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![5[1].1频谱搬移及调幅的基本原理](https://img.taocdn.com/s1/m/173d7935eefdc8d376ee321d.png)
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2005.62、谢自美电子线路设计·实验·测试华中科技大学出版社2003.103、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第一章混频器工作原理第一节混频器概述1.1.1 混频器简介变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。
中南大学《通信电子线路》实验报告学院信息科学与工程学院题目调制与解调实验学号专业班级姓名指导教师实验一振幅调制器一、实验目的：1．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑止载波双边带调幅的方法。
2．研究已调波与调制信号及载波信号的关系。
3．掌握调幅系数测量与计算的方法。
4．通过实验对比全载波调幅和抑止载波双边带调幅的波形。
二、实验内容：1．调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。
2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。
3．实现抑止载波的双边带调幅波。
三、基本原理幅度调制就是载波的振幅（包络）受调制信号的控制作周期性的变化。
变化的周期与调制信号周期相同。
即振幅变化与调制信号的振幅成正比。
通常称高频信号为载波信号。
本实验中载波是由晶体振荡产生的10MHZ高频信号。
1KHZ的低频信号为调制信号。
振幅调制器即为产生调幅信号的装置。
在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用，图2-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1－V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。
D、V7、V8为差动放大器V5与V6的恒流源。
进行调幅时，载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电位器，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。
图2-1 MC1496内部电路图用1496集成电路构成的调幅器电路图如图2－2所示，图中VR8用来调节引出脚①、④之间的平衡，VR7用来调节⑤脚的偏置。
器件采用双电源供电方式（＋12V，－9V），电阻R29、R30、R31、R32、R52为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。
集成乘法器混频器试验汇报模拟乘法混频试验汇报模拟乘法混频试验汇报姓名: 学号: 班级: 日期:23模拟乘法混频一、试验目旳1. 深入理解集成混频器旳工作原理2. 理解混频器中旳寄生干扰二、试验原理及试验电路阐明混频器旳功能是将载波为vs(高频)旳已调波信号不失真地变换为另一载频(固定中频)旳已调波信号，而保持原调制规律不变。
例如在调幅广播接受机中，混频器将中心频率为535~1605KHz旳已调波信号变换为中心频率为465KHz旳中频已调波信号。
此外，混频器还广泛用于需要进行频率变换旳电子系统及仪器中，如频率合成器、外差频率计等。
混频器旳电路模型如图1所示。
VsV图1 混频器电路模型混频器常用旳非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。
本振用于产生一种等幅旳高频信号VL，并与输入信号 VS经混频器后所产生旳差频信号经带通滤波器滤出。
目前，高质量旳通信接受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旳混频器，而在一般接受机(例如广播收音机)中，为了简化电路，还是采用简朴旳三极管混频器。
本试验采用集成模拟相乘器作混频电路试验。
图2为模拟乘法器混频电路，该电路由集成模拟乘法器MC1496完毕。
24图2 MC1496构成旳混频电路MC1496可以采用单电源供电，也可采用双电源供电。
本试验电路中采用，12V，,8V供电。
R12(820Ω)、R13(820Ω)构成平衡电路，F2为4.5MHz选频回路。
本试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，而作用在混频器上旳除了输入信号电压VS和本振电压VL外，不可防止地还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者均有也许产生组合频率，这些组合信号频率假如等于或靠近中频，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，影响输入信号旳接受。
