混频器仿真实验

模拟乘法混频实验报告一、引言在电子通信领域，乘法混频是一种常见的信号处理技术，用于将不同频率的信号进行混频、放大和解调。

乘法混频器是乘法混频技术的核心组件，它可以将输入信号与局部振荡器的频率相乘，产生混频输出。

本实验旨在模拟乘法混频的原理和过程，通过实际操作验证乘法混频器的性能和效果。

二、实验设备与方法1. 实验设备：本实验使用的设备包括信号源、乘法混频器、示波器、频谱分析仪等。

2. 实验方法：（1）连接实验设备：将信号源的输出端与乘法混频器的输入端相连，将乘法混频器的输出端与示波器的输入端相连。

（2）设置实验参数：根据实验需要，设置信号源的频率和幅度，调整乘法混频器的局部振荡器频率。

（3）观察实验结果：通过示波器显示的波形和频谱，观察乘法混频的效果和输出信号的特点。

三、实验步骤与结果1. 设置实验参数：将信号源的频率设置为100 kHz，幅度为1 V；乘法混频器的局部振荡器频率设置为10 MHz。

2. 观察示波器波形：在示波器上观察到了输入信号和混频输出信号的波形。

输入信号为100 kHz的正弦波，混频输出信号为频率为10 MHz和100 kHz 的乘积信号。

3. 分析频谱：通过频谱分析仪对混频输出信号进行频谱分析。

观察到频谱图上出现了频率为10 MHz和100 kHz的峰值，验证了乘法混频的效果。

四、实验结果分析通过观察示波器的波形和频谱分析仪的频谱图，可以得出以下结论：1. 输入信号与局部振荡器的频率相乘，产生混频输出信号。

2. 混频输出信号的频率为输入信号频率与局部振荡器频率的乘积。

3. 混频输出信号的频谱中出现了频率为输入信号和局部振荡器频率的峰值。

五、实验总结通过本实验，我们模拟了乘法混频的原理和过程，并验证了乘法混频器的性能和效果。

乘法混频技术在电子通信中具有广泛的应用，可以实现频率变换、信号放大和解调等功能。

掌握乘法混频技术对于理解和应用现代通信系统至关重要。

通过实验，我们深入理解了乘法混频的原理，对乘法混频器的性能和输出信号特点有了更清晰的认识。

实验三晶体三极管混频实验一、实验目的1.掌握三极管混频器的工作原理；2.了解混频器的寄生干扰。

二、实验原理1.For personal use only in study and research; not for commercial use2.3.混频器系统原理图4.三极管混频电路原理图如下，晶体管起信号的混频作用，两个输入信号分别为和；电容C in1、C in2、C out为信号输入和输出的耦合电容，起到隔直流的作用，使前后级的直流电位不相互影响，保证各级工作的稳定性；电容C e对高频交流信号相当于短路，消除偏置电阻R e对高频信号的负反馈作用，提高高频信号的增益；电阻元件R b1、R b2、R e决定晶体管的工作点；电路中的电感L和电容C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信号。

For personal use only in study and research; not for commercial use三、仿真结果1.仿真原理图如下。

为获得中频频率为475MHZ信号，设置本振信号V2为500mv （10.7MHZ），载波信号V1为100mv（10.245MHZ）；L1为10uH，C3为12nF,以达到选频作用；示波器分别接入载波信号和输出信号，观察输出波形。

For personal use only in study and research; not for commercial useFor personal use only in study and research; not for commercial use2.去掉V1，进行直流工作点分析，测试放大器的静态直流工作点，结果如下：For personal use only in study and research; not for commercial use3.选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，结果如下图。

实验二混频器仿真实验一．无源混频器仿真实验二极管环形混频电路载频是f L=1kHz，调制频率为f R=100Hz，因此混频后会出现f L f Rf L- f R==900Hz ，f L+ f R=1100Hz，如图所示前两个峰值。

由于二级管的开关作用，还会产生组合频率，不过幅度会随次数的增加而减小，如图所示后两个峰值。

二．有源混频器仿真实验1．三极管单平衡混频电路直流分析傅里叶分析差模输出将直流分量抵消，组合频率分量也被抵消了，本振不会馈通。

但是由于射频信号是非平衡的，所以射频信号带入的直流分量与本振信号相乘后产生了较大幅值的本振频率分量，并且在频谱中还是会出现少量本振信号的奇次谐波与射频相混频的频率分量，单平衡混频电路有效地抑制了高频率分量，单节点输出存在低频分量过大的问题，但使用差分放大器的双点输出能够很好地解决这个缺陷。

