第六章混频器
作业6-5、6-6 6.1 概述
混频器的作用：
①发射机---上变频器---将已调制中频信号搬移到射频
②接收机---下变频器---将接收到的射频信号搬移到中频
混频方法：①乘法器电路
二极管--不需偏置，功耗低
{
②非线性器件场效应管—平方率，组合频率少
双极晶体管
混频原理（下变频为例）：
工作状态--线性时变
()=cosω本
LO
振信号：v t V t
LO LO
()=cosω射频
RF
信号：v t V t
RF RF
1
[()t()t] LO =cosω?ω+cosω+ω
RF LO RF RF LO RF LO
v v V V
二者相乘：
2
中频信号
调幅接收机混频器---结构框图、端口波形与频谱特征
v(t) RF
v(t)
IF v
RF
v
IF
v v(t)
LO
LO
混频实质---线性频谱搬移
①时域特性---输出、输入波形包络相同，载波频率不同
②频域特性---输出、输入频谱结构与带宽相同，载频不同
混频器结构：三个端口---射频口、本振口、中频口
混频器主要指标
1. 增益
变频增益---输出中频信号大小与输入射频信号大小之比表示形式：
电压增益A V=V IF/V in
功率增益G p=P IF/P in
两者关系：
2
P V/R R
G A=
==2
===2
IF IF L S
P V
2
P V/R R
in RF S L 端口匹配：{R射频口源阻抗
s
R
中频口负载阻抗
L
（1）射频口---①与低噪声放大器直连②前接滤波器（50Ω）（2）中频口---接中频滤波器（声表/介质/晶体---阻抗不同）
混频器种类（按增益划分）：
①有源混频器---增益大于1
②无源混频器---增益小于1---变频损耗---动态范围大
2. 噪声
混频器位于接收机前端，其噪声性能对系统影响大
F1F1
??
F F
=++
2 3
1
G G G
112
噪声系数的计算：混频器是线性网络（对射频信号），可用
线性网络公式计算（增益---变频增益）
混频器噪声来源：
（1）电路内部元器件噪声---由实际电路进行具体分析
（2）输入信号伴随的噪声---①射频信号带内噪声
②镜像带内噪声
两种噪声系数定义：
SSB 信号位于本振一侧，混频DSB信号位于本振两边,无镜像将信号带内噪声和镜像带内噪频率，混频只将信号带内噪声声都搬到中频，实测噪声系数搬移到中频，实测的噪声系数---单边（SSB）噪声系数---双边（DSB）噪声系数
若两热噪声相同，混频器无噪
若混频器无噪，信噪比不变
输出信噪比降低3dB
混频前频谱
混频后频谱
3. 失真与干扰
非线性器件实现混频---利用非线性特性的平方项产生中频信号非线性器件高次方项---产生组合频率落在带内----干扰、失真（1）干扰哨声
f
混频器输入：射频信号
RF
f
本振信号
LO
有用中频：f=?
