第七章 倍頻器

1、 本章內(nèi)容本章內(nèi)容7.1 7.1 概述概述7.27.2 變頻器的基本原理變頻器的基本原理7.3 7.3 變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)7.4 7.4 晶體三極管混頻電路晶體三極管混頻電路7.5 7.5 超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤7.6 7.6 用模擬乘法用模擬乘法器器構(gòu)成的混頻電路構(gòu)成的混頻電路7.7 7.7 變頻干擾變頻干擾返回總目錄返回總目錄本章重點和難點本章重點和難點(一一) 本章重點本章重點1. 為什么要進(jìn)行變頻；為什么要進(jìn)行變頻；2. 變頻器的基本原理及數(shù)學(xué)分析；變頻器的基本原理及數(shù)學(xué)分析；3. 晶體三極管混頻電路基本原理、工作狀晶體三極管混頻電路基本

2、原理、工作狀態(tài)選擇及應(yīng)用舉例；態(tài)選擇及應(yīng)用舉例；4. 變頻干擾。變頻干擾。(二二) 本章難點本章難點1. 三點統(tǒng)調(diào)；三點統(tǒng)調(diào)；2. 變頻干擾。變頻干擾。 一、什么是變頻器一、什么是變頻器頻率變換電路頻率變換電路 把一個已調(diào)的高頻信號變成另一個較把一個已調(diào)的高頻信號變成另一個較低頻率的同類已調(diào)信號低頻率的同類已調(diào)信號。完成這種頻率變完成這種頻率變換的電路稱變頻器。換的電路稱變頻器。 由于設(shè)計和制作工作頻率較原載頻低由于設(shè)計和制作工作頻率較原載頻低的固定中頻放大器比較容易，增益高，選的固定中頻放大器比較容易，增益高，選擇性好，所以擇性好，所以采用變頻器后，接收機的性采用變頻器后，接收機的性能將得到

3、提高。能將得到提高。lAM制制：將載頻位于將載頻位于535 kHz1605kHz中波波段中波波段各電臺的普通調(diào)幅信號各電臺的普通調(diào)幅信號lFM制制：把載頻位于把載頻位于88 MHz108MHz的各調(diào)的各調(diào)頻臺信號頻臺信號465kHz的中頻信號的中頻信號； 又如又如: :超外差電視接收機超外差電視接收機l把載頻位于把載頻位于四十幾兆赫至近千兆赫頻段四十幾兆赫至近千兆赫頻段內(nèi)各電內(nèi)各電視臺信號視臺信號中頻為中頻為10.7MHz的調(diào)頻信號的調(diào)頻信號; ;中頻為中頻為38MHz的視頻信號。的視頻信號。 例如例如: :超外差廣播接收機超外差廣播接收機超外差收音機接收系統(tǒng)及各點波形超外差收音機接收系統(tǒng)及各

4、點波形二、為什么要進(jìn)行變頻二、為什么要進(jìn)行變頻1. 變頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻變頻器將信號頻率變換成中頻，在中頻上放大信號，上放大信號，放大器的增益可做得很高而放大器的增益可做得很高而不自激，電路工作穩(wěn)定不自激，電路工作穩(wěn)定（有利于放大）；（有利于放大）；2. 接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有接收機在頻率很寬的范圍內(nèi)選擇性好有困難，困難，而對于某一固定頻率選擇性可以做而對于某一固定頻率選擇性可以做得很好得很好（有利于選頻）（有利于選頻）；3. 由于變頻后所得的由于變頻后所得的中頻頻率是固定的，中頻頻率是固定的，這樣可以這樣可以使電路結(jié)構(gòu)簡化使電路結(jié)構(gòu)簡化。三、信號載波頻率變換成中頻頻

