第9章_變頻電路_高頻電子線路_課件

1、華北科技學(xué)院華北科技學(xué)院 第九章 變頻電路 2 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 無線電發(fā)送與接收設(shè)備組成 音頻 放大器 調(diào)制器激勵放大 輸出功 率放大 載波 振蕩器 天線開關(guān) 高頻放大混頻器 中頻放大 與濾波 解調(diào)器 音頻 放大器 話 筒 本地 振蕩器 揚 聲 器 變頻器 無線通信系統(tǒng)的基本組成無線通信系統(tǒng)的基本組成 3 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 第九章 變頻電路 u主要內(nèi)容主要內(nèi)容 概述概述 晶體三極管混頻晶體三極管混頻 二極管混頻器二極管混頻器 模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器 混頻器的干擾與失真混頻器的干擾與失真

2、4 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 1、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻、變頻電路的功能是將已調(diào)波的載頻變換成固定的中頻 頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。頻率，而保持其調(diào)制規(guī)律不變。 時域表示法時域表示法 頻域表示法頻域表示法 一、變頻電路的功能一、變頻電路的功能 5 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 2、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。、混頻器是頻譜的線性搬移電路，是一個三端口（六端）網(wǎng)絡(luò)。 本地振蕩信號本地振蕩信號 )( LL fu 一個中頻輸出信號：一個中頻輸出信號：

3、)( II fu uc (fc) uL (fL) uI (fI) 混頻器混頻器 t uc (t) t uI (t) t uL (t) 有兩個輸入信號：有兩個輸入信號： 高頻調(diào)制波高頻調(diào)制波 )( cc fu fc fc+Ffc+Ff uc的頻譜的頻譜 fc fLf uL的頻譜的頻譜 fIfI+F fI+Ff uI的頻譜的頻譜 cLI fff u 輸入信號輸入信號uc與輸出信號與輸出信號ui的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同，的包絡(luò)形狀相同，頻譜結(jié)構(gòu)相同， 只是中心頻率不同：只是中心頻率不同： 6 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 非線性器件用于頻率變換非線性器件用于頻

4、率變換 混頻器混頻器 變頻器是由變頻器是由混頻器混頻器和和本機(jī)振蕩器本機(jī)振蕩器兩部分組成兩部分組成。 二、變頻器的組成二、變頻器的組成 混頻器是由混頻器是由輸入回路輸入回路、非線性器件非線性器件和和帶通濾波器帶通濾波器組成組成 常用的非線性器件常用的非線性器件 晶體三極管晶體三極管 二極管二極管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 差分對管差分對管 模擬乘法器模擬乘法器 7 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 輸入信號輸入信號us與本振信號與本振信號 uL通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新通過非線性器件后會產(chǎn)生很多新 的頻率分量。其通過帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中的頻率分量。其通過

5、帶通濾波器可選出其中之一，稱其為中 頻頻率。若帶通濾波器取頻頻率。若帶通濾波器取 fI=fL+fs稱稱高中頻高中頻。若帶通濾波器取。若帶通濾波器取 fI=fL-fs稱稱低中頻低中頻。 混頻器混頻器 輸出高中頻 輸出低中頻 cL cL I ff ff f 8 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 混頻器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能?；祛l器是頻譜的線性搬移電路，實現(xiàn)所需的頻譜線性搬移功能。 2max I I= = L L- - c c 乘法器乘法器 帶通濾帶通濾 波器波器 輸入已調(diào)波：輸入已調(diào)波： ttUu ccc coscos tUu LLL co

6、s 兩信號的乘積項：兩信號的乘積項： tttUU tttUUu cLcLLc LcLcI )cos()cos(cos 2 1 coscoscos 三、三、 混頻器的基本工作原理混頻器的基本工作原理 L uL L- cL+ c uI 本振信號本振信號: : uc c 如果帶通濾波器的中心頻率為如果帶通濾波器的中心頻率為 cLI ,帶寬帶寬 max 2 B 則經(jīng)帶通濾波器的輸出為：則經(jīng)帶通濾波器的輸出為： ttU ttUU ttUUu I ILc cLLcI coscos coscos 2 1 )cos(cos 2 1 I uI uc uL uL uc 非線性非線性 元件元件 帶通濾帶通濾 波器波