但与无源混频器相比，出现了大量的杂波。

2.加入有源滤波器后混频后得到上下变频分量，通过一个带通滤波器，滤除上变频以及本振频率分量，只剩下下变频。

3.吉尔伯特单元混频电路由于射频信号差分输入，因此在输出的时候射频直流分量被抵消，本振不会馈通。

由于是双差分输入，频谱较为纯净。

但是由于吉尔伯特电路也是通过本振大信号作为开断信号对输出信号采样，因此也产生了本振信号的奇次谐波的分量与射频信号相混频产生的组合频率分量。

加入有源滤波器后本电路将作为接收机电路的前端。

与单平衡电路的频谱比较起来更加纯净，无用的频率分量更少，幅值更小。

思考题：1. 吉尔伯特电路是双平衡电路，而三极管是单平衡电路，它们的区别体现在射频信号是否是平衡的，吉尔伯特电路射频信号是平衡的，射频信号中蕴含的直流分量在输出时被抵消，因此不会产生本振信号馈通。

而三极管单平衡电路产生馈通和许多组合频率分量。

当频率增加后会更加明显，因为各个频点上的幅值都会降低，区别显得更加突出。

2.如图,该二阶带通有源滤波器的截止频率在1k 与1.4k 附近正好可以滤去不需要的分量。

混频器实验（虚拟实验）（一）二极管环形混频电路傅里叶分析得到的频谱图为：分析：电路图如下：二极管导通受本振信号UL控制，正半周时，D1，D2导通，负半周时，D2,D3导通，将二极管用开关等效（二）三极管单平衡混频电路直流分析傅里叶分析一个节点的傅里叶分析的频谱图为两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为：分析：电路图为：有源滤波器加入电路后U IF的傅里叶分析的频谱图为：U out节点的傅里叶分析的频谱图为：分析：将下图连接到前混频器的一输出端：（三）吉尔伯特单元混频电路直流分析傅里叶分析一个节点的输出电压的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图如下：两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：分析：将有源滤波器加入电路U IF的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：U out节点的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为：分析：思考题：1）比较在输入相同的本振信号与射频信号的情况下，三极管单平衡混频电路与吉尔伯特混频器两种混频器的仿真结果尤其是傅里叶分析结果的差异，分析其中的原因。

若将本振信号都设为1MHz，射频频率设为200kHz，结果有何变化，分析原因。

将本振信号都设为1MHz，射频频率设为200kHz后：三极管单平衡混频电路：一个节点的傅里叶分析的频谱图为:两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为：吉尔伯特混频器：一个节点的傅里叶分析的频谱图为:两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为：（2）对图18中加入的有源滤波器的特性进行分析，对其幅频特性、相频特性进行仿真。

若要使得滤波器的带宽减小20%，应对滤波器元件参数如何调整。

将调整带宽后的滤波器与混频器相连，比较前后傅里叶分析的结果异同，分析原因。

答：有源滤波器：将滤波器中的运算放大器OPAMP_3T_YIRTUAL 属性中的value项下的Unity-Gain Bandwidth(FU)由原来的1.5MHZ改成1.2M（减小20%）即可。

课程实验报告
《集成电路设计实验》
2010- 2011学年第 1 学期
班级：
混频器（单平衡）实验名称：
指导教师：
姓名学号：
实验时间：2011年5月23日
一、实验目的：
1、了解基本射频电路的原理。

2、理解基本混频器的工作原理并设计参数。

3、掌握Cadence的运用，仿真。

二、实验内容：
1、画出混频器的原理图。

2、仿真电路：仿真出混频器的的输入、输出频谱，输出增益，1dB压缩点。

Gain=8dB，NF<8dB，IIp3=0dBm，IP1dB=-10dBm。

三、实验结果
1、混频器原理图为：
2、仿真平台的建立
3、混频管参数
设置差分管参数如下，漏端电阻R=600，隔直电容1pF，晶体管W=32u，L=400n，nr=4，m=2
4、仿真参数
设置端口初始化仿真参数frf=800MHz，prf=-40dBm，flo=850MHz，plo=20dBm，Vbias=1.5V，采用PSS和Pac仿真：
3、仿真结果
（1）增益
运行spacture,得到电压转换增益为8.8dB，在输入功率-8dBm以下保持不变，如下：
（2）线性度
1、查看PSS结果，得到输入1dB压缩点IP-1=-6.5dBm，
2、得到IIP3=3.8dBm
3、噪声
仿真Pnoise，得到输出变频DSB噪声在50MHz约为12.5dB，
4、心得体会
这次实验让我可以开始熟练的使用PSS、pnoise等仿真，同时也更为深刻的了解到了Cadence的运用。