5、率波形圖三、信號載波頻率變換成中頻頻率波形圖 與與 載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同，惟一的差別是惟一的差別是 信號載波頻率信號載波頻率 變換成中變換成中頻頻率頻頻率 , ,混頻器輸入輸出波形圖如圖示。混頻器輸入輸出波形圖如圖示。IuSuSfIfl 與與 載波振幅的包絡(luò)形狀完全相載波振幅的包絡(luò)形狀完全相同同，惟一的差別是惟一的差別是信號載波頻率信號載波頻率 變換成中頻頻率變換成中頻頻率 。l本地振蕩器本地振蕩器本振信號本振信號- 下標(biāo)為下標(biāo)為L Ll輸入調(diào)幅信號輸入調(diào)幅信號-下標(biāo)為下標(biāo)為S Sl中頻調(diào)幅信號中頻調(diào)幅信號-下標(biāo)為下標(biāo)為I IIuSuSfIf四、變頻器的組成四

6、、變頻器的組成 1. 1. 變頻電路框圖變頻電路框圖 它是將輸入調(diào)幅信號與本振信號（高頻等幅信它是將輸入調(diào)幅信號與本振信號（高頻等幅信號），同時加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過濾波器，號），同時加到混頻器，經(jīng)頻率變換后通過濾波器，輸出中頻調(diào)幅信號輸出中頻調(diào)幅信號。2.2.變頻電路的組成變頻電路的組成 1) 1) 非線性元件，非線性元件，如二極管、三極管和場效應(yīng)管和如二極管、三極管和場效應(yīng)管和 模擬乘法器等；模擬乘法器等； 2 2）中頻濾波器；中頻濾波器； 3 3）產(chǎn)生產(chǎn)生uL的振蕩器的振蕩器。通常稱為。通常稱為本地振蕩器本地振蕩器，振蕩，振蕩 角頻率為角頻率為 。 本機振蕩器本機振蕩器可以可以由變

7、頻晶體管兼（叫自激式變激由變頻晶體管兼（叫自激式變激器）。器）。也可以由也可以由另一晶體管組成（稱為他激式變另一晶體管組成（稱為他激式變頻器，也叫混頻頻器，也叫混頻器器）。）。兩種電路中，前一種簡單，兩種電路中，前一種簡單，但統(tǒng)調(diào)困難。因此一般但統(tǒng)調(diào)困難。因此一般工作頻率較高的接收機采工作頻率較高的接收機采用混頻器。用混頻器。L 一、一、 變頻前后的頻譜圖變頻前后的頻譜圖If分析：分析：高頻調(diào)幅信號的高頻調(diào)幅信號的上邊頻上邊頻 中頻調(diào)幅信號的中頻調(diào)幅信號的下邊頻，下邊頻，高頻調(diào)幅信號的高頻調(diào)幅信號的下邊頻下邊頻 中頻調(diào)幅信號的中頻調(diào)幅信號的上邊頻上邊頻 LSLSI()ffFffFfFILSff

8、fLSLSI()ffFffFfF二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析：冪級數(shù)二、變頻原理的數(shù)學(xué)分析：冪級數(shù)l如果在非線性元件上同時加上輸入信號電壓如果在非線性元件上同時加上輸入信號電壓和等幅的高頻信號電壓，則就會產(chǎn)生具有新和等幅的高頻信號電壓，則就會產(chǎn)生具有新頻率的電流成分。頻率的電流成分。由于變頻管工作于輸入特由于變頻管工作于輸入特性曲線的彎曲段，其電流可采用冪級數(shù)來表性曲線的彎曲段，其電流可采用冪級數(shù)來表示，示，即即201SL2SL()()iaa uua uusSmScosuUtLLmLcosuUt對上式近似取前三項，對上式近似取前三項，)()(LS10tutuaa .)(2110 uauaaitUtU