干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成旳，因此干扰不可防止，其中影响最大旳是中频干扰和镜象干扰。
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。
第一部分：一、填空题1、无线电通信中，信号是以电磁波形式发射出去的。
它的调制方式有调幅、调频、调相。
2、针对不同的调制方式有三种解调方式，分别是检波、鉴频、和鉴相。
3、调幅波的表达式为：v AM（t）= 20（1 +0.2cos100πt）cos107πt（V）；调幅波的振幅最大值为24V，调幅度Ma为20%，带宽f BW为100Hz，载波fc为5×106Hz。
4、在无线电技术中，一个信号的表示方法有三种，分别是数学表达式、波形、频谱。
5、调频电路有直接调频、间接调频两种方式。
6、检波有同步、和非同步检波两种形式。
7、反馈式正弦波振荡器按照选频网络的不同，可分为LC、RC、石英晶振等三种。
8、变频器可由混频器、和带通滤波器两部分组成。
9、列出三个常见的频谱搬移电路：调幅、检波、变频。
10、用模拟乘法器非线性器件实现幅度调制最为理想。
二、选择题（将一个正确选项前的字母填在括号内）1、下列哪种信号携带有调制信号的信息（C ）A、载波信号B、本振信号C、已调波信号2、小信号谐振放大器的主要技术指标不包含（B ）A、谐振电压增益B、失真系数C、通频带D、选择性3、丙类谐振功放其谐振回路调谐于（ A ）分量A、基波B、二次谐波C、其它高次谐波D、直流分量4、并联型石英晶振中，石英谐振器相当于（C ）元件A、电容B、电阻C、电感D、短路线5、反馈式正弦波振荡器的起振条件为（ B ）A、|AF|=1，φA+φF= 2nπB、|AF| >1，φA+φF = 2nπC、|AF|>1，φA+φF≠2nπD、|AF| =1，φA+φF≠2nπ6、要实现集电极调制特性应使功放工作在（B ）状态A、欠压状态B、过压状态C、临界状态D、任意状态7、利用非线性器件相乘作用来实现频率变换其有用项为（ B ）A、一次方项B、二次方项C、高次方项D、全部项9、如右图所示的电路是（D ）A、普通调幅电路B、双边带调幅电路C、混频器D、同步检波器10、在大信号包络检波器中，由于检波电容放电时间过长而引起的失真是（B）A、频率失真B、惰性失真C、负峰切割失真D、截止失真三、判断题，对的打“√”,错的打“×”1、谐振放大器是采用谐振回路作负载的放大器。
课程设计课设题目：混频器的设计专业：班级：姓名：学号：成绩：电子与信息工程学院混频器的设计摘要模拟相乘器的主要技术指标是工作象限、线性度和馈通度。
工作象限是指容许输入变量的符号范围。
只容许ux和uy均为正值的相乘器称为一象限的,而容许ux和uy都可以取正、负值的则称为四象限的。
线性度是指相乘器的输出电压u O与输入电压ux(或uy)成线性的程度。
馈通度是指两个输入信号中一个为零时，另一个在输出端输出的大小。
混频是将载波为高频的已调信号，不失真地变换为载波为中间的已调信号，必须保持①调制类型，调制参数不变，即原调制规律不变。
②频谱结构不变，各频率分量的相位大小，相互间隔不变混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。
f I = f L - f C 或f I = f L+f C （其中f I表示中频频率，f L表示本振频率，f C表示载波频率。
一般取差频）在通信接收机中, 混频电路的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个固定载频(一般称为中频)的高频已调波信号, 而保持其调制规律不变。
例如, 在超外差式广播接收机中, 把载频位于535 kHz～1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号, 把载频位于88 MHz～10.8MHz的各调频台信号变换为中频为10.7MHz的调频信号, 把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38 MHz的视频信号。
由于设计和制作增益高, 选择性好, 工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易, 所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。
此设计就是利用仿真软件，采用模拟相乘器实现混频电路的。
关键词：模拟相乘器；混频电路高频电子线路课程设计评分标准目录摘要 (2)第一章模拟乘法器 (5)1.基本概念 (5)2.传输特性 (6)第二章混频器 (6)第三章混频电路 (8)第四章仿真 (9)第五章设计总结 (11)参考文献 (12)第一章 模拟乘法器1. 基本概念含义：可实现任意两个互不相关模拟信号相乘的三端口的非线性电子器件（A M 为相乘增益，亦称比例系数或标尺因子）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1所示。