在以后的实验中我会更努力的做好实验的。

目录前言 (1)工程概况 (1)正文 (2)3.1设计的目的及意义 (2)3.2 目标及总体方案 (2)3.2.1课程设计的要求 (2)3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (2)3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (2)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 (4)3.4.2混频器电路主要技术指标 (4)3.5 混频器的分类 (5)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 (9)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。

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。

基于multisim10的混频器仿真分析利用multisim10创建了由模拟乘法器构成的混频器，利用虚拟仪器仪表对此电路进行了仿真。

仿真结果与理论分析结果一致，证明了Multisim软件仿真的正确性，在电子电路基础实验教学中具有非常重要的意义。

标签：multisim10 混频器仿真Multisim软件是专门用于电子电路仿真和设计的自动化软件，它具有形象直观的用户界面、丰富的元件库、强大的虚拟仪器功能、完备的电路分析手段和超强的仿真能力等特点，因此，在电子设计中可以利用此软件实现计算机仿真设计与虚拟实验，验证设计电路是否达到设计要求。

设计与仿真实验可以同步进行，边设计边实验，修改调试方便，实验中不消耗实际上的元器件。

根据仿真实验的结果再进行实际电路的制作，不仅方便、经济，而且省时、高效，具有很高的实用价值。

1 混频器原理在无线电技术中，混频器广泛应用于无线电广播、电视、通信接收机及各种仪器仪表中，利用混频器可改变振荡器输出信号的频率。

在频率合成器中，也常用混频器完成频率的加减运算，从而得到各种不同频率的信号。

所谓混频就是将两个不同频率的信号（其中一个称为本机振荡信号，另一个为高频已调波信号）加到非线性器件进行频率变换，然后由选频回路取出中频分量。

在混频过程中，它的调制规律并不改变，改变的只是信号的载频。

能完成这种频率变换功能的电路称为混频器。

混频器由非线性器件和带通滤波器组成。

混频器的组成框图如图1所示。

当输入信号为某一高频信号uS(t)，它与等幅的本振信号uL(t)进行混频，输出则为两者的差频或和频信号uI(t)，从而实现频率变换。

图1混频电路的组成框图2 混频器的设计与仿真利用Multisim10建立模拟乘法器混频器的电路如图2所示。

如图2所示设置调幅信号源、本振信号以及其他元件的参数，其中调幅信号源的跳幅度设为0.8。

打开仿真电源开关，双击示波器，正确设置示波器的参数，观察混频器输入的调幅波以及混频器的输出波形，如图3所示。

实验三、混频器151180013陈建一、实验目的1.了解三极管混频器和集成混频器的基本工作原理，掌握用 MC1496 来实现混频的方法。

2.了解混频器的寄生干扰。

3.探究混频器输入输出的线性关系。

二、实验原理1.在通信技术中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用得较多的是把一个已调的高频信号变成另一个较低频率的同类已调信号，完成这种频率变换的电路称混频器。

在超外差接收机中的混频器的作用是使波段工作的高频信号，通过与本机振荡信号相混，得到一个固定不变的中频信号。

采用混频器后，接收机的性能将得到提高，这是由于：（1）混频器将高频信号频率变换成中频，在中频上放大信号，放大器的增益可以做得很高而不自激，电路工作稳；经中频放大后，输入到检波器的信号可以达到伏特数量级，有助于提高接收机的灵敏度。

（2）由于混频后所得的中频频率是固定的，这样可以使电路结构简化。

（3）要求接收机在频率很宽的范围内选择性好，有一定困难，而对于某一固定频率选择性可以做得很好。

混频器的电路模型下图所示。

一个等幅的高频信号，并与输入经混频后所产生的差频信号经带通滤波器滤出，这个差频通常叫做中频。

输出的中频信号与输入信号载波振幅的包络形状完全相同，唯一的差别是信号载波频率变换成中频频率。

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。

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。