LO
IF f f
RF
RF
±=±Δ组合中频：pf qf f F
LO IF
单音频若组合中频落在有用中频带内：
有用中频组合中频}ΔF
送入解调器---输出音频信号含有---干扰哨声
（2）寄生通道干扰
f
前提条件：输入射频有用信号, 伴有干扰信号
RF f m
有用中频：f IF=f RF?f LO--有用射频与本振产生--主通道中频qf±=
LO pf f
m IF
组合中频：--干扰与本振产生--寄生通道中频
--寄生通道干扰
主要的寄生通道干扰：
①中频干扰：f m=f IF（q=0,p=1）不经混频直通到输出端
被混频器直接放大，增益比主通道变频增益大
f=?q,1
=1p= m
f f
LO IF
②镜像频率干扰：（）
镜频干扰通过混频器，变频增益与主信号一样
（3）互调失真
条件：输入信号伴有多个干扰
以两个干扰信号为例：
有用射频信号：
f
RF
射频干扰信号：f m、f
1m2
RF---互调干扰如出现组合频率()
rf?≈
m sf f
1m2
()
IF---互调失真
rf??=
m sf f f
1m2LO
n1
=s+r+ 由非线性器件
次方项产生
当r+s=3影响最严重---三阶互调---次方项产生
n4
=
三阶互调干扰信号与射频信号的关系：
2m f f或f?≈
1m2RF 2f?≈m f f
2m1
RF
4. 线性指标
非线性器件构成混频器---工作在
线性时变状态---对小信号线性
非线性器件
小信号输入---混频器是线性网络
输出中频信号幅度
}成正比
输入射频信号幅度
较大信号输入---出现非线性失真
衡量指标：
（1）1dB 压缩点
变频增益下降1dB时所对应的输入射频（或输出中频）信号功率
（2）三阶互调截点
条件：输入有用射频信号f RF
f
射频干扰信号和
RF1f
RF
2
f
RF1
f
RF
2
假设输入射频及干扰信号幅度均相同有用信号中频：f IF=f RF?f LO
三阶互调产生的中频信号：
(2)
f?f?f=f
RF1RF2LO IF
或()
2RF f f f
f??=
2FR1LO IF
三阶互调中频功率=有用中频功率的点----三阶互调截点----IIP3、OIP3
（3）线性动态范围
定义：1dB 压缩点与混频器的基底噪声之比，用dB表示混频器位于低噪放后---线性范围要求比低噪放高
5. 口间隔离
①本振口射频口
9影响LNA工作性能
9影响本振工作性能
②本振口中频口
使中放过载甚至强信号阻塞
③射频口中频口
f>>
RF f
模拟乘法混频 一、实验目的 1. 进一步了解集成混频器的工作原理 2. 了解混频器中的寄生干扰 二、实验原理及实验电路说明 混频器的功能是将载波为vs （高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz 的已调波信号变换为中心频率为465KHz 的中频已调波信号。此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。 混频器的电路模型如图1所示。 图1 混频器电路模型 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差频信号经带通滤波器滤出。目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。 图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。 V s V
+12 -12 J7J8 J9 C12104 C11104 C7104 C15104 C8104 R101K R11200 R12820 R13820 R71K R14100 R153.3K R163.3K R216.8K R20510 R171k F24.5M D28.2V C16104 TH6 TH7 TH8 TH9 TP5 SIG+ 1 G N A D J 2 G N A D J 3 SIG- 4 B I A S 5 OUT+6NC 7CAR+8 NC 9CAR- 10 NC 11OUT-12 NC 13V E E 14 U1 MC1496 图2 MC1496构成的混频电路 MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本实验电路中采用＋12V ，－8V 供电。R12（820Ω）、R13（820Ω）组成平衡电路，F2为4.5MHz 选频回路。本实验中输入信号频率为 fs ＝4.2MHz ，本振频率fL ＝8.7MHz 。 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，因此干扰不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。 三、 实验仪器与设备 高频电子线路综合实验箱； 高频信号发生器； 双踪示波器； 频率计。 四、实验步骤 1. 打开本实验单元的电源开关，观察对应的发光二极管是否点亮，熟悉电路各部分元件的作用。 2、用实验箱的信号源做本振信号，将频率L f =8.7MHz （幅度V LP-P ＝300mV
班级： 姓名： 学号： 指导教师：林森 成绩： 电子与信息工程学院 信息与通信工程系
混频器的设计 1概述 在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量，电压或电流相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 本次设计主要内容是基于MC1496的混频器应用设计与仿真，阐述混频器基本原理，并在电路设计与Multisim仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合双踪示波器实现对信号的混频，对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。 1.1混频器原理 混频技术应用的相当广泛，混频器是超外差接收机中的关键部件。直放式接收机是高频小信号检波，工作频率变化范围大时，工作频率对高频通道的影响比较大（频率越高，放大量越低，反之频率低，增益高），而且对检波性能的影响也较大，灵敏度较低。采用超外差技术后，将接收信号混频到一固定中频，放大量基本不受接收频率的影响，这样，频段内信号的放大一致性好，灵敏度可以做得很高，选择性也较好。因为放大功能主要放在中放，
