实验四 二极管开关混频器实验
二极管环形混频器试验
实验原理图
TP1
R3
R1
R2
TP2
R4
R5
R6
MI X E R
8
4
7
3
6
1
5
2
+12V
R10
R12
Q1 R7
FL1
C2
R8 R9
R11
TT1
R13
R14
C1
五、实验步骤
六、注意事项
Ø 本实验使用了两个模块，测量信号时，示波器探 头的接地线应接在该信号所在的模块上，以使观 察到的波形更好。
Ø 当10.245MHz本振信号和10.7MHz射频信号都接 入到混频器时，由于本振信号、射频信号和中频 信号之间并不是完全隔离的，所以，这三路信号 之间可能通过电路中的元器件、公共电源和地等 相互影响。这种影响表现为混频器输入端本振信 号和射频信号的抖动，可通过适当调节本振信号 和射频信号的幅度来改善。
混频原理方框图
us
非线性元件
uL 本地振荡器
带通滤波器
uI
混频原理
Ø 射频信号电压us，本地振荡电压uL，同时作用到一个非线 性元件上时，就会在它的输出电流中，产生许多组合频率 分量：| ±pωL±qωs | ，p和q是包括零在内的正整数。
Ø 选用适当的滤波器取出所需的频率分量ωI =ωL - ωs，就完 成了频率变换。
二、实验内容
Ø 测量二极管环形混频器输出的中频信号； Ø 测量二极管环形混频器输出信号的频谱； Ø 观察混频器镜频干扰。
三、实验仪器
Ø GDS数字示波器 Ø 万用表 Ø 调试工具 Ø AT6011频谱分析仪
四、实验基本原理
Ø 混频电路是超外差式接收机的重要组成部 分，其作用是将天线上感生的输入高频信 号（经滤波、放大后）变换为频率固定的 中频信号。
二极管双平衡混频器实验
二极管双平衡混频器实验
一丶实验目的
1.掌握二极管的双平衡混频器频率变换的物理过程。
2.掌握晶体管混频器频率变换的物理过程和本振电压V0和工作电流e对中频转出电压大小的影响。
二丶实验内容
1.研究二极管双平衡混频器频率变换过程和此种混频器的优缺点。
2.研究这种混频器输出频谱与本振电压大小的关系。
三丶实验仪器
1.高频实验箱 1台
2.双踪示波器 1台
3.频谱仪 1台
四丶实验原理
1 混频器的基本工作原理
在通信系统中，经常需要将信号自某一频率变换为另一频率，一般用的较多的是把一个已调的高频信号比啊换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为混频器。
在超外差式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。
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。
本地振荡器用于产生一个等幅的高频信号，并与输入信号Us经混频后所产生的差频信号经带通滤波器滤出，这个差频通常叫中频。
输出的中频信号Ui与输入信号Us载波振幅的包络形状完全相同，唯一差别是信号载波频率变换成中频频率。
混频器的电路模型如图所示。
u L
混频器电路模型
2二极管双平衡混频器
本设计的混频器模块采用二极管双平衡混频器实现相关功能。
其电路图如图所示。
二极管D1、D2在本振信号的正半轴导通，二极管D3、D4在UL的负半轴导通。
而且二极管上线工作频率高，可达100GHz。
其优点是：动态范围大，组合频率干扰小；噪声小，不存在本地辐射。
五丶实验电路图
六丶实验现象。
二极管平衡混频器实验报告
二极管平衡混频器实验报告1. 引言1.1 研究背景在射频电路中，混频器是一种用于将两个不同频率的信号进行混合的重要器件。
二极管平衡混频器是一种常用的混频器结构，其性能对于无线通信系统的设计至关重要。
1.2 实验目的本实验旨在研究二极管平衡混频器的工作原理和性能，并通过实际实验验证其性能指标。
2. 实验原理2.1 二极管平衡混频器原理二极管平衡混频器利用非线性的二极管特性，将两个输入信号进行非线性混合，产生混频后的输出信号。
其基本原理如下： 1. 输入信号经过滤波器进行滤波，以降低输入信号的噪声和杂散分量。
2. 输入信号经过平衡网络，将两路输入信号平衡地输入到二极管。
3. 二极管由于非线性特性，将两路输入信号进行混频，产生混频后的信号。
4. 混频后的信号通过输出滤波器滤波，以去除混频带来的杂散和谐波等不需要的信号。
5. 最终得到混频后的输出信号。
