二極管開關混頻器實驗_圖文

1、高頻電子線路實驗二極管開關混頻器實驗專業(yè):電子科學與技術學生姓名:何文康學號:138063指導教師:龐晶完成時間:2016年1月4日一、實驗目的 . - 1 -二、實驗內容 . - 1 -三、實驗儀器 . - 1 -四、實驗原理 . - 1 -1、環(huán)形混頻器的工作原理. - 1 -2、實驗電路原理圖 . - 5 -五、實驗步驟 . - 6 -六、實驗記錄 . - 7 -1.測量混頻器輸出 . - 7 -2.測量混頻器鏡像干擾. - 9 -七、實驗報告內容 . - 11 -八、心得體會 . - 11 -一、實驗目的1、進一步掌握變頻原理及開關混頻原理。2、掌握環(huán)形開關混頻器組合頻率的測試方法。3

2、、了解環(huán)形開關混頻器的優(yōu)點。二、實驗內容1、 觀察環(huán)形混頻器輸出和陶瓷濾波器輸出各點的波形。2、 測量輸出回路。3、 觀察混頻器的鏡像干擾。三、實驗儀器1、頻譜分析儀(選項 一臺2、20MHz 雙蹤模擬示波器 一臺3、萬用表 一塊4、調試工具 一套四、實驗原理1、環(huán)形混頻器的工作原理變頻器的原理方框圖如圖2-1所示。 圖21 變頻原理方框圖圖中u i 為信號電壓,u L 為本地振蕩電壓。當這兩個不同頻率的正弦電壓,同時作用到一個非線性元件上時,就會在它的輸出電流中,產生許多組合頻率分量,選用適當?shù)臑V波器取出所需的頻率分量o ,此時就完成了頻率變換,這就是變頻原理。根據(jù)所選用的非線性器件不同,可

3、以組成不同的混頻器。如二極管混頻器、晶體管混頻器、場效應管混頻器和差分對管混頻器等。這些混頻器各有其優(yōu)缺點。隨著生產和科學技術的發(fā)展,人們逐漸認識到由二極管組成的平衡混頻器和環(huán)形混頻器較之晶體管混頻器具有:動態(tài)范圍大、噪聲小、本地振蕩無輻射、組合頻率少等優(yōu)點,因而目前被廣泛采用。如果把本振電壓取得較大(約0.61V ,使二極管工作在導通、截止的開關狀態(tài),則這種由二極管組成的混頻器性能會更好。二極管的開關作用可用以下單位開關函數(shù)式來描述:<>=V V V V t S L L 6.006.01(則二極管的電流可表示成: (D D u t s g i =g D 為二極管的導通電導,u D

4、 為加在二極管上的電壓。下面就以圖2-2所示的環(huán)形混頻器為例,分析它工作在開關狀態(tài)的原理。 把本圖與典型的環(huán)形混頻器電路相比,本振輸出與中頻輸出的位置互換了;D 1 D 4 是經挑選具有相同參數(shù)的二極管,則認為它們都有相同跨導g D ;兩個高頻變壓器線圈匝數(shù)均為12,所以次級電壓為初級電壓的兩倍。由于本振電壓起著開關作用,在本振電壓的正半周,D 2、D 3導通;負半周,D 1、D 4 導通,其等效電路如圖2-3所示。 在本振電壓正半周的輸出電流為:(D s g t s u u i i i 0322-=-='負半周的輸出電流為:(D S g t s u u i i i *0142+-=-

5、=''所以,總的輸出電流為:(t s t s g u t s t s g u i i i D D s *0*22+-=''+'= (2-1式中的S *(t 也是受本振電壓控制的單位開關函數(shù),只是S *(t 的時間比S (t 落后T 0/2(相位落后。它們的變化周期就是本振電壓u L 的周期,如圖2-4所示。 圖2-4 S (t 與S *(t 的關系設u s = V sm sins t u L = V Lm sinL t (2-2則S (t 和 S *(t 可用付里葉級數(shù)展開為:( +=t t t t s L L L 5sin 523sin 32sin 2

6、21 (2-3 ( +-=+=t t t t t t t s L L L L L L 5sin 523sin 32sin 22155sin(5233sin(32sin(221* (2-4 由(2-3、(2-4式可得:(1*=+t s t s (2-5(sin 45sin 543sin 34sin 41*為奇整數(shù)n t n n t t t t s t s n L L L L =+=- (2-6將(2-5、(2-6式代入(2-1式得:t V g t t V g t t V g t t V g n t V g t n t V g i m D s L s L sm D s L s L sm D s L

7、 s L sm D cm D L n s sm D 0001sin 25cos(5cos(543cos(3cos(34cos(cos(4(sin 2sin 4sin 2-+-+-+-=-= 為奇整數(shù) (2-7從(2-7式可以看出:環(huán)形開關混頻器工作在開關狀態(tài)時,輸出電流中的組合頻率只有本振電壓的奇次諧波與信號電壓頻率的基波的組合,用一通式表示組合頻率為(S L P ±+12其中p=0、1、2、即使環(huán)形混頻器不工作在開關狀態(tài),它的輸出電流也只含有本振電壓的奇次諧波與信號電壓的奇次諧波的組合,也可用通式(s L q P 1212+±+來表示,其中p 、q=0、1、2、3、。較之