目录 II 第1章 引言 碰撞问题是物理学中常见的问题，早在1639年就有物理学家开始提出有关碰撞的问题，之后的几百年中无数科研工作着持续对碰撞问题进行探索，提出不同的假设，运用实验演示验证自己的理论，研究碰撞问题的规律和特点等。当时的碰撞问题还只局限于宏观物体的碰撞，到近代物理研究中碰撞问题的研究已经深入到微观领域。物质是由分子构成，碰撞效应能够对对物质的结构的检测和分析，用于研究激光制冷。对于碰撞截面的探究有助于我们了解碰撞系统下能量的再分布，各个能级之间的跃迁几率等等。它不仅仅在物理方向具有重要作用，而且在其它领域都具有广泛的应用，包括，天文学、等离子体学、原子物理学化学、材料和气体电子学等领域。关于碰撞的研究与之有联系的种类相当宽泛：原子间碰撞、Au+Au碰撞等。由于碰撞效应能够为许多实际生产应用部门都会需要相关数据，促进各个领域的飞速发展，因此碰撞效应[1-2]的研究具有重要的研究价值 四波混频是一种先进的光谱学技术，随着激光技术的不断发展使得四波混频技术的应用有的巨大的提高，比以往的技术相比拥有许多技术优势，因而四波混频技术是一种常用技术手段。 本文中我们就应用四波混频来研究多普勒系统中的碰撞效应。
1.1 碰撞效应 近代物理学中无数科研工作着对微观领域的碰撞问题进行探索，发现碰撞的的特点之一就是粒子之间发生碰撞之后，辐射频率发生改变。 一个原子或者分子和其它物质产生碰撞时,能导致其固有辐射频率的改变,这个现象就叫做碰撞效应。宇宙中的物质都是由原子分子构成的，碰撞效应的理论可以用来分析原子或分子内部的结构，为众多学科的研究和发展奠定了理论基础，提供了实验方法，具有非常重要的研究价值。 关于碰撞问题的研究包括对碰撞截面的研究，对谱线线性的研究，对谱线展宽的研究等等。碰撞效应在物理化学甚至其它领域都具有广泛的应用，包括，天文学[3]、等离子体学[4-6]、原子物理学化学[7-9]、材料和气体电子学[10-14]等领域。例如通过对谱线展宽、第1章 引 言 III 碰撞截面的研究能够获得气体的密度和温度，从而可以得到恒星表面的引力大小[15]。经由对碰撞引发的放射跃迁的探究能够对等离子体确认判断。B. Sun 和 F. Robicheaux等人在2008年经由对气态物质谱线展宽的探究，得出分离现象中的成对波动现象[16]的存在是引起谱线展宽主导因素的结论，并得到一个计算模型。 1.1.1 碰撞问题的分类
诺贝尔物理奖获得者赫兹和弗兰克在1925年在对电子和惰性气体碰撞后的性质的
探究时发现弹性碰撞[17-18]。物理学家里查德·泰勒和凯德尔在对碰撞进行实验研究时发现了非弹性碰撞[19]。 根据实验过程中是否有原子激发我们可以将碰撞效应进行分类。 (1)弹性碰撞 在碰撞过程中,假如碰撞没有导致粒子系统的能量的改变，原子并没有引发能级跃迁，这种碰撞就叫作弹性碰撞。弹性碰撞能够产生无辐射跃迁来引发能量改变，从而使粒子位置产生变化，因此，弹性碰撞能够导致谱线展宽和频移。一些学者研究了气体分子间的弹性碰撞对声波衰减的影响，提出了一组基于分子弹性碰撞的干空气-水汽双流体方程，利用该方程探究了水汽对大气声波衰减的影响，得出了声波频率与分子间的弹性碰撞频率的之比是衡量分子间弹性碰撞对声波衰减影响［20］的重要参数的结论。对于某一特定波长的声波，其衰减系数依据弹性碰撞频率改变而变化，波长越小衰减越小，大气内氧分子-氮分子的弹性碰撞频率能够达到109hz，因此二者的弹性碰撞对一定频率的声波的衰减的影响完全可以忽略。 (2)非弹性碰撞 两个粒子发生碰撞之后，一个粒子获得了另外一个粒子的动能，使得内能发生改变，足以使这个粒子由低能级跃迁到高能级，而它包含着原子的辐射，那么这个就叫做非弹性碰撞。 例如，让高能电子激发质子，电子与质子之间发生了弹性碰撞，但是也会出现产生了介子的情况，说明电子有能量的转移，介子接收了电子的能量，因此电子的能量减少。这就是非弹性碰撞导致的，非弹性碰撞能够引起原子发生改变。它为激光器件的赶紧提供了基础。非弹性碰撞可以导致能量传递，发生原子跃迁，原子跃迁必须遵守某种规律，就原子而言，它符合选择定则：△J=0，±1和△ν=±1。 目录 IV 非弹性碰撞可以包含两类，第一类是指碰撞导致动能改变成内能的类型，通过碰撞系统将动能传递给粒子，变成粒子的内能（包括电离能，激发能等）。实验中最常使用的氦-氖气体激光器来说，通过外加电场对质量较小的电子进行加速，这样能够使动能以最高的传输效率转化给粒子，使粒子在基态具有很大的内能，最终导致氖原子粒子数反转布居，即He原子和Ne原子分别由基态跃迁到两个亚稳态[21]。第二类碰撞在微粒参与碰撞的过程中有内能的减少，粒子发生碰撞后能量传递给其他的微粒[22-24]，使得其他微粒因此获得能量，或者是动能或者是内能，获得能量的粒子会由原先的基态发生跃迁，由于获得的能量差异，原子激发到哪个态是不确定的。从概率上来说，距离原子受激态较近的高激发态发生碰撞跃迁的可能越大[25,26]。