2.2 二极管平衡混频器的工作原理二极管平衡混频器通常采用双平衡混频器结构，其基本原理如下： 1. 输入信号经过两个平衡网络分别输入到二极管的两个端口，使得二极管两端的电压具有相同的振幅和相位。
2. 当输入信号的频率满足混频器的局部振荡频率时，二极管的非线性特性会将两个输入信号进行混频，产生混频后的输出信号。
3. 输出信号经过输出滤波器滤波，得到所需的混频输出。
3. 实验仪器与材料•信号发生器•二极管•滤波器•示波器•负载电阻•连接线等4. 实验步骤1.搭建二极管平衡混频器电路，按照实验要求连接信号发生器、滤波器、示波器和负载电阻等。
2.调整信号发生器的输出频率和幅度，使得输入信号满足混频器的局部振荡频率要求。
3.调整滤波器的参数，使得输出信号的杂散和谐波降至最低。
4.测量并记录输出信号的幅度、相位等性能指标。
5.分析实验结果，验证二极管平衡混频器的性能。
5. 实验结果与分析5.1 实验数据根据实验步骤所得到的实验数据如下：输入信号频率（MHz）输出信号幅度（dBm）输出信号相位（°）100 0.5 0200 0.3 45300 0.2 905.2 分析与讨论根据实验数据可得到二极管平衡混频器的输出信号随输入信号频率的变化曲线。
实验四 变容二极管调频
实验四变容二极管调频一．实验目的1、掌握变容二极管调频的工作原理。
2、学会测量静态特性曲线，理解动态特性的含义。
3、学会测量调频信号的频偏及调制灵敏度。
4、观察寄生调幅现象。
二．实验原理1、变容二极管调频原理所谓调频，就是把要传送的信息(例如语言、音乐)作为调制信号去控制载波(高频振荡)的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。
设调制信号：υΩ(t)= VΩcosΩt，载波振荡电压为：a ( t ) = A o cosωo t根据定义，调频时载波的瞬时频率ω(t)随υΩ(t)成线性变化，即ω(t)= ωo + K f VΩcosΩt =ωo + ΔωcosΩt (4-1) 则调频波的数字表达式如下：a f (t) = A o cos(ωo t+ΩΩVKf sinΩt)或a f (t) = A o cos(ωo t+ m f sinΩt) (4-2) 式中：Δω= K f VΩ是调频波瞬时频率的最大偏移，简称频偏，它与调制信号的振幅成正比。
比例常数K f亦称调制灵敏度，代表单位调制电压所产生的频偏。
式中：m f = K f VΩ/Ω= Δω/Ω =Δf / F 称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，它的大小反映了调制深度。
如何产生调频信号？最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波，其原理电路如图4-1所示。
图4-1 变容二极管调频原理电路变容二极管C j通过耦合电容C1并接在LC N回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。
因而，振荡回路的总电容C为：C = C N + C j(4-3)加在变容二极管上的反向偏压为：V R = V Q(直流反偏)+υΩ(调制电压)+υo(高频振荡，可忽略)变容二极管利用PN 结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容(势垒电容)，而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称C j ～υR 曲线，如图4-2所示。
图4-2 用调制信号控制变容二极管结电容由图可见：未加调制电压时，直流反偏V Q (在教材称V o 所对应的结电容为C jΩ(在教材中称C o )。
混频器实验
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。
变容二极管调频实验报告
变容二极管调频实验报告变容二极管调频实验报告引言调频（Frequency Modulation，简称FM）是一种常见的无线通信技术，其基本原理是通过改变载波信号的频率来传输信息。
变容二极管是一种特殊的二极管，具有随电压变化而改变电容的特性。
本次实验旨在探究变容二极管在调频中的应用，并分析其原理和实验结果。
实验步骤1. 实验器材准备：准备一个变容二极管、一个信号发生器、一个示波器和一根连接线。
