!实验五 晶体管混频电路

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(2).上下微调低频信号发生器的输出频率，观测输出信号的变化，分析中频放大电路的选频特性。
选频特性
1500 1000 500 0 455 200 455 792 460 968 465 922 470 475 372 475
f(kHz) Vpp(mV)
455 200
460 792
姓名：熊源
10 通信
学号：09142038
实验五 一、实验目的
晶体管混频电路
1.熟悉晶体管混频电路的基本工作原理。 2.了解混频电路的多种类型及构成,分析实验现象。
二、实验仪器
1.模拟双踪示波器 2.数字双踪示波器 3.数字万用表 4.DDS 函数信号发生器 5.实验电路板 CS－4135A TDS－1002B VC88E DG1022 G6 一台 一台 一台 一台 一块
作点。若 R2=5.1 千欧，而将 R1 增大，相当于基极电位升高（负值减小），正 向偏压 Veb 就减小，基极电流减小，IC 也相应要减小；反之，将 R1 减小，IC 就增大。例如将 R2 增大到 10 千欧，则 R1/10=12/5.1，R1≈24 千欧。这样虽然 基极电位和直流工作点可认为不变，但必须考虑放大器的热稳定性。当偏置电 阻 R1、R2 确定后，流过这一支路的电流 I2 也就确定，即 I2=EC/（R1+R2），其 方向是由地端经 R2、 R1 流向电池负端， 而基极电流 Ib 也要经 R1 流向电池负端。 这两个电流中，Ib 受环境温度的影响较大，若 I2 减小到与 Ib 相差不多，则基 极电位受 Ib 的影响就会加大，从而破坏了基极电位的稳定性。只有在 I2 比 Ib 大得多的情况下， Ib 的影响才可以忽略， 基极电位才主要取决于 R1 与 R2 之比。 这说明要使稳定性提高，R1、R2 不能用得太大。另一方面，如果我们过分按比 例地减小 R1 和 R2 行不行呢？也不行。因为流经 R1、R2 支路的 I2 是白白消耗 电功率的，R1、R2 取得越小，I2 就越大，电源消耗就越多。 考虑到上述两个因素，再结合变频电路的工作情 况， 一般总是取 12 比 Ib 大 10～20 倍。 在这个范围内适当改变一下 R1、 R2 的阻值， 影响是不大的。 例如图 3 电路中， I2=EC/(R1＋R2）=0.18 毫安，若管子的 β =50，则 Ib=IC/β =0.7/50=0.014 毫安，即 I2/Ib= 0.18／0.014=13,I2 为 Ib 的 13 倍，各方面情况都照顾到了。
四、实验内容及数据分析
本实验电路的特点是输入信 号与本振信号分别从基极和发射极注 入，相互干扰产生好，失真小。
1.静态工作点的测量 接通 12V 电源， 测量晶体管 V1、 V2、V3 的工作电压，判断晶体管电 路是否工作正常。调节 RP1、RP2 使 晶体管 V1、V3 的基极电压约为 3.8V，用万用表测量 V1、V3 的发射极的电压，约为 3.1V 左右，V2 的 基极电压约为 1.7V，V2 的发射极电压约为 1V，若工作点的电压没有大的出入，即可确定实验电路工 作正常。
2.中频放大的选频特性 (1)测量输出信号的幅度（或峰峰值）和记录波形。
姓名：熊源
10 通信
学号：09142038
CH2 CH1
fo Vpp Vo Vpp
0.968V 1.54V
可见在没外接输入 fs 时， 混频输出 Vo 相比本振输入 fo 频率相同，但振幅要大，且产生了轻微的相位延迟。放 大倍数为 1.59，相位差约为 。
微调 fs 幅值 增加 0.1V
Vpp（V） 1.28
f(kHz) 465
减少 0.1V
1.20
465
(5).调制深度从改为 40.0％，观察电路 Vo 输出，测量晶体管 V1 的基极电压。
电压 峰峰值 mV 谷谷值 mV
CH1 800 1600
CH2 4000 7100
V1B（V）=0.675V 电压偏转 E1
3.混频测试 (1).接入 fS 输入端， 观察实验电路 Vo 输出， 逆时针适当调 节 RP1，使输出信号的幅度达到最大。 Vo 输出 Vpp （V） f(kHz) V1B 此时 Vo 输出产生一个 频率为 465 kHz 幅度 1.25 1.25 465 1.22 V 的正弦波，可见无明显 失真。输出的频率为混频的两信号的差频信号（1100 kHz -635 kHz =465 kHz）。V1b 电压较之前有下降。 微调 fo (2).上下微调 fo，观察电压、频率和波形变化情 况。 可见波形为正常的正弦波， 输出频率稳定跟随输 入 fo 的变化。 振幅方面中频信号减少幅度也大 幅衰减。 增加 5KHz Vpp（V） 0.724 f(kHz) 470