7、器 9 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP u 乘法器乘法器帶通濾波器帶通濾波器 uDSB uo 2ma x o uDSB 乘法器乘法器低通濾波器低通濾波器 uo u max 四、四、 振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系振幅調(diào)制、檢波與混頻器的相互關(guān)系 (DSB為例為例) uDSB= uc 乘法器乘法器 uL 帶通濾波器帶通濾波器 uI I=L-c L c I=L-C 2max 調(diào)幅調(diào)幅 檢波檢波 混頻混頻 10 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 因為混頻器常作為超外差接收系統(tǒng)的前級，對接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù)因為混頻器常作為超外差接收系

8、統(tǒng)的前級，對接收機(jī)整機(jī)的噪聲系數(shù) 影響大。影響大。 所以希望混頻級的所以希望混頻級的 Fn 越小越好。越小越好。 1、變頻增益：、變頻增益： 變頻電壓增益變頻電壓增益: s I u U U A 輸輸入入高高頻頻電電壓壓振振幅幅 輸輸出出中中頻頻電電壓壓振振幅幅 變頻功率增益變頻功率增益 : c I P P G P 2、噪聲系數(shù)、噪聲系數(shù): 噪噪聲聲功功率率比比輸輸出出端端中中頻頻信信號號 噪噪聲聲功功率率比比輸輸入入端端高高頻頻信信號號 / / 0 n I ni c n P P P P F 3、失真與干擾、失真與干擾變頻器的失真主要有變頻器的失真主要有 : 頻率失真頻率失真 非線性失真非線性失

9、真 4、選擇性、選擇性 在混頻器中，由于各種原因總會混入很多與中頻頻率接近的干擾信在混頻器中，由于各種原因總會混入很多與中頻頻率接近的干擾信 號，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩號，為了抑制不需要的干擾，要求中頻輸出回路具有良好的選擇性，矩 形系數(shù)趨近于形系數(shù)趨近于1。 五、變頻器的技術(shù)指標(biāo)五、變頻器的技術(shù)指標(biāo) 11 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 第二節(jié)第二節(jié) 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 一、晶體三極管混頻器的工作原理一、晶體三極管混頻器的工作原理 Vbb為直流偏置電壓，為直流偏置電壓，us為輸入信號，為輸入信號，uL為本振信

10、號。集電極回為本振信號。集電極回 路調(diào)諧于中頻路調(diào)諧于中頻I。 晶體三極管混頻器的原理電路晶體三極管混頻器的原理電路 12 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 一個大信號和一個小信號同時作用一個大信號和一個小信號同時作用 于非線性元件于非線性元件 u晶體三極管在晶體三極管在 Vbb， ，uL和 和us的作用的作用 下工作于非線性狀態(tài)。下工作于非線性狀態(tài)。 u由于由于 us很小，可以認(rèn)為晶體管的很小，可以認(rèn)為晶體管的 工作點工作點在在Vbb+uL的作用下發(fā)生變化的作用下發(fā)生變化 u在每一個工作點，對在每一個工作點，對us來說都是工來說都是工 作于線性狀態(tài)，只不過不同

11、的工作作于線性狀態(tài)，只不過不同的工作 點其線性參量不同。這種隨時間變點其線性參量不同。這種隨時間變 化的參量稱為化的參量稱為時變參量。時變參量。 電路的輸入條件是：電路的輸入條件是： us = Usm cosst 為為小小信號信號 uL = ULm cosLt 為為大大信號信號 ULm Usm u三級管的集電極電流三級管的集電極電流 ic 是在是在Vbb， uL和和us的共同作用下產(chǎn)生的。的共同作用下產(chǎn)生的。 13 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 二、二、 晶體三極管混頻器的時變參量分析晶體三極管混頻器的時變參量分析 因為：因為： coscos bebbLmL

12、sms uVUtUt () cbece if uu、 因為因為us的值很小，在的值很小，在us的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以，的變化范圍內(nèi)正向傳輸特性是線性的。所以， 可以將函數(shù)可以將函數(shù) ic=f (ube) 在時變偏壓在時變偏壓 Vbb + uL(t)上展開成泰勒級數(shù)，則上展開成泰勒級數(shù)，則 2 1 ( )( )( )( )( ) 2 cbbLbbLsbbLs if VutfVutu tfVutut () cbe if u因為因為uce對對ic的影響遠(yuǎn)小于的影響遠(yuǎn)小于 ube對對ic的影響，于是：的影響，于是： 正向傳輸特性正向傳輸特性 1、混頻器的時變參量表示式、混頻器的時變參量

