（gm）minW*WC8C9rq,可以看出C8，C913越大起振越困难。其中rq是石英晶体的等效串联电阻。综合考虑上述因素，通常要求F=0.5。实践证明，对于5MHz晶振，C8，C9一般在250~500PF选取：对于2.5MHZ晶振，C1、C2一般在650~1100PF之间选取。2.4、鉴频器电路相位鉴频器中，输入信号的幅度变化将导致输出波形的失真。发射极的调制特性或接收机的谐振曲线的不理想以及外界干扰和内部噪音的影响，使鉴频器输入端的调频信号引起寄生调幅。因此，相位鉴频器钱必须加限幅器。为了有效限幅，往往要求限幅器输入端的电压在1V量级，这就需要限幅器以前有较大的放大量，即要求接收机的级数增加。比例鉴频器就是这种兼有鉴频和限幅功能的电路，电路如图8所示：14图8鉴频器电路图交流等效电路图如图9所示：如图9等效电路图从图8可以看出，加到检波器两端的高频电压1DU=2,221221UUUUUDd-e两端输出的音频电压)(21)(21)(21)(21212121212DDDoooooooUUkuuuuuuuuu将上式变换得：)112(2121DDcUUUu15可以看出，由于CU近似不变，所以u的大小取决于1DU与2DU的比值。当调频信号瞬时频率改变时，1DU与2DU的比值随之变化，输出电压u随之变化，即完成了鉴频作用。正是由于输出电压与和的比值有关，因而取名为比例鉴频。如果输入调频信号伴随有寄生调幅现象1DU与2DU同时增大或减小，那么比值1DU比2DU可维持不变，因而输出电压与输入调频波的幅度有变化无关，起到抑制寄生调幅的作用。它与相位鉴频器在调频-调幅调频波变换部分相同，但检波器部分有较大变化，主要差别是：1.在f–g两端并接一个大电容量C16，其电容量约为10μF，由于C16和(R13+R14)组成电路的时间常数很大，约为(0.1～0.2)秒，这样在检波过程中，对于15Hz以上的寄生调幅有惰性，电容C16上的电压来不及跟着变化，而保持在某一恒定的电容上。2.检波电阻中点和检波电容中点断开，输出电压取自d–e两端，而不是取自f–g两端。在负载电阻R15中，C15和C14放电电流的方向相反，因而起到了差动输出的作用。CL数值的选取应对高频短路，对音频开路。3.为了构成检波器的直流通路，D1、D2的链接方向相反，这样，电容C14、C15两端的电压是uo1与u02之和，而不是两者之差。该鉴频器上下两组检波器对地是不对称的。C14，C16对高频信号是低阻抗，可以认为是短路的，而对调制信号是呈高阻抗。C15对调制信号呈现低阻抗，可以认为是短路。16三、心得与体会通过这次对混频与鉴频器设计的课题，让我更加深入的了解了关于高频方面的知识，混频与鉴频器的设计原理和设计理念，而实际的接线又往往与理论的接线不同，收到各种条件的限制，对于线路的设计要充分考虑电路中诸多不利因数的影响，将不利因素的影响降到最低，最好能消除。要多方面的为电路的有利输出着想。经过这次的课程设计让我更加详细的了解了高频小信号放大器，混频器，鉴频器，本机振荡器的工作原理，也许现在的了解仍然不是特别深刻，但却也无形之中让我高频知识的了解更加多，平时上课时，老师对电路的原理也是一笔带过，自己对电路的如何工作也很少去思考，而这次课程设计却让我自己不得不主动的去琢磨，去设计，尽管书上都有原理图，但自己却不得不认真去弄懂，去了解各元器件的作用，电路工作的状态，这又无形之中又弥补了自己在在高频知识上的漏洞，在这两周时间里，自己翻阅书籍，遇到不懂的问题向老师质询，不断发现自己的不足，最后在老师和同学的帮助下完成了自己的课题。在这次课程设计里，不仅让我明白了自己的不足，同时也增长了我的见识，通过在网上查阅相关的资料，借鉴别人的长处，不断完善自己的报告，通过两周的努力，终于完成了自己的课程设计报告。通过两周的学习，加深了自己对高频发大器，混频器，鉴频器的理解，学会查询资料，将自己的想法与别人的想法做比较，取长补短，在这个过程中也让我学会了怎样使用仿真软件，同时也提高了自己的独立思考的能力，给自己创造了一个动脑动手﹑独立设计电路的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正17实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。同时，这次课程设计也激发了自己学习的积极性，在亲身实践中收获成功的喜悦。四、附录本次设计共用到器材如下：电阻15个微调电容器1个电容17个二极管2个电感5个变压器2个晶体管1个三极管3个导线若干18五、总电路图