第七章 混頻電路

1、 高頻電子線路高頻電子線路主要要求：主要要求： 掌握混頻電路的作用和組成模型掌握混頻電路的作用和組成模型理解常用混頻電路的工作原理理解常用混頻電路的工作原理第七章第七章 混頻電路混頻電路了解混頻干擾現(xiàn)象及其原因、措施了解混頻干擾現(xiàn)象及其原因、措施 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路時(shí)域時(shí)域頻域頻域7.1 混頻基本原理混頻基本原理一、混頻電路的作用一、混頻電路的作用(變頻變頻)：將已調(diào)信號(hào)的載頻變成另一載頻將已調(diào)信號(hào)的載頻變成另一載頻 高頻電子線路高頻電子線路變換后調(diào)制類型變換后調(diào)制類型和調(diào)制參數(shù)不變和調(diào)制參數(shù)不變fI fc：上混頻：上混頻fI fc：下混頻：下混頻 高頻電子線路

2、高頻電子線路二、混頻電路的組成模型與基本原理二、混頻電路的組成模型與基本原理設(shè)輸入信號(hào)為普通調(diào)幅波設(shè)輸入信號(hào)為普通調(diào)幅波本振信號(hào)為本振信號(hào)為tUtuLLmLcos)(相乘器輸出信號(hào)為相乘器輸出信號(hào)為設(shè)帶通濾波器調(diào)諧在中頻設(shè)帶通濾波器調(diào)諧在中頻fI =fc-fL上，上，則中頻輸出信號(hào)為則中頻輸出信號(hào)為)cos()()(cacmsttukUtutUttukUtuLLmcacmocos()cos()()()cos()cos(2LcLcacmLmtttukUU)cos()(2)(IacmLmttukUUtuo 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 三、變頻器的技術(shù)指標(biāo)三、變頻器的技術(shù)指標(biāo)

3、1 1、變頻增益變頻增益變頻電壓增益變頻電壓增益 Im()()ucsmUAU輸出中頻電壓振幅輸入高頻信號(hào)電壓振幅變頻功率增益變頻功率增益 ()()IpcSPAP輸出中頻信號(hào)功率輸入高頻信號(hào)功率2、噪聲系數(shù)、噪聲系數(shù) )/()/(lg10FnInsPPPPN 高頻電子線路高頻電子線路7.2 混頻器電路混頻器電路二極管環(huán)形混頻器二極管環(huán)形混頻器雙差分對(duì)混頻器雙差分對(duì)混頻器三極管混頻器三極管混頻器 工作頻帶寬，可達(dá)幾工作頻帶寬，可達(dá)幾GHz，噪聲系數(shù)低、混頻失真，噪聲系數(shù)低、混頻失真小、動(dòng)態(tài)范圍大。但無混頻增益，且要求本振信號(hào)大。小、動(dòng)態(tài)范圍大。但無混頻增益，且要求本振信號(hào)大。 混頻增益大，輸出頻譜

4、純凈，混頻干擾小，對(duì)本振電混頻增益大，輸出頻譜純凈，混頻干擾小，對(duì)本振電壓的大小無嚴(yán)格要求，端口間隔離度高。但噪聲系數(shù)大。壓的大小無嚴(yán)格要求，端口間隔離度高。但噪聲系數(shù)大。 高頻電子線路高頻電子線路7.2.1 晶體二極管混頻器晶體二極管混頻器 二極管可以工作在小信號(hào)非線性狀態(tài)，也可以工作在受大二極管可以工作在小信號(hào)非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號(hào)信號(hào)v v0 0控制的開關(guān)狀態(tài)。小信號(hào)時(shí)平衡混頻器的分析采用冪級(jí)控制的開關(guān)狀態(tài)。小信號(hào)時(shí)平衡混頻器的分析采用冪級(jí)數(shù)分析法，數(shù)分析法，混頻時(shí)混頻時(shí)輸入信號(hào)輸入信號(hào) ，輸出回路則諧振在中，輸出回路則諧振在中頻頻 上。上。 二極管的伏安特性可用冪級(jí)數(shù)表示：二

5、極管的伏安特性可用冪級(jí)數(shù)表示： 3D32D2D10vavavaai0VVVSD一、平衡混頻器一、平衡混頻器I 高頻電子線路高頻電子線路D1 vs i1 i2 vs( s) vs/2 vs/2 Vc vi Vc/2 Vc/2 D2 v0( 0) 平衡混頻器原理電路平衡混頻器原理電路 為簡化分析，忽略輸出電壓對(duì)二極管的反作用，則為簡化分析，忽略輸出電壓對(duì)二極管的反作用，則 tVtVsssDcoscos0001vvv一、平衡混頻器一、平衡混頻器 高頻電子線路高頻電子線路300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai1利用三角公式