场效应晶体管混频器原理及其电路 混频器一般由输入信号回路、本机振荡器、非线性器件和滤波网络等4部分组成，如图1所示。这里的非线性器件本身仅实现频率变换，本振信号由本机振荡器产生。若非线性器件既产生本振信号，又实现频率变换，则图1变为变频器。所谓混频，是将两个不同的信号（如一个有用信号和一个本机振荡信号）加到非线性器件上，取其差频或和频。 图1 混频器的组成部分 混频器可根据所用非线性器件的不同分为二极管混频器、晶体管混频器、场效应管混频器和变容管混频器等。混频器又可根据工作特点的不同，分为单管混频器、平衡混频器、环形混频器、差分对混频器和参量混频器等。在设计混频器时应注意如下几点：（1）要求混频放大系数越大越好。混频放大系数是指混频器的中频输出电压振幅与变频输入信号电压振幅之比，也称混频电压增益。增大混频放大系数是提高接收机灵敏度的一项有力措施。（2）要求混频器的中频输出电路有良好的选择性，以抑制不需要的干扰频率。（3）为了减少混频器的频率失真和非线性失真以及本振频率产生的各种混频现象，要求混频器工作在非线性特性不过于严重的区域，使之既能完成频率变换，又能少产生各种形式的干扰。（4）要求混频器的噪声系数越小越好，在设计混频器时，必须按设备总噪声系数分配给出的要求，合理地选择线路和器件以及器件的工作点电流。（5）要考虑混频器的工作稳定性，如本机振荡器频率不稳定引起的混频器输出不稳等。（6）注意混频器的输入端和输出端的连接条件，在选定电路和设计回路时，应充分考虑如何匹配的问题。场效应管混频性能比三极管混频好，原因在于场效应管工作频率高，其特性近似平方率，动态范围大，非线性失真小，噪声系数低，单向传播性能好。场效应管混频器实际电路举例（1）有源混频器1）200MHz 场效应管混频器电路(有源混频器) 为提高混频增益，在下列的A、B电路中输入、输出端都有匹配网络完成阻抗匹配，获得大的变频增益；并且L3，C5均谐振ωL，起了抑制本振信号输出的作用。电路A)υs，υ L均从栅极注入（如图2所示）。 图2 υs，υL均从栅极注入电路图 电路B)υs从栅极注入，本振υL从源极注入（如图3所示）。
3.12模拟乘法器 一．实验目的 1． 了解模拟乘法器的构成和工作原理。 2． 掌握模拟乘法器在运算电路中的运用。 二．实验原理 集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。 1． 模拟乘法器的基本特性 模拟乘法器是一种完成两个模拟信号（连续变化的电压或电流）相乘作用的电子器件，通常具有两个输入端和一个输出端，电路符号如图3-12-1所示。 u x u y o 图3-12-1 模拟乘法器的电路符号 若输入信号为x u , y u ,则输出信号o u 为： o u =k y u x u 式中： k 为乘法器的增益系数或标尺因子，单位为V 1 . 根据两个输入电压的不同极性，乘法输出的极性有四种组合，用图3-12-2所示的工作象限来说明。 图 3-12-2 模拟乘法器的工作象限 若信号x u 、y u 均限定为某一极性的电压时才能正常工作，该乘法器称为单象限乘法器；若信号x u 、y u 中一个能适应正、负两种极性电压，而另一个只能适应单极性电压，则为二象限乘法器；若两个输入信号能适应四种极性组合，称为四象限乘法器。
2． 集成模拟乘法器 集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍BG314集成模拟乘法器。 （1） BG314内部结构如图3-12-3所示，外部电路如图3-12-4所示： 1 8 43 7 6 5142+ 9 121110 13 7 图3-12-3 BG314内部电路
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目三极管混频器工作原理分析 专业、班级学号姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容 分析三极管混频器工作原理。 二、基本要求 1：混频器工作原理，组成框图，工作波形，变频前后频谱图。 2：晶体管混频器的电路组态及优缺点。 3：自激式变频器电路工作原理分析。 4：完成课程设计说明书，说明书应含有课程设计任务书，设计原理说明，设计原理图，要求字迹工整，叙述清楚，图纸齐备。 5：设计时间为一周。 三、主要参考资料 1、李银华电子线路设计指导北京航天航空大学出版社2005.6 2、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.10 3、张肃文高频电子线路高等教育出版社 2004.11 完成期限：2010.6.24-2010.6.27 指导教师签名： 课程负责人签名： 2010年6月20日
目录 第一章混频器工作原理------------------------------------------4 第一节混频器概述------------------------------------------------4 第二节晶体三极管混频器的工作原理及组成框图---------5 第三节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图------8 第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点------10 第一节三极管混频器的电路组态及优缺点------- 第二节三极管混频器的技术指标------ 第三章自激式变频器电路工作原理分析--------------------12 第一节自激式变频器工作原理分析---------------------12 第二节自激式变频器与他激式变频器的比较------------------------13 第四章心得体会---------------------------------------14 第五章参考文献---------------------------------------15