1.1.2 碰撞引起能量再分布 近年来，非弹性碰撞中的能量转移引起了人们的广泛关注。原子中存在某些光学禁戒跃迁，但用非弹性碰撞方法可实现这些跃迁[3]，所以，用碰撞也可研究原子结构。按有无原子激发可分为弹性碰撞和非弹性碰撞。两个粒子相碰，如果只有动能的交换而不改变粒子的内部能量，并不能使原子处于较高能级，即没有发生原子激发，这类碰撞称为弹性碰撞。这类碰撞是碰撞对之间通过无幅射跃迁进行能量交换，可以引起粒子在发光过程中的相位突变，所以弹性碰撞不但引起谱线展宽，还引起谱线的频移；如果原子与粒子碰撞后，不仅动能交换，原子的内部能量也发生了变化，使原子跃迁至较高能级，发生了原子激发，这类碰撞称为非弹性碰撞。只有发生非弹性碰撞时才可能使原子激发。同时，非弹性碰撞效应会使光谱出现一定的谱线移动和翅线现象，即碰撞产生能级再分布现象[4]。使得某些光学禁戒跃迁也可以实现。 对于非弹性碰撞引起的激发态碱金属原子与原子或分子的能量转移过程在研究原子滤波器、化学反应动力学等方面有非常重要的应用。由于受光源限制，人们最初主要集中于低激发态原子能量转移过程的研究。直到80年代后，由于染料激光器的出现，人们才有可能研究碱金属原子中间态或高激发态的能量转移过程。80年代，Krause系统地研究了碱金属原子精细结构能量转移过程与惰性气体的关系。最近Krause等人又开始系统地研究碱金属原子塞曼能级间能量转移截面与惰性气体的关系。在强激光场作用下电子同原子分子相互作用的规律，可调谐激光器向更宽频谱的范围发展，以及飞秒第1章 引 言 V 脉冲技术的广泛使用，为至今尚末实现的在碰撞时对基元碰撞事件的探测提供了新的机会。这样的实验能改变对非弹性碰撞过程和化学反应实质的新的和更深刻的理解。 光学碰撞第一次被Weisskopf描述为下面类型的过程[5] BfABiA)()( (1.1.1) 这里碰撞前原子A的初始态)(iA，原子B处于基态；经过碰撞激发，原子A吸收或辐射能量为的光子后跃迁到)(fA态，而原子B仍旧处于基态，其作用是为原子A提供能级微扰。在该过程中，由于微扰气体原子B的出现，使得A气体原子发射或吸收的光谱出现压力展宽或频移。这种现象之所以发生是因为，微扰气体原子B使原子A的能级发生移动，产生了一种新的发射或吸收频率，且此频率不能被自由原子吸收或辐射。通过对碰撞展宽光谱的研究，可以给我们提供一些原子内部的力学信息，尤其是包含激发态的相互作用。 在早期的碰撞光谱学研究中出现过两种近似理论，其一为Weisskopf模型，这个理论把原子辐射过程认为是经典的随时间相位变化的谐振子模型，该假设的基础是所谓的碰撞展宽引起的相位移动理论，该理论可以通过傅里叶分析可以得到谱线形状函数。第二种近似理论是由JabloIiski提出的准分子模型理论，在该理论中系统有谐振子组成，而微扰原子被当做准分子，谱线展宽的计算采用量子力学方法和分子电子带光谱的强度分布理论。考虑到本文所讨论的是用密度矩阵理论研究四波混频光谱学，所以我们主要介绍第二种近似理论。 在这个模型里，由原子A和B组成的复合系统与辐射场的相互作用哈密顿量为
)(ε))(,()(0tdtRrHrHHTc+= (1.1.2)
这里0H原子A和B在相距)(tR时的原子哈密顿量求和得到的，r表征A和B原子的电子坐标，))(,(tRrHc是原子A和B相互作用的哈密顿量，BATddd+=是原子A和B多普勒算符之和，)(εt是碰撞区域激光辐射的电场，并假设其形式为 ttLωcosε)(ε0= (1.1.3)
其中场强0ε在碰撞时认为是常量。 目录 VI 在LICET和LACT过程中，由激光辐射场发出的频率为Lω的单光子在碰撞过程中
被吸收。设A和B原子的初始复合状态为>>='||iiI，末态为>>='||ffF。在弱场情形，相应的散射截面可由辐射场的最低阶项)(
2ε计算得出。
根据Berman的理论，哈密顿量（2-2-1）的薛定谔方程的解可用波函数>)(|tψ表示，并可作如下展开：
)(|)()(ψ|REtatxx
x (1.1.4)
其中>>≡))((|)(|tRERExx满足方程 >=+)(|)()]()([0REERERHrHxxxc (1.1.5)
这里不显含对r的依赖性。 这里强度)(tax满足下列耦合微分方程
∑)()(ε)(||)()()()(||)()()()('''xxxxxxxxTxxxxtatREdtdREitatREdREtaREtai
(1.1.6)
当∞→R时，0)(→RHc，)]()([0RHrHc+的左矢>)(|REx减小为复合态的左矢>>='||0eeE。
在adiabatic近似中，我们假设碰撞并未引起任何A-B准分子跃迁，因而方程(1.1.6)可以省略简写为如下关于)(tax的等式
∑)()(ε)(||)()()()('xxxTxxxxtatREdREtaREtai•><= (1.1.7)
这正是辐射场可能会在某些准分子态>)(|REx和)(|REx’感生跃迁的证据，其跃迁几率依赖于 )()(0RVERExxx (1.1.8) 这里)(RVx是准分子在能级0xE下的势能。