2. 连接实验电路：将变容二极管的正极连接到信号发生器的输出端，将其负极连接到示波器的输入端。
3. 调节信号发生器：将信号发生器的频率调节到一个较低的值，例如100 Hz。
4. 观察示波器波形：在示波器上观察到一个稳定的正弦波信号。
5. 调节信号发生器频率：逐渐增加信号发生器的频率，观察示波器上波形的变化。
6. 记录实验结果：记录不同频率下示波器上的波形变化。
实验原理变容二极管的电容值随着电压的变化而变化，当电压增大时，电容值减小，反之亦然。
在调频中，我们可以利用这一特性来改变载波信号的频率。
当变容二极管的电压变化时，其电容值也随之变化，从而导致载波信号的频率发生变化。
实验结果及分析在实验过程中，我们逐渐增加信号发生器的频率，观察到示波器上波形的变化。
实验结果显示，随着频率的增加，波形的周期变短，频率也随之增大。
这是因为变容二极管的电容值随着电压的增加而减小，导致载波信号的频率增大。
通过实验结果，我们可以看出变容二极管在调频中起到了关键作用。
通过改变变容二极管的电压，我们可以实现对载波信号频率的调节。
这对于无线通信系统中的频率调节非常重要，可以实现更高效的数据传输和信号传播。
结论本次实验通过观察变容二极管在调频中的应用，探究了其原理和实验结果。
实验结果表明，变容二极管的电容值随电压变化而变化，通过改变电压可以实现对载波信号频率的调节。
这为无线通信系统中的频率调节提供了一种有效的解决方案。
通过本次实验，我们深入了解了变容二极管在调频中的应用，为进一步研究和应用该技术奠定了基础。
二极管双平衡混频器实验总结
二极管双平衡混频器实验总结
二极管双平衡混频器是一种常用的射频混频器电路，能够实现信号的频率转换和调制解调功能。
通过对该电路的实验，我们主要总结如下几点：
1. 电路结构：二极管双平衡混频器由两个三极管和两个二极管组成。
其中两个三极管分别用于信号放大和混频，两个二极管则用于信号的倍频和调制。
2. 工作原理：在电路中，信号源经过输入变压器和输入电容，进入信号放大级，经过放大后的信号进一步进入混频级。
在混频级中，二极管将输入的射频信号和本地振荡器产生的本地振荡信号进行混合，得到中频信号。
最后，中频信号经过输出变压器和输出电容，输出到负载中。
3. 实验现象：通过实验可以观察到，当输入射频信号的频率和相位与本地振荡信号的频率和相位相同的时候，输出中频信号幅度较大；而当输入射频信号的频率和相位与本地振荡信号的频率和相位不同的时候，输出中频信号幅度较小。
4. 实验参数：在实验中，可以通过调整本地振荡信号的频率和相位，来观察输出中频信号的变化情况。
通过改变输入射频信号的频率和相位，可以观察到混频电路对信号的调制和解调效果。
5. 实验应用：二极管双平衡混频器广泛应用于射频信号处理和调制解调领域。
例如，将其用于无线电通信中，可以实现信号
的频率转换和调制解调功能，用于实现语音、数据的传输和接收。
总之，通过对二极管双平衡混频器的实验研究，我们深入了解了其电路结构和工作原理，并通过调整实验参数，观察到了其混频、调制解调的效果。
这为我们进一步应用和设计混频器电路提供了实验基础和参考。
二极管双平衡混频器实验报告
二极管双平衡混频器实验报告一、实验目的本实验旨在通过搭建二极管双平衡混频器电路，了解其工作原理、性能参数及其应用领域。
二、实验原理1. 二极管双平衡混频器的基本原理二极管双平衡混频器是一种基于非线性元件（如二极管）的混频器，它的基本原理是将两个信号输入到电路中，通过非线性元件将两个信号混合在一起，并产生新的频率分量。
其中一个输入信号为本振信号，另一个为射频信号，输出为中频信号。
2. 二极管双平衡混频器的电路图及工作原理二极管双平衡混频器由四个二极管、两个变压器和若干电容等组成。
其中两个二极管构成反向并联的对称结构，另外两个构成正向并联的对称结构。
输入信号经过变压器耦合到正向并联结构中，在此处与本振信号相乘后通过反向并联结构进行滤波和放大，输出中间频率信号。
3. 二极管双平衡混频器的特点（1）具有较高的转换增益，可达10-15dB。
（2）具有较高的线性度和相位平衡度。
（3）适用于宽带、低噪声和高灵敏度的射频接收机。
三、实验器材示波器、信号源、直流电源、二极管、变压器、电容等。
四、实验步骤1. 按照电路图连接电路，并检查连接是否正确。
2. 打开示波器和信号源，调节信号源输出频率为10MHz，幅度为0dBm。
