模拟乘法混频实验报告

模拟乘法混频实验 姓名: 学号: 班级: 日期: 23 模拟乘法混频 一、实验目的 1. 进一步了解集成混频器的工作原理 2. 了解混频器中的寄生干扰 二、实验原理及实验电路说明 混频器的功能是将载波为vs (高频)的已调波信号不失真地变换为另一载频(固定中频)的已调波信号,而保持原调制规律不变。例如在调幅广播接收机中,混频器将中心频率为535~1605KHz 的已调波信号变换为中心频率为465KHz 的中频已调波信号。此外,混频器还广泛用于需要进行频率变换的电子系统及仪器中,如频率合成器、外差频率计等。 混频器的电路模型如图1所示。 图1 混频器电路模型 混频器常用的非线性器件有二极管、三极管、场效应管和乘法器。本振用于产生一个等幅的高频信号VL ,并与输入信号 VS 经混频器后所产生的差频信号经带通滤波器滤出。目前,高质量的通信接收机广泛采用二极管环形混频器和由双差分对管平衡调制器构成的混频器,而在一般接收机(例如广播收音机)中,为了简化电路,还是采用简单的三极管混频器。本实验采用集成模拟相乘器作混频电路实验。 图2为模拟乘法器混频电路,该电路由集成模拟乘法器MC1496完成。 V s V +12 -12 J7J8 J9 C12104 C11104 C7104 C15104 C8104 R101K R11200 R12820 R13820 R71K R14100 R153.3K R163.3K R216.8K R20510 R171k F24.5M D28.2V C16104 TH6 TH7 TH8 TH9 TP5 SIG+ 1 G N A D J 2 G N A D J 3 SIG- 4 B I A S 5 OUT+6NC 7CAR+8 NC 9CAR- 10 NC 11OUT-12 NC 13V E E 14 U1 MC1496 图2 MC1496构成的混频电路 MC1496可以采用单电源供电,也可采用双电源供电。本实验电路中采用+12V ,-8V 供电。R12(820Ω)、R13(820Ω)组成平衡电路,F2为4.5MHz 选频回路。本实验中输入信号频率为 fs =4.2MHz ,本振频率fL =8.7MHz 。 为了实现混频功能,混频器件必须工作在非线性状态,而作用在混频器上的除了输入信号电压VS 和本振电压VL 外,不可避免地还存在干扰和噪声。它们之间任意两者都有可能产生组合频率,这些组合信号频率如果等于或接近中频,将与输入信号一起通过中频放大器、解调器,对输出级产生干涉,影响输入信号的接收。干扰是由于混频器不满足线性时变工作条件而形成的,因此干扰不可避免,其中影响最大的是中频干扰和镜象干扰。 三、 实验仪器与设备 高频电子线路综合实验箱; 高频信号发生器; 双踪示波器; 频率计。 四、实验步骤 1. 打开本实验单元的电源开关,观察对应的发光二极管是否点亮,熟悉电路各部分元件的作用。 2、用实验箱的信号源做本振信号,将频率 f=8.7MHz(幅度V LP-P= L 300mV左右)的本振信号从J8处输入(本振输入处),用示波器观察J9处中频信号波形。 3、将频率fs=4.19MHz(幅度Vsp-p=300mv左右)的高频信号(由3号板提供)从相乘混频器的输入端J7输入,用示波器观察J9处中频信号波形的变化。 4、用示波器观察TH8和TH9处波形。 5、改变高频信号电压幅度,用示波器观测,输出中频电压V i的幅值,并填入下表。 V SP-P(mV)50 80 100 V iP-P(mV)175 235 320 输出中频电压V i的幅值随着高频信号电压幅度的增大而增大。6、改变本振信号电压幅度,用示波器观测,记录输出中频电压V i的幅值,并填入下表。 V Lp-p(mV)200 300 400 500 V ip-p(mV)270 271 271 272 输出中频电压V i的幅值不随本振信号电压幅度的变化而变化。7、用频率计测量混频前后波形的频率。 混频前:4.19MHz,混频后:4.5059MHz。 8、混频的综合观测(需外接信号源) 令高频信号发生器输出一个由1K音频信号调制的载波频率为4.2MHz 的调幅波,作为本实验的载波输入,外接信号源输出8.7MHz的本振信号,用示波器对比观察J9处和调制信号的波形。 五、实验注意事项 1、测量时应用双踪同时观察本振-载波,载波-中频,以便比较。 2、本实验用到晶振输出信号。因此,在进行本实验前必须调整好晶振的输出,使之满足本实验的要求。 六、思考题 1、除乘法器外,还有哪些器件可组成混频器?试举例说明。 混频器常用的非线性器件还有二极管、三极管、场效应管等。 2、分析寄生干涉的原因,并讨论预防措施。 原因:干扰频率通过寄生通道形成。混频器件工作在非线性状态,不可避免地存在干扰和噪声作用在混频器上。它们和输入信号电压VS、本振电压VL之间任意两者都有可能产生组合频率,这些组合信号频率如果等于或接近中频,将与输入信号一起通过中频放大器、解调器,对输出级产生干涉,影响输入信号的接收。 预防措施:减少非线性失真的各种组合频率干扰,选择器件特性接近平方律或近似理想相乘器。 七、实验 1、本振频率与载波频率和镜象干扰频率之间的关系 f镜象—f载波=2 f中频 本实验中,f中频=f本振—f载波 则有2 f本振= f镜象+f载波 2、归纳信号混频的过程 所谓混频,就是利用非线性元件,把两个不同频率的电信号进行混合,通过选频回路得到第三个频率的信号的过程。