高频电子课程设计晶体管混频器

高频电子课程设计晶体管混频器

目录.....................................................................................................................1 第一章混频器的工作原理分析.................................................................2 第一节三极管混频器的工作原理及组成框图.....................................2 第二节三极管混频器的工作波形及变频前后频谱图.........................4 第二章晶体管混频器的电路组态及优缺点.................................................5
第一节三极管混频器的电路组态及其优缺点.....................................5 第二节三极管混频器的技术指标.........................................................6 第三章自激式变频器电路工作原理分析.....................................................9

第一节自激式变频器工作原理分析 ..................................................... 9 第二节自激式变频器与他激式变频器的比较 ................................... 10 第四章 心得体会 ......................................................................................... 11

常指将高频信号的载波频率从高频变为中频,同时必须保持其调制规律不变。具有这种功能的电路称为混频电路或变频电路，亦称为混频器或变频

器。

一般变频器应由四部分组成，即输入回路、非线性器件、带通滤波器
和本机振荡器组成，如图1-1所示，图中本机振荡器用来提供本振信号频率vv。输入高频调幅波，与本振等幅波，经过混频后输出中频调幅fsLL
波v。输出的中频调幅波与输入的高频调幅波的调制规律完全相同。亦即i变频前与变频后的频谱结构相同，只是中心频率由改变为，亦即产ffsi
生了频谱搬移。

图1-1晶体管混频器的组成框图
1.2混频器工作原理：
晶体三极管混频器的原理性电路如图1-
2所示，在发射结上作用有三uv信号电压和本振电压u。为了减小非线性sBBL个电压，即直流偏置电压

uL也就是本振电压为大信号，而输入信号电压为小信号。在一个大信号和一个 器件产生的不需要分量，一般情况下，选用本振电压振幅，，，UULMSM 5所示。t时刻，在偏压v和BB1本振电压uuu的共同作用下，它的工作点在A点，此时较

小。因此，对ssL
ut而言，晶体管可以被近似看成工作于线性状态。在另一时刻，对于而s2言，由于偏压和本振电压的作用，工作点移到B点，这时对u仍可看成工s作于线性状态。虽然两个时刻均工作于线性状态，但工作点不同，这两个
时刻的线性参数就不一样。因为uu的工作点随的变化而变化，所以线sL
性参量也就随着u变化而变化，可见线性参量是随时间变化的，这种随时L间变化的参量称为时变参量。这样的电路称为线性时变电路。应当注意，

虽然这种线性时变电路是由非线性器件组成。但对于小信号u来说，它工s作于线 性状态，因此，当有多个小信号同时作用于此种电路的输入端时，

可以应用叠加原理。

图1-1晶体管混频原理性电路

图1-3一个大信号和一个小信号同时作用于非线性元件

晶体三极管混频器工作原理以共发射极注入式为例，分析如下：

u,Vcoswtu,Vcoswt,本振电压,混频器伏安特性为ssslll设输入信号

2i,b，bv，bv012

而u,u，u,Vcoswt，Vcoswtbeslssll

则将u带入上式得 be i,b，bVcoswt，bVcoswt01sms1lml

11112222，bV，bVcos2wt，bV，bVcos2wt2sm2sms2lm2lml2222
，，，，，bVV,,cosw,wt，cosw，wt2smlmlsls
由上式可知，当两个不同频率的高频电压作用于非线性器件时，电流中不仅含有基波，，w,w成分，同时由于平方项的存在，还产生了许多新ls的频率成分（即直流分量，二次谐波，和频与差频）。其中差频分量w,wlswi为所需的中频成分,通过滤波网络，就能选出中频成分，即完成混频。

混频器将接收到的高频载波信号与本振产生的信号混频，接收到高频
fU(t)f，幅度位，本振电路产生的频率为，当经saml载波信号的频率为过混频后变成一固定中频f,f,f。通过示波器观察,可得出混频前后isl
的工作波形如下图所示：

示：

图1-5变频前后的频谱图

图2-1 晶体管混频器的四种电路组态

图2-1中电路（a）和（b）为共射混频电路，（c）和（d）为共基混频电路。

电路（a），信号电压由基极输入，本振电压由基极注入
优点：因为它的输入阻抗较大，因此用做混频时，本振电路容易起振，需要注入的本振功率也比较小。

缺点：因为信号输入电路与振荡电路相互影响比较大（直接耦合），可能产ww与的相对频差不大时，牵引现象比较严重，不sl
生牵引现象。特别当宜采用此种电路。

电路（b），信号电压由基极输入，本振电压由发射极注入
优点：它的输入信号与本振电压分别从基极输入和发射机注入。互相影响产生牵引现象的可能性小。同时，对于本振电压来说是共基电路，起输入

阻抗较小，不易过激励，因此振荡波形好，失真小。 缺点：需要较大的本振功率输入。

多，所以变频增益较大。因此在较高频率工作时也采用这种电

路。

缺点：在较低的频率工作时，变频增益低，输入阻抗也低，因此在频率较低时不宜采用此电路。

一混频跨导
混频跨导gc的定义变频跨导定义为输出中频电流振幅IIm与输入高频信号电压振幅Usm之比，可得
1/gIUg,,csmIm12

这说明混频器变频跨导gc等于时变跨导g(t)的傅里叶展开式中基波振幅g1的一半。

在数值上，变频跨导是时变跨导g(t)的基波分量的一半，可以通过求g(t)的基波分量g1来求得变频跨导。

,1()cos()ggttdt,,,1LL,,,,
,11gggttdt,,,,()cos()cLL1,,,,22而此时的混频增益为：
V1''ImA,,,gR,,gR 1vcmcLmLV2sm
由此可以看出在三极管工作在线性范围是混频增益与跨导成正比。