13、表示式 14 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 對于小信號對于小信號us，其高階導(dǎo)數(shù)很小，可近似為：，其高階導(dǎo)數(shù)很小，可近似為： ( )( )( ) cbbLbbLs if VutfVutu t 式中：式中： f Vbb +uL(t)為為 ube = Vbb +uL(t)時集電極電流；時集電極電流； ( ) bebbL uVut ( ) c bbL be i f Vu tg u 為為 ube = Vbb +uL(t)時晶體三極管的跨導(dǎo)。時晶體三極管的跨導(dǎo)。 由于本振電壓為大信號，工作于非線性狀態(tài)，由于本振電壓為大信號，工作于非線性狀態(tài)， f Vbb +uL(t)

14、和和g均隨均隨 uL(t) 變化呈非線性，則：變化呈非線性，則： 012 ( )coscos2 bbLcc mLc mL f VutIItIt 012 ( )( )coscos2 bbLLL fVutg tggtgt 式中，式中，Ic0、Ic1m、Ic2m、g0、g1、g2分別為分別為ube =Vbb +uL(t)時集電極電流中的時集電極電流中的 直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧直流、基波、二次諧波分量的幅值及跨導(dǎo)的平均分量、基波和二次諧 波分量的幅值。波分量的幅值。 15 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 2、輸入、輸入us后產(chǎn)生的

15、混頻電流后產(chǎn)生的混頻電流 在輸入信號在輸入信號 us(t)=Usmcosst 作用下，集電極電流為：作用下，集電極電流為： 012012 1 0120 122 ( )( )( ) (coscos2) (coscos2)cos coscos2coscos() 2 cos()cos(2)cos(2 222 cbbLbbLs cc mLc mLLLsms cc mLc mLsmsLs LsLsLs if Vu tf Vu t u t IItItggtgtUt g IItItUgtt ggg tt )t 16 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 3、通過帶通濾波器取出中頻

16、、通過帶通濾波器取出中頻 若中頻頻率取差頻若中頻頻率取差頻I=L-S，則混頻后通過帶通濾波器輸出中頻電流為：，則混頻后通過帶通濾波器輸出中頻電流為： 1 cos() 2 IsmLs g iUt 其振幅為其振幅為I1m=g1Usm /2 。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號振幅。表明中頻電流振幅與高頻輸入信號振幅Usm成正比。成正比。 若輸入信號為調(diào)幅波，若輸入信號為調(diào)幅波，Usm(1+macost)cosst，則輸出中頻電流為：，則輸出中頻電流為： 1 1 (1cos)cos 2 IsmaI igUmtt 17 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 4、混頻器的變頻跨導(dǎo)

17、、混頻器的變頻跨導(dǎo)gc 變頻跨導(dǎo)是輸出中頻電流振幅變頻跨導(dǎo)是輸出中頻電流振幅IIm與輸入高頻信號振幅與輸入高頻信號振幅 Usm之比，即：之比，即： Im 1 1 2 sm I cU gg 在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時變跨導(dǎo)在數(shù)值上變頻跨導(dǎo)是時變跨導(dǎo)g(t)的基波分量的一半，可以通過的基波分量的一半，可以通過 g(t)的的 基波分量基波分量g1來求變頻跨導(dǎo)：來求變頻跨導(dǎo)： 1 1 ( )cosd LL gg ttt 1 11 ( )cosd 22 cLL ggg ttt 18 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 混頻器等效電路混頻器等效電路 三、三、 晶體三極管混頻器的等效

18、電路晶體三極管混頻器的等效電路 由于本振電壓為大信號，對于輸由于本振電壓為大信號，對于輸 入信號入信號us為小信號來說可以等效為時為小信號來說可以等效為時 變參量的線性電路。變參量的線性電路。 輸入回路調(diào)諧于輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧，輸出回路調(diào)諧 于于I，等效電路各參量可根據(jù)定義和等效電路各參量可根據(jù)定義和 混合混合等效電路求出。等效電路求出。 變頻電壓增益變頻電壓增益 Im 0 c uc smcL gU A Ugg 變頻功率增益變頻功率增益 2 0 cIL pc ScLic gPg A Pggg 當(dāng)當(dāng)gL=goc時，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。時，輸出回路匹配，變頻功率增益最大。

19、2 max 0 4 c pc icc g A g g 19 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇四、具體電路和工作狀態(tài)的選擇 根據(jù)輸入信號根據(jù)輸入信號us可構(gòu)成共可構(gòu)成共 射和共基兩組態(tài)。而對本射和共基兩組態(tài)。而對本 振電壓的注入可分從基極振電壓的注入可分從基極 注入和發(fā)射極注入兩種組注入和發(fā)射極注入兩種組 態(tài)，因此有四種組態(tài)。態(tài)，因此有四種組態(tài)。 混頻器的四種組態(tài)混頻器的四種組態(tài) 1、晶體三極管混頻器的四、晶體三極管混頻器的四 種組態(tài)種組態(tài) us為共射組態(tài)為共射組態(tài)(uL基極注入基極注入) u us s為共射組態(tài)為共射組態(tài)( (u u