9、tutuuLLmSSmLScoscos)()( 其中其中2LS2LS10)()()()(tutuatutuaai 則則2LLSS2coscostUtUamm 對對(7-1)(7-1)式近似取前三項式近似取前三項(7-1)LS LS 差頻分量差頻分量中頻成分中頻成分 和頻分量和頻分量2220SmLm1SmSLmL222SmSLmL2SmLmSLSL ()2(coscos)(cos2cos2)2cos()cos()aiaUUa UtUtaUtUta U Utt直流S2L2諧波分量諧波分量總結(jié)：總結(jié)：由于電路元件的伏安特性包含有平方項由于電路元件的伏安特性包含有平方項1.1.在在 uS ，uL 同時

10、作用下，電流便產(chǎn)生同時作用下，電流便產(chǎn)生了新的頻率成分，了新的頻率成分，它包含：它包含：差頻分量：差頻分量： 和頻分量：和頻分量： 諧波分量：諧波分量： 其中其中差頻分量差頻分量 就是我們所要求的就是我們所要求的中頻成分中頻成分 。SLSLS2L2SLI2.2.通過中頻濾波器就可將差頻分量取出。通過中頻濾波器就可將差頻分量取出。 而將其他頻率成分濾除。這種變頻器而將其他頻率成分濾除。這種變頻器稱稱為下變頻器為下變頻器。 若用選擇性電路將若用選擇性電路將和頻分量和頻分量選擇出來，選擇出來，則這種變頻器稱為則這種變頻器稱為上變頻器上變頻器。7.3 7.3 變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)變頻器的主要技術(shù)指標(biāo)1

11、 1變頻器增益要大變頻器增益要大2 2選擇性選擇性 要求輸出回路具有良好的選擇性?？刹捎靡筝敵龌芈肪哂辛己玫倪x擇性?？刹捎?品品質(zhì)因數(shù)質(zhì)因數(shù)Q Q高的選頻網(wǎng)絡(luò)或濾波器。高的選頻網(wǎng)絡(luò)或濾波器。3 3工作穩(wěn)定性要好工作穩(wěn)定性要好 要求本振信號頻率穩(wěn)定度高，則應(yīng)采用穩(wěn)頻要求本振信號頻率穩(wěn)定度高，則應(yīng)采用穩(wěn)頻等措施。等措施。4 4非線性失真要小非線性失真要小5 5噪聲系數(shù)要小噪聲系數(shù)要小噪聲系數(shù)要小的分析噪聲系數(shù)要小的分析噪聲系數(shù)的定義為噪聲系數(shù)的定義為 由于變頻器位于接收機的前端，它產(chǎn)生的由于變頻器位于接收機的前端，它產(chǎn)生的噪聲對整機影響最大，故要求變頻器本身噪聲對整機影響最大，故要求變頻器本身噪

12、聲系數(shù)越小越好。噪聲系數(shù)越小越好。FN 輸入端載頻信號噪聲功率比輸出端中頻信號噪聲功率比7.4 7.4 晶體三極管混頻電路晶體三極管混頻電路 一、三極管混頻電路的幾種形式一、三極管混頻電路的幾種形式 三極管混頻器按本振信號接入的不同，一般有四種電三極管混頻器按本振信號接入的不同，一般有四種電路形式。路形式。 共發(fā)射極電路多用于頻率較低的情況。共發(fā)射極電路多用于頻率較低的情況。圖圖7-47-4（a a）信）信號與本振分別由基極和發(fā)射極注入，相互影響小，但本振號與本振分別由基極和發(fā)射極注入，相互影響小，但本振需要功率大。圖需要功率大。圖7-47-4（b b）信號與本振都由基極注入，相互）信號與本振

13、都由基極注入，相互影響大，但本振需要功率小。影響大，但本振需要功率小。 共基極電路多用于頻率較高的情況。共基極電路多用于頻率較高的情況。當(dāng)工作頻率不高當(dāng)工作頻率不高時，變頻增益比發(fā)射極電路低。圖時，變頻增益比發(fā)射極電路低。圖7-47-4（d d）比圖）比圖7-47-4（c c）相互影響小相互影響小 。 圖圖7-4 7-4 三極管混頻電路的幾種形式三極管混頻電路的幾種形式圖圖7-6 7-6 （a a）晶體管他激式變頻器）晶體管他激式變頻器圖圖7-6 7-6 （b b）晶體管自激式變頻器）晶體管自激式變頻器7.5 7.5 超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤超外差接收機的統(tǒng)調(diào)與跟蹤 在超外差接收中，為了調(diào)諧方

