一．实验目的
1.熟悉三极管混频器的基本工作原理；
2.熟悉MC1496实现混频的方法；
3.掌握混频器输出信号的频率分布情况，尤其是非线性部分；
4.掌握频谱分析仪的使用方法。
二．实验内容
1.用示波器观察混频器输入输出波形；
2.用频率计测量混频器输出频率；
3.用频谱分析仪观察和分析混频器输出波形。
三．实验原理概述
在我们的课程中，混频器的功能定义为将不同的载波频率转换为固定的中频，实际上，它通过“差频”或“和频”实现信号在频率轴上的线性搬移。
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。
（1）晶体三极管混频器
三极管混频器是最简单的混频器之一，原理图如图1-1所示。
图1-1 三极管混频器原理图
从图可知，输入的高频信号us(fs)，通过C1加到三极管的b极，而本振信号uL(fL)经Cc耦合，加在三极管的e极，这样加在三极管输入端的交流信号为（总电压还有直流电压）。
即两信号在三极管输入端互相叠加。由于三极管的即转移特性存在非线性，使两信号相互作用，产生很多新的频率成分，其中就包括和频及差频，通过后端的带通滤波器将其选出，从而实现混频。
根据教材中的晶体管混频器一节，当us(fs)为小信号，uL(fL）为大信号时，利用幂级数分析法，集电极的电流表达式如下：
上式可以作为观察输出信号频率成分的参考。
图1-2是晶体三极管混频器实验电路。本振电压信号UL（频率为8.8MHZ）从2P8输入，经2R50、2C32送往晶体三极管的发射极。消息信号电压（频率为6.3MHZ）从2P6输入，经2R49、2C30送往晶体三极管的基极。混频后的中频信号由晶体三极管的集电极输出，集电极的负载由2L5、2C36和变容管2D8构成谐振回路，该谐振回路调谐在中频fi=fL-fS上。即测量输出信号的频率是2.5MHZ。图中电位器2W5用来调整晶体三极管2Q4静态工作点。2W6用来调整变容管2D8上的偏压，从而调整中频的谐振频率。
图1-2 实验所用的晶体三极管混频电路图
（2）用MC1496集成电路构成的混频器
MC1496是一种四象限模拟乘法器（内部是差分对晶体管电路），广泛地应用于调幅电路和检波电路设计。很明显，两个余弦波信号相乘，也可以实现混频。图1-3是用MC1496构成的混频器，
图中，6P4为本振信号UL输入口，本振信号经6C6从乘法器的一个输入端（10脚）输入。6P5为射频消息信号输入口，US从乘法器的另一个输入端（1脚）输入，混频后的中频（fi=fL-fS）信号由乘法器输出端（12脚）输出。输出端的带通滤波器由6L2、6C12 和6C13组成，带通滤波器必须调谐在中频频率fi上。本实验中，输入的射频信号频率为fs=6.3MHZ，则本振频率为fL=8.8MHZ，中频fi=fL-fS=2.5MHZ。图中三极管6Q2为射极跟随器，它的作用是提高本级带负载的能力。带通滤波器选出的中频，经射极跟随器后由6P7输出，6TP7为混频器输出测量点。
图1-3 集成乘法器混频电路图
四．实验步骤
1.实验准备
接通实验箱电源。点击显示屏，选择“实验系统”中的“高频原理实验”，然后再选择“混频器实验”中的“三极管混频实验”，显示屏会显示三极管混频器原理实验图。观察电路结构，确定输入端和输出端。
2.晶体三极管混频器
实验箱的高频信号源和电路的2P8相连，要求信号（此信号即本振信号）频率为8.8MHZ，Vpp为1.5V，此处可用示波器测量。
利用外部的信号发生器产生高频信号（此信号相当于高频消息信号）输入到2P6，要求信号频率为6.3MHZ，Vpp为500mV。
用示波器观测混频器输出2TP9，调整2W5和2W6使混频输出达到最大值（示波器观察）。用频率计测量2P9的频率（即混频输出频率），验证其是和频还是差频。
频率计显示混频输出频率为2.502MHZ，由fi=fL-fs可知是差频。
关掉示波器，拔掉示波器连接探头和频率计的连接导线，只使用频谱分析仪测量混频输出信号（2TP9）。要求选择扫频范围为2MHZ到20MHZ，分辨率带宽（BW）为100HZ。先观察频谱峰值（Peak），要求记录下峰值列表（Peak table）。
频谱分析仪显示的频谱峰值列表如图1-4所示。
图 1-4 频谱分析仪显示的峰值列表
对比公式1，验证公式1中的哪些频率被频谱分析仪测量到。
由公式一可知，输出信号的频率成分有nwL, ws,nwL±ws (n=1,2,3,…), 峰值列表中2.504MHZ≈fL-fs,
6.296MHZ≈fs,
8.792MHZ≈fL,
15.104MHZ≈fL+fs,
12.608MHZ≈2fL
有wL-ws, ws, wL, wL+ws, 2wL的频率被频谱分析仪测量到。
3.集成乘法器混频器
从显示屏的“混频器实验”进行选择，进入“集成混频与解调实验”，显示出电路图，观察电路结构，确定输入端和输出端。
（1）单频信号的混频
和上面的实验近似。
实验箱的高频信号源和电路的6P4相连，要求信号（此信号即本振信号）频率为8.8MHZ，Vpp为1.5V，可用示波器测量。
利用外部的信号发生器产生高频信号（此信号相当于高频消息信号）输入到6P5，要求信号频率为6.3MHZ，Vpp为1V。
用示波器观测混频器输出6TP7。用频率计测量6P7的频率（即混频输出频率），验证其是和频还是差频。
频率计显示混频输出频率为2.500MHZ，由fi=fL-fs可知是差频。
关掉示波器，拔掉示波器连接探头和频率计的连接导线，只使用频谱分析仪测量混频输出信号（6TP7）。要求选择扫频范围为2MHZ到20MHZ，分辨率带宽（BW）为100HZ。先观察频谱峰值（Peak），要求记录下峰值列表（Peak table）。
频谱分析仪显示的频谱峰值列表如图1-5所示。
图 1-5 频谱分析仪显示的峰值列表
分析集成乘法器混频器和晶体三极管混频器的性能优劣。
图1-4和图1-5对比可知，图1-5的频谱图中的杂散频率分量较多，意味着晶体三极管混频器在频率转换过程中引入了更多的不必要的噪声或干扰，所以乘法器混频器的性能优于晶体三极管混频器。
（2）普通调幅波信号的混频
输入端的连接方式不变，只是将外部的信号发生器的输出信号改为普通调幅波。其中载波频率为6.3MHZ，消息信号频率为10KHZ，调制系数（即仪器中的深度）ma为0.3。
使用频谱分析仪测量混频输出信号（6TP7）。要求选择扫频范围为2.45MHZ到2.55MHZ，分辨率带宽（BW）为100HZ（也可以更小）。
观混频后的调幅波的频谱图如图1-6所示。
图 1-6 混频后的调幅波的频谱图
载波功率：-1.85dBm
上下边频功率：-23.2dBm