20、L L射極注入射極注入) ) us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL射極注入射極注入)us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL基極注入基極注入) 20 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 混頻器的四種組態(tài)混頻器的四種組態(tài) (a) us為共射組態(tài)，輸入阻抗為共射組態(tài)，輸入阻抗 高，變頻增益大。高，變頻增益大。uL是基極注是基極注 入，輸入電抗大，易于起振。入，輸入電抗大，易于起振。 但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生但兩者相互影響大，可能產(chǎn)生 頻率牽引。頻率牽引。 （b）對）對uL相當(dāng)于共基，起振相當(dāng)于共基，起振 不易，但兩者相互影響小。不易，但兩者相互影響小。 （c）、（）、（d）us為共

21、基組態(tài)輸為共基組態(tài)輸 入阻抗小，變頻增益?。坏呷胱杩剐?，變頻增益??；但高 頻特性好，上限頻率高。頻特性好，上限頻率高。 us為共射組態(tài)為共射組態(tài)(uL基極注入基極注入) u us s為共射組態(tài)為共射組態(tài)( (u uL L射極注入射極注入) ) us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL射極注入射極注入)us為共基組態(tài)為共基組態(tài)(uL基極注入基極注入) 21 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 2、具體電路、具體電路 收音機(jī)變頻電路收音機(jī)變頻電路 晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機(jī)振蕩器的振蕩管，為互感耦晶體管除了完成混頻任務(wù)外，還兼作本機(jī)振蕩器的振蕩管，為互感耦 合的自激

22、振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。合的自激振蕩器。本振電壓由電容耦合到晶體管的發(fā)射極。 22 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP u晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀晶體三極管混頻器的參數(shù)隨著管子的工作狀態(tài)變化而變化。工作狀 態(tài)是由態(tài)是由直流偏壓和本振電壓的幅值直流偏壓和本振電壓的幅值來決定。來決定。 u選擇晶體三極管混頻器的選擇晶體三極管混頻器的原則原則：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。：變頻功率增益大和噪聲系數(shù)小。 變頻功率增益變頻功率增益 Apc和噪聲系數(shù)和噪聲系數(shù) NF與與ULm和和IEQ的關(guān)系的實驗結(jié)果如圖所示。的關(guān)系的實驗

23、結(jié)果如圖所示。 ULm在在100mV左右，左右，IEQ在在0.30.7mA為宜。為宜。 3、工作狀態(tài)的選擇、工作狀態(tài)的選擇 eQ I E Apc和和NF與與ULm、IEQ的關(guān)系的關(guān)系 23 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 第四節(jié)第四節(jié) 二極管混頻電路二極管混頻電路 一、概述一、概述 二極管混頻器的優(yōu)點二極管混頻器的優(yōu)點 l電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)簡單 l噪聲低噪聲低 l動態(tài)范圍大動態(tài)范圍大 l組合頻率分量少組合頻率分量少 如果采用肖特基表面勢壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波如果采用肖特基表面勢壘二極管，工作頻率可高達(dá)微波 頻段，因而應(yīng)用廣泛。頻段，因而應(yīng)用廣泛。 二極

24、管混頻器的分類二極管混頻器的分類 l平衡型混頻器平衡型混頻器 l環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器 24 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 二、二極管平衡混頻器二、二極管平衡混頻器 電路條件電路條件 (1) 本振電壓本振電壓uL足夠大，晶體二極管工作在受足夠大，晶體二極管工作在受uL控制的開關(guān)狀態(tài)?？刂频拈_關(guān)狀態(tài)。 (2) 輸入回路的次級調(diào)諧于輸入回路的次級調(diào)諧于s；輸出回路的初級調(diào)諧于；輸出回路的初級調(diào)諧于I。相當(dāng)于。相當(dāng)于 兩個帶通濾波器。兩個帶通濾波器。 平衡混頻器原理電路平衡混頻器原理電路 25 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 原理分