14、便，希望在超外差接收中，為了調(diào)諧方便，希望高高頻調(diào)諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，頻調(diào)諧回路（輸入回路、高放回路）與本振回路，實行統(tǒng)一調(diào)諧。實行統(tǒng)一調(diào)諧。即通常采用的每波段中最低到最即通常采用的每波段中最低到最高頻率的調(diào)諧，由同軸可變電容器進(jìn)行，而高頻率的調(diào)諧，由同軸可變電容器進(jìn)行，而改變改變波段則采用改變固定電感的方法。波段則采用改變固定電感的方法。由于由于高頻調(diào)諧高頻調(diào)諧回路和本振回路的波段系數(shù)回路和本振回路的波段系數(shù) Kd 不同不同，例如，某例如，某分段波的最低頻率分段波的最低頻率fmin = 535kHz，而最高頻率而最高頻率fmax = 1605 kHz，則高頻回路的波段覆蓋

15、系數(shù)為則高頻回路的波段覆蓋系數(shù)為maxmaxdminminfCK3fC 當(dāng)中頻選用當(dāng)中頻選用 時時 ，如用容量相同的可，如用容量相同的可變變電容，則本振波段將從最低頻率電容，則本振波段將從最低頻率 變化到最高頻率變化到最高頻率而要求的最高頻率應(yīng)而要求的最高頻率應(yīng) 這說明除最低頻率處滿足中頻這說明除最低頻率處滿足中頻 外，外，在波段其他頻率處均不是在波段其他頻率處均不是 , ,Lmin5354651000kHzf465kHzLmaxLmin33000kHzff 16054652070kHz465kHz465kHz 也就是只有也就是只有一點跟蹤一點跟蹤，我們可以用，我們可以用 圖圖7-97-9電容

16、與頻率關(guān)系來說明這種情況。電容與頻率關(guān)系來說明這種情況。 為為使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使使統(tǒng)調(diào)要求能基本滿足，而又不使電路太復(fù)雜，目前都在本振回路上采取措電路太復(fù)雜，目前都在本振回路上采取措施，這種方法稱為施，這種方法稱為三點統(tǒng)調(diào)或稱三點跟蹤。三點統(tǒng)調(diào)或稱三點跟蹤。圖圖7-9 7-9 電容與頻率關(guān)系電容與頻率關(guān)系 為了滿足三點統(tǒng)為了滿足三點統(tǒng)調(diào)，調(diào)，在本振回路上必須在本振回路上必須附加電容，附加電容，如圖示。如圖示。 通常，通常，本振回路附加串聯(lián)電容本振回路附加串聯(lián)電容Cp ，Cp 稱為墊整電容，其容量較大，與稱為墊整電容，其容量較大，與 Cmax的的容量相近，容量相近，還附加并聯(lián)電容還附

17、加并聯(lián)電容Ct ，Ct 稱為墊稱為墊補電容，其容量較小，與補電容，其容量較小，與Cmin的容量相近。的容量相近。l在本振頻率高頻端，在本振頻率高頻端， C = Cmin ，由于，由于Ct 與與Cmin 相近，相近，使總的電容增大，所以使高頻本使總的電容增大，所以使高頻本振頻率降低。振頻率降低。l在本振頻率低頻端，在本振頻率低頻端， C = Cmax , , Ct 的并聯(lián)的并聯(lián)作用可忽略。作用可忽略。串聯(lián)串聯(lián) Cp 后，使總的電容減少，后，使總的電容減少，所以使低端本振頻率提高。所以使低端本振頻率提高。這樣就達(dá)到了三這樣就達(dá)到了三點統(tǒng)調(diào)的目的。點統(tǒng)調(diào)的目的。7.6 7.6 用模擬乘法器構(gòu)成的混頻