摘要 在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量，电压或电流相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 Multisim10是属于新一代的电子工作平台，是一种电子技术界广泛应用的优秀计算机仿真软件。 主要内容是基于MC1496的混频器应用设计与仿真，阐述混频器基本原理，并在电路设计与Multisim仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合双踪示波器实现对信号的混频，对接收信号进行频率的转换,变成需要的中频信号。 关键词：MC1496乘法器；混频器；Multisim
Abstract In high frequency electronic circuit course, amplitude modulation,synchronization demodulation, mixer, frequency, frequency modulation and demodulation are regarded as the process of the two signals are multiplied, and the integrated analog multiplier is the realization of two analog electronic device, a voltage or current multiplication. The integrated analog multiplier to achieve the above functions than discrete devices are much more simple, and superior performance, therefore the integrated analog multiplier is widely used in wireless communications, radio and television broadcasting. The mixer in communication engineering and radio technology,application is very extensive, in modulation system, the input of baseband signal are through frequency conversion into a high frequency modulated signal. In the demodulation process, the received modulated high frequency signal after frequency conversion, into intermediate frequency signals corresponding to. Especially in the superheterodyne receiver, mixer is widely used, mixing circuit is the key module of Applied Electronic Technology and professional radio must master. Multisim10 is a new generation of electronic platform belongs to, is an excellent computer widely used an electronic technology field simulation software. The main content is the mixer application design and simulation based on MC1496, expounds the basic principle of mixer, and the circuit design and Simulation in Multisim environment to create integrated circuit MC1496 multiplier circuit module, the analog multiplier MC1496 to complete the design and Simulation of the circuit, and combined with the dual trace oscilloscope to achieve signal mixing, the switching frequency of the received signal the intermediate frequency signal, a need. Key Words：MC1496 multiplier; mixer; Multisim
1.三极管混频器的设计内容及要求 1.1设计内容 在本次通信电子线路课程设计中我采用了Multisim仿真软件对三极管混频器进行设计及绘制，并模拟仿真，在仿真的基础上再做了实物。从理论上对电路进行了分析。选择合适的元器件，设计出满足要求的三极管混频器。 1.2设计要求 设计一个三极管混频器。要求中心频率为10MHz, 本振频率为16.455MHz。 1.3设计框图及原理说明 1.3.1混频原理框图 混频器是一种典型的线性时变参数电路，要完成频谱的线性搬移，关键是要获得两个输入信号的乘积，能找到这个乘积项，就可完成所需的线性搬移功能。如下图1.1为混频器的组成电路，它由非线性器件、本地振荡器和带通滤波器组成。 图1.1 混频工作原理 1.3.2混频原理说明 混频电路输入的是载频为f c 的高频已调波信号u i （t）和频率为f r的本地振 荡信号u r (t),经过非线性器件变频后输出端有两个信号的差频（f r-f c）、和频（f r+f c）及其他频率分量，再经滤波器滤掉不需要的频率分量，取差频（或和频） f I 作为中频已调波信号u I （t）,即中频f I=(f r-f c),或f I=(f r+f c),从而实现变频作用。 通常从输出端取出差频的混频称为下混频，而取出和频的混频称为上混频。 本次课程设计我的电路是用10MHZ的交流信号电压源、本振电路（产生