6、展開，并分類整理，可得利用三角公式展開，并分類整理，可得當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前四項(xiàng)，得很小時(shí)，級(jí)數(shù)可只取前四項(xiàng)，得Dvcoscos0010tVstVsaai1i2cos212cos21cos232cos212cos21cos233coscos3412cos121coscos2cos12100022000020030320000202tttVVtttVVttVtVttVsVtVsssssssssssaattVsss3coscos3413 高頻電子線路高頻電子線路 由上式可見，經(jīng)過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新由上式可見，經(jīng)過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有頻率，但其中只有

7、才是我們所需要的。這是由平才是我們所需要的。這是由平方項(xiàng)方項(xiàng) 產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無用的產(chǎn)物，必須將產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無用的產(chǎn)物，必須將它們抑制掉。它們抑制掉。 s022vatVVasosi)cos(021itVtVssDcoscos0002svvv300320020010)coscos()coscos()coscos(tVstVtVstVtVtVssssaaaai2tVVasosi)cos(022i i1 1、i2 2以相反方向流過輸出端變壓器初級(jí)，使變壓器次級(jí)負(fù)以相反方向流過輸出端變壓器初級(jí)，使變壓器次級(jí)負(fù)載電流載電流il1, = i1i2 tVVaRiivisos)cos(2)

8、(02211 高頻電子線路高頻電子線路 由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入產(chǎn)生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波頻率的諧波2 2 0 0和和2 2 s s、3 3 0 0和和3 3 s s；輸入頻率及其；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合頻率諧波所形成的各種組合頻率 0 0+ + s s、 0 0 s s、 0 0+2+2 s s、 0 022 s s、2 2 0 0+ + s s、2 2 0 0 s s。 平衡混頻器輸出電流的頻率成份為：平衡混頻器輸出電流的頻率成份為： s s、 0 0+ + s

9、 s、 0 0 s s、 2 2 0 0+ + s s、 2 2 0 0 s s、 3 3 s s 高頻電子線路高頻電子線路7.2.2 7.2.2 環(huán)形混頻器環(huán)形混頻器 環(huán)形混頻器由兩個(gè)平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出中環(huán)形混頻器由兩個(gè)平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點(diǎn)是輸出中頻信號(hào)是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些頻信號(hào)是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。VD1VD1VD2VD2VD3VD3VD4VD4要求本振信號(hào)為大信號(hào)，輸入信號(hào)為小信號(hào)。要求本振信號(hào)為大信號(hào)，輸入信號(hào)為小

10、信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸入輸出端口均需接實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸入輸出端口均需接50濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。 高頻電子線路高頻電子線路當(dāng)本振信號(hào)為正半周時(shí)，二極管當(dāng)本振信號(hào)為正半周時(shí)，二極管VD2VD2，VD3VD3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD1VD1、VD2VD2截止，電路相當(dāng)于一個(gè)平衡混頻器；截止，電路相當(dāng)于一個(gè)平衡混頻器；當(dāng)本振信號(hào)為負(fù)半軸時(shí)，二極管當(dāng)本振信號(hào)為負(fù)半軸時(shí)，二極管VD1VD1、VD4VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2VD2、VD3VD3截止，電路也相當(dāng)于一個(gè)平衡混頻器，只是滯后前一截止，電路也相當(dāng)于一個(gè)平衡混頻器，只是滯后前一個(gè)混頻器半個(gè)周期，所以環(huán)形混頻器也叫雙平衡混頻器。個(gè)混頻器半個(gè)周期，所以環(huán)形混頻

11、器也叫雙平衡混頻器。環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為：環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為： 0 0+ + s s、 0 0 s stVVavisos)cos(02相同條件下，環(huán)型混頻器的性能優(yōu)于平衡混頻器。相同條件下，環(huán)型混頻器的性能優(yōu)于平衡混頻器?？梢?，環(huán)型混頻器輸出中頻電壓是平衡混頻器的兩倍；可見，環(huán)型混頻器輸出中頻電壓是平衡混頻器的兩倍； 高頻電子線路高頻電子線路7.3 晶體三極管混頻器晶體三極管混頻器 高頻電子線路高頻電子線路 原理電路原理電路: :輸入信號(hào)為小信號(hào)，本振信號(hào)為大信號(hào)，輸入信號(hào)為小信號(hào)，本振信號(hào)為大信號(hào)，集電極回路調(diào)諧于中頻。集電極回路調(diào)諧于中頻。 7.3.1 晶體三極管混頻

