晶体管混频器解读
晶体三极管混频器.ppt
第10章振幅调制、 解调及混频
10.3.2 混频电路 1．晶体三极管混频器
ic
f0＝fI us
uL
Eb
Ec
图10.―510 晶体三极管混频器原理电 路
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
iC Ic0(t) gm (t)us
1 2 UsUL
cos t[cos(L
c )t
cos(L
c )t]
(10―85)
u1 U1 cos t cos1t
(10―810)
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
us
uo 带 通滤 波 器
uI
uL (a)
非 线性 器 件 uo 带 通滤 波 器
uI
uL (b)
图10.―53 混频器的组成框图 《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
本振为单一频率信号,其频谱为
FL(ω)=π［δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc)］ 输入信号为己调波,其频谱为Fs(ω),则
Fo ( )
1
2
Fs ( ) FL ( )
1 2
Fs () [ (
第10章振幅调制、 解调及混频
gm
gm(t )
③
gc
②
①
0
0
ube
t
0
Eb
①
②
③
图10.―58 gC～Eb的关系 《高频电路原理与分析》
《高频电路原理与分析》
第10章振幅调制、 解调及混频
实验三 晶体三极管混频实验
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。
晶体管混频器
—Ggi—cL
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导 GL—负载电导
本继页续完
晶体管
三、晶体管混频器的增益
2、混频器的变频电压增益Avc
Vi=
——Ii —= goc+GL
—g—cV—s — goc+GL
Avc=Vi/Vs=gc/(goc+GL)
3、混频器的变频功率增益Apc
40 106 150 106
0.5 26
15
2
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导
=9.6mS Avc= —gog—c+c G—L=1—09×.—61×—01-60—+-31—0-—3 = 9.6
Apc=A2vc —Ggi—cL =9.62× —413—×01×—01-—30-6 = 214
上式变形为
—Ii = Vsm
—g21
Ii/Vsm反映混频器的放大能力， 称为变频跨导gc，与本振无关。
实信 输Vg验号 入s是c的得混-+具出频v体本的s器机表经-接+达验收v式公0到是式的通。过vi
中 频 输 出
gc= Ii/Vsm = g1/2
输入信号的振幅荡值。
本继页续完
其中ω 是晶接收的外体来信号管 混 s
R4
C2
R5 C4
56P
C6
C7
200P
75Ω
本振信号
C8 中频调幅波
接第一中放
R1 22kΩ
R3
来自本振
R6
C5
8.2kΩ 5.6kΩ .022μF 10kΩ
第18 讲 混频
根据上式可导出输入信号电流的幅值
1 1 I s g DU sm g DU im 2
第6章
混频
平衡混频器电路采用平衡对消技术，其电 路对称，混频失真小。由于本振电压是从环 形混频器构成的桥路的中线溃入，所以大大 的减小了本振电压经输入端或输出端产生的 辐射泄漏。
二极管混频器与其它混频器比较，二极 管混频器功率增益小于1，但具有动态范围大、 线性好、工作频率高、噪声系数小等优点。 因此二极管环形混频器应用十分广泛，特别 是微波频段普遍采用这种混频器。
混频633smcos由于非线性特性的4阶项产生的乘积项12a乘积中包含有中频信号其幅值等于3aim正比于干扰信号幅度um的平混频图624交叉调制干扰互调干扰定义互调干扰是有两个或多个干扰电台信号作用于混频器的输入端经混频器的非线性产生的假中频的组合频率分量这些分量只要落在中频通带内就会形成干扰
第6章
第6章
混频
式(6.2―17)和式(6.2―18)组成二
极管混频器电流方程式。式(6.2―17) 中第一项是本振电压与输入信号经
二极管混频产生的中频分量电流，
这一项是混频器正常输出，称为正
向混频；
第6章
混频第二项ຫໍສະໝຸດ 输出的中频电压作用于二极管形成的中频电流，所以与正
向混频电流极性相反。
第6章
混频
式(6.2―18)中第一项是由信号 电压形成的信号电流；第二项是 输出中频电压与本振电压经过二 极管混频而产生的信号电流，由 于这种混频是输出信号与本振相 混，和正向混频方向相反，所以 叫做反向混频。
称为混频比
第6章
混频
满足上式的p、q所形成的组合频率都 能通过混频器形成信号与本振的组合频 率干扰。组合频率的阶数n=p+q,阶数n越 高，组合频率分量的幅度越小，五阶以 上组合频率分量的幅度很小，可不计，
第7章 混频.