8、其它的混頻器,組合頻率干擾少是其突出的優(yōu)點之一。從(2-7式,我們還可以找出中頻電流分量為:(t g V t V g i D m s L sm D 000sin 2cos 4-=(2-8式中第二項是負載電壓反作用所引起的中頻電流。同理,可以從圖23中分析得到,總的輸入信號電流為:(t s t s g u g u i i i D D s r rr *022-=''+'=從而可以得出信號電流成分為:(t V g t g V i o L im D s D sm S -=cos 4sin 2 (2-9把(2-8、(2-9兩式中的電流電壓寫成復數(shù)形式,得:-=-=0002442v

9、 g v g i v g v g i D s D D s D s ,與它對應的等效電路如圖25所示: 圖2-5 等效電路圖圖中:D g g -=421D g g 42= 網絡特性阻抗2212104122-=+=D g g g g g根據(jù)等效電路,不難求得此混頻器的增益:Lsm om V g g g g V V K +=2120 當環(huán)形混頻器的負載開路時,即R L ,g L 0這時64.0212+=g g g K VC由此可見,環(huán)形混頻器沒有變頻增益,只有衰減,最大的VC K 0.64,這也是它的缺點。 在全匹配條件下,即0g g L =,0g g s =,功率增益最大為:1.032.0(220

10、2122= +=g g g g K K VCPC dB dB K PC 10(-2、實驗電路原理圖,如附圖G4圖中MIX41為集成環(huán)形開關混頻器,型號為HSPL 1。其內部電原理如圖2-6。 圖26 集成環(huán)形開關混頻器內部電路原理圖封裝外引腳功能如下: 其中,1腳為射頻信號輸入端,8腳為本振信號輸入端,3腳、4腳為中頻信號輸出端,2、5、6、7接地。 圖4.3 二極管開關混頻器模塊電原理圖本混頻器的本振輸入信號在+3dBm +13 dBm 之間,用高頻信號源輸入本振信號,頻率選為10.7MHz ,而射頻信號是由正弦振蕩部分產生的10.245 MHz 的信號。輸出取差頻10.7-10.245=4

11、55KHz 信號,經過455KHz 的陶瓷濾波器FL1進行濾波,選取中頻信號,因信號較弱,經Q3進行放大。此放大電路的靜態(tài)工作電流為CQ I =7mA(V E =3.36V。 選R 21=R E =470,取R C =R 19=560。R 18=3.6K 。R 17=5.1K 。W 3=5.1K 。其中R 8,R 9,R 10;R 11,R 12,R 13;R 14,R 15,R 16組成三組隔離電路。因為頻率較高,信號較強,且信號引入較長,存在一定感應,在輸出可能存在一定強度的本振信號和射頻信號。五、實驗步驟混頻器是非線性器件,輸出的組合頻率較多,為了能更好地觀察輸出信號,建議使用頻譜分析儀

12、對混頻器輸出端的信號進行測試。1、 熟悉頻譜分析儀的使用。2、 調整靜態(tài)工作點:按下開關K41,則LED41亮。調節(jié)電位器W41使三極管Q41發(fā)射極對地的電壓U EQ =3.36V (即測P1與G 兩焊點之間的電壓。3、 接通射頻信號:從IN42輸入10.245MHz 的正弦波信號,此信號由正弦波振蕩部分產生(產生方法:按下開關K51,連接跳線J54、J53,此時J52、J55、J56斷開,調節(jié)CC52使TT51處輸出信號的頻率為10.245MHz ,調節(jié)W51使TT51輸出信號峰峰值約400mV 左右。4、 輸入本振信號:從IN41輸入10.7MHz 的本振信號, 本振信號由高頻信號源提供,

13、產生方法參考高頻信號源的使用,本振信號的峰峰值Vp-p 不小于300mV 。5、 驗證環(huán)形混頻器輸出組合頻率的一般通式(選做用頻譜儀在TT41處觀察混頻器的輸出信號,驗證環(huán)形開關混頻器輸出組合頻率的一般通式為(s f f P ±+112(p=0、1、2同時用示波器在TT41處觀察波形。6、測量輸出回路(選做用頻譜儀在TT43處觀察各頻率分量,計算選頻回路對除中頻455KHz之外的信號的抑制度,同時用示波器在TT42處觀察輸出波形,比較TT41與TT42處波形形狀。7、觀察混頻器鏡像干擾IN41處信號頻率不變,由正弦振蕩單元的LC振蕩部分產生11.155MHz的信號作為IN42處的輸入

14、信號。11.155MHz信號的產生方法是:按下開關K51,連接跳線J52、J55,此時J53、J54、J56斷開,調節(jié)CC51使TT51處輸出信號的頻率為11.155MHz,調節(jié)W51使TT51輸出信號峰峰值約300mV左右。觀察TT42處的信號是否也為455KHz。此即為鏡像干擾現(xiàn)象。六、實驗記錄1.測量混頻器輸出 F=102.5MHz振蕩正弦部分 F=10.7MHz 本振信號 f=455KHZ TT42 處頻率分量 2.測量混頻器鏡像干擾 f=11.155MHzLC 振蕩信號 -9- F=10.7MHz 本振信號 - 10 - f=455KHZ TT42 處頻率分量 七、實驗報告內容 1、整理本實驗步驟 5、6 中所測得的各頻率分量的大小，并計算選頻回路對中頻以外分 量的抑制度。 2、繪制步驟 5、6 中分別從 TT41、TT42 處用示波器測出的波形。 3、說明鏡像干擾引