18、電路用模擬乘法器構(gòu)成的混頻電路 圖圖7-127-12是用是用MC1596G構(gòu)成的混頻器。構(gòu)成的混頻器。具具有寬帶輸入，其輸出調(diào)諧在有寬帶輸入，其輸出調(diào)諧在9MHz，回路帶寬回路帶寬450kHz，本振輸入電平，本振輸入電平100mV，對于，對于30MHz信號和信號和3939MHz本振輸入，混頻器變頻增益為本振輸入，混頻器變頻增益為13dB。當(dāng)輸出信噪比為當(dāng)輸出信噪比為10dB時，輸入信號靈時，輸入信號靈敏度為敏度為7.5V。圖圖7-12 7-12 用用MC1596G構(gòu)成的混頻器構(gòu)成的混頻器 二次變頻的實際應(yīng)用二次變頻的實際應(yīng)用7.7 7.7 變頻干擾及其抑制方法變頻干擾及其抑制方法一、組合頻率干

19、抗一、組合頻率干抗由于變頻器使用的是非線性器件，而且工作在非線由于變頻器使用的是非線性器件，而且工作在非線性狀態(tài)。性狀態(tài)。流經(jīng)變頻管的電流不僅含有直流分量、信號頻流經(jīng)變頻管的電流不僅含有直流分量、信號頻率率 fS 、本振頻率本振頻率 fL 成分，還含有信號、本振頻率的各成分，還含有信號、本振頻率的各次諧波，以及它們的和、差頻等組合頻率分量，如次諧波，以及它們的和、差頻等組合頻率分量，如 等，即含有等，即含有mfL nfS 分分量。量。當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻當(dāng)這些組合頻率分量中的某些分量等于或接近中頻時，就能進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)檢波器輸出產(chǎn)生對有用信時，就能進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)

20、檢波器輸出產(chǎn)生對有用信號的干擾。號的干擾。LSSLLS3,3, 2, 2ffffffl當(dāng)組合頻率符合式（當(dāng)組合頻率符合式（7-97-9）關(guān)系時，就可）關(guān)系時，就可以在輸出端形成干擾甚至產(chǎn)生哨叫，這種以在輸出端形成干擾甚至產(chǎn)生哨叫，這種干擾就叫組合頻率干擾。干擾就叫組合頻率干擾。例如本振頻率例如本振頻率1396kHz，有用信號頻率，有用信號頻率931kHz z，兩者，兩者的差拍頻率是中頻的差拍頻率是中頻465kHz。LsILsImfnffmfnff（7-97-9）l但信號頻率的二倍頻但信號頻率的二倍頻 1862kHz與本振頻與本振頻率的差拍頻率為率的差拍頻率為Hz，顯然

21、這個差頻能被中頻放大器放大，并與顯然這個差頻能被中頻放大器放大，并與標(biāo)準(zhǔn)中頻同時加入到檢波器，標(biāo)準(zhǔn)中頻同時加入到檢波器，由于檢波器由于檢波器也是非線性元件，故有也是非線性元件，故有 4664651kHz 低頻通過低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信低頻通過低放產(chǎn)生哨叫，干擾正常通信。減弱組合頻率干擾的方法有三種減弱組合頻率干擾的方法有三種 適當(dāng)選擇變頻電路的工作點，尤其是不適當(dāng)選擇變頻電路的工作點，尤其是不要過大；要過大； 輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波輸入信號電壓幅值不能過大，否則諧波幅值也大，使干擾增強；幅值也大，使干擾增強； 選擇中頻時應(yīng)考慮組合頻率的影響，使選擇中頻時應(yīng)考慮組合頻率的影響，使