姓名：熊源
10 通信
学号：09142038
五、 【思考题】
1. 简述晶体管混频电路的基本工作原理及其应用。 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。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 2. 为什么在实验过程中需要经常调节电位器 RP1？试分析实验步骤 2 和步骤 3 中晶体管 V1 的工作状态。 改变 R1 与 R2 的分压比，基极电位 Vb 就会改变，因而也就改变了管子的直流工
CH1 500mV/div 1.6 3.8 0.421052632
CH2 1V/div 4.0 7.1 0.5633803
E2 V1B（V）=0.675V E E2 可见能够较好地解调 AM 调幅波，输出的波形幅度较大， m 1 100% E1 E2 形状更为陡峭伸长、 具有更大的 m 值。 M 值测出结果偏大， 应该为模拟示波器准确度限制。此时的基极电压更为低一些。
3．为了能够从混频之后所得到的调幅波中解调出无失真的调制信号，本实验中混频后的调幅波有什么 地方需要注意？ 变频管的基区扩散电阻 rbb 要小。rbb 大了，输入信号和本振信号在 rbb 上的损耗就要加大，混频效果 就差。一般高频管的 rbb 较小，频率高于 10 兆赫的管子，rbb 小于 150 欧，高达几百兆赫的锗管，其 rbb 可降到十几欧，硅高频管可做到几欧;而低频小功率管的 rbb 则大到几百欧。 变频管集电结电容 Cc 要小。通过 Cc 输出信号会反馈到输入端。低频时，容抗大反馈量小，Cc 可 不考虑；高频时，容抗小反馈量大，Cc 的影响就不能忽略，这时会引起输入、输出信号电压的相位差 不是 180°，相位差的大小与频率有关。如 Cc 构成的内反馈是负反馈，则要降低混频增益，如是正反 馈，则易造成工作的不稳定，结果都不好。频率高于 20 兆赫的管子，其 Cc 大致小于 20 微微法，高 频硅管的 Cc 可做到几个微微法，甚至小于 1 微微法。 高频管，由于工作频率还不算太高，故大多列出截止频率 fα 或 fβ。fα 和 fβ 高的管子，其 rbb 和 Cc 也小。对截止频率的要求不同，共基电路比共射电路要求可低些。用于本振的管子要求高些，兼作混 频和本振比单作混频的要求高。一般应保证截止频率 fα 或 fβ 比工作频率高三倍以上，例如，截止频 率为 30 兆赫的高频管 3AG11 单作本振时只能工作到 10 兆赫，如单作混频则用得可较高，可到 20 兆 赫。 此外，管子的 β 要够高:变频管的 β 要求范围较宽，最好在 50～150 间选用；单作混频的管子 β 要 求可稍低；本振管则应高些，否则不易起振。兼作混频和本振的变频管则要兼顾。 4．分析如果本振 fo 的频率为 635KHz，输入信号 fS 的频率为 1100KHz 时（V0＝1V、VS＝0.5V），会 产生什么样的结果？
减少 5KHz
0.372
460
姓名：熊源
10 通信
学号：09142038
(3).微调 fS。 可见波形为正常的正弦波，输出频率稳定跟随输 入 fs 的变化。振幅方面输入信号减少幅度也大 幅衰减。
微调 fs 增加 5KHz
Vpp（V） 0.704
f(kHz) 470
减少 5KHz
0.388
460
(4).上下微调 fS 的输入幅值记录幅值增减后 输出信号 Vo 的电压、频率和波形的变化情 况。 可见波形为正常的正弦波， 输出频率稳定跟 随输入 fs 的变化。振幅方面随着输入信号 同向变化。
465 540
470 922
475 372
460
465
470 f0
Vpp(mV)
随 着 fo f0 455 460 465 470 475 频 率 增 大，Vo 也呈现完全相同的频率，而幅值经历了先 增加后减少的过程，显示中频放大电路的选频特 性应该是近似于 LC 并联谐振的特性曲线， 是会在 465kHz 附近取得最大振幅的。
三、实验原理及电路
晶体管混频电路是一种具有较高变频增益的电路，在中短波接收机和测量仪器中曾被广泛的应用。 混频电路的功能是将载波频率为 fs(非固定频率)的调幅波不失真地变换为另一载波频率 fi(固定中 频频率)的调幅波，而保持原调制信号不变。 混频电路的原理框图见图 5-1 所示。 混频电路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 uo，并与输入 信号 us 经混频电路混频， 产生的差频信号 经窄带通滤波器鉴出。