混频
图7.1.1 混频器输入、输出信号的波形和频谱
混频
接收机中使用混频器的原因： ① 若减小接收机的体积，降低电路设计制造和调整难度； ② 改善接收机灵敏度、选择性。
混频
采用混频器（变频器）接收机性能提高的原因：
增强； 3〉选中频时应考虑组合频率的影响，使其远离混频过程中可
能产生的组合频率。
混频
2. 一个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（副波道干扰 或称寄生通道干扰）
若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足:
|±pfL±rfn1|=fI , p、r=0, 1, 2, …
会产生干扰作用，常将这类组合频率干扰称为寄生通道干扰, 其中中频干扰和镜频干扰影响很大。 1) 中频干扰
混频
第七章 混频
§7.1 概述 §7.2 晶体三极管混频器 §7.3 场效应管混频器（了解） §7.4 晶体二极管混频器 §7.5 混频器的干扰
混频
§7.1 概述
一、混频 为使高频信号经频率变换后所携带的有用信息保持不变，
要求电路仅将高频信号的各个频率分量搬移至新的频域，而各 分量的频率间隔和相对幅度保持不变，这个过程称为混频。
2us 2RL RVD
[K1(Lt)
K1(Lt
)]
2us 2RL RVD
K2 (Lt)
2Usm 2RL
cosst
RVD
[4
cosLt
4
3
cos 3Lt
]
K1(Lt)
0
K2(Lt)
0
混频
(a)
Lt
Lt
(b)
混频器原理分析
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和优缺点。
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和组成框图---------5第三节三极管混频器的工作波形和变频前后频谱图------8第二章晶体管混频器的电路组态和优缺点------10第一节三极管混频器的电路组态和优缺点-------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。
晶体三极管混频器
通信电子线路课程设计说明书题目系、部：电气与信息工程系学生姓名：**指导教师：贾雅琼职称讲师专业：电子信息工程班级：电子0903班完成时间：2011-12-11摘要混频，又称变频，也是一种频谱的线性搬移过程，它是使信号自某一个频率变换成另一个频率。
完成这种功能的电路称为混频器。
混频技术的应用十分广泛。
混频器是超外差式收音机中的关键部件。
直放式接收机高频小信号检波，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，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。
因为放大功能主要在中放，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，且中频较高频信号的频率低，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的地位。
此外，混频器也是许多电子设备、测量仪器的重要组成部分。
因此，做有关混频电路的课题设计很能检验对高频电子线路的掌握程度；通过混频器设计，可以巩固已学的高频理论知识。
关键词：信号；频率；混频器ABSTRACTFrequency mixing, say again, is also a kind of variable frequency spectrum of linear moving process; it is to make the signal from a certain frequency conversion to another frequency. Complete the functions of the circuit are called the mixer. Mixing technique used widely. The mixer is the super heterodyne key component. Straight put type small signal detection, high-frequency receivers working frequency variation range, the working frequency of high-frequency channels of influence is bigger, a low sensitivity. Using specialized super heterodyne technology after receiving signal frequency mixing into a fixed frequency, put large basic from receive frequency influence, such, frequency signal within the amplification good consistency, sensitivity can do so tall that selective is better also. Because magnifier function mainly in putting can use good filter circuits. Using specialized super heterodyne after receipt