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us，另一个是由本地振荡器产生的等幅正弦波u1。us与u1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ui。

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：

1.1混频增益KPc

    所谓混频增益KPc是指混频器输出的中频信号功率Pi与输入信号功率Ps之比。

1.2 噪声系数NF

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

式中 为二极管跨导， 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

二极管环形混频器采用平衡对消技术，电路对称，混频失真小。由于本振电压从环形混频器的桥路中线馈入，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。与其他混频器比较，二极管混频器的功率增益小于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，因此应用十分广泛，特别是微波段普遍采用这种混频电路。

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：

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。

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，R_{41 、}R_{42 、}R_{43 、}R_{44 、}R_{45 、}R_{46 、}R_{47 、}R_48、 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）f₁+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。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

用示波器观察输出信号的频谱图为：

2、  绘制步骤5、6中分别TPO41、TPO42处用示波器测出的波形。

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：

 

第二篇：实验四 混频器

实验四  混频器

一、实验目的

1、掌握乘法器混频、三极管混频器的工作原理；

2、了解混频器组合频率的测试方法。

二、实验内容

1、观察中频信号；

2、观察乘法器混频、三极管混频器输出信号的频谱。

  

三、实验仪器

1、20MHz示波器                                                         一台

2、数字式万用表                                                          一块

3、调试工具                                                              一套

4、频谱分析仪                                                            一台

四、实验原理

（一）乘法器混频

乘法器混频实验的原理图如图4－1所示。

图4－1  乘法器混频实验原理图

本振信号和射频信号分别从TP5和TP6输入，混频器的输出经过455KHz的陶瓷滤波器FL1滤除其它组合频率，再经过中放（由Q1组成）放大后输出，可在TT1处观察输出信号。

混频器模块上共有4个混频电路，它们共用1个中频放大电路（由Q1等组成），通过改变开关K5、K6、K7的拨动方向，可选择由哪路混频电路的输出进入中放。开关K7向下拨、K5向右拨（K6向上向下拨均可）时，选择乘法器混频电路的输出进入中放。

（二）三极管混频器

三极管混频器实验原理图如图4－2所示。

图4－2  三极管混频实验原理图

本振信号和射频信号分别从TP8和TP7输入，混频器的输出经过455KHz的陶瓷滤波器FL1滤除其它组合频率，再经过中放（由Q1组成）放大后输出，可在TT1处观察输出信号。

混频器模块上共有4个混频电路，它们共用1个中频放大电路（由Q1组成），通过改变开关K5、K6、K7的拨动方向，可选择由哪路混频电路的输出进入中放。开关K7向下拨、K5向右拨（K6向上向下拨均可）时，选择三极管混频电路的输出进入中放。

三极管混频器的主要优点是增益较高，但是较之二极管环形混频器，三极管混频器的组合频率较多，干扰严重且噪声较大。所以TT1处信号的频谱没有二极管混频时纯净（反映为波形较粗）。

五、实验步骤

1、产生射频信号和本振信号

在主板上正确插好正弦波振荡器模块，主板GND接模块GND，主板＋12V接模块＋12V，主板＋5V接模块＋5V，主板－5V接模块－5V。操作步骤如下：

（1）产生本振信号

用石英晶体振荡器产生10.7MHz的本振信号，K1、K9、K10、K11、K12向左拨，K2、K3、K5、K7、K8向下拨，K4、K6向上拨。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K1向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。10.7MHz信号从TP5处输出，调节W2可改变信号的幅度。

（2）产生射频信号

用集成电路振荡器产生10.245MHz的射频信号，K1、K9、K10、K11、K12向左拨，检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K11、K12向右拨。若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4、LED5亮。

10.245MHz信号从TP7处输出，调节CC2使本振信号频率为10.245MHz，调节W4可改变信号的幅度。若TP7处无信号输出，则调节CC2使电路起振；若TP7处信号波形上下不对称，则调节T1来改善。

2、乘法器混频实验

（1）连接实验电路

在主板上正确插好混频器模块，该模块开关K1、K2、K3、K4向左拨，K7向下拨、K5向右拨（K6向上向下拨均可）。主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V，主板－12V接该模块－12V。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关。K2、K3向右拨。若正确连接，则该模块上的电源指示灯LED2、LED3亮。

（2）输入本振信号和射频信号

调节正弦波振荡器模块的W2改变10.7MHz本振信号的幅度，使TP5处10.7MHz信号的峰峰值为350mV左右，连接正弦波振荡器模块的TP5与混频器模块的TP6；

调节W4改变10.245MHz射频信号的幅度，使TP7处10.245MHz信号的峰峰值为500mV左右。连接正弦波振荡器模块的TP7与混频器模块的TP5。

（3）观察中频信号

用示波器在混频器模块的TT1处观察中频信号的频率是否为10.7MHz－10.245MHz＝455KHz。

（4）观察混频器输出信号的频谱

用频谱分析仪在混频器模块C12处的军品插座处测量输出信号的频谱。记录此频谱分布图。

3、三极管混频实验

（1）连接实验电路

在主板上正确插好混频器模块，该模块开关K1、K2、K3、K4向左拨，K7向下拨，K5向右拨（K6向上向下拨均可）。主板GND接该模块GND，主板＋12V接该模块＋12V，主板－12V接该模块－12V。检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关。K4向右拨，若正确连接，则模块上的电源指示灯LED4亮。

（2）输入本振信号和射频信号

调节正弦波振荡器模块的W2，使该模块TP5处10.7MHz信号的峰峰值为2V左右，连接正弦波振荡器模块的TP5与混频器模块的TP7；

调节正弦波振荡器模块的W4，使该模块TP7处10.245MHz信号的峰峰值为2V左右。连接正弦波振荡器模块的TP7与混频器模块的TP8。

（3）观察中频信号

用示波器在混频器模块的TT1处观察中频信号的频率是否为10.7MHz－10.245MHz＝455KHz。调节混频器模块的W1使TT1处波形最大不失真。

（4）观察混频器输出信号的频谱

用频谱分析仪在混频器模块Q3的集电极军品插座处测量混频器输出信号的频谱。记录此频谱分布图。

说明1：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，以便使观察到的波形更好。

说明2：由于三极管Q3极间PN结的存在，当三极管混频器的-12V电源不打开时，三极管混频器则成为二极管混频器。因此，即使－12V电源不打开，也能在TT1处观察到455KHz的中频信号，且此中频信号的频谱较之打开电源时纯净（在示波器上反映为此波形较细），这是因为三极管混频器较之二极管混频器组合频率较多，干扰严重且噪声较大。

说明3：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。

六、实验报告

按步实验并得出中频信号频率与本振信号频率、射频信号频率的关系。