25、析原理分析1開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管開關(guān)工作狀態(tài)下，流過二極管D1、D2的電流的電流 12 ; 22 sIsI dLLdLL uuuu ig ktuig ktu 2在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為在無帶通濾波的條件下，流過輸出回路的電流為 12 ()() dLsI iiig ktuu 設(shè)設(shè) ，則，則 Im cos,cos ssmsII uUt uUt Im Im Im Im Im 122 coscos3coscos 23 1 cos 1 cos 1 cos 1 3 3 11 cos 3cos 3 33 1 co 2 1 s 2 1 cos cos dLLsmsI dsmLs dLI

26、 dsmLs dsmLsdL ddsmI dsmL s dI s L g igttUtUt g Ut g Ut g U g Ut g U Ut g Ut t g Utg U t Im 1 cos 3 3 I dLI t g Ut 26 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 3當(dāng)輸出回路調(diào)諧于當(dāng)輸出回路調(diào)諧于 I=L-s時，則輸出中頻電流為時，則輸出中頻電流為 Im 11 coscos 2 IdsmIdI ig Utg Ut 是是 us和和uL正向混頻產(chǎn)生的中頻電流正向混頻產(chǎn)生的中頻電流和和中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生中頻輸出電壓反作用產(chǎn)生 的中頻電流之差。的中頻電流之差。

27、 4當(dāng)輸入回路調(diào)諧于當(dāng)輸入回路調(diào)諧于s s時，流過輸入回路初級的電流是：時，流過輸入回路初級的電流是： Im 11 coscos 2 sdsmsds ig Utg Ut 是由是由 us在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流在輸入回路中產(chǎn)生輸入電流和和 us與與uL經(jīng)反向混頻產(chǎn)生經(jīng)反向混頻產(chǎn)生 輸入電流之差。輸入電流之差。 27 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 混頻器等效電路混頻器等效電路 二極管開關(guān)混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路 由由is和和iI的關(guān)系式得出，其中：的關(guān)系式得出，其中： 21 /,(1/2 1/) dd gggg isiI Im 11 coscos

28、2 IdsmIdI ig Utg Ut Im 11 coscos 2 sdsmsds ig Utg Ut 28 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 二極管開關(guān)混頻器等效電路二極管開關(guān)混頻器等效電路 由于混頻器等效電路是對稱的由于混頻器等效電路是對稱的型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導(dǎo)型雙口網(wǎng)絡(luò)，其特性電導(dǎo)g0的定義是的定義是 在輸出端接入在輸出端接入gL =g0時，從輸入端看輸入電導(dǎo)為時，從輸入端看輸入電導(dǎo)為g0 。同樣，當(dāng)在輸入端接。同樣，當(dāng)在輸入端接 入入 gs =g0時，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為時，從輸出端向里看的輸出電導(dǎo)為g0 。因而。因而 2 0112 2ggg

29、g 全匹配條件全匹配條件 gL =g0 且且 gs =g0， ，此時能獲得最大的功率傳輸。 此時能獲得最大的功率傳輸。 u全匹配條件全匹配條件F的變頻功率增益的變頻功率增益 2 2 2 2 120 IIL pcuc Sss uc PU g AA PU g g A ggg u混頻器工作于全匹配的條件混頻器工作于全匹配的條件 isiI 29 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 三、二極管環(huán)形混頻器三、二極管環(huán)形混頻器 本振電壓本振電壓uL足夠大，使足夠大，使 D1、D2、D3、D4處于開關(guān)工作狀態(tài)。處于開關(guān)工作狀態(tài)。 本振電壓本振電壓正半周正半周，D1、D2導(dǎo)通，導(dǎo)通

30、，D3、D4截止，開關(guān)函數(shù)為截止，開關(guān)函數(shù)為k(Lt) 。 本振電壓本振電壓負(fù)半周負(fù)半周，D1、D2截止，截止，D3、D4導(dǎo)通，開關(guān)函數(shù)為導(dǎo)通，開關(guān)函數(shù)為 k(Lt-) 。 輸入回路的次級調(diào)諧于輸入回路的次級調(diào)諧于 s 輸出回路的初級調(diào)諧于輸出回路的初級調(diào)諧于 I 相當(dāng)于兩個帶通濾波器相當(dāng)于兩個帶通濾波器 30 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 原理分析原理分析 (1) 在本振信號正半周，在本振信號正半周，D1和和D2組成平衡混頻器組成平衡混頻器 12 ()() dLsI iiig kt uu (2) 在本振信號負(fù)半周，在本振信號負(fù)半周，D3和和D4組成平衡混頻