and easy to adjust, put large, selectivity consists mainly of intermediate frequency part decision, and intermediate frequency is of high frequency signals low frequency, performance index easily be satisfied. The mixer in some launch equipment is also essential. In frequency division multiple accesses signal synthesis, microwave relay communications, satellite communications, etc system also has its important position. In addition, the mixer is also much electronic equipment, measurement instrument important component.Key words signal；frequency；mixer目录1.三极管混频器的设计内容及要求 (1)1.1设计内容 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计框图及原理说明 (1)1.3.1混频原理框图 (1)1.3.2混频原理说明 (1)2. 设计电路及原理与仿真 (3)2.1本地振荡电路 (3)2.1.1振荡起振条件 (3)2.1.2电路及电路参数选择 (3)2.1.3电路仿真 (5)2.2混频电路 (6)2.2.1混频原理电路 (6)2.2.2晶体管混频器电路类型 (7)2.2.3设计电路及电路参数选择 (8)2.2.4电路仿真及调试 (9)总结 (12)参考文献 (13)致谢 (14)附录I (15)附录II (18)1.三极管混频器的设计内容及要求1.1设计内容在本次通信电子线路课程设计中我采用了Multisim仿真软件对三极管混频器进行设计及绘制，并模拟仿真，在仿真的基础上再做了实物。
实验五 晶体三极管混频实验
实验五晶体三极管混频实验一、实验内容1、掌握了解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、混频器的工作原理混频器的功能是已调波信号（高频）不失真地变换为另一已调波信号，保持原调制规律不变。
为实现混频功能，混频器件必须工作在非线性状态，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。
本振用于产生一个等幅高频信号UL，与输入信号US经混频器后所产生的差频信号，经带通滤波器滤出。
除输入信号电压Us和本振电压UL外，还存在干扰和噪声。
它们之间任意两者都有可能产生组合频率，这些组合频率如果等于或接近中频，将与输入信号一起通过中频放大器、解调器，对输出级产生干扰，影响输入信号的接收。
干扰是由于混频不满足线性时变工作条件而形成的，不可避免，其中影响最大的是中频干扰和镜像干扰。
2、实验电路图中，本振电压为11.2MHZ从晶体管的发射极e输入，信号频率为8.2MHZ 从晶体三极管的基极B输入，混频后的中频信号由晶体三管的集电极C输出。
输出端的带通滤波器必须调谐在中频Fi上，本实验中频为3MHZ。
三、实验内容1、用频率计测量混频器的输入输出频率，观察输入输出信号的波形；2、用示波器观察输入波形为调幅波时的输出波形。
四、实验步骤（一）模块上电将LC振荡器模块③晶体三极管混频器模块④接通电源。
（二）中频频率的观测1、将LC振荡器调整到“串S”、1C09（150P）状态下，其产生的振荡频率为11.9MHZ信号作为本实验的本振信号，接晶体三极管混频器本振输入2P01，高频信号发生器输出8.9MHz，VP-P=0.5V信号接晶体三极管混频器本振输入2P02。
用示波器观测2TP03波形，测量其中频值。
顺时针调整2W01，输观察2TP03的波形变化。
2、混频的综合观测。
将调制信号为1KHZ载波频率为8.9MHZ的调幅波，作为本实验的晶体三极管混频器射频输入，用双踪示波器的观察2TP01、2TP02、2TP03各点波形，特别注意观察2TP02和2TP03两点波形的包络是否一致。
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-
e
+
知道了变频跨导gc，即知道了混 频器对输入信号vs的放大能力。这 时可以把电路看成只有vs输入，不 必理会本机振荡的信号v0 。
2、混频器的变频电压增益Avc
Vi= —goc—I+iG—L = —ggo—ccV+—Gs L—
晶体管混频器等效电路
gic—混频器的输入电导 goc—混频器的输出电导 gc—混频器的变频跨导 GL—负载电导
+ -
vs -+v0
(c)
(c)共基混频组态，信 vi 号电压和本振电压均
由射极注入。
+ -
vs
+ - v0
(d)
(d)共基混频组态，信 vi 号电压由射极注入，
本振电压由基极注入。
本继页续完
晶
体
管 混 二、晶体管混频器的工作原理
频
器
二、晶体管混频器的工作原理
iiBC
变频电路工作在晶体 管的非线性区，所以分 析混频器工作时只取这 一段曲线进行研究。
变频器工作时，送至晶体管的 输入电压为
vBE= VBB+v0+vS
iC
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