22、其遠(yuǎn)離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻其遠(yuǎn)離在變頻過程中可能產(chǎn)生的組合頻率。率。 二、副波道干擾副波道干擾l副波道干擾是一種其頻率為副波道干擾是一種其頻率為fn的外來干擾，如的外來干擾，如果頻率為果頻率為fn的干擾信號作用到混頻器的輸入端，的干擾信號作用到混頻器的輸入端，它與本振信號頻率如滿足下面關(guān)系：它與本振信號頻率如滿足下面關(guān)系： 式中，式中，m 為本振信號頻率的諧波次數(shù)，為本振信號頻率的諧波次數(shù)，n為干為干擾信號頻率的諧波次數(shù)。擾信號頻率的諧波次數(shù)。 這時，干擾信號就會這時，干擾信號就會進(jìn)入進(jìn)入中頻放大器，經(jīng)解調(diào)中頻放大器，經(jīng)解調(diào)器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫。器輸出將產(chǎn)生干擾和哨叫。 LnImfn

23、ff可能產(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定可能產(chǎn)生的干擾頻率可由下式確定 (7-10)(7-10)這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組這類干擾主要有中頻干擾、鏡頻干擾和組合合副波道干擾。副波道干擾。 nLI1()fmffn 1 1中頻干擾中頻干擾 當(dāng)干擾信號頻率當(dāng)干擾信號頻率 時（即時（即m=0 0， n1 1），如果接收機輸入回路選擇性不好，），如果接收機輸入回路選擇性不好，該信號進(jìn)入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生該信號進(jìn)入變頻器，并被放大，從而產(chǎn)生干擾。干擾。 對中頻干擾的抑制方法對中頻干擾的抑制方法-主要是提高主要是提高變頻器前面電路的選擇性，增強對中頻信變頻器前面電路的選擇性，增強對中頻信號的抑制

24、或設(shè)置中頻陷波器。號的抑制或設(shè)置中頻陷波器。nIff2.2.鏡頻干擾鏡頻干擾 問題問題： 當(dāng)當(dāng) fS = =1000kHz， fL= =1465kHz，調(diào)諧于中頻調(diào)諧于中頻465kHz，干擾信號頻率干擾信號頻率 fn= =1930kHz，能不能抑能不能抑制？制？ 19301465 = 465kHz 當(dāng)當(dāng) fn = = fL + + fI ，相應(yīng)的干擾電臺頻率等，相應(yīng)的干擾電臺頻率等于本振頻率于本振頻率 fL 與中頻與中頻 fI 之和。之和。l如果如果將將 fL 所在的位置比作一面鏡子所在的位置比作一面鏡子，則則 fs 與與 fn 分別位于分別位于fL的兩側(cè)，且距離相等，互為的兩側(cè)，且距離相等，

25、互為鏡像，鏡像，故稱為鏡頻干擾，又稱為鏡像干擾。故稱為鏡頻干擾，又稱為鏡像干擾。l抑制它的主要方法抑制它的主要方法是提高變頻級前電路的是提高變頻級前電路的選擇性。選擇性。nLISI2fffff（即即 m=n=1） 3 3組合副波道干擾組合副波道干擾 除上述兩種情況外，在式（除上述兩種情況外，在式（7-107-10）中，）中， 當(dāng)當(dāng) （例如，（例如，m= n =2 2，則對應(yīng)，則對應(yīng) ）均稱為組合副波道干擾。）均稱為組合副波道干擾。1, 1nmnLI22fffn1SIn2SI1232ffffffnLnsII2222()ffffff nsII22()ffffl例如，例如，fs=660kHz，fL=1125kHz時，時，（fI=465kHz）對應(yīng)的對應(yīng)的二次組合干擾頻率二次組合干擾頻率代入式（代入式（7-117-11）中，）中，l可算出可算出fn1=892.5 kHz，fn2=1357.5 kHz。n1SIn2SI1232ffffffm= n =2三、