31、器組成平衡混頻器 34 ()() dLsI iiig ktuu (3) 無帶通濾波條件下，輸出電流無帶通濾波條件下，輸出電流 0 Im ()() 44 co ()()()() coscos3 3 ()() scos dLsIdLsI dsdI ds LL L L msI L Ld iiig kt uug ktuu g ug u g Utg Ut ktkt t t t kkt (4) 有帶通濾波器時，選出中頻電流有帶通濾波器時，選出中頻電流 Im 2 coscos IdsmIdI ig Utg Ut 31 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP (5) 無帶通濾波條件下

32、，輸入電流無帶通濾波條件下，輸入電流 Im 44 coscoscoscos3 3 sdLsIdLsI dsmsdILL iiig ktuug ktuu g Utg Uttt (6) 有帶通濾波器時，選出輸入電流有帶通濾波器時，選出輸入電流 Im 2 coscos sdsmsds ig Utg Ut 結(jié)論：結(jié)論： 環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個二極管，其輸出中頻電環(huán)形混頻器與平衡混頻器相比，增加了兩個二極管，其輸出中頻電 流和輸入電流都增大二倍。同時在輸出電流中進(jìn)一步抵消了流和輸入電流都增大二倍。同時在輸出電流中進(jìn)一步抵消了s、 LI、3LI等分量。因而其應(yīng)用較為廣泛。等分量。因而其應(yīng)用

33、較為廣泛。 32 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 第五節(jié)第五節(jié) 模擬乘法器混頻器模擬乘法器混頻器 MC1596構(gòu)成混頻器構(gòu)成混頻器 cos LLmL uUt 外來輸入信號外來輸入信號(1cos)cos ssmas uUmtt 本振信號本振信號 33 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP MC1596構(gòu)成混頻器構(gòu)成混頻器 u 輸入信號輸入信號Usm約為約為1.5mV，本振電壓，本振電壓ULm 約為約為100mV。 u 6、9端分別接端分別接100uH 電感到電源，對于工作頻率電感到電源，對于工作頻率fI=9MHz 等效為等效為 5.6

34、K歐姆電阻。歐姆電阻。 u 混頻器的中頻濾波器的中心頻率為混頻器的中頻濾波器的中心頻率為9MHz。 34 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元件由于混頻器是依靠非線性元件來實現(xiàn)變頻，而通過非線性元件 的信號將含有許多頻率成份的信號將含有許多頻率成份 cL qfpf , (p , q=0,1, 2,3,.) uc(f c) uL(f L) uI(f I) un(f n) 非線形元件非線形元件中頻濾波器中頻濾波器 uo( ) cL qfpf 如果設(shè)輸入信號為如果設(shè)輸入信號為 )( cc fu,本振頻率信號為本振頻率信

35、號為 )( LL fu 則通過則通過 非線性元件的信號非線性元件的信號 cLo qfpfu ，其中，其中 2 , 1 , 0, qp 而這些組合頻率的信號中只要和中頻頻率而這些組合頻率的信號中只要和中頻頻率 fI=fL-fc相同或接近，都會和有相同或接近，都會和有 用信號一起被選出，并送到后級中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，用信號一起被選出，并送到后級中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音， 嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號的正常工作。 B fI 第六節(jié)第六節(jié) 混頻器的干擾與失真混頻器的干擾與失真 35 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電

36、路 FP FP 如果設(shè)輸入信號為如果設(shè)輸入信號為 )( cc fu,本振頻率信號為本振頻率信號為 )( LL fu 一般混頻器存在下列干擾：一般混頻器存在下列干擾： (1)干擾哨聲：干擾哨聲：接收的射頻信號接收的射頻信號 )( cc fu與本振信號與本振信號 )( LL fu 的自身組合干擾，即的自身組合干擾，即 Bfqfpf cL 2 1 I )( nn fu(2)副波道干擾：副波道干擾：外來干擾信號外來干擾信號 與本振信號與本振信號 )( LL fu 的組合頻率產(chǎn)生的干擾的組合頻率產(chǎn)生的干擾 Bfqfpf nL 2 1 I )( cc fu(3)交叉調(diào)制干擾：交叉調(diào)制干擾：有用信號有用信號

37、 與干擾信號與干擾信號 )( nn fu 混頻產(chǎn)生的干擾。混頻產(chǎn)生的干擾。 (4)互調(diào)干擾：互調(diào)干擾：指兩個或多個信號同時作用在混頻器指兩個或多個信號同時作用在混頻器 輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。 (5)阻塞干擾阻塞干擾 (6)倒易混頻倒易混頻 36 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 一、一、 信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲）信號與本振信號的自身組合干擾（干擾哨聲） 如果中頻如果中頻 cLI fff ，則除，則除 cL ff 的中頻被選出外，還的中頻被選出外，還 有可能選出其它的組合頻率：即有可能選