晶体管跨导与晶体管的静态工作点也存在一定的关系，下面为他们的关系曲线，其中

v,V(t),V，vBEBBQL ，,ic

图2.2 混频管跨导随本振电压vL的变化

二混频增益
从上面的介绍中我们已经知道了如何求混频跨导g，从而我们图2-2加电压后的晶体管转移特性曲线
也可以求出混频电压增益和混频功率增益。先画出混频电路的等效电路，

如图1-7所示。；

图2-3 晶体管混频器等效电路 图2-3中，gic为输入电跨导，goc为输出电导，gc为混频跨导；gL为负载电导。

2PVgg2IILL,,,AAPCVC2PgVg混频功率增益：SicSic
当g,g时，混频ocl
22ggcc则可得到最大混频功率增益,,AAmaxmaxpcpc4gg4ggicocicoc三选择性变频器的输出电流中包含很多频率分量，但其中只有中频分量是有用
的。为了抑制其他各种不需要的频率分量，要求输出端的带通滤波器有较好的选择性，即希望有较理想的幅频特性，它的矩形系数尽可能接近于1。

四噪声系数
因为变频器在接收机的最前端，主要是变频器的噪声决定接收机的噪
声系数。因此，为了提高接收机的灵敏度，必须降低变频器噪声，即噪声

系数应尽可能小。

五失真和干扰
混频器除了有频率失真和非线性失真外，还会产生各种非线性干扰，如组合频率、交叉调制和互相调制、阻塞等干扰。所以对混频器不仅要求频率特性好，而且还要求非线性器件尽可能少产生一些不需要的频率分量，以减小造成干扰的可能。

副波道干扰:由于接收机前端选择性不好,外界干扰信号窜入而引起的干扰(最强两个:中频干扰和镜像干扰)。

交叉调制干扰:在有用中频信号的包络上叠加了干扰信号的包络而引起互调干扰:干扰信号之间彼此混频而产生接近中频的信号而引起

组合频率的干扰： （一）干扰哨声：有用信号和本振产生的组合频率干扰

频同时经过中放加到检波器上。通过检波器的非线性特性，这些接近中频的组合频率与有用中频差拍检波，产生差拍信号（可听音频），形成干扰哨

声。

（二）寄生通道干扰：外来干扰与本振的组合频率干扰
f信号输入，与本振频率n产生的原因：混频器输入回路选择性差，使
f经变频后产生许多频谱率分量，且满足时，该干扰将,pf,qf,fLLnI通过混频后由f,f并经中放，在检波器中检波后在输出端听到干扰的nI

声音。

本节以收音机自激式变频器为例，来说明自激式变频器工作原理。

LCLCC、、、）和反馈线圈等构成的变压器耦合反馈f5c67图3-
1是收音机自激式变频器，用于中波段。本地振荡器由三极管、
振荡回路（振荡器。本振电压由L的抽头取出加到三极管发射极和加到基极的输入信c号混频。自激式变频电路本振和混频由一只三极管承担．可节省管子。但由于中频电流通过反馈线圈L会引起中频负反馈，如设计不当，就会使变f频增益降低。由于变频器只是将信号频谱自高频搬移到中频，而各频谱分
量的相对位置则保持不变，所以调频接收机与调幅接收机的变频器电路结

构是完全相同的。

图3-1自激式变频器
自激式变频器与他激式变频器有相同点也有不同点，通过查阅资料后，总结其异同点如下：
相同点：变频电路是将输入的已调信号变换为另一频率的已调（中频）信号实现信号频谱线性变换的一种电路，完成频谱在频率轴上的线性搬移。在频域上起着减（加）法器的作用。

不同点：变频器（自激式变频器）是电路中自身产生控制信号（由一
个非线性器件产生振荡和混频作用），即其中的晶体管除完成混频器外，本

身还构成一个自激振荡器。而混频器（他激式变频器）需由外部的振荡器提供输入控制信号，即本振信号需要由外部振荡器提供。

通过这次课程设计，加强了我们思考问题和解决问题的能力。我们的
课题是对混频器原理进行分析,在这一周中我们更进一步了解高频线路中各种分析方法，如非线性的分析方法，了解了混频器在实际电路中的应用,
以及在实际电路中的产生的干扰等等。混频又称变频，也是一种频率的搬移过程，它使信号从某一个频率变换到另一种频率上。混频技术在电子通信、电视、仪器仪表等各个技术领域都得到广泛的应用。在本次设计中，
主要是针对晶体三极管混频器工作原理进行讨论，通过这次课程设计，使我对三极管混频电路工作原理有了熟练的掌握，并熟悉了偏置电路、本振

电路和选频网络电路，并且掌握了混频电路的几种电路组态及它们的优缺 点。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的

设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。认识来源
于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之前的课程设计对我们的作用是非常大的。但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程学习的兴趣。

最后，我能顺利完成这次课程设计，不仅要感激老师平时的教导，尤要感谢指导老师的耐心指导，使他的指导才让我们的设计更加完善合理，并

让我们从中学到很多实践知识。主要参考文摘：

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
4、张义芳冯健华高频电子线路哈尔滨工业大学出版社2002.95、徐国华电子技能实训教程北京航天航空大学出版社2006.8
附录（一）：晶体管他激式混频电路