16.455MHZ）、三极管混频器电路以及选频电路组成。信号源所产生的10MHZ 的正弦波与本振电路所产生的16.455MHZ正弦波通过三极管进行混频后产生和频、差频信号及其它频率信号，然后通过滤波网络滤掉不需要的频率分量，取出差频（6.455MHZ）的信号，即为所需的6.455MHZ信号。
实验课程名称：_高频电子线路
五．实验原理与电路设计仿真 1、集成模拟乘法器1496的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。 （1）MC1496的内部结构 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。MC1496 的和内部电路与外部引脚图如图1(a)(b)所示。 (a)1496内部电路 (b)1496引脚图 图1 MC1496的内部电路及引脚图 它内部电路含有 8 个有源晶体管，引脚 8 与 10 接输入电压 VX、1与 4接另一输入电压VY，6 与12 接输出电压 VO。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、VYOS与 VZOX三项失调电压。引脚 2 与 3 之间需外接电阻，对差分放大器 T5与 T6产生交流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。 各引脚功能如下： 1：SIG+ 信号输入正端 2: GADJ 增益调节端 3：GADJ 增益调节端 4: SIG- 信号输入负端 5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正电流输出端 7: NC 空脚 8: CAR+ 载波信号输入正端 9: NC 空脚 10: CAR- 载波信号输入负端11: NC 空脚 12: OUT- 负电流输出端 13: NC 空脚 14: V- 负电源 （2）Multisim建立MC1496电路模块 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，
模拟乘法混频实验报告 姓名： 学号： 班级： 日期：
模拟乘法混频 一、实验目的 1. 进一步了解集成混频器的工作原理 2. 了解混频器中的寄生干扰 二、实验原理及实验电路说明 混频器的功能是将载波为vs （高频）的已调波信号不失真地变换为另一载频（固定中频）的已调波信号，而保持原调制规律不变。例如在调幅广播接收机中，混频器将中心频率为535~1605KHz 的已调波信号变换为中心频率为465KHz 的中频已调波信号。此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。 混频器的电路模型如图1所示。 图1 混频器电路模型 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差频信号经带通滤波器滤出。目前，高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，而在一般接收机（例如广播收音机）中，为了简化电路，还是采用简单的三极管混频器。本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。 图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。 V s V
+12 -12 J7J8 J9 C12104 C11104 C7104 C15104 C8104 R101K R11200 R12820 R13820 R71K R14100 R153.3K R163.3K R216.8K R20510 R171k F24.5M D28.2V C16104 TH6 TH7 TH8 TH9 TP5 SIG+ 1 G N A D J 2 G N A D J 3 SIG- 4 B I A S 5 OUT+6NC 7CAR+8 NC 9CAR- 10 NC 11OUT-12 NC 13V E E 14 U1 MC1496 图2 MC1496构成的混频电路 MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。本实验电路中采用＋12V ，－8V 供电。R12（820Ω）、R13（820Ω）组成平衡电路，F2为4.5MHz 选频回路。本实验中输入信号频率为 fs ＝4.2MHz ，本振频率fL ＝8.7MHz 。 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，因此干扰不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。 三、 实验仪器与设备 高频电子线路综合实验箱； 高频信号发生器； 双踪示波器； 频率计。 四、实验步骤 1. 打开本实验单元的电源开关，观察对应的发光二极管是否点亮，熟悉电路各部分元件的作用。
混频器的设计与仿真