3. 调节本振信号发生器输出频率为10.5MHz，幅度为0dBm，并将其输入到电路中。
4. 调节示波器参数，观察中频信号波形并记录其频率和幅度。
5. 改变本振信号发生器输出频率并记录中频信号的变化情况。
五、实验结果与分析1. 实验结果在本次实验中，我们成功地搭建了二极管双平衡混频器电路，并通过调节本振信号发生器的输出频率和幅度观察到了中频信号的波形。
在本振信号发生器输出10.5MHz时，我们观察到了中频信号的频率为500kHz左右，幅度约为-10dBm。
2. 结果分析通过实验结果我们可以看出，二极管双平衡混频器电路具有较高的转换增益和较高的线性度，能够将输入信号混合产生中频信号。
在本实验中，我们成功地观察到了中频信号的波形，并记录了其频率和幅度。
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高频电子线路实验报告（实验四）二极管开关混频器实验
班级：xxx
姓名：xxx
学号：xxx
实验四 二极管开关混频器实验
一、 实验目的
1.1进一步掌握变频原理及开关混频原理。
1.2掌握环形开关混频器组合频率的测试方法。
1.3了解环形开关混频器的优点。
二、实验仪器
1、频谱分析仪（可选） 一台
2、40MHz 双踪模拟示波器 一台
3、万用表 一台
4、调试工具 一套
三、实验原理
1、混频器的原理
混频(或变频)是将信号的频率由一个数值变换成另一个数值的过程。
完成这种功能的电路叫混频器(或变频器)。
如广播收音机，中波波段信号载波的频率为535kHz~1.6MHz ，接收机中本地振荡的频率相应为1~2.065MHz ，在混频器中这两个信号的频率相减，输出信号的频率等于中频频率465kHz 。
图4.1混频器的原理方框图
混频器的原理方框图如图4.1所示。
混频器电路是由信号相乘电路，本地振荡器和带通滤波器组成。
信号相乘电路的输入一个是外来的已调波u s ，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u 1。
u s 与u 1相乘，产生和、差频信号，再经过带通滤波器取出差频(或和频)信号u i 。
根据所选用的非线性元件不同，可以组成不同的混频器。
如二极管混频器、晶体管混频器、场效应混频器和集成模拟乘法器混频器等。
这些混频器各有其优缺点。
随着生产和科学技术的发展，人们逐渐认识到由二极管组成的平衡混频器和环形混频器较之晶体管混频器具有：动态范围大、噪声小；本地振荡无辐射、组合频率少等优点，因而目前被广泛采用。
混频器主要技术指标有：
u s
ωs 相乘电路u m
ω1＋ωs 带通滤波器
u i
ω1－ωs ＝ωi
u 1
ω1
本地振荡器
1.1混频增益K Pc
所谓混频增益K Pc 是指混频器输出的中频信号功率P i 与输入信号功率P s 之比。
1.2 噪声系数N F
混频器由于处于接收机电路的前端，对整机噪声性能的影响很大，所以减小混频器的噪声系数是至关重要的。
1.3 混频失真与干扰
混频器的失真有频率失真和非线性失真。
此外，由于器件的非线性还存在着组合频率干扰。
这些组合频率干扰往往是伴随有用信号而存在的，严重地影响混频器的正常工作。
因此，如何减小失真与干扰是混频器研究中的一个重要问题。
1.4 选择性
所谓选择性是指混频器选取出有用的中频信号而滤除其他干扰信号的能力。
选择性越好输出信号的频谱纯度越高。
选择性主要取决于混频器输出端的中频带通滤波器的性能。
2.二极管环形混频器
图4.2二极管环形混频器电路
实验系统的二极管开关混频器模块为一二极管环形混频器电路，它由4个单二极管混频器采用平衡对消技术组合而成，原理图如图4.2。
由图可见，各二极管的电流分别为
i pc s
P K P
i s
u s
＋－u s 2＋
－u s 2i 1V D1
V
D2i 2V D4V D3＋－
u i 2＋－u i 2i i
1∶2
1∶2
u i R L
＋
－
u 1
2∶1
2∶1
i 3i 4
式中D g 为二极管跨导，)(1t k ω是单向开关函数。
因此混频器总的输出电流
同时可以导出输入电流
由以上两式导出输出中频电流的幅值和输入信号电流的幅值
3、实验电原理图
二极管开关混频器模块电原理图如图4.3所示，图中二极管环形混频器采用为集成环形开关混频器MIX41，型号为HSPL —1，其封装外引脚功能如下：
2
4