12、器的工作原理晶體三極管混頻器的工作原理 高頻電子線路高頻電子線路3.時(shí)變跨導(dǎo)電路分析法時(shí)變跨導(dǎo)電路分析法 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 高頻電子線路高頻電子線路 晶體三極管混頻器的四種組態(tài)晶體三極管混頻器的四種組態(tài) （a）基極輸入，基極注入基極輸入，基極注入（b）基極輸入，射極注入基極輸入，射極注入7.3.2 晶體三極管混頻器的實(shí)際電路晶體三極管混頻器的實(shí)際電路 高頻電子線路高頻電子線路（c）射極輸入，射極注入）射極輸入，射極注入（d）射極輸入，基極注入）射極輸入，基極

13、注入 高頻電子線路高頻電子線路 實(shí)際電路實(shí)際電路 收音機(jī)變頻電路收音機(jī)變頻電路 高頻電子線路高頻電子線路電視機(jī)變頻電路電視機(jī)變頻電路 高頻電子線路高頻電子線路 一、一、信號(hào)與本振信號(hào)與本振的組合頻率干擾的組合頻率干擾 7.4 混頻干擾（非線性器件產(chǎn)生）混頻干擾（非線性器件產(chǎn)生）當(dāng)滿足當(dāng)滿足 時(shí)，組合頻率將通過中頻帶通濾時(shí)，組合頻率將通過中頻帶通濾波，波， 經(jīng)中頻放大器放大后送給檢波器。經(jīng)中頻放大器放大后送給檢波器。LsIfpfqff 干擾哨聲干擾哨聲舉例：超外差接收機(jī)的中頻頻率舉例：超外差接收機(jī)的中頻頻率 ，當(dāng)，當(dāng)某電臺(tái)發(fā)射載頻某電臺(tái)發(fā)射載頻 時(shí)，本振時(shí)，本振 fL=1396Hz ，正常，正常

14、的變頻過程是：的變頻過程是： 但是由于非線性特性：但是由于非線性特性：465kHzILsfff931kHzsf 1396931465(kHz)Lsff22 931 1396466(kHz)sLff 二者都可以通過中頻帶通濾波放大，揚(yáng)聲器產(chǎn)生干擾哨聲。二者都可以通過中頻帶通濾波放大，揚(yáng)聲器產(chǎn)生干擾哨聲。 措施：減小混頻器的措施：減小混頻器的非理想相乘非理想相乘特性。特性。 高頻電子線路高頻電子線路二、外來二、外來干擾與本振干擾與本振產(chǎn)生的組合頻率干擾產(chǎn)生的組合頻率干擾 在混頻器的輸入回路選擇性不好的條件下，除正在混頻器的輸入回路選擇性不好的條件下，除正常輸入信號(hào)外，還有其它頻率的強(qiáng)干擾信號(hào)常輸入

15、信號(hào)外，還有其它頻率的強(qiáng)干擾信號(hào) 進(jìn)入進(jìn)入混頻器，通過非線性器件產(chǎn)生組合頻率混頻器，通過非線性器件產(chǎn)生組合頻率 。若若 將會(huì)產(chǎn)生干擾，稱為將會(huì)產(chǎn)生干擾，稱為寄生通道干寄生通道干擾擾，其中最強(qiáng)的為，其中最強(qiáng)的為中頻干擾中頻干擾和和鏡像干擾鏡像干擾。 nLff與LnpfqfILsfffLnpfqf 高頻電子線路高頻電子線路中頻干擾中頻干擾: :措施：措施： 提高輸入回路的選擇性；在混頻器輸入端提高輸入回路的選擇性；在混頻器輸入端增加一個(gè)中頻增加一個(gè)中頻LC串聯(lián)陷波電路以減小中頻干擾。串聯(lián)陷波電路以減小中頻干擾。 nIff鏡象干擾：鏡象干擾：措施：措施： 提高輸入回路的選擇性提高輸入回路的選擇性ILnfff 高頻電子線路高頻電子線路三、交調(diào)干擾和互調(diào)干擾三、交調(diào)干擾和互調(diào)干擾措施措施: : 提高輸入回路的選擇性，采用二極管平衡混頻提高輸入回路的選擇性，采用二極管平衡