混频器仿真实验

混频器的作用是在保持已调信号的调制规律不变的前提下，使信号的载波频率升高（上变频）或下降（下变频）到另一个频率。

一、晶体管混频器电路仿真

本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。

电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U_L周期变化的时变跨导g_m(t)。

工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。

在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U_L=50~200mV，I_EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。

1、直流工作点分析

使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。

注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。若在V1与Q1之间有隔直流电容，则仿真时可不考虑V1的存在。

2、混频器输出信号“傅里叶分析”

选取电路节点8作为输出端，对输出信号进行“傅里叶分析”，参数设置为：

基频5KHz，谐波数为120，采用终止时间为0.001S，线性纵坐标

请对测试结果进行分析。在图中指出465KHz中频信号频谱点及其它谐波成分。

注：傅里叶分析参数选取原则：频谱横坐标有效范围=基频×谐波数，所以这里须进行简单估算，确定各参数取值。

二、模拟乘法器混频电路

模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ω_L-ω_C），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。

与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。

1、混频输入输出波形测试

在仿真软件中构建如下模拟乘法器混频电路，启动仿真，观察示波器显示波形，分析实验结果。

2、混频器输出信号“傅里叶分析”

选取电路节点6作为输出端，“傅里叶分析”参数设置为：

基频10KHz，谐波数为60，采用终止时间为0.001S，线性纵坐标

从输出频谱中找出最高频谱点500KHz中频信号成分，同时观察电路中较弱的其它谐波成分。

 

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。