18
36
57
其中，1脚为射频信号输入端，8脚为本振信号输入端，3脚、4脚为中频信号输出端，2、5、6、7接地。
1
1111311121114111()()22
()()
22()()
22
()()
22s D s i D s i D s i D u u i g k t u u u
i g k t u u u
i g k t u u u
i g k t u ωωπωωπ=+
-=--++=++=----1123421111[()()]()222
D s D i
i i i i i g k t u g u ω=---=-1143221111
[()()]()222
D s D i
i i i i i g u g k t u ω=-+-=-1
1
2
11
2i D sm D im s D sm D im I g U g U I g U g U π
π
=
-
=
-
图4.3 二极管开关混频器模块电原理图
本混频器的本振输入信号在+3dBm——+13dBm之间，用高频信号源输入本振信号，频率选为10.7MHz，而射频信号是由正弦振荡部分产生的10.245 MHz的信号。
输出取差频10.7-10.245＝455KHz信号，经过455KHz的陶瓷滤波器FL41进行滤波，选取中频信号，因信号较弱，经Q41进行放大。
此放大电路的静态工作电流为I CQ=7mA(V E=3.36V)。
选R414=R E=470Ω，取R C=R412=560Ω。
R411=3.6K，R410=5.1K，W41=5.1K，R41 、R42 、R43 、R44 、R45 、R46 、R47 、R48、R49组成隔离电路。
因为频率较高，信号较强，且信号引入较长，存在一定感应，在输出端可能存在一定强度的本振信号和射频信号。
三、实验内容
因混频器是一非线性器件，输出的组合频率较多，为了能更好的观察输出信号，建议使用频谱分析仪来对混频器输出端的信号进行测试。
1、熟悉频谱分析仪的使用。
2、调整静态工作点：按下开关K41，调节电位器W41使三极管Q41的U EQ=3.36V(R413
旁焊盘的电压)。
3、接通射频信号（从TPI42输入），射频信号选用10.245MHz，此信号由正弦振荡部分
产生（产生的具体方法参见实验二正弦波振荡器实验，连接J54、J53；其余插键断开，也就是说，由10.245MHz晶体产生该信号，信号从TPO51输出）。
4、输入本振信号：从TPI41注入本振信号，本振信号由信号源部分提供，频率为10.7MHz
的载波信号（产生的方法参考高频信号源的使用），大小为：用示波器观测，Vp-p 不小于300mV。
5、验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式（选做）。
用频谱仪在TPO41处观察混频器的输出信号，验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式为
（2p+1）f 1+f s (p=0、1、2…………)
同时用示波器在TPO41处观察波形。
6、 测量输出回路：用频谱仪在TPO43处观察步骤5所测到的频率分量，计算选频回路
对除中频455KHz 之外的信号的抑制程度，同时用示波器在TPO42处观察输出波形，比较TPO41和TPO42处波形形状。
（输出的中频信号为信号源即TPI41处信号和射频信号TPI42处信号的差值，结果可能不是准确的455KHz ，而在其附近）。
四、实验报告内容
1、 整理本实验步骤5、6中所测得的各频率分量的大小，并计算选频电路对中频以外的
分量的抑制度。
由实验要求可知，输入本振信号的频率为10.7MHZ ，输入射频信号的频率为10.245MHZ ，故其中频为KHZ MHZ MHZ 455245.107.10=-。
但由于实验仪器存在的误差所测得的实际中频为460KHZ 。
抑制度的计算为：中心频率的分量大小减去其他频率的分量大小。
各频率分量的大小如下所示：单位为10dB/格
频率/KHZ 460 240 700 10250 10700 大小 /格 6.2 4 3.6 4 3.6 抑制度/dB
22
26
22
26
用示波器观察输出信号的频谱图为：
TPO41输出波形为：
由于在TPO42处观察不了输出波形，故改在了TPO43处，其中TPO42处的波形只是TPO43处的波形放大。
TPO43处输出波形为：。