基于模拟乘法器MC1496的混频器设计

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

目录

摘要 (1)

Abstract ............................................................................................................ II 引言 . (1)

1.方案分析 (2)

2.单元电路的工作原理 (4)

2.1 LC正弦波振荡器 (4)

2.2 模拟乘法器电路 (6)

2.3 选频﹑放大电路 (8)

3.电路性能指标的测试 (9)

结论 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

引 言

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，因此可以用良好的滤波电路。采用超外差接收后，调整方便，放大量﹑选择性主要由中频部分决定，且中频较高频信号低，性能指标容易得到满足。混频器在一些发射设备中也是必不可少的。在频分多地址信号的合成、微波接力通信、卫星通信等系统中也有其重要地位。此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器（如频率合成器、 频谱分析仪等）的重要组成部分。

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1所示。

振荡器输出一频率为1f =10MHz 、幅值0.2V ＜m U 1＜1V 的正弦波信号，此信号作为混频器的第一路输入信号；高频信号源输出一正弦波信号，2f =10MHz 、幅值m U 2=200mV ，此信号作为混频器的第二路信号，将这两路信号作为模拟乘法器的输入进行混频。选频放大电路则对混频后的信号进行选频、放大，最终输出2MHz 的正弦波信号。

图1 混频器原理框图

正弦波 模拟 选频、放大

高频

1.方案分析

对于混频电路的分析，重点应掌握，一是混频电路的基本组成模型及主要技术特点，二是混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法，三是应用电路分析。

1.混频电路的基本组成模型及主要技术特点：

混频，工程上也称变频，是将信号的频率由一个数值变成另一个数值的过程，实质上也是频谱线性搬移过程，完成这种功能的电路就称为混频电路或变频电路。

图a是混频电路的组成模型，可以看出是由三部分基本单元电路组成。分别是相乘电路、本级振荡电路和带通滤波器(也称选频网络)。当为接收机混频电路时，

其中U

s (t)是已调高频信号。U

l

(t)是等幅的余弦型信号，而输出则是U

i

(t)为中频信

号。

2.混频电路的基本原理及混频跨导的计算方法

图2为混频电路的基本原理，U

s (t)为输入信号，U

c

(t)本振信号U

i

(t)输出信号。

分析：当st sm s cos U (t)U ψ=

则(t)(t)U U (t)U c s p == ct cm st sm cos U cos U ψψ= ct st cos cos Am ψψ

其中：cm sm U U Am =，对上式进行三角函数的变换则有

()t c st 1p cos cos Am t U ψψ=：)t]-(c s)t c [cos( Am 2

1s c ψψψψos ++ 从上式可推出，U p (t)含有两个频率分量和为(ψc +ψS )，差为(ψC -ψS )。若选频网络是理想，上边带滤波器则输出为]t Amcos[

21(t)U s c i ψψ+=． 若选频网络是理想下边带滤波器则输出：]t -Amcos[

21(t)U s c i ψψ=． 工程上对于超外差式接收机而言，如广播电视接收机则有ψc >>ψS ．往往混频器的选频网络为下边带滤波器，则输出为差频信号，]t -Amcos[

21(t)U s c i ψψ=为接收机的中频信号。衡量混频工作性能重要指标是混频跨导。规定混频跨导的计算公式：混频跨导g ：输出中频电流幅度偷入信号电压幅度。

3.应用电路分析

该电路由LC 正弦波振荡器﹑高频信号源﹑模拟乘法器以及选频放大电路组成。LC 正弦波振荡器产生的10MHz 正弦波与高频信号源所产生的8MHz 正弦波通过模拟乘法器进行混频后产生双边带调幅信号，然后通过选频放大器选出有用的频率分量，即频率2MHz 的信号，对其进行放大输出，最终输出2MHz 的正弦波信号。混频器电路如图3所示。

2.单元电路的工作原理

1．LC 正弦波振荡器

本次设计采用LC 电容三点式反馈电路，也叫考毕兹振荡电路。利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC 谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路叫电容三点式振荡器。

三点式LC 振荡器的相位平衡条件是πφφ2=+F k ，在LC 谐振回路，

()ce be cb X X X +=，cb X 与be X ﹑ce X 性质相反，当be X ﹑ce X 为电容，cb X 就是电感；当be X ，

ce X 为电感，cb X 就是电容。

在LC 三点式振荡器电路中,如果要产生正弦波，必须满足振幅平衡条件：即满足1>?F A 。由相位平衡条件和振幅平衡条件可得：

F

F F R i 11+?>β 选取60=β，故选用2N2222A 三极管。2N2222A 是NPN 型三极管，属于低噪声放大三极管。本电路的三极管采用分压偏置电路，为了使三极管处于放大状态，必须满足：电流()BQ B I I 10~5= 电压cc B U U ??? ??=31~51