38、出其它的組合頻率：即 IcL ILc IcL fqfpf fpfqf fqfpf IcIcI ILc f q p f q p f q ff q p f q f q p f 11 )( 1 所以有所以有 Ic f pq p f 1 pq p f f I c 1 其中其中 I c f f 稱為稱為變頻比變頻比。 顯然當(dāng)變頻比一定時，并能找到對應(yīng)的整數(shù)顯然當(dāng)變頻比一定時，并能找到對應(yīng)的整數(shù)p, q時，就會形成自身組合干擾。時，就會形成自身組合干擾。 設(shè)輸入高頻信號的載頻為設(shè)輸入高頻信號的載頻為 )( cc fu，本振信號，本振信號 )( LL fu，則則 經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻率為經(jīng)過混頻器后產(chǎn)生的頻

39、率為 ，其中，其中 p,q=0,1,2, cL qfpf 37 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 例：調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻例：調(diào)幅廣播接收機(jī)的中頻 fI=465KHz，某電臺發(fā)射頻率，某電臺發(fā)射頻率 fc=931KHz，當(dāng)接收，當(dāng)接收 該電臺廣播時接收機(jī)的本振頻率該電臺廣播時接收機(jī)的本振頻率 ， 由于變頻比由于變頻比 fc/fI=931/4652，可推算出：可推算出： KHzff Lc 466139693122 由于組合頻率與中頻差由于組合頻率與中頻差 1KHz，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生，經(jīng)檢波后可產(chǎn)生1KHz的哨聲的哨聲. （三階干擾）（三階干擾）. 另外，當(dāng)另外，當(dāng)

40、p=3, q=5時，可得：時，可得： KHzff Lc 46735 ,也可以通過中頻也可以通過中頻 通道而形成干擾。（通道而形成干擾。（8階干擾）。階干擾）。 注意點注意點: (1)自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級電路的選擇性來抑制。自身組合干擾與外來干擾無關(guān)，不能靠提高前級電路的選擇性來抑制。 (2)減少這種干擾的方法：減少這種干擾的方法： 正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾正確選擇中頻，盡量減少階數(shù)較低的干擾 正確選擇混頻器的工作點，減少組合頻率分量正確選擇混頻器的工作點，減少組合頻率分量 采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻率，采用合理的電路形式，從電路上抵消一些組合頻

41、率，如平衡電路，如平衡電路， 環(huán)形電路，乘法器環(huán)形電路，乘法器 當(dāng)當(dāng)p=1，q=2, fL=fI+ fc=1396KHz。 38 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 設(shè)串臺干擾信號為設(shè)串臺干擾信號為 )( nn fu，它與本振信號的組合頻率為：，它與本振信號的組合頻率為： nL qfpf 其中其中 p, q=0,1,2,3. 。如果選頻器所選擇的正常中頻信號為如果選頻器所選擇的正常中頻信號為: 二、二、 外干擾信號與本振的組合頻率干擾（副波道干擾）外干擾信號與本振的組合頻率干擾（副波道干擾） cLI fff 則可能形成的副波道干擾為：則可能形成的副波道干擾為： I

42、Ln InL fpfqf fqfpf IcILn fppf q fpf q f)1( 11 凡是能滿足上式的串臺信號都可能形成干擾，在這類干擾中主要有：凡是能滿足上式的串臺信號都可能形成干擾，在這類干擾中主要有： 中頻干擾中頻干擾 鏡頻干擾鏡頻干擾 其它副波道干擾其它副波道干擾 39 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 1、中頻干擾、中頻干擾 當(dāng)當(dāng) p=0 , q=1時，時， In ff 即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通即表明當(dāng)一種接近中頻的干擾信號一旦進(jìn)入混頻器，可以直接通 過混頻器進(jìn)入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。過混頻器

43、進(jìn)入中放電路，并被放大、解調(diào)后在輸出端形成干擾。 抑制中頻干擾的方法：抑制中頻干擾的方法： 提高混頻器前級的選擇性提高混頻器前級的選擇性 在混頻器前級增加中頻吸收電路在混頻器前級增加中頻吸收電路 合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外合理選擇中頻數(shù)值，中頻選在工作波段之外 40 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 當(dāng)當(dāng) p=1 , q=1時，則有：時，則有： )( )( cLILn cLILn fffff fffff 或或 f c f L f n f I 雖然這種干擾信號頻率雖然這種干擾信號頻率 n f 與輸入信號頻率與輸入信號頻率 c f 以本振頻率以本振頻率