目录 前言 0 工程概况 0 正文 (1) 3.1设计的目的及意义 (1) 3.2 目标及总体方案 (1) 3.2.1课程设计的要求 (1) 3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (1) 3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (1) 3.3工具的选择—Multiusim 10 (3) 3.3.1 Multiusim 10 简介 (3) 3.3.2 Multisim 10的特点 (3) 3.4 混频器 (3) 3.4.1混频器的简介 (3) 3.4.2混频器电路主要技术指标 (4) 3.5 混频器的分类 (4) 3.6详细设计 (5) 3.6.1混频总电路图 (5) 3.6.2 选频、放大电路 (5) 3.6.3 仿真结果 (6) 3.7调试分析 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10) 附录元件汇总表 (10)
混频器的设计与仿真 前言 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。移动通信中一次中频和二次中频等。在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低石英晶体振荡器作为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 工程概况 混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。混频器是频谱线性搬移电路，能够将输入的两路信号进行混频。 具体原理框图如图2-1所示。
混频器仿真实验报告 一．实验目的 （1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤； （3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二．实验原理以及实验电路原理图 (一).晶体管混频器电路仿真 本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。 电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。 工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。 在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。 (二).模拟乘法器混频电路 模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。
与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。 三．实验内容及记录 (一).晶体管混频器电路仿真 1、直流工作点分析 使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。 注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容，则仿真时可不考虑V1的存在。 2、混频器输出信号“傅里叶分析” 选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，参数设置为： 基频5KHz，谐波数为120，采用终止时间为0.001S，线性纵坐标请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。 注：傅里叶分析参数选取原则：频谱横坐标有效范围=基频×谐波数，所以这里须进行简单估算，确定各参数取值。
实验5 乘法器的应用3---混频器实验 一、实验目的 1. 熟悉集成电路实现的混频器的工作原理。 2. 了解混频器的多种类型及构成。 3. 了解混频器中的寄生干扰。 二、预习要求 1. 预习混频电路的有关资料。 2. 认真阅读实验指导书，对实验电路的工作原理进行分析。 三、实验仪器 1. 双踪示波器 2. 高频信号发生器（最好有产生调制信号功能的信号源） 3. 频率计 4. 实验板GPMK7 四、实验电路说明 目前高质量的通信接收机中多采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器，本实验采用的是集成模拟乘法器（MC1496）构成的混频电路。 用模拟乘法器实现混频，只要u x 端和u y 端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频如1.5MHz ，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图5-1所示 5-1 混频原理框图 若输入信号为： ()cos x sm s u t U t ω= 本振信号为： ()c o s y c m c u t U t ω= 则混频信号为： []12c s c s ()cos cos cos()t cos()t o cm sm c s sm cm u t KU U t t KU U ωωωωωω=?=++- c s i ωωω-= 为某中频频率。 若输入信号为：()(1cos )cos x sm a s u t U m t t ω=+Ω 本振信号为：()cos y cm c u t U t ω= 则混频信号为：c s ()(1cos )cos()o om a u t U m t t ωω=+Ω-
由MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图5-2所示。注意：电源+12V -12V 本振信号U C（频率为6MHz）接到乘法器的⑽脚，将调幅波信号U S（频率为4.5MHz）接到乘法器的⑴脚，混频后的中频信号由乘法器的⑹脚输出，经形带通滤波器（其调谐在1.5MHz，带宽为450KHz）由电路输出端OUT得到差频（1.5MHz）信号（即：所谓中频信号）。 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U S和本振电压U C外，不可避免地存在干扰和噪声信号。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。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像干扰。 图5-2 混频电路板 五、实验内容与步骤 1.中频频率的观测 将实验板GPMK1中的晶体振荡器产生的6MHz（幅值为0.2V P-P）信号作为本振信号接到混频电路的IN1端，高频信号发生器的输出（4.5MHz，0.1V P-P的载波）信号接到混频电路的IN2端，观测混频电路输出端OUT的输出波形和频率（中频），可适当调节RP使输出波形最大，记录测试结果。 2.镜像干涉频率的观测 用双踪示波器观测IN2端和OUT端的波形，缓慢调节高频信号发生器的输出频率（由4.5MHz调至7.5MHz，以0.3MHz步长填写下表），观测调幅波和中频，并记录。验证下列关系。 f镜像-f调幅波=2f中频 f in2 4.2MHz 6MHz 7.8MHz U out f out 描出输出端滤波器的频响特性 3.倍频实验观测（注：两端要在平衡条件下相乘）
6-1 为什么调幅，检波和混频都必须利用电子器件的非线性特性才能实现它们之间各有何异同之处 分析 非线性器件可以产生新的频率分量，而调幅，检波和混频都为了产生新的频率分量。调幅、检波和混频不同点是输入的信号不同，输出的滤波器不同。 解 由于调幅、检波和混频均属于频率变换，即输出信号中产生了新的频率分量，而线性器件不可能产生新的频率分量，只有利用非线性器件才能完成频率变换的功能。调幅、检波和混频三者相同之处是都属于线性频率变换，即实现频谱搬移，它们实现的原理框图都可用下图表示。 非线性器件都可采用乘法器。调幅、检波和混频不同点是输入的信号不同，输出的滤波器不同。调幅输入的是调制信号()v t Ω和载波()o v t ，即1v =()v t Ω,2v =()o v t ，滤波器是中心频率为载波频率ω0的带通滤波器。检波输入的是已调制的中频信号 ()i v t 和本地振荡信号()o v t ，即1v = ()i v t ,2v =()o v t ，滤波器是RC 低通滤波器。混频 输入的是已调制信号vs(t)和本地振荡信号()o v t ，即1v =()s v t ,2v =()o v t ，滤波器是中心频率为中频频率ωi 的带通滤波器。
6-2 为什么调幅系数m a 不能大于1 分析 调幅系数大于1，会产生过量调制。 解 若调幅系数ma>1，调幅波产生过量调制。如下图所示，该信号传送到接收端经包络检波后使解调出的调制信号产生严重的失真。 6-3 试画下列调幅信号的频谱图，确定信号带宽，并计算在单位电阻上产生的信号功率。 (1) )V )(t (102cos )t 32002cos 1.0t 4002cos 2.01(20)t (6?π?π+?π+=v (2) )V (t 102cos t 6280cos 4)t (6?π=v 分析 根据信号带宽公式和信号功率即可求得。 解（1）6 ()20(10.2cos 24000.1cos 23200)cos 210()()t t t t V υπππ=+?+??的信号频谱图如下图所示。 t
基于模拟乘法器MC1496的混频器设计
摘要 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程，而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量，电压或电流相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多，而且性能优越，因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。 混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 Matlab是一种电子技术界应用广泛的优秀科学计算软件，大量应用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。主要内容是基于MC1946的混频器应用设计与仿真，阐述混频器基本原理，并在Matlab中实现各信号波形的仿真。 关键词：MC1496模拟乘法器，混频器，Matlab
DESING OF MIXER BASED ON THE ANALOG MULTIPLIER MC1496 Abstract Integrated analog multiplier is to complete two analog multiplication electronics (voltage or current) In high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, times frequency, frequency modulation and demodulation process can be regarded as the multiplication of two signals process, and integrated analog multiplier is the realization of two analog, voltage or current multiplication of electronic devices. The function is realized by using integrated analog multiplier is much simpler than with a discrete device, and superior performance, therefore integrated analog multiplier in wireless communication, radio and television are more widely application. Mixer in communication engineering and electronic technology, are widely applied in modulation system, the input of the baseband signal