实验三 集成混频器研究 通信电路与系统实验

信息工程（实验班）05911101 1120111480 郭尧

实验三 集成混频器的实验研究

一、实验目的

1．了解集成乘积混频器的工作原理及典型电路。

2．了解本振电压幅度和模拟乘法器的偏置电流对混频增益的影响。 3．学习利用直流负反馈改善集成混频器动态工作范围的方法。 4．观察混频器寄生通道干扰现象。

二、实验原理

当本振电压uL和信号电压us皆为小信号(ULm<<26mV，Usm<<26mV)时，模拟乘法器的输出电压可表示为[1][4]

IR?q?uo?0L??ULmUsm?cos(?L??s)t?cos(?L??s)t? (2-15)

4?kT?式中，RL为负载电阻，I0为恒流源电流。

当uL为大信号、us为小信号(ULm约为100～200mV，Usm<<26mV)时，模拟乘法器的输出电压是多谐波的，可表示为[1][4]

2n??sin?I0RL?q?2uo???ULmUsm??n?2?kT?n?1??22??????cos(?L??s)t?cos(?L??s)t? (2-16) ??其中最低的一组频率分量(n=1)为

IR?q?uo?0.6370L??ULmUsm?cos(?L??s)t?cos(?L??s)t? (2-17)

2?kT?式中，相乘因子较uLm为小信号时增大。

由上述讨论可知，若模拟乘法器输出端接有带通滤波器，也就是说接有中频为?I?(?L??S)的滤波网络作为负载，可取出所需的差频分量来实现混频。

2三、实验电路说明

集成混频器的实验电路如图2-7所示。图中，晶体管VT1与电容C1、C2、C3、C4及 L1构成改进型电容三点式振荡电路，作为本地振荡器。晶体管VT2和VT3分别构成两级射随器起缓冲隔离作用。本振电压uL从P1端口馈入，信号电压us从P2端口馈入。中频滤波网络为L2、C13、C14构成的并联回路。VT4为缓冲隔离级。

在图2-7所示实验电路中，中频回路调谐于2MHz，模拟乘法器及其外接元件的作用与前一个实验中的情况相似，只是Rw4代替了接在MC1496P引脚2和引脚3之间的固定反馈电阻RE。电位器Rw5用来调节乘法器的偏置电流I5。另外，图中的P4端口是由中频回路副方输出的中频电压uI。

四、实验仪器及设备

1．直流稳压电源 2．数字示波器 3．高频信号发生器 4．数字万用表 5．实验电路板

SS3323型

DSO-X2012A型 TFG6080型 DT9202型

1台 1台 1台 1块 1块

VT2

VT3

VT1

VT4

P3

I5

图2-7 集成混频器的实验电路

五、实验内容

1．测量UIm～ULm关系曲线

(1)接通实验板电源，用示波器测量P1点，调整W2使其输出一个不失真的、振荡频率为10MHz、幅度ULm＜1V的本振信号电压。

本振信号波形：

(2)高频信号源输出信号频率fs=8MHz、输出电压幅度Us≈15mV，将此信号作为混频器输入us；记录中频调谐输出电压UIm的频率、幅度及波形。

中频信号波形：

UIm频率2.016MHz、幅度3.425V

(3)令Rw4≈0，调节Rw5使I5=1mA(用万用表电压挡测量R6两端的电压，计算出I5电流)，然后调节Rw2改变ULm大小，测量UIm～ULm关系曲线。 ULm（mV） UIm（V） 1 340 3.235 2 530 3.345 3 750 3.540 4 930 3.740 5 1120 3.960 6 1380 3.860

UIm～ULm曲线：

结果分析：ULm和Uim基本成线性关系，正相关。由（2-17）可得：

I0RLuo?0.6372?q?m??ULUkT??2?sm?c?o?sL(t?s?)??ct?oLs(

s)当Uim随ULm随之线性增大。

2．测量UIm～I5关系曲线

保持上述信号源频率US不变。令本振信号幅度ULm=500mV，保持Rw4≈0，调节Rw5改变I5(用万用表电压挡测量R6=1KΩ两端的电压，计算出I5电流)，测量UIm～I5关系曲线。

UI～I5曲线： I5（mA） UIm（V） 1 0.6 2.17 2 0.7 2.42 3 0.8 2.76 4 0.9 3.04 5 1 3.28 6 1.1 3.58

结果分析： UIm和I5

成正比，随着

2I5的增大，Uim

随之线性增大。

IR?q?uo?0.6370L??ULmUsm?cos(?L??s)t?cos(?L??s)t?，其中I5≈I0

2?kT?3．观察串联电流负反馈电阻Rw4对输出中频信号幅度的影响。

保持本振幅度uL=500mV，Rw4≈0不变，输入一个调幅波，调幅波的载频为fS=8MHz，调制信号频率为F=1kHz，调制度为m=40%，乘法器偏置电流I5≈0.6mA。

(1)令Rw4≈0，调节高频信号源输出电压幅度Usm的大小，使之逐步加大到中频电压波形开始出现明显失真为止，记下此时的Usmo和UImo大小(Usmo值可直接从高频信号发生器读取，UImo值可利用示波器来测量)。

(2)令Rw4>0，重复上述步骤(1)，记下此时的Usmo和UImo大小，并与Rw4≈0时测量的结果进行比较。

Usmo（mV） UImo（V）

1 Rw4≈0 50 4.2

2 Rw4>0 60 2.45

中频电压失真波形：

结果分析：

当Rw4增大时，波形失真越不明显。当RW4>0时对回路起到了负反馈的作用，使得系统更加稳定，使乘法器的输出波形更加不失真。

4．观察混频器中干扰信号的分布情况

用高频信号源输入一个等幅波，且Us≈15mV，本振ULm=500mV，保持I5=1mA，在6.5MHz～30MHz范围内改变高频信号源的输出频率，观察并记录哪些频率点上有明显的中频信号出现，分析出有那些干扰信号。

干扰信号f（MHz） 2 中频干扰 12 镜频干扰 18 寄生通道干扰 22 寄生通道干扰 28 寄生通道干扰 哪类干扰 结果分析：

当干扰信号为2,12,18,22,28MHz时出现明显的干扰。当组合频率满足即就

会有中频干扰电压输出,产生寄生通道干扰。

P=0，q=1时ft=fI形成“中频干扰，即f=2MHz形成中频干扰。

P=-1，q=1时非线性转移特性中的平方项起作用，刚好满足：ft=fL+fi形成“镜频干扰”此时，f=12MHz。 P=2，q=-1， ft=18MHz。P=-2，q=1， ft=22MHz。P=3，q=-1， ft=28MHz。

六、实验报告要求

1．某种原因导致中频回路的谐振频率值fI与指导书给出的数值不一样，如果仍按书中给定的信号频率值fs加入高频信号，将会出现什么现象？怎样解决？

可能会造成寄生通道干扰，滤波时有可能会将部分有用信号滤掉，混入噪声。最后得出的中频信号不是高频调制后的载波信号。

改变本振信号的频率值，使的fI?fL?fS。这样就可以过滤出需要的调频信号，滤掉噪声。 2．实验中可以任意改动中频回路参数吗？为什么？

答：不可以。因为改变中频回路参数会导致谐振频率值fI等重要参数发生变化，造成（1）的结果导致信号失真或者是干扰。

3．有何心得体会及对实验的改进建议?

在这次实验中，通过对亲自动手实践，观察各种波形，加深了对于混频概念的理解，对于电路也有了熟悉。在写实验报告以及预习过程中，看书弄明白了很多之前不太清楚的内容。