44、L f 為對稱軸形成鏡像對稱的關(guān)系。為對稱軸形成鏡像對稱的關(guān)系。 2、鏡像頻率干擾、鏡像頻率干擾 f I 抑制鏡像干擾的方法：抑制鏡像干擾的方法： 提高混頻前級的選擇性提高混頻前級的選擇性 提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率提高中頻頻率，使鏡像干擾頻率 n f 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離 c f 例：中央臺第一套節(jié)目的載波為例：中央臺第一套節(jié)目的載波為 KHzfc639, 那么收音機(jī)在接收此那么收音機(jī)在接收此 節(jié)目時的本振頻率節(jié)目時的本振頻率 KHzKHzfff cL 1104465639 I ,如果有一外來如果有一外來 電臺的頻率電臺的頻率 KHzKHzfff LnI ,在混頻級之前沒有被

45、在混頻級之前沒有被 抑制，則這個電臺進(jìn)入混頻器后，混頻可得抑制，則這個電臺進(jìn)入混頻器后，混頻可得 KHzff Ln 465 的中頻將被選出進(jìn)入后級輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺及嘯叫。的中頻將被選出進(jìn)入后級輸出而形成鏡像干擾，產(chǎn)生串臺及嘯叫。 41 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 當(dāng)當(dāng) 1 p , 1q 時形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為：時形，成組合頻率干擾，其中最主要的一類干擾為： f c f n1 f L f n2 2 1 2 3 2 1 2 2 1 )2( 2 1 nIc nIc IIcILn fff fff ffffff 可見可見 1n f與

46、與 2n f對稱分布在本振頻率對稱分布在本振頻率 L f的兩邊，其中的兩邊，其中 1n f離離 c f 最近最近,經(jīng)混頻器前的濾波后進(jìn)入混頻器的可能性最大。經(jīng)混頻器前的濾波后進(jìn)入混頻器的可能性最大。 3、組合頻率干擾、組合頻率干擾 2 qp的情況，則有：的情況，則有： 抑制這類干擾的方法：抑制這類干擾的方法： 提高混頻器前級的選擇性提高混頻器前級的選擇性 提高中頻提高中頻 選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點選擇合適的混頻電路，合理選擇混頻器的工作點 f I 42 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)交叉調(diào)制干擾的形成與本振無關(guān)。

47、它是有用信號與干擾信號一起作用于混頻器它是有用信號與干擾信號一起作用于混頻器 時，由于混頻器的非線性作用，將時，由于混頻器的非線性作用，將干擾的調(diào)制信號調(diào)制到了中頻載波上，干擾的調(diào)制信號調(diào)制到了中頻載波上，即將即將 干擾的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到有用信號的載波上而形成的一種干擾。干擾的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到有用信號的載波上而形成的一種干擾。 例：例：由非線性元件：由非線性元件： 2 210 )(uauaaufi 其中四階項為其中四階項為 4 4u a 若設(shè)若設(shè) Lnc uuuu 而而 tUu ttmUu ttUu LLL nnnnn ccc cos cos)cos1( cos)( 則則 4 4 4 4 )( L

48、nc uuuaua 展開后其中可分解出展開后其中可分解出 )(6 2 4Lcn uuua項項 三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾）三、交叉調(diào)制干擾（交調(diào)干擾） 將信號代入此項，并經(jīng)中頻濾波后可得：將信號代入此項，并經(jīng)中頻濾波后可得： ttmU tUUUtma In ILcnnn cos)cos1( cos)cos21( 2 3 2 4 其中其中 n Lcn mm UUUaU 2 2 3 2 4 可以看出可以看出干擾信號中的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號一同輸干擾信號中的調(diào)制信號轉(zhuǎn)移到中頻載波上，與有用信號一同輸 出而形成干擾。出而形成干擾。 43 高頻電子線路高頻電子線路第九章變頻電路第九章變頻電路 FP FP 交調(diào)干擾的特點：交調(diào)干擾的特點： (2) 干擾與載頻無關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以干擾與載頻無關(guān)，任何頻率的強(qiáng)干擾都可能形成交調(diào)干擾，所以 交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。交調(diào)干擾是危害較大的一種干擾。 只有當(dāng)只有當(dāng) fn 和和 fc 相差很大，受前級電路的抑制很徹底時，形成的干擾相差很大，受前級電路的抑制很徹底時，形成的