through frequency conversion into high frequency modulated signals. In the process of demodulation, receive the high frequency signal is modulated by frequency conversion, into the corresponding intermediate frequency signals. Especially in a superheterodyne receiver, which has been widely applied mixer, mixing circuit is a professional application of electronic technology, and radio must master the key circuit. Matlab is an electronic technology widely used mathematical software, a large number of used in algorithm development, data visualization, data analysis and numerical calculation of senior technical computing language and interactive environment. Main content is based on the MC1946 mixer application design and simulation, the basic principle of mixer, and realize the signal waveform in the Matlab simulation. Key Words: MC1496 analog multiplier, mixer, Matlab
大连理工大学 本科实验报告 课程名称：电子系统仿真实验 学院（系）：信息与通信工程学院 专业：电子与信息工程 班级： 学号： 学生姓名： 2014年月日
一、 实验目的和要求 使用电路分析软件，运用所学知识，设计一个晶体管混频器。要求输入频率为10MHz ，本振频率为16.485MHz 左右，输出频率为6.485MHz 。本振电路为LC 振荡电路。 二、实验原理和内容 混频电路是一种频率变换电路，是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压（使器件跨导随此频率的电压作周期变化）与幅度较小的差频或和频，完成变频作用。它是一个线性频率谱搬电路。图2.1是其组成模型框图。 中频 图2.1 本地振荡器产生稳定的振荡信号（设其频率为L f ）通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号（设其频率为s f ），由于晶体管的非线性特性，两个信号混合后会产生L f +s f L f -s f 频率的信号，然后通过中频滤波网络，取出L f -s f 频率的信号，调节好L f -s f 的大 小使其差为中频频率，即所需要的中频输出信号。图 2.2调幅前后的频谱图。 图2.2 本次试验本振电路采用LC 振荡电路。其等效原理图为西勒振荡电路，如图2.3所示。 本振电路 非线性器件 输入 中频滤波 输出
图2.3 混频器采用晶体混频电路，其等效电路图如图2.4。 图2.4 三、主要仪器设备 名称型号主要性能参数 电子计算机宏碁V-531,Windows 7 AMD A10-4600M 2.3GHz,2GB 内存 电路分析软件 Multisim.12 多种电路元件，多种虚拟仪 器多种分析方法 表3.1
基于模拟乘法器的混频器
摘要 Multism10是属于新一代的电子工作平台，是一种在电子技术界广泛应用的优秀的计算机仿真软件，Multism10被称为电子工作人员的“计算机里的电子实验室”。 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、监频、相频等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述工程采用分离器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用比较多。继承模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。 主要内容是基于MC1496混频器应用设计与仿真，阐述了混频器基本原理，并在电路设计与Multism仿真环境中创建集成电路乘法器MC1496电路模块，利用模拟乘法器MC1496完成各项电路的设计与仿真，并结合双踪示波器实现对信号的混频。 关键字：Multism10，模拟乘法器MC1496，混频器
第一章绪论 混频器在高频电子线路和无线电技术中，应用非常广泛，在调制过程中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频的已调信号。在解调过程中，接受的已调高频信号也要经过频率转换，变成对应的中频信号。特别是在超外差式接收机中，混频器应用比较广泛，如AM广播接收机将已调信号535KHZ-1605KHZ要变成465KHZ 的中频信号，电视接收机将48.5M-870M的图像信号要变成38M的中频图像信号。 再发射机中，为提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。用一个频率较低的石英晶体振荡器为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加减乘除运算变换成射频，所以必须使用混频电路。由此可见，混频电路是电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。 本文通过MC1496构成的混频器来对接收信号进行频率转换，变成需要的中频信号。