由此可以确定R1=5.1K ，R3=2.2K ，R4=2K 。

正弦波的输出信号频率f =10MHz ，电路连接如图4所示

图4 LC 正弦波振荡器

R1﹑R2﹑R4组成支流偏置电路，R5是集电极负载电阻，L2﹑CT ﹑C ﹑C4构成并联回路，其中R6用来改变回路的Q 值，C1﹑C3为耦合电容，L1﹑C6﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响。其交流通路如图5所示。

图5 交流通路图

根据设计要求，正弦波振荡器输出频率为10MHz ，故由此可以大概确定L2﹑C4﹑CT 的数值，再通过仿真进行调试最终确定其参数。电路的谐振频率为

()CT C L f //4221

?=πMHz 1.10%710350101014.321

126≈?????≈--，静态工

作点为mv R R R R V B 3.982%

551002.21.51.512321112≈?++?=++?=，基本符合设求。

2．模拟乘法器电路

用模拟乘法器实现混频，就是在x U 端和y U 端分别加上两个不同频率的信号，相差一中频，再经过带通滤波器取出中频信号，其原理方框图如图6所示：

x U c U 0U

g U

图6 混频原理框图

若()s s x w U t U cos = ()t w U t U y 00cos =

则()()()[]t w w t w w V KV t w t w V KV t U s s s s s c -++=

=00000cos cos 21cos cos 经带通滤波器后，取差频

()()t w w V KV t V s s -=000cos 21 i s w w w =-0为所需要的中频频率。 由MC1496 模拟乘法器构成的混频器电路如图7 所示。图中，LC 正弦波振荡器输出的10MHz 正弦波由10端（X 输入端）注入，高频信号源输出的10MHz 正弦波由一端（Y 输入端）输入，混频后的中频电压由6端经π形带通滤波器输出，其中C17﹑L11﹑C11﹑C19构成一选频滤波回路，调节可变电阻Rp 能使1﹑4脚直流电位差为零，可以减小输出信号的波形失真，使电路平衡。在2﹑3脚之间加接电阻，可扩展输入信号s u 的线性范围。

通频带滤波器

图7 MC1496构成的混频器

3．选频﹑放大电路

电路连接如图8所示，晶体管选2SC945，R1﹑R2﹑Re 组成支流偏置电路，L2﹑L3﹑C2﹑R 构成并联谐振回路，其中R 用来改变回路的Q 值，C1为输入耦合电容，C3 为输出耦合电容，C7位晶体管发射极旁路电容，L1 ﹑C4﹑C5构成了一个去耦电路，用来消除电路之间的相互影响，R1 ﹑R2 提供电路的静态工作点。

其中电路的谐振频率为 ()32221

L L C f +?=π()MHz 99.11043.210101051014.321

6612≈?+????≈---

静态工作点为 V R R R V B 51.32

.6152.61221212=+

?=+?=。

图8 选频﹑放大电路

3．电路性能指标的测试

根据设计方案，应用计算机Multisim软件进行了模拟仿真。用示波器观察LC 正弦波振荡器的输出，输出波形如图9所示。

图9 LC正弦波振荡器输出波形

用示波器观察混频器输出信号，

图10 混频后的信号波形图

用示波器观察模拟乘法器的输出，输出波形如图11所示。

图11 模拟乘法器输出波形

LC

正弦波振荡器的输出频率应为 ()CT C L f //4221?=πMHz 1.10%710350101014.321

126≈?????≈--，静态工作点

mv R R R R V B 3.982%551002.21.51.512321112≈?++?=++?

= ；选频﹑放大电路输出频率应为()32221

L L C f +?=π()M 99.11043.210101051014.321

6612≈?+????≈---

，静态工作点V R R R V B 51.32

.6152.61221212=+?=+?=。 通过仿真测试可得LC 正弦波振荡器的输出频率为10.1MHz ，静态工作点mv V B 3.983= ；选频﹑放大电路输出频率为1.99MHz ，静态工作点mv V

B 47.3=。

结论

本次课程设计的题目是混频器的设计，主要应用了通信电子线路中三方面内容，分别是电容三点式振荡电路、模拟乘法器和选频放大电路。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。

在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。

本次课程设计教会我查阅书籍的重要性，通过翻阅书籍我找到了与我课设题目有关的内容，顺利进行了课程设计，我希望通过更多这样有价值的课设来充实自己。虽然课设中有很多困难，但经过指导老师的帮助和我的努力都一一克服了，增强了自信心。

致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友！

参考文献

[1] 聂典丁伟Multisim10计算机仿真在电子定路设计中的应用电子工业出版社

[2] 张义芳高频电子线路第四版

[3] 李新春高频电子教学实验.