变频电路工作在晶体 管的非线性区，所以分 析混频器工作时只取这 一段曲线进行研究。
信号
输入
+ -
vs
+ -
v0
本机
振荡
中
vi
频 输
出
本继页续完
晶
体
管 混 晶体管混频器的变频原理
频
器
二、晶体管混频器的工作原理
组态，信号 电压和本振 电压均由基 极注入。
+ -
-+vv0s
(a)
(a)电路对振荡电压v0来说输 入阻抗较大，因此用作混频时， vi 本地振荡比较容易起振，需要 的本振注入功率也较小。但信 号输入电路与振荡电路相互影 响较大，产生牵引现象。
(b)共发混频 组态，信号
+ -
vs
电压由基极
+ -
v0
注入，本振 (b)
频
器
三、晶体管混频器的增益
混频器输出的差频电流ii的值为
iC
ii=Vsm —g21 cos(ω0-ωs)t
其中g1是晶体管在差频时的跨导 ii是混频器输出的中频电流 Vsm是混频器输入信号电压振幅
Q 频OI电i是流混的频幅器值输V，出BB与的差本vBE
ii的振幅为 Ii =Vsm —g21
振无晶关体。管转移特性曲线
1、混频器的变频跨导gc 2、混频器的变频电压增益Avc
频
器
的 的频特三率征、，频晶率ω体T。是管晶混体频管器本的身增益
1、混频器的变频跨导gc IE
gc (0.35 ~ 0.7)
26
2
b
+
V·s gic
I·i c
gcV·s goc
-
GL V·i
定义：gc=(Ii26
rbb'
返回
晶
体
管 混 一、四种晶体管混频器的电路组态 介绍共射混频组态电路优缺点
频
一、四种晶体管混频器的电路组态
LC回路谐
+ -
+vs
-v0
(a)
(振a)在共中发频混频 组态，信号 vi 电压和本振 电压均由基 极注入。
+ -
vs +
-v0
(c)
+ -
vs
+ -
v0
(b)
(b)共发混频
组态，信号
vi
电压由基极 注入，本振
iC
ii=Vsm —g21 cos(ω0-ωs)t
其中g1是晶体管在差频时的跨导
ii是混频器输出的中频电流
Vsm是混频器输入信号电压振幅 Vsm—g21是混频器输出电流的振幅
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
信号
输入
+ -
vs
+ -
v0
本机
振荡
中
vi
频 输
出
本继页续完
晶
体
管 混 三、晶体管混频器的增益
电压由射极
注入。
+ -
vs
+ - v0
(d)
器
(c)共基混频 组态，信号 vi 电压和本振 电压均由射 极注入。
(d)共基混频
组态，信号
vi
电压由射极 注入，本振
电压由基极
注入。
本继页续完
晶
体
管 混 一、四种晶体管混频器的电路组态 介绍共射混频组态电路优缺点
频
器
一、四种晶体管混频器的电路组态
(a)共发混频
信号 输入
+ -
vs
+ -
v0
LC谐振回路与其中的(ω0-ωs)电
本机
流分量ii产生谐振，输出差频电压
振荡
vi。
中
vi
频 输
出
本继页续完
晶
体
管 混 频 器 差频输出电流的式中没有 晶体管混频器的输出电流表达式
二、晶体管混频器的工作原理了v0成份，说明差频输出电
流已经与本振信号无关。
混频器输出的差频电流ii的值为
上式变形为
—Ii = Vsm
—g21
Ii/Vsm反映混频器的放大能力， 称为变频跨导gc，与本振无关。
实信 输Vg验号 入s是c的得混-+具出频v体本的s器机表经-接+达验收v式公0到是式的通。过vi
中 频 输 出
gc= Ii/Vsm = g1/2
输入信号的振幅荡值。
本继页续完
其中ω 是晶接收的外体来信号管 混 s
晶体管混频器在工作时，必须 保证本机振荡频率v0远大于外来
iC
信号频率vs 。
变频器工作时，送至晶体管的 输入电压为
vBE= VBB+v0+vS 在vBE处利用泰勒级数展开可得 这段转移特性曲线近似为抛物线
Q
O
VBB
vBE
晶体管转移特性曲线
ic=b0+b1vBE+b2v2BE
把 vs=Vsmcosωst 和 v0=Vomcosω0t 代入混频电路产生新频率的电流， 其中有(ω0-ωs)差频成份。
电压由射极
注入。
(b)信号输入电路和本振电路
vi
相互牵引干扰可能性小，对于 本振电路来说是共基电路，输
入阻抗小，不易过激励，振荡
波形较好。但需要较大的本振
注入功率。这种电路应用较多。
本继页续完
晶
体
管 混 介绍共基混频组态电路优缺点
频
器
一、四种晶体管混频器的电路组态
(c) 和(d)电路在较低频率工作时，变频增益低，输入阻抗也 较低，因此在频率较低时一般都不采用。但在较高的频率工 作时（几十MHz），因为共基电路的fα比共发电路的fβ要大很 多，所以变频增益较大。因此，在较高频率工作时也有采用 这种电路的。
封返面回
引言
晶体管混频器就是利用晶体管的非线性输 入特性来进行频率变换的变频电路。
晶体管混频器的变频增益较高，因而在中 短波接收机和测量仪器中广泛应用。
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晶 体 管 混 频 器 主 页 主页
本
1、四种晶体管混频器电路组态
节
学 习
2、晶体管混频原理
要
点
3、晶体管混频器的增益
和
要
求
4、实际电路分析举例
O
vBE
晶体管转输入移特性曲线
因为有iC=βiB`
所以iC随vBE变化的曲线 也与晶体管输入特性曲线 形态相近。
iC随vBE变化的曲线称为
转移特性曲线。
本继页续完
晶
体
管 混 频 把非线性段放大 晶体管混频器的输入电压
器
二、晶体管混频器的工作原理
静态工作点Q
晶体管混频器在工作时，必须 保证本机振荡频率v0远大于